CN101582872B - 一种ofdm接收机幅相偏差校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种OFDM接收机幅相偏差校正方法，其中，OFDM接收机基带将接收到的导频信号的I路和Q路进行相应的统计运算估计幅度偏差和相位偏差，然后利用估计出来的幅度偏差和相位偏差进行幅度偏差和相位偏差的补偿。由于本发明采用了导频信号的统计特性计算幅度和相位偏差具有运算简单计算量少的特点，因而可获得电路设计、使用上的优势，即电路规模小、功耗低。

Description

一种OFDM接收机幅相偏差校正方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，OFDM)接收机幅相偏差校正方法。

背景技术

在基于正交频分复用OFDM技术的无线通信系统的零中频接收机中，如基于IEEE802.11a或HiperLAN2标准的宽带无线局域网通信系统中，由于在射频接收机电路中本地振荡器产生的I路和Q路的信号不能保持是完全正交的从而会产生I、Q两路不平衡相位偏差，同样I路和Q路的信号分别经过的滤波器和放大电路的增益也不能保持是完全相同，因而会产生I、Q两路不平衡的幅度偏差。在零中频接收机中这种幅相不平衡偏差将严重影响系统的功能。包含幅相偏差的接收信号可以用下式表示：

写成方程为：

其中k_err和

分别为幅度偏差，x(k)、y(k)为接收的理想信号，x′(k)、y′(k)为接收到带偏差的信号。

目前，幅相偏差的检测方法，一般存在以下两个明显的问题：(1)在射频前端加幅相偏差不平衡检测电路，该方法分别在发射机和接收机端增加幅相偏差的检测和修正电路，然后利用单载波的正弦或余弦信号测试和修正射频前端本振引起的幅相偏差，但是这种方法需要增加射频电路的规模和实现复杂度；(2)在基带采用自适应滤波器的算法，该算法首先利用已知的训练符号计算滤波器的系数，然后用滤波器来消除由幅相偏差引起的镜像频率干扰信号，但是这种方法计算量大，实现电路设计复杂。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种OFDM接收机幅相偏差校正方法，具有运算简单计算量少的特点，使得电路规模小、功耗低。

本发明的OFDM接收机幅相偏差校正方法，其中，OFDM接收机基带将接收到的导频信号的I路和Q路进行相应的统计运算估计幅度偏差和相位偏差，然后利用估计出来的幅度偏差和相位偏差进行幅度偏差和相位偏差的补偿。

其中，所述将接收到的导频信号的I路和Q路进行相应的统计运算估计幅度偏差k_err和相位偏差包括下列步骤：

步骤A：分别统计计算接收导频信号的I路、Q路信号绝对值的累加和S_I、S_Q；

步骤B：统计计算导频信号I路和Q路信号乘积S_I，Q；

步骤C：统计计算接收导频信号的I路信号平方累加和S_I，I；

步骤D：用所述步骤A中的Q路信号绝对值的累加和S_Q除以I路信号绝对值的累加和S_I，得到幅度偏差估计值 $1/k_{\mathrm{est}}=\frac{S_Q}{S_I};$ 用所述步骤B中的得到接收导频信号的I路信号平方累加和S_I，I除以接收导频信号的I路信号平方累加和S_I，I，得到相位偏差估计值 $P_{\mathrm{est}}=\frac{S_{I,Q}}{S_{I,I}}.$

其中，所述步骤A中，导频信号I路信号绝对值的累加和S_I的统计计算公式为：

$S_I=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|x^{\′}\left(k\right)\right|$

其中，x′(k)为接收到的带偏差的信号。

其中，所述步骤A中，导频信号Q路信号绝对值的累加和S_Q的统计计算公式为：

$S_Q=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|y^{\′}\left(k\right)\right|$

其中，y′(k)为接收到的带偏差的信号。

其中，所述步骤B中，导频信号I路和Q路信号乘积S_I，Q的统计计算公式为：

$S_{I,Q}=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}[x^{\′}\left(k\right)\·y^{\′}\left(k\right)]$

其中，x′(k)、y′(k)为接收到的带偏差的信号。

其中，所述步骤C中，导频信号的I路信号平方累加和S_I，I的统计计算公式为：

$S_{I,I}=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}[x^{\′}\left(k\right)\·x^{\′}\left(k\right)]$

其中，x′(k)、y′(k)为接收到的带偏差的信号。

其中，所述利用估计出来的幅度偏差和相位偏差进行幅度偏差和相位偏差的补偿计算公式为 $\left\{\begin{array}{c}{x}^{\′\′}\left(k\right)=\frac{x^{\′}\left(k\right)}{k_{\mathrm{est}}}\\ y^{\′\′}\left(k\right)=\frac{P_{\mathrm{est}}}{k_{\mathrm{est}}}{x}^{\′}\left(k\right)+y^{\′}\left(k\right)\end{array}\right.$

其中，x″(k)、y″(k)是补偿后的信号。

本发明的有益效果是：依照本发明的OFDM接收机幅相偏差校正方法，由于采用了导频信号的统计特性计算幅度和相位偏差具有运算简单计算量少的特点，因而可获得电路设计、使用上的优势，即电路规模小、功耗低。

附图说明

图1是利用长训练符号进行频幅相偏差检测和补偿的示意图；

图2是幅相偏差检测和实现方法示意图。

具体实施方式

以下，参考附图1～2详细描述本发明的OFDM接收机幅相偏差校正方法。

本发明的核心思想是：OFDM接收机基带将接收到的信号通过I路和Q路的统计运算估计幅度偏差k_err和相位偏差

然后利用估计出来的k_err和来进行幅度偏差和相位偏差的补偿。其中，本发明的适用于IEEE802.11a、IEEE802.11g和IEEE802.16d的OFDM无线通信系统。

具体地，该方法包括如下步骤：

步骤100：当接收机接收到导频符号后，利用导频符号计算接收导频信号的I路信号绝对值的累加和为：

$S_I=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|x^{\′}\left(k\right)\right|---\left(1\right)$

步骤200：计算接收导频信号的Q路信号绝对值的累加和为：

$S_Q=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|y^{\′}\left(k\right)\right|---\left(2\right)$

步骤300：计算接收导频信号的I路和Q路信号乘积的累加和为

$S_{I,Q}=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}[x^{\′}\left(k\right)\·y^{\′}\left(k\right)]---\left(3\right)$

步骤400：计算接收导频信号的I路信号平方累加和为

$S_{I,I}=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}[x^{\′}\left(k\right)\·x^{\′}\left(k\right)]---\left(4\right)$

步骤500：利用公式(1)式和公式(2)相除可以得到幅度偏差估计值为

$1/k_{\mathrm{est}}=\frac{S_Q}{S_I}---\left(5\right)$

步骤600：利用公式(3)式和公式(4)相除可以得到相位偏差估计值为

$P_{\mathrm{est}}=\frac{S_{I,Q}}{S_{I,I}}---\left(6\right)$

根据现有技术可知，接收到的补偿信号为：

将公式(7)展开后写成方程形式为：

根据经验I路Q路不平衡的相位偏差一般小于10°，因此，得到如下公式：

分别把幅相偏差的估计值k_est和P_est带入公式(8)，补偿后的信号为

$\left\{\begin{array}{c}{x}^{\′\′}\left(k\right)=\frac{x^{\′}\left(k\right)}{k_{\mathrm{est}}}\\ y^{\′\′}\left(k\right)=\frac{P_{\mathrm{est}}}{k_{\mathrm{est}}}{x}^{\′}\left(k\right)+y^{\′}\left(k\right)\end{array}\right.---\left(10\right)$

其中，x″(k)、y″(k)是补偿后的信号，公式(5)计算的是幅度不平衡误差的倒数，因此在算式(10)的补偿中可以直接乘法运算代替一个除法运算，这样可以减少硬件电路设计的规模。

对于基于IEEE802.11a或HiperLAN2标准的宽带无线局域网通信系统，图1为利用长训练符号进行频幅相偏差检测和补偿的示意图；如图1所示，由10个长度为16个时钟的短序列(Short Preamble)、2个长度为64个时钟的长序列(LS1和LS2)、长度为32个采样的间隔序列(GI)以及信号和数据等组成。在接收端，要用长序列进行I、Q两路幅相不平衡检测和补偿。根据长序列LS1(LS2)的统计特性，按照上述算法，可以用如图1所示的时序图来实现。图2是幅相偏差检测和实现方法示意图。在实际电路的实现上可以有以输入信号统计运算为特征的数字电路装置。

综上所述，依照本发明的OFDM接收机幅相偏差校正方法，由于采用了上述方案即采用导频信号的统计特性计算幅度和相位偏差具有运算简单计算量少的特点，因而可获得电路设计、使用上的优势，即电路规模小、功耗低等。

以上是为了使本领域普通技术人员理解本发明，而对本发明所进行的详细描述，但可以想到，在不脱离本发明的权利要求所涵盖的范围内还可以做出其它的变化和修改，这些变化和修改均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种OFDM接收机幅相偏差校正方法，其特征在于，OFDM接收机基带将接收到的导频信号的I路和Q路进行相应的统计运算估计幅度偏差k_err和相位偏差

包括下列步骤：

步骤A：分别统计计算接收导频信号的I路、Q路信号绝对值的累加和S_I、S_Q；

步骤B：统计计算导频信号I路和Q路信号乘积S_I,Q；

步骤C：统计计算接收导频信号的I路信号平方累加和S_I,I；

步骤D：用所述步骤A中的Q路信号绝对值的累加和S_Q除以I路信号绝对值的累加和S_I，得到幅度偏差估计值

用所述步骤B中得到接收导频信号的I路和Q路信号乘积S_I,Q除以接收导频信号的I路信号平方累加和S_I,I，得到相位偏差估计值

然后利用估计出来的幅度偏差和相位偏差进行幅度偏差和相位偏差的补偿。

2.如权利要求1所述的OFDM接收机幅相偏差校正方法，其特征在于，所述步骤A中，导频信号I路信号绝对值的累加和S_I的统计计算公式为：

$S_I=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|x^{\′}\left(k\right)\right|$

其中，x′(k)为接收到的带偏差的信号。

3.如权利要求2所述的OFDM接收机幅相偏差校正方法，其特征在于，所述步骤A中，导频信号Q路信号绝对值的累加和S_Q的统计计算公式为：

$S_Q=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|y^{\′}\left(k\right)\right|$

其中，y′(k)为接收到的带偏差的信号。

4.如权利要求3所述的OFDM接收机幅相偏差校正方法，其特征在于，所述步骤B中，导频信号I路和Q路信号乘积S_I,Q的统计计算公式为：

$S_{I,Q}=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}[x^{\′}\left(k\right)\·y^{\′}\left(k\right)]$

其中，x′(k)、y′(k)为接收到的带偏差的信号。

5.如权利要求4所述的OFDM接收机幅相偏差校正方法，其特征在于，所述步骤C中，导频信号的I路信号平方累加和S_I，I的统计计算公式为：

$S_{I,I}=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}[x^{\′}\left(k\right)\·x^{\′}\left(k\right)]$

其中，x′(k)、y′(k)为接收到的带偏差的信号。

6.如权利要求5所述的OFDM接收机幅相偏差校正方法，其特征在于，所述利用估计出来的幅度偏差和相位偏差进行幅度偏差和相位偏差的补偿计算公式为

$\left\{\begin{array}{c}{x}^{\′\′}\left(k\right)=\frac{x^{\′}\left(k\right)}{k_{\mathrm{est}}}\\ y^{\′\′}\left(k\right)=\frac{P_{\mathrm{est}}}{k_{\mathrm{est}}}{x}^{\′}\left(k\right)+y^{\′}\left(k\right)\end{array}\right.$

其中，x″(k)、y″(k)是补偿后的信号。

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