專利名稱：正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中利用帶外導(dǎo)頻的相位噪聲校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中利用帶外導(dǎo)頻的相位噪聲校正方法，屬于移動(dòng)無(wú) 線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
下一^^無(wú)線通信要求支持更高的數(shù)據(jù)率和頻譜效率。采用高頻譜利用率的調(diào)制方式， 如正交頻分復(fù)用(以下簡(jiǎn)稱0FDM)，是獲得高速傳輸速率的有效方法。在0FDM系統(tǒng)中，相 位噪聲不但會(huì)造成一個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)所有子載波的公共相位偏轉(zhuǎn)，還會(huì)使得每個(gè)子載波受到 其他子載波的子載波間串?dāng)_。尤其在當(dāng)今對(duì)數(shù)據(jù)率需求越來(lái)越高的情況下，系統(tǒng)的帶寬越 來(lái)越寬，子載波數(shù)也越來(lái)越多，相位噪聲引起的子載波間串繞就更為明顯。此外，更高的 系統(tǒng)帶寬要求更高的中心頻率，而更高的射頻頻率會(huì)帶來(lái)更大的相位噪聲，從而進(jìn)一步影 響系統(tǒng)的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本 發(fā)明的目的是提出一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中利用帶外導(dǎo)頻的相位噪聲校正方法，以 有效地降低OFDM系統(tǒng)中的相位噪聲的影響。
本發(fā)明提出的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中利用帶外導(dǎo)頻的相位噪聲校正方法，包括以下步驟
(1) 設(shè)正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中發(fā)送端的每個(gè)正交頻分復(fù)用符號(hào)的頻域上包含有A^,個(gè) 子載波，其中有效子載波有iV個(gè)，帶外子載波有iV/^-iV個(gè)，有效子載波發(fā)送數(shù)據(jù)，帶外
子載波的發(fā)送信號(hào)為零；
(2) 上述發(fā)送端在上述每個(gè)正交頻分復(fù)用符號(hào)上放置帶外導(dǎo)頻,并得到時(shí)域發(fā)送序列， 按以下步驟
(2 — 1)在上述正交頻分復(fù)用符號(hào)的設(shè)定的一個(gè)帶外子載波上，放置一個(gè)設(shè)定幅度和 相位的帶外導(dǎo)頻，設(shè)帶外導(dǎo)頻在A^r個(gè)子載波中的編號(hào)為"則)t為滿足iV/2〈yt〈A^^/2 的正整數(shù)；
(2—2)對(duì)加入上述帶外導(dǎo)頻后的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中發(fā)送端的正交頻分復(fù)用符號(hào)頻 域序列進(jìn)行反快速?gòu)?fù)立葉變換，得到當(dāng)前正交頻分復(fù)用符號(hào)的時(shí)域序列；(2 — 3)重復(fù)步驟(2 — 1)和(2 — 2)，得到正交頻分復(fù)用符號(hào)的時(shí)域序列；
C2 — 4)將上述所有時(shí)域序列復(fù)接成時(shí)域發(fā)送序列，該序列中的第f個(gè)時(shí)域發(fā)送信號(hào)為
或
(2 — 5)分別對(duì)上述正交頻分復(fù)用符號(hào)的頻域序列進(jìn)行反快速?gòu)?fù)立葉變換； (2 — 6)將上述所有反快速?gòu)?fù)立葉變換后的信號(hào)復(fù)接成時(shí)域序列，該時(shí)域序列的第f個(gè) 時(shí)域信號(hào)為x[r];
(2 — 7)根據(jù)上述時(shí)域序列的第f個(gè)時(shí)域信號(hào):c[r]，得到時(shí)域發(fā)送序列的第,個(gè)時(shí)域發(fā)
送信號(hào)卬]=:^] +尸^，其中，尸W" 為帶外導(dǎo)頻的時(shí)域序列的第^個(gè)元素，y'為-l 的兩個(gè)平方根中虛部為正數(shù)的平方根；
(3) 發(fā)送端根據(jù)相位噪聲的估計(jì)值-[/]，對(duì)上述時(shí)域發(fā)送信號(hào)if[/]進(jìn)行相位噪聲預(yù)校
正，得到相位噪聲預(yù)校正后的時(shí)域發(fā)送信號(hào);^卜印]i7,1，其中，步W的初始值-
的 取值范圍為[-;r，;r);
(4) 發(fā)送端將上述相位噪聲預(yù)校正后的時(shí)域發(fā)送序列發(fā)送給接收端；
(5) 接收端接收到上述時(shí)域發(fā)送序列經(jīng)信道后的時(shí)域接收序列，該序列中的第f個(gè)時(shí)
域接收信號(hào)為;4小對(duì)少W進(jìn)行下變頻，得到下變頻后的時(shí)域接收信號(hào)外]=>44^;;
(6) 將上述下變頻后的時(shí)域接收信號(hào)j)[r]通過(guò)低通濾波，得到帶外導(dǎo)頻時(shí)域信號(hào)尸[r]
的估計(jì)值》W，該估計(jì)值》W的相位值4d即為相位噪聲的初估計(jì)值；
(7) 將上述相位噪聲初估計(jì)值e[^通過(guò)環(huán)路濾波，并將濾波后的輸出耐r]反饋回發(fā)送 端，用于步驟(3)的相位噪聲預(yù)校正。
本發(fā)明提出的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中利用帶外導(dǎo)頻的相位噪聲校正方法，其優(yōu)點(diǎn)是，在 發(fā)送信號(hào)中，在信號(hào)有效帶寬外加入窄帶的導(dǎo)頻，用來(lái)傳輸用于相位噪聲估計(jì)的已知信號(hào)。 通過(guò)在接收端濾出帶外導(dǎo)頻上的信號(hào)，跟已知的發(fā)送信號(hào)格式進(jìn)行比較，可以得到發(fā)送過(guò)
程中相位噪聲的大小。實(shí)驗(yàn)證明，采用本方法可以抑制OFDM系統(tǒng)中在發(fā)送端及接收端射頻 單元所產(chǎn)生的相位噪聲強(qiáng)度，改善系統(tǒng)性能。同時(shí)，在多天線系統(tǒng)中，因?yàn)楦鱾€(gè)發(fā)送天線 的相位噪聲減小了，所以在采用預(yù)編碼的系統(tǒng)中，本方法還可以提高計(jì)算預(yù)編碼矩陣的精 確性。


圖l為本發(fā)明方法的流程框圖。
圖2為本發(fā)明的實(shí)施例中OFDM符號(hào)頻域子載波的示意圖。
圖3為本發(fā)明的實(shí)施例中低通濾波的幅度與相位的響應(yīng)示意圖。
圖4為本發(fā)明的實(shí)施例的1階有限沖擊響應(yīng)濾波的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中利用帶外導(dǎo)頻的相位噪聲校正方法，其流程框圖如
圖l所示，包括以下步驟
(1 )設(shè)正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中發(fā)送端的每個(gè)正交頻分復(fù)用符號(hào)的頻域上包含有7VFw個(gè)
子載波，其中有效子載波有AA個(gè)，帶外子載波有JV^,-iV個(gè)，有效子載波發(fā)送數(shù)據(jù)，帶外
子載波的發(fā)送信號(hào)為零；
(2)上述發(fā)送端在上述每個(gè)正交頻分復(fù)用符號(hào)上放置帶外導(dǎo)頻，并得到時(shí)域發(fā)送序列， 按以下步驟
(2 — 1)在上述正交頻分復(fù)用符號(hào)的設(shè)定的一個(gè)帶外子載波上，放置一個(gè)設(shè)定幅度和 相位的帶外導(dǎo)頻，設(shè)帶外導(dǎo)頻在av/T個(gè)子載波中的編號(hào)為"則A為滿足W/2〈A〈A^,/2
的正整數(shù)；
(2 — 2)對(duì)加入上述帶外導(dǎo)頻后的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中發(fā)送端的正交頻分復(fù)用符號(hào)頻 域序列進(jìn)行反快速?gòu)?fù)立葉變換，得到當(dāng)前正交頻分復(fù)用符號(hào)的時(shí)域序列；
(2 — 3)重復(fù)步驟(2 — 1)和(2—2)，得到正交頻分復(fù)用符號(hào)的時(shí)域序列；
(2—4)將上述所有時(shí)域序列復(fù)接成時(shí)域發(fā)送序列，該序列中的第f個(gè)時(shí)域發(fā)送信號(hào)為
4小
或
(2 — 5)分別對(duì)上述正交頻分復(fù)用符號(hào)的頻域序列進(jìn)行反快速?gòu)?fù)立葉變換； (2 — 6)將上述所有反快速?gòu)?fù)立葉變換后的信號(hào)復(fù)接成時(shí)域序列，該時(shí)域序列的第f個(gè) 時(shí)域信號(hào)為:c[f];
(2 — 7)根據(jù)上述時(shí)域序列的第f個(gè)時(shí)域信號(hào);clV]，得到時(shí)域發(fā)送序列的第f個(gè)時(shí)域發(fā)
送信號(hào)屮卜々]+pW，其中，/^] = /^為帶外導(dǎo)頻的時(shí)域序列的第/個(gè)元素，y為-1
的兩個(gè)平方根中虛部為正數(shù)的平方根；(3)發(fā)送端根據(jù)相位噪聲的估計(jì)值-W，對(duì)上述時(shí)域發(fā)送信號(hào);f[,]進(jìn)行相位噪聲預(yù)校 正，得到相位噪聲預(yù)校正后的時(shí)域發(fā)送信號(hào)^]"W.e—肼J，其中，沖]的初始值耐0]的 取值范圍為卜;r,;r);
(4 )發(fā)送端將上述相位噪聲預(yù)校正后的時(shí)域發(fā)送序列發(fā)送給接收端；
(5) 接收端接收到上述時(shí)域發(fā)送序列經(jīng)信道后的時(shí)域接收序列，該序列中的第f個(gè)時(shí)
域接收信號(hào)為少[小對(duì)少[/]進(jìn)行下變頻，得到下變頻后的時(shí)域接收信號(hào)外卜4].e—,^";
(6) 將上述下變頻后的時(shí)域接收信號(hào):P[f]通過(guò)低通濾波，得到帶外導(dǎo)頻時(shí)域信號(hào)尸[/] 的估計(jì)值^W ，該估計(jì)值聲W的相位值^[f]即為相位噪聲的初估計(jì)值；
(7) 將上述相位噪聲初估計(jì)值^IV]通過(guò)環(huán)路濾波，并將濾波后的輸出耐^反饋回發(fā)送
端，用于步驟(3)的相位噪聲預(yù)校正。
本發(fā)明方法中，首先，發(fā)送端的每根發(fā)送天線在系統(tǒng)帶寬以外放置一個(gè)窄帶的導(dǎo)頻信 號(hào)，用于估計(jì)當(dāng)前信號(hào)的相位噪聲。然后，發(fā)送端對(duì)信號(hào)預(yù)先進(jìn)行相位噪聲糾正，再將信 號(hào)發(fā)送到接收端。在接收端，先根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)的頻率將信號(hào)下變頻，然后利用低通濾波器 得到窄帶的導(dǎo)頻信號(hào)，再把初步估計(jì)出窄帶導(dǎo)頻信號(hào)的相位作為相位噪聲的估計(jì)值，并將 其送入環(huán)路濾波器，得到對(duì)發(fā)送信號(hào)相位噪聲的最終估計(jì)，最后將這個(gè)估計(jì)值反饋回發(fā)送 天線，用于發(fā)送端的相位噪聲預(yù)糾正。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
本發(fā)明提出的OFDM系統(tǒng)的相位噪聲糾正方法的流程框圖如圖l所示，包括以下步驟:
(1) 如圖2所示，發(fā)送端的每個(gè)正交頻分復(fù)用符號(hào)在頻域上包含A^,個(gè)子載波，由W
個(gè)有效子載波和iV^^-iV個(gè)帶外子載波組成，其中，有效子載波為發(fā)送數(shù)據(jù)的子載波，帶 外子載波上的發(fā)送信號(hào)為零；
(2) 發(fā)送端在上述每個(gè)正交頻分復(fù)用符號(hào)上，按以下步驟放置帶外導(dǎo)頻
(2 — 1)在上述正交頻分復(fù)用符號(hào)的設(shè)定的某個(gè)帶外子載波上，放置一個(gè)設(shè)定幅度和 相位的帶外導(dǎo)頻，記帶外導(dǎo)頻所在子載波編號(hào)為A;，貝iM為滿足A^A^A^^/2的正整數(shù)；
(2—2)對(duì)步驟(2 — 1)得到的頻域序列進(jìn)行反快速?gòu)?fù)立葉變換，得到當(dāng)前正交頻分 復(fù)用符號(hào)的時(shí)域序列；
(2—3)將所有上述時(shí)域序列復(fù)接成時(shí)域發(fā)送序列; |>]，其中，^為采樣點(diǎn)序號(hào)；
或
7(2 — 4)對(duì)上述正交頻分復(fù)用符號(hào)的頻域序列進(jìn)行反快速?gòu)?fù)立葉變換；
(2—5)將所有上述反快速?gòu)?fù)立葉變換后的信號(hào)復(fù)接成時(shí)域序列:c[d，其中，f為采樣 點(diǎn)序號(hào)；
(2 —6)得到時(shí)域發(fā)送序列^卜;cW + PW，其中，P^卜/:為帶外導(dǎo)頻的時(shí)域序 列，A為滿足iV〈A:〈A^H/2的正整數(shù)；
(3) 發(fā)送端對(duì)上述時(shí)域發(fā)送序列^/]進(jìn)行相位噪聲預(yù)校正，得到相位噪聲預(yù)校正后的
時(shí)域發(fā)送序列i[d-i[4e—^'1，其中，》W為對(duì)第^個(gè)采樣點(diǎn)上的相位噪聲的估計(jì)值，初 始值-
可以任意設(shè)置；
(4) 發(fā)送端將上述相位噪聲預(yù)校正后的時(shí)域發(fā)送序列iW發(fā)送給接收端；
(5) 接收端接收到時(shí)域接收序列y[d，對(duì)其進(jìn)行下變頻，得到下變頻后的時(shí)域接收序
(6) 將上述下變頻后的時(shí)域接收序列j)[/]通過(guò)低通濾波器，得到帶外導(dǎo)頻時(shí)域序列 尸[r]的估計(jì)值》W，其中，低通濾波器為一個(gè)4階巴特沃斯IIR低通濾波器，其在幅度和 相位響應(yīng)如圖3所示；
(7) 計(jì)算上述帶外導(dǎo)頻時(shí)域序列的估計(jì)值》[r]的相位值P[小將^W作為相位噪聲的
初估計(jì)值；
(8) 將上述相位噪聲初估計(jì)值列f]先通過(guò)一個(gè)結(jié)構(gòu)如圖4所示的1階FIR濾波器，再
通過(guò)一個(gè)積分器(圖1中的NC0模塊)，并將最終的輸出^,]反饋回發(fā)送端，用于步驟(3)
中的相位噪聲預(yù)校正。
為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的具體實(shí)現(xiàn)步驟，將上述步驟中的各個(gè)參數(shù)具體化為如
下
OFDM符號(hào)子載波數(shù)A^/r = 256 ，有效子載波數(shù)為= 168 ，帶外導(dǎo)頻放置在第88個(gè)子 載波上。
圖4中的1階FIR濾波器的參數(shù)為K(^0.0001， Kl=8， K2=l/128。 以上所述僅為本發(fā)明的各個(gè)較佳實(shí)施例而己，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中利用帶外導(dǎo)頻的相位噪聲校正方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)設(shè)正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中發(fā)送端的每個(gè)正交頻分復(fù)用符號(hào)的頻域上包含有NFFT個(gè)子載波，其中有效子載波有N個(gè)，帶外子載波有NFFT-N個(gè)，有效子載波發(fā)送數(shù)據(jù)，帶外子載波的發(fā)送信號(hào)為零；(2)上述發(fā)送端在上述每個(gè)正交頻分復(fù)用符號(hào)上放置帶外導(dǎo)頻，并得到時(shí)域發(fā)送序列，按以下步驟(2—1)在上述正交頻分復(fù)用符號(hào)的設(shè)定的一個(gè)帶外子載波上，放置一個(gè)設(shè)定幅度和相位的帶外導(dǎo)頻，設(shè)帶外導(dǎo)頻在NFFT個(gè)子載波中的編號(hào)為k，則k為滿足N/2<k<NFFT/2的正整數(shù)；(2—2)對(duì)加入上述帶外導(dǎo)頻后的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中發(fā)送端的正交頻分復(fù)用符號(hào)頻域序列進(jìn)行反快速?gòu)?fù)立葉變換，得到當(dāng)前正交頻分復(fù)用符號(hào)的時(shí)域序列；(2—3)重復(fù)步驟(2—1)和(2—2)，得到正交頻分復(fù)用符號(hào)的時(shí)域序列；(2—4)將上述所有時(shí)域序列復(fù)接成時(shí)域發(fā)送序列，該序列中的第t個(gè)時(shí)域發(fā)送信號(hào)為[t]；或(2—5)分別對(duì)上述正交頻分復(fù)用符號(hào)的頻域序列進(jìn)行反快速?gòu)?fù)立葉變換；(2—6)將上述所有反快速?gòu)?fù)立葉變換后的信號(hào)復(fù)接成時(shí)域序列，該時(shí)域序列的第t個(gè)時(shí)域信號(hào)為x[t]；(2—7)根據(jù)上述時(shí)域序列的第t個(gè)時(shí)域信號(hào)x[t]，得到時(shí)域發(fā)送序列的第t個(gè)時(shí)域發(fā)送信號(hào)其中，為帶外導(dǎo)頻的時(shí)域序列的第t個(gè)元素，j為-1的兩個(gè)平方根中虛部為正數(shù)的平方根；(3)發(fā)送端根據(jù)相位噪聲的估計(jì)值對(duì)上述時(shí)域發(fā)送信號(hào)進(jìn)行相位噪聲預(yù)校正，得到相位噪聲預(yù)校正后的時(shí)域發(fā)送信號(hào)其中，的初始值的取值范圍為[-π，π)；(4)發(fā)送端將上述相位噪聲預(yù)校正后的時(shí)域發(fā)送序列發(fā)送給接收端；(5)接收端接收到上述時(shí)域發(fā)送序列經(jīng)信道后的時(shí)域接收序列，該序列中的第t個(gè)時(shí)域接收信號(hào)為y[t]，對(duì)y[t]進(jìn)行下變頻，得到下變頻后的時(shí)域接收信號(hào)(6)將上述下變頻后的時(shí)域接收信號(hào)通過(guò)低通濾波，得到帶外導(dǎo)頻時(shí)域信號(hào)P[t]的估計(jì)值該估計(jì)值的相位值θ[t]即為相位噪聲的初估計(jì)值；(7)將上述相位噪聲初估計(jì)值θ[t]通過(guò)環(huán)路濾波，并將濾波后的輸出反饋回發(fā)送端，用于步驟(3)的相位噪聲預(yù)校正。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中利用帶外導(dǎo)頻的相位噪聲校正方法，屬于移動(dòng)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)領(lǐng)域。首先，發(fā)送端的每根發(fā)送天線在系統(tǒng)帶寬以外放置一個(gè)窄帶的導(dǎo)頻信號(hào)，用于估計(jì)當(dāng)前信號(hào)的相位噪聲。然后，發(fā)送端對(duì)信號(hào)預(yù)先進(jìn)行相位噪聲糾正，再將信號(hào)發(fā)送到接收端。在接收端，先根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)的頻率將信號(hào)下變頻，然后利用低通濾波器得到窄帶的導(dǎo)頻信號(hào)，再把初步估計(jì)出窄帶導(dǎo)頻信號(hào)的相位作為相位噪聲的估計(jì)值，并將其送入環(huán)路濾波器，得到對(duì)發(fā)送信號(hào)相位噪聲的最終估計(jì)，最后將這個(gè)估計(jì)值反饋回發(fā)送天線，用于發(fā)送端的相位噪聲預(yù)糾正。采用本方法可以抑制正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中發(fā)送天線的相位噪聲的強(qiáng)度，改善系統(tǒng)性能。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101483632SQ200910077819
公開(kāi)日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者周世東, 周春暉, 張秀軍, 彭萬(wàn)里, 肖立民, 明 趙, 趙熠飛, 高群毅 申請(qǐng)人:清華大學(xué)