专利名称：一种整数倍频率偏移估计设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及通信技术领域，特别涉及一种整数倍频率偏移估计设备。
背景技术：
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)具有高速传输数据、高效的频谱利用率和抗多径等诸多优点。最近几年，OFDM技术已经成功地应用在移动以及固定数据传输中，例如:ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line,非对称数字用户线路)、数字视频广播，以及无线局域网(WirelessLAN)等。目前，OFDM已被视为第四代移动通信最具竞争力的传输技术。OFDM通过在频域把信道分成许多正交子信道，使各子信道的载波间保持正交，且频谱相互重叠，从而减小子信道间的干扰，提高了频谱利用率。然而，OFDM系统对频率偏移非常敏感，很小的频率偏移都可能破坏子载波间的正交性，产生ICI (Inter CarrierInterference,载波间干扰)，从而导致系统性能的严重下降。所以在OFDM系统中整数倍频率偏移估计的准确性至关重要。如图1所示，目前整数倍频率偏移的估计主要是对频率整数倍的子载波间隔部分进行估计。为了确定整数倍的频率偏移，现有技术首先根据频域信号计算每个频率点的能量，再对能量谱做降噪处理，继而获取降噪之后的频谱重心，根据频谱重心来确定整数倍的频率偏移。发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下问题:传统技术利用对能量谱进行降噪后获取的频谱重心来确定整数倍的频率偏移，其估计结果的准确度受到设定的噪声门限及噪声影响很大，并且该方法无法适用于子载波非连续分配的情况。
实用新型内容本实用新型提供一种整数倍频率偏移估计设备，使频率偏移的估计结果不再受噪声的影响，在子载波连续分配及子载波非连续分配的情况下都能取得良好的频率偏移估计结果。为达到上述目的，本实用新型提供了一种整数倍频率偏移估计设备，包括:获取模块，用于获取偏移前的频域信号中被占用的各频率点之间的相对位置关系;选取模块，用于在偏移后的频域信号中选取所有有效频率点组合，所述有效频率点组合中各频率点之间的相对位置关系与所述偏移前的频域信号中被占用的各频率点之间的相对位置关系一致；位置模块，用于根据所述偏移后的频域信号中各个频率点的能量确定各所述有效频率点组合的能量，并获取能量最高的频率点组合的位置；估计模块，用于根据所述被占用的频率点所组成的频率点组合的位置以及所述能量最高的有效频率点组合的位置，估计频域信号的整数倍频率偏移。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:本实用新型提供一种整数倍频率偏移估计设备，使频率偏移的估计结果不再受噪声的影响，在子载波连续分配及子载波非连续分配的情况下都能取得良好的频率偏移估计结果。
图1为OFDM中整数倍频率偏移示意图；图2为本实用新型提供的一种整数倍频率偏移的估计方法流程示意图；图3为本实用新型具体实施例提供的一种整数倍频率偏移的估计方法流程示意图；图4为本实用新型具体实施例提供的另一种整数倍频率偏移的估计方法流程示意图；图5为本实用新型具体实施例提供的一种整数倍频率偏移估计设备结构示意图。
具体实施方式
基于现有技术方案的不足，本实用新型所提出的技术方案根据偏移前频域信号中被占用的频率点之间的相对位置关系，获取偏移后频域信号中具有同样相对位置关系且所含频率点能量之和最高的频率点组合的位置，再将其与被占用的频率点所组成的频率点组合的位置进行对比，确定频域信号的整数倍频率偏移。该方案无需额外设定噪声门限，从而使频率偏移的估计结果不再受噪声的影响，在子载波连续分配及子载波非连续分配的情况下都能取得良好的频率偏移估计结果。为达到以上技术效果，本实用新型实施例提供了一种整数倍频率偏移的估计方法，其流程示意图可如图2所示，包括:步骤201，获取偏移前的频域信号中被占用的各频率点之间的相对位置关系。由于每个子载波均对应占用一个频率点，因此通过子载波的占用情况，可以得到偏移前的频域信号中被占用的频率点的位置，以及被占用频率点之间的频率点间隔(对应子载波非连续的情况)。该相对位置关系以首个被占用的频率点位置为起始点，逐个将被占用的频率点位置记为有效频率点位置，以及将占用频率点之间的频率点间隔记为无效频率点位置，直至最后一个被占用的频率点为止。在子载波连续的情况下，通常以其中某个被占用频率点的位置为基准位置，根据其他被占用频率点相对于该频率点的相对位置生成相对位置关系；当子载波为非连续时，则同时根据其他被占用频率点及间隔频率点相对于该频率点的相对位置生成相对位置关系。步骤202，在偏移后的频域信号中选取所有有效频率点组合，所述有效频率点组合中各频率点之间的相对位置关系与所述偏移前的频域信号中被占用的各频率点之间的相对位置关系一致。该步骤中，可以通过以下两种方法在偏移后的频域信号中选取各频率点之间的相对位置关系与偏移前的频域信号中被占用的各频率点之间的相对位置关系一致的所有有效频率点组合:[0026](I)、根据所述相对位置关系逐个选取相应的频率点，生成所述有效频率点组合。该方法从偏移后的频域信号中首个频率点开始，逐个将频率点与相对位置关系进行对照，选取对应相对位置关系中有效频率点位置的频率点，将其归为一组有效频率点组合；然后再从偏移后的频域信号中第二个频率点开始，重新执行上述流程……依次类推，直到再无可选的频率点组合为止。(2)、根据所述相对位置关系中首尾频率点的间隔，在偏移后的频域信号中选取具有相同首尾频率点间隔的所有频率点组合；依据所述相对位置关系对所述频率点组合进行处理，获取所述有效频率点组合。该方法首先确定相对位置关系中第一个频率点与最后一个频率点之间的间隔，在偏移后的频域信号中选取首尾频率点间隔与之相同的频率点组合，继而基于相对位置关系中的有效频率点位置及无效频率点位置对应将选取出的频率点组合中的频率点位置进行有效/无效标记，从而得到有效频率点组合。需要说明的是，虽然以上两种不同方法中间处理过程有所差别，但最终所获取的均为能够有效反映偏移前频域信号中子载波占用情况的有效频率点组合。同时，本实用新型亦不仅限于以上两种选择方法，任何其他能够根据偏移前的频域信号中被占用的各频率点之间的相对位置关系得到偏移后的频域信号中所有有效频率点组合的方法均属于本实用新型的保护范围。
步骤203，根据所述偏移后的频域信号中各个频率点的能量，确定各所述有效频率点组合的能量，获取能量最高的频率点组合的位置。通过预先对偏移后的频域信号的能量谱进行的分析，在获取到各个频率点的能量后，依据步骤201中所有有效频率点组合所包含的各个频率点，计算每个有效频率点组合的总能量，对比选择总能量最高的有效频率点组合，并确认该有效频率点组合在偏移后的频域信号中的位置；具体地，可以通过该频率点组合中的任意一个或多个频率点确定该频率点组合的具体位置，这对本实用新型的保护范围没有影响。步骤204，根据所述被占用的频率点所组成的频率点组合的位置以及所述能量最高的有效频率点组合的位置，估计频域信号的整数倍频率偏移。相对于偏移前的频域信号，子载波在偏移后的频域信号中所占用的频率点发生了整体的整数倍频率偏移，但是子载波的占用排列顺序并没有发生变化，即被占用的各频率点之间的相对位置关系没有发生改变。由于偏移后的频域信号中被占用的频率点能量是高于其他没有被占用的频率点的，因此分别将偏移前的占用频率点组合的位置及偏移后能量总和最高的频率点组合的位置进行对照，即可获得频域信号的整数倍频率偏移。为了进一步阐述本实用新型的技术思想，现结合具体的应用场景，对本实用新型的技术方案进行说明。为方便描述，这里假设信号处理FFT的点数为N，接收的时域信号(即频率偏移后的时域信号)为y(n)，n = 1，…，N。原始信号(即未发生频率偏移的信号)实际使用了 M个子载波，占用的子载波编号为sc_id(m), m = 1，…，M,并且对于Hi1 > m0, Scjd(Iii1) > sc_id(m0),sc_id(m)表示原始信号使用的第m个子载波在整个频域(1、)的具体编号，m值越大，它的频域的具体编号越大。基于以上说明，本实用新型实施例提供的一种整数倍频率偏移估计流程如图3所示，包括:步骤301，对接收信号进行频域变换:利用FFT变换将接收的时域信号变换到频域:Y_temp(k’) = FFT (y (η)),其中，η = I,…，N, k' = I,…，N。步骤302，利用FFTSHIFT将零频率点移动到频谱中间:Y (k) = FFTSHIFT (Y_temp (k')),其中，k= 1，…，N’k' = I,...,N步骤303，计算每个频率点的能量:E(k) = I Y(k) I 2，其中，k = 1，…，N步骤304，在接收信号频域中选取所有符合原始信号被占用的各频率点之间的相对位置关系的M个有效频率点组合,用sc_set表示:令原始信号中被占用的第一个频率点相对自身的位置为0，即？08(1) = 0，则该原始信号被占用的第m个频率点的相对第一个频率点的位置为pos (m) = sc_id(m)-sc_id(l),m = I,…M，用来表示原始信号各个被占用的频率点之间的相对位置关系。需要说明的是，在子载波非连续的情况下，被占用的频率点之间可能存在由未被占用频率点，因此上述相对位置关系中也将记录相应的频率点间隔，设定偏移量V，V为1、中任意的一个整数，选择对应该偏移量的M个频率点:sc_set (m) = v+pos (m)，m = 1，...Μ。当相对位置关系中存在频率点间隔时，则选择对应以上偏移量V被占用的M个频率点。
步骤305，根据接收信号的能量谱计算步骤104中所选取的M个频率点的能量之和 Ms" 7 —厂(V) = ^ !i(sc
m=lsum_E (v)表示在当偏移量为V时所对应的M个子载波的能量之和。步骤306，在1、中依次选取V的不同数值，并将其代入重复执行步骤304-305的流程，计算不同偏移量V数值对应的M个频率点的能量之和:sum_E(v), v=l,..., N。步骤307，确定sum_E (v)为最大值时所对应的V值。根据在步骤306得到的不同V值对应的sum_E(v)，选取其中一个最大值，并将此时的 V 值记为 v_max,即= arg(nmx{sum — E(v)j)步骤308,估计整数倍频率偏移int_fre_offset。v_max+pos (I)表示在偏移后的频域信号中，当sum_E(v)值取最大时第一个被占用的频率点的位置，sc_id(l)为原始信号中的第一个被占用的频率点所在位置。因此通过将二者进行对照，即可得到频域信号的整数倍频率偏移:int_fre_offset = v_max+pos (I)-sc_id (I) = v_max_sc_id (I)。以上为本实用新型具体实施例所提出的一种整数倍频率偏移的估计方法，此外，本实用新型还提出了另一种整数倍频率偏移的估计方法，具体流程如图4所示:由于该具体实施例中仅仅只是对上述步骤304-308进行改进，因此仅对步骤步骤403以后的流程进行说明，步骤401-403请参考之前步骤301-303的内容。步骤404，根据原始信号中被占用的各频率点之间的相对位置关系，在接收信号的频域中设置估计窗Fest_window。[0060]上述估计窗Fest—window的窗长为S=sc—id (M) _sc—id (I)+1，令该估计窗内符合
原始信号被占用的各频率点之间的相对位置关系的位置值为1，其余置为O:
权利要求1.一种整数倍频率偏移估计设备，其特征在于，包括: 获取模块，用于获取偏移前的频域信号中被占用的各频率点之间的相对位置关系； 选取模块，用于在偏移后的频域信号中选取所有有效频率点组合，所述有效频率点组合中各频率点之间的相对位置关系与所述偏移前的频域信号中被占用的各频率点之间的相对位置关系一致； 位置模块，用于根据所述偏移后的频域信号中各个频率点的能量确定各所述有效频率点组合的能量，并获取能量最高的频率点组合的位置； 估计模块，用于根据所述被占用的频率点所组成的频率点组合的位置以及所述能量最高的有效频率点组合的位置，估计频域信号的整数倍频率偏移。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于， 所述获取模块，具体用于根据各所述被占用频率点的位置以及所述被占用频率点之间的频率点间隔，生成所述相对位置关系。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于， 所述选取模块，具体用于根据所述相对位置关系逐个选取相应的频率点，生成所述有效频率点组合。
4.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于， 所述选取模块，具体用于根据所述相对位置关系中首尾频率点的间隔，在偏移后的频域信号中选取具有相同首尾频率点间隔的所有频率点组合，并依据所述相对位置关系对所述频率点组合进行处理，获取所述有效频率点组合。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于， 所述估计模块，具体用于根据首个所述被占用的频率点的位置与所述能量最高的频率点组合中首个频率点的位置，估计频域信号的整数倍频率偏移。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括转换模块， 所述转换模块，用于在所述获取模块获取偏移前的频域信号中被占用的各频率点之间的相对位置关系之前利用快速傅里叶变换FFT将偏移后的时域信号转换为所述偏移后的频域信号。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，还包括确定模块， 所述确定模块，用于在所述位置模块根据所述偏移后的频域信号中各个频率点的能量确定各所述有效频率点组合的能量之前，利用Y(k)=FFTSHIFT(Y_temp(k'))将零频率点移动至所述偏移后的频域信号的频谱中央，并根据E (k)= Il Y(k) Il 2确定所述偏移后的频域信号中各频率点的能量，Y_temp(k')为通过FFT获取的所述偏移后的频域信号； 其中，k及k'为I至N范围内的任意一个正整数。
专利摘要本实用新型公开了一种整数倍频率偏移估计设备，根据偏移前频域信号中被占用的频率点之间的相对位置关系，获取偏移后频域信号中具有同样相对位置关系且所含频率点能量之和最高的有效频率点组合的位置，再将其与被占用的频率点所组成的频率点组合的位置进行对比，确定频域信号的整数倍频率偏移。该方案无需额外设定噪声门限，从而使频率偏移的估计结果不再受噪声的影响，在子载波连续分配及子载波非连续分配的情况下都能取得良好的频率偏移估计结果。
文档编号H04L27/26GK203039713SQ201220647279
公开日2013年7月3日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者罗斐琼, 敖惠波, 张途, 张力 申请人:上海创远仪器技术股份有限公司