[发明专利]多带OFDM超宽带系统联合载波和采样频偏估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及短距离无线通信技术领域，尤其涉及MB-OFDM UWB (Multiband Orthogonal Frequency-Division Multiplexing Ultra Wideband，多带正 交频分复用超宽带)系统中的一种联合载波和采样频偏估计方法。

背景技术

MB-OFDM UWB是基于多带OFDM实现超宽带的技术，它能够提供高速、 短距离无线连接。ECMA-368标准是MB-OFDM UWB的物理层标准，对 MB-OFDM UWB作了详细规定。如图1所示，标准将MB-OFDM UWB使用的 7500MHz频段划分为14个带宽为528MHz的频带(Band)及6个带组(BG)。 OFDM符号根据预先定义的时频码(TFC)，采用跳频或定频方式在一个带组内 的不同频带上传输，图2为第一带组采用TFC1时的跳频方式。ECMA-368标准 中一共规定了10种TFC类型，分别对应10种OFDM符号传输方式，相应的也 规定了10种前导类型，以便于不同微微网能够同时工作。标准还规定数据分组 由前导序列、头序列以及有效负载部分构成，前导序列先于头序列及数据部分 发送。前导序列的作用就是帮助接收机做定时同步，载波偏移恢复以及信道估 计。前导序列由30个重复符号组成，包括21个分组同步(PS)序列、3个帧同 步(FS)序列以及6个信道估计(CE)序列。其中，PS符号用于分组检测、TFC 类型识别、符号定时以及频偏估计，CE用于信道估计、精频偏估计和精符号定 时。

与传统OFDM系统一样，MB-OFDM系统也会因频偏导致子载波间干扰 (ICI)，使系统性能降级，因此需要对频偏进行估计与补偿，以克服干扰影响。 MB-OFDM系统频偏包括载波频偏(CFO)和采样频偏(SFO)。其中，CFO由 发射和接收之间的晶振误差以及多普勒频移引起，SFO由发射端D/A以及接收 端A/D的采样频率误差造成。在MB-OFDM系统中，OFDM符号根据预先定义 的10种不同时频码(TFC)，采用跳频或定频方式在一个带组内的不同频带上传 输。跳频与OFDM的结合，使得MB-OFDM系统频偏估计的难度进一步增加， 因为每个带组内的各个频带的频偏都是不同的，采用跳频后，使得每个OFDM 符号所经历的频偏也都各不相同。因此，必须要利用各个频带上传输的OFDM 符号来估计相应频带上的频偏；另外，UWB系统采用的信道模型是典型的密集 多径信道，这些又进一步增加了频偏估计的难度。如果只考虑工作在室内环境 的MB-OFDM UWB系统，则可忽略多普勒频移影响。这样，可以认为产生CFO 和SFO的唯一来源是发射接收之间晶振偏差。

目前，针对MB-OFDM UWB系统，有很多估计CFO的方法，实际上都是 对经典Schmidl&Cox频偏估计方法，即利用相邻两个OFDM符号之间存在的固 定相位偏差来估计频偏的改进。为了提高频偏估计性能，已经存在的改进方案 可以分为如下三种：

方案1：利用多个符号估计。这种方案利用了两个以上符号，符号数越多， 性能越好，但复杂度也就越大，且能够用于分组检测和符号定时的符号数也更 少，这将很可能影响到整个系统性能，因为分组检测对于接收机来说非常关键。

方案2：采用更大的延迟间隔。因为对于小的延迟间隔，频偏估计范围大， 但精度不高；而对于大的延迟间隔，估计的频偏范围小，但却可以提高精度。 用于估计频偏的两个符号距离越远，估计的精度也越高(同时估计范围缩小)， 但精度提高的速度会随着延迟间隔的增大而减慢。

方案3：多带平均(MBA)。同样也利用Schmidl&Cox的思想，首先利用两 个或多个OFDM符号估计出每个频带的频偏，然后再利用各个频带频偏量之间 的关系来进行多带平均，进一步改善了频偏估计的性能。但是这种方法基于特 定的频率合成方法，若方法改变，则算法要做相应的改动。