[发明专利]一种用于视频通信的正交频分复用频率同步方法

权利要求书

1.一种用于视频通信的正交频分复用频率同步方法，所述视频通信采用OFDM系统对视频通信中的信息流进行传输，信息通过被调制的电磁波经空间传输到达接收机；其特征在于，所述同步方法包括以下步骤：

利用虚子载波的向量与信号的正交性，将频偏问题等效成极值问题，在无需导频符号的基础上，采用类谱峰搜索PM载波频率偏移算法进行频偏估计并进行矫正补偿以实现频率同步；

所述视频通信采用OFDM系统对视频通信中的信息流进行传输的过程包括以下步骤：

设OFDM系统含有N个子载波，令时刻k的信息序列为s(k)＝[s₀(k),s₁(k),…,s_P-1(k)]^T；

对数据序列s(k)进行长度为N的IDFT来实现OFDM调制，s(k)由长度为P的数据流和在其末尾添加N-P个0组成，NP；将P个用来传递有效信息的子载波定义为有用子载波，将N-P个未用来传递有效信息的子载波定义为虚拟子载波；用#0到#P-1表示有用子载波，#P到#N-1表示虚拟子载波；

经过N点IDFT后，输出表示为x(k)＝W_Ps(k)，其中W_P是维度为N×N的IDFT矩阵W的前P列；加入长度为N_g的循环前缀，L_c为信道最大时延扩展长度，N_g≥L_c；

接收端利用接收序列和信道冲激响应矩阵的循环卷积以去除循环前缀；去除循环前缀的第k个符号块表达为：

y(k)＝[y₀(k),y₁(k),…,y_N-1(k)]^T＝W_PH_Ps(k) (1)；

其中，H_P＝diag(H(0),…,H(P-1))，ω＝2π/N，H_P为对角矩阵，diag(·)是对角化矩阵，i＝0,…,P-1，l为信道冲击响应的标号；H(i)是h(l)的离散傅里叶变换的对数形式；

如果存在载波频偏Δω，每个T_s秒内接收到的第n个样值都被nφ＝ΔωnT_s所调制，则移除循环前缀后的接收端的N点信号y(k)变为：

其中，E为一对角矩阵，其对角元素为阵元的相位延迟，E＝diag(1,e^jφ,…,e^j(N-1)φ)，T_s为采样周期，j为虚数，表示复高斯随机过程；

采用类谱峰搜索PM载波频率偏移算法进行频偏估计并进行矫正补偿的过程包括以下步骤：

设频偏补偿矩阵Z＝diag[1,z,z²…,z^N-1]，z＝e^j2πa为Z的变换算子，a为整数，则经过DFT预算后，输出的信号为

根据下述公式计算得到信号协方差矩阵：

式中，表示有用信号和加性高斯白噪声的能量，I为单位矩阵；

对R_yy进行分块来估计传播算子，并构造Q矩阵Q＝[P^H,-I_M-K]^H，I_M-K为M-K维的单位矩阵，M为序列长度，K是数据块长度，则载频偏移的类谱峰搜索PM谱函数估计为Z(ε_P)为频偏补偿矩阵Z中a取ε_P的结果；

设N个载波中有N-P个子载波未被用来进行数据调制，如果不存在频率偏移，利用子载波的正交性，使得下列等式恒成立：

式中，j＝1,2，....,N-P；w_P+j是第p+j个虚子载波；

当存在频率偏移时，采用如下代价函数P(z)得到相应的频偏估计φ：

其中，L≤N-P；P(z)为无穷大或找到P(z)在单位圆上的极点的相位以估计出相应的频偏φ；当存在噪声时，使P(z)最大或找P(z)最接近单位圆的极点的相位以得到相应的频偏估计φ。

2.根据权利要求1所述的用于视频通信的正交频分复用频率同步方法，其特征在于，所述同步方法还包括：

沿着单位圆估计P(z)，找到频偏φ的闭式估计。