专利名称：协方差矩阵的确定方法、频偏估计的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种协方差矩阵的确定方法、频偏估计的方法和系统。
背景技术：
对于基于OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用技术)和 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access,正交频分多址)系统的第四代通信系统来说，发射机与接收机之间的定时同步问题是一个关键问题，如果发射机与接收机之间的频率存在偏差，将导致接收信号在频域内发生偏移，对于此种偏移，可以分为两种情况。如图I所示，其中n为整数，所以n s表示频率偏移量是载波之间间隔的整数倍 部分，也称之为“粗”频率偏移部分，而8 Coci的绝对值不超过载波之间间隔的一半，因此称为“细”频率偏移部分。可以看到，粗频率偏移将使接收信号在频率上偏移几个载波间隔，但并不破坏OFDM子载波的正交性，也就是说，载波之间并没有能量的泄露。考虑到实际的OFDM系统通常都在频带边缘设有保护带，只要粗频率偏移的大小没有超出保护带的范围，接收侧通过某种手段即可恢复全部的发射信息，因此并不会丢失任何的信息。而S Coci所表示的不超过载波间隔的一半的频率偏移，即细频率偏移部分，破坏了 OFDM传输系统子载波之间的正交性，引入了载波间干扰(Inter-Carrier Interference,简称为ICI),将会使OFDM系统性能受到较大的影响。产生如上所述的载波频率偏移的原因有很多，如本地振荡器(LocalizedOscillator，简称为L0)的频率误差或者信号在前端接收处理时(例如A/D (Analog toDigital，模数转换)时)产生的频率偏差等。在现有的OFDM系统中，校正频偏的方法通常是在接收机的前端进行集中处理，通过一定的训练符号来估计并校正频偏，其校正的效果受到各种因素的影响，其性能往往得不到保证。也就是说，在基带处理的后端，系统往往仍带有一部分的残留频偏。这些残留频偏对系统性能的影响情况往往是不确定的，若该残留频偏较大，则可能直接造成较严重的ICI，影响系统性能；若该残留频偏不大，由于实际系统的载波同步不是每个OFDM符号都需要进行的，因而在一段OFDM符号内，某个固定的载波频偏可能会导致相位误差的累积，影响诸如信道估计等模块的性能，因此在基带处理时，有必要通过某些技术手段检测估计出基带信号的残留频偏，并予以矫正或补偿。对基带信号做进一步的残留频偏估计，其难点在于没有专用的同步参考符号可以使用，需要使用数据的解调参考符号(导频)来进行。在如图2所示的实际蜂窝通信系统中，导频符号上除了存在一定的热噪声以外，往往还有来自于其他小区的干扰存在。现有的频偏估计算法，只考虑了噪声的影响，在干扰受限的场景下，性能恶化严重
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种协方差矩阵的确定方法、频偏估计的方法和系统，从实际的蜂窝小区干扰受限的场景出发，在强干扰噪声环境(低信干噪比)下使用普通的数据解调导频，对基带信号进行残留频偏的精确估计。为解决上述问题，本发明还提供了一种协方差矩阵的确定方法，应用于正交频分复用(OFDM)或正交频分多址(OFDMA)系统中的接收端，在包含至少一个物理资源单元的时频资源内对每一接收天线分别进行协方差矩阵的确定时，包括对于每个物理资源单元，对该接收天线在该物理资源单元内的所有导频子载波进行分组，并确定每一导频子载波组中各导频子载波对应的等效导频子载波； 对于每个物理资源单元中的每一个导频子载波组，分别利用该接收天线在该导频子载波组中所包含的各导频子载波对应的等效导频子载波上接收到的接收数据，计算得到该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵。进一步地，所述确定每一导频子载波组中各导频子载波对应的等效导频子载波，具体包括对位于同一个OFDM符号的频域上的属于所述导频子载波组中的所有导频子载波对应的解扰之后的导频数据进行求和之后，再除以一个大于0的常数，将结果作为该导频子载波组中各导频子载波对应的等效导频子载波。进一步地，所述确定每一导频子载波组中各导频子载波对应的等效导频子载波，具体包括对于每一子导频载波，仅将本导频子载波作为自身对应的等效导频子载波。进一步地，所述计算得到该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵，具体包括将由该导频子载波组中各导频子载波对应的等效子载波所组成的向量与该向量的共轭矩阵相乘，得到该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵。本发明还提供了一种频偏估计的方法，应用于正交频分复用(OFDM)或正交频分多址(OFDMA)系统中的接收端，在包含至少一个物理资源单元的时频资源内对每一接收天线分别进行协方差矩阵的确定时，包括利用权利要求4所述方法，得到每个物理资源单元内各导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵；对于每一物理资源单元中的每一个导频子载波组，对该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵进行归一化处理，得到该导频子载波组在该接收天线上的第二协方差矩阵；对于每一物理资源单元，对该物理资源单元中所有的导频子载波在该接收天线上的第二协方差矩阵进行均值计算，得到相关矩阵R ；对向量[aQ Q1 a2 ciNfft_']做Nfft点的离散傅里叶变换或者快速傅里叶变换得到A1 A2…4v胃-:]后，对该向量的每个元素取其实部得到
「555 ... B I求取该向量中元素的最大值对应索引，则频偏值为($ax j;
0 I 2，丄N FPT 丄其中，Nfft为自然数，所述向量[aQ ax a2 a&M]通过计算eHRe得到；e = [l…dk表示导频子载波组内第k个等效导频子载波所属OFDM符号索
引与该组内第一个等效导频子载波所属OFDM符号索引之间的差值。进一步地，所述对该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵进行归一化处理进行归一化处理，具体包括计算所述协方差矩阵与C的商，其中，C等于所述协方差矩阵中对角线元素的和与L的商，L为任意实数；或者C等于对所述协方差矩阵中所有元素的模值平方和开根号得到的值。本发明还提供了一种频偏估计的方法，应用于正交频分复用(OFDM)或正交频分多址(OFDMA)系统中的接收端，在包含至少一个物理资源单元的时频资源内对每一接收天线分别进行协方差矩阵的确定时，包括 利用上述方法，得到每个物理资源单元内各导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵；对于每一物理资源单元中的每一个导频子载波组，对该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵进行归一化处理，得到该导频子载波组在该接收天线上的第二协方差矩阵；对于每一物理资源单元，对该物理资源单元中所有的导频子载波在该接收天线上的第二协方差矩阵进行均值计算，得到相关矩阵R ；分别取0 = 计算eHRe，取其中最大值对应的p值，则频偏值为i;
NraI兀 T其中，k= -M1, -M1+1,，()，…，M2, M1 和 M2 为预设的正整数；e = [l …Cli表示该导频子载波组内每个导频子载波相对于该组内第一个
导频子载波对应时域符号索引之间的差值。进一步地，所述对该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵进行归一化处理进行归一化处理，具体包括计算所述协方差矩阵与C的商，其中，C等于所述协方差矩阵中对角线元素的和与L的商，L为任意实数；或者C等于对所述协方差矩阵中所有元素的模值平方和开根号得到的值。相应地，本发明还提供了一种协方差矩阵的确定系统，应用于正交频分复用(OFDM)或正交频分多址(OFDMA)系统中的接收端，在包含至少一个物理资源单元的时频资源内对每一接收天线分别进行协方差矩阵的确定时，包括第一装置，用于对于每个物理资源单元，对该接收天线在该物理资源单元内的所有导频子载波进行分组，并确定每一导频子载波组中各导频子载波对应的等效导频子载波；第二装置，用于对于每个物理资源单元中的每一个导频子载波组，分别利用该接收天线在该导频子载波组中所包含的各导频子载波对应的等效导频子载波上接收到的接收数据，计算得到该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵。
进一步地，所述第一装置用于确定每一导频子载波组中各导频子载波对应的等效导频子载波，具体包括所述第一装置用于对位于同一个OFDM符号的频域上的属于所述导频子载波组中的所有导频子载波对应的解扰之后的导频数据进行求和之后，再除以一个大于0的常数，将结果作为该导频子载波组中各导频子载波对应的等效导频子载波。进一步地，所述第一装置用于确定每一导频子载波组中各导频子载波对应的等效导频子载波，具体包括所述第一装置用于对于每一子导频载波，仅将本导频子载波作为自身对应的等效 导频子载波。进一步地，所述第二装置用于计算得到该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵，具体包括所述第二装置用于将由该导频子载波组中各导频子载波对应的等效子载波所组成的向量与该向量的共轭矩阵相乘，得到该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵。本发明还提供了一种频偏估计的系统，应用于正交频分复用(OFDM)或正交频分多址(OFDMA)系统中的接收端，在包含至少一个物理资源单元的时频资源内对每一接收天线分别进行协方差矩阵的确定时，包括第一装置及第二装置，用于利用上述系统，得到每个物理资源单元内各导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵；第三装置，用于对于每一物理资源单元中的每一个导频子载波组，对该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵进行归一化处理，得到该导频子载波组在该接收天线上的第二协方差矩阵；第四装置，用于对于每一物理资源单元，对该物理资源单元中所有的导频子载波在该接收天线上的第二协方差矩阵进行均值计算，得到相关矩阵R ；对向量[aQ Q1 a2 ciNfft_']做Nfft点的离散傅里叶变换或者快速傅
里叶变换得到A1 A2…4v胃-:]后，对该向量的每个元素取其实部得到「555 ... B I求取该向量中元素的最大值对应索引，则频偏值为($ax j;
0I 2，丄N FPT 丄其中，Nfft为自然数，所述向量[aQ ax a2通过计算eHRe得到；
e = [l ^…dk表示导频子载波组内第k个等效导频子载波所属OFDM符号索
引与该组内第一个等效导频子载波所属OFDM符号索引之间的差值。进一步地，所述第三装置用于对该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵进行归一化处理进行归一化处理，具体包括所述第三装置用于计算所述协方差矩阵与C的商，其中，C等于所述协方差矩阵中对角线元素的和与L的商，L为任意实数；或者C等于对所述协方差矩阵中所有元素的模值平方和开根号得到的值。本发明还提供了一种频偏估计的系统，应用于正交频分复用(OFDM)或正交频分多址(OFDMA)系统中的接收端，在包含至少一个物理资源单元的时频资源内对每一接收天线分别进行协方差矩阵的确定时，包括第一装置及第二装置，用于利用上述系统，得到每个物理资源单元内各导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵；第三装置，用于对于每一物理资源单元中的每一个导频子载波组，对该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵进行归一化处理，得到该导频子载波组在该接收天线上的第二协方差矩阵；第四装置，用于对于每一物理资源单元，对该物理资源单元中所有的导频子载波在该接收天线上的第二协方差矩阵进行均值计算，得到相关矩阵R ；分别取
权利要求
1.一种协方差矩阵的确定方法，应用于正交频分复用(OFDM)或正交频分多址(OFDMA)系统中的接收端，在包含至少一个物理资源单元的时频资源内对每一接收天线分别进行协方差矩阵的确定时，包括 对于每个物理资源单元，对该接收天线在该物理资源单元内的所有导频子载波进行分组，并确定每一导频子载波组中各导频子载波对应的等效导频子载波； 对于每个物理资源单元中的每一个导频子载波组，分别利用该接收天线在该导频子载波组中所包含的各导频子载波对应的等效导频子载波上接收到的接收数据，计算得到该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于 所述确定每一导频子载波组中各导频子载波对应的等效导频子载波，具体包括对位于同一个OFDM符号的频域上的属于所述导频子载波组中的所有导频子载波对应的解扰之后的导频数据进行求和之后，再除以一个大于0的常数，将结果作为该导频子载波组中各导频子载波对应的等效导频子载波。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于 所述确定每一导频子载波组中各导频子载波对应的等效导频子载波，具体包括 对于每一子导频载波，仅将本导频子载波作为自身对应的等效导频子载波。
4.如权利要求I 3中任意一项所述的方法，其特征在于 所述计算得到该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵，具体包括 将由该导频子载波组中各导频子载波对应的等效子载波所组成的向量与该向量的共轭矩阵相乘，得到该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵。
5.一种频偏估计的方法，应用于正交频分复用(OFDM)或正交频分多址(OFDMA)系统中的接收端，在包含至少一个物理资源单元的时频资源内对每一接收天线分别进行协方差矩阵的确定时，包括 利用权利要求4所述方法，得到每个物理资源单元内各导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵； 对于每一物理资源单元中的每一个导频子载波组，对该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵进行归一化处理，得到该导频子载波组在该接收天线上的第二协方差矩阵；对于每一物理资源单元，对该物理资源单元中所有的导频子载波在该接收天线上的第二协方差矩阵进行均值计算，得到相关矩阵R ； 对向量
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述对该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵进行归一化处理进行归一化处理，具体包括 计算所述协方差矩阵与C的商，其中，C等于所述协方差矩阵中对角线元素的和与L的商，L为任意实数；或者C等于对所述协方差矩阵中所有元素的模值平方和开根号得到的值。
7.一种频偏估计的方法，应用于正交频分复用(OFDM)或正交频分多址(OFDMA)系统中的接收端，在包含至少一个物理资源单元的时频资源内对每一接收天线分别进行协方差矩阵的确定时，包括 利用权利要求4所述方法，得到每个物理资源单元内各导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵； 对于每一物理资源单元中的每一个导频子载波组，对该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵进行归一化处理，得到该导频子载波组在该接收天线上的第二协方差矩阵；对于每一物理资源单元，对该物理资源单元中所有的导频子载波在该接收天线上的第二协方差矩阵进行均值计算，得到相关矩阵R ； 分别取0 = ，计算eHRe，取其中最大值对应的p值，则频偏值为
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于 所述对该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵进行归一化处理进行归一化处理，具体包括 计算所述协方差矩阵与C的商，其中，C等于所述协方差矩阵中对角线元素的和与L的商，L为任意实数；或者C等于对所述协方差矩阵中所有元素的模值平方和开根号得到的值。
9.一种协方差矩阵的确定系统，应用于正交频分复用(OFDM)或正交频分多址(OFDMA)系统中的接收端，在包含至少一个物理资源单元的时频资源内对每一接收天线分别进行协方差矩阵的确定时，包括 第一装置，用于对于每个物理资源单元，对该接收天线在该物理资源单元内的所有导频子载波进行分组，并确定每一导频子载波组中各导频子载波对应的等效导频子载波； 第二装置，用于对于每个物理资源单元中的每一个导频子载波组，分别利用该接收天线在该导频子载波组中所包含的各导频子载波对应的等效导频子载波上接收到的接收数据，计算得到该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于 所述第一装置用于确定每一导频子载波组中各导频子载波对应的等效导频子载波，具体包括 所述第一装置用于对位于同一个OFDM符号的频域上的属于所述导频子载波组中的所有导频子载波对应的解扰之后的导频数据进行求和之后，再除以一个大于0的常数，将结果作为该导频子载波组中各导频子载波对应的等效导频子载波。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于 所述第一装置用于确定每一导频子载波组中各导频子载波对应的等效导频子载波，具体包括 所述第一装置用于对于每一子导频载波，仅将本导频子载波作为自身对应的等效导频子载波。
12.如权利要求9 11中任意一项所述的系统，其特征在于 所述第二装置用于计算得到该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵，具体包括 所述第二装置用于将由该导频子载波组中各导频子载波对应的等效子载波所组成的向量与该向量的共轭矩阵相乘，得到该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵。
13.一种频偏估计的系统，应用于正交频分复用(OFDM)或正交频分多址(OFDMA)系统中的接收端，在包含至少一个物理资源单元的时频资源内对每一接收天线分别进行协方差矩阵的确定时，包括 第一装置及第二装置，用于利用权利要求12所述系统，得到每个物理资源单元内各导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵； 第三装置，用于对于每一物理资源单元中的每一个导频子载波组，对该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵进行归一化处理，得到该导频子载波组在该接收天线上的第二协方差矩阵； 第四装置，用于对于每一物理资源单元，对该物理资源单元中所有的导频子载波在该接收天线上的第二协方差矩阵进行均值计算，得到相关矩阵R ； 对向量
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于 所述第三装置用于对该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵进行归一化处理进行归一化处理，具体包括 所述第三装置用于计算所述协方差矩阵与C的商，其中，C等于所述协方差矩阵中对角线元素的和与L的商，L为任意实数；或者C等于对所述协方差矩阵中所有元素的模值平方和开根号得到的值。
15.一种频偏估计的系统，应用于正交频分复用(OFDM)或正交频分多址(OFDMA)系统中的接收端，在包含至少一个物理资源单元的时频资源内对每一接收天线分别进行协方差矩阵的确定时，包括 第一装置及第二装置，用于利用权利要求12所述系统，得到每个物理资源单元内各导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵； 第三装置，用于对于每一物理资源单元中的每一个导频子载波组，对该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵进行归一化处理，得到该导频子载波组在该接收天线上的第二协方差矩阵； 第四装置，用于对于每一物理资源单元，对该物理资源单元中所有的导频子载波在该接收天线上的第二协方差矩阵进行均值计算，得到相关矩阵R ； 分别取0 = ，计算eHRe，取其中最大值对应的p值，则频偏值为i;I兀 T 其中，k =-M1,鳴+1，…，O，…，M2,MJP M2为预设的正整数；e = [l e]d^…ejd^9J ,Cli表示该导频子载波组内每个导频子载波相对于该组内第一个导频子载波对应时域符号索引之间的差值。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于 所述第三装置用于对该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵进行归一化处理进行归一化处理，具体包括 所述第三装置用于计算所述协方差矩阵与C的商，其中，C等于所述协方差矩阵中对角线元素的和与L的商，L为任意实数；或者C等于对所述协方差矩阵中所有元素的模值平方和开根号得到的值。
全文摘要
一种协方差矩阵的确定方法、频偏估计的方法和系统，所述确定方法应用于正交频分复用或正交频分多址系统中的接收端，在包含至少一个物理资源单元的时频资源内对每一接收天线分别进行协方差矩阵的确定时，包括对于每个物理资源单元，对该接收天线在该物理资源单元内的所有导频子载波进行分组，并确定每一导频子载波组中各导频子载波对应的等效导频子载波；对于每个物理资源单元中的每一个导频子载波组，分别利用该接收天线在该导频子载波组中所包含的各导频子载波对应的等效导频子载波上接收到的接收数据，计算得到该导频子载波组在该接收天线上的协方差矩阵。利用本发明后，即使存在多个强干扰源，仍然能够准确的估计出目标用户的频率偏移值。
文档编号H04L25/02GK102780655SQ201110119640
公开日2012年11月14日 申请日期2011年5月10日 优先权日2011年5月10日
发明者宁迪浩, 朱登魁, 肖华华, 鲁照华 申请人:中兴通讯股份有限公司