本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)通信，具體涉及一種物聯(lián)網(wǎng)dft預(yù)編碼fbmc載波同步和信道估計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，基于偏移正交幅度調(diào)制的濾波器組多載波(fbmc-oqam，filte?r?bankmulti-carrier?with?offset?quadrature?amplitude?modulation)系統(tǒng)由于極低的帶外輻射性能，能夠放寬用戶(hù)間的同步，在面向天地一體化海量物聯(lián)異步用戶(hù)場(chǎng)景時(shí)具有潛在的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2、在物聯(lián)網(wǎng)傳輸中，通信系統(tǒng)的功耗是一項(xiàng)重要因素，為便于低功耗傳輸，在傳統(tǒng)fbmc-oqam系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，近年來(lái)一種新型的基于數(shù)據(jù)映射的dft預(yù)編碼fbmc-oqam系統(tǒng)被提出，以降低發(fā)射信號(hào)的峰均比，提升功放的效率，實(shí)現(xiàn)低功耗傳輸。在數(shù)據(jù)映射的dft預(yù)編碼fbmc-oqam系統(tǒng)中，如何實(shí)現(xiàn)高效的載波頻偏和信道估計(jì)是fbmc系統(tǒng)應(yīng)用的重要問(wèn)題。

3、在fbmc-oqam系統(tǒng)中，由于符號(hào)的疊加效應(yīng)，同步序列構(gòu)造難度較大；此外，fbmc-oqam作為一個(gè)實(shí)正交系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)間存在固有虛部干擾，這在利用導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)，將會(huì)在導(dǎo)頻點(diǎn)上產(chǎn)生干擾，從而影響信道估計(jì)。此外，在無(wú)線(xiàn)通信中，載波頻偏將會(huì)引起嚴(yán)重的載波間干擾，同時(shí)信道估計(jì)的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到系統(tǒng)的解調(diào)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種物聯(lián)網(wǎng)dft預(yù)編碼fbmc載波同步和信道估計(jì)方法，設(shè)計(jì)了一種具有較低的峰均比的訓(xùn)練序列，并借助該訓(xùn)練序列，實(shí)現(xiàn)載波同步和信道估計(jì)。

2、一種物聯(lián)網(wǎng)dft預(yù)編碼fbmc載波同步和信道估計(jì)方法，包括以下步驟：

3、獲取待傳輸?shù)膄bmc符號(hào)數(shù)據(jù)，構(gòu)造三個(gè)連續(xù)的訓(xùn)練序列符號(hào)，所述三個(gè)連續(xù)的訓(xùn)練序列符號(hào)的數(shù)據(jù)序列結(jié)構(gòu)分別表示為：

4、

5、其中，jn、jn+1、jn+2為oqam調(diào)制所需的相位因子項(xiàng)，n為符號(hào)序號(hào)，z(k)為長(zhǎng)度為m/2-1的cazac序列的前m/4個(gè)序列值，w(k)為一個(gè)加權(quán)系數(shù)序列，當(dāng)k＝1、2、...、m/4-1時(shí)，取值為對(duì)應(yīng)濾波器信號(hào)值加權(quán)疊加的倒數(shù)值，m為fbmc系統(tǒng)的子載波個(gè)數(shù)；

6、將三個(gè)連續(xù)放置的訓(xùn)練序列符號(hào)連同其他已完成共軛對(duì)稱(chēng)映射的數(shù)據(jù)符號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)映射dft預(yù)編碼fbmc-oqam系統(tǒng)的前fft、ifft子載波調(diào)制、多相濾波后獲得時(shí)域的對(duì)應(yīng)發(fā)送信號(hào)；

7、在接收端，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行多相濾波、ifft子載波解調(diào)后，得到接收數(shù)據(jù)信號(hào)，在第二個(gè)訓(xùn)練序列符號(hào)中，其第0、2、4、……、m-1個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)作為導(dǎo)頻點(diǎn)進(jìn)行信道估計(jì)。

8、進(jìn)一步地，所述三個(gè)連續(xù)放置的訓(xùn)練序列符號(hào)將在時(shí)域發(fā)送信號(hào)中疊加為長(zhǎng)度為m/2的特殊時(shí)域共軛對(duì)稱(chēng)cazac序列，利用特殊時(shí)域共軛對(duì)稱(chēng)cazac序列進(jìn)行載波同步檢測(cè)，具體包括以下步驟：

9、所述三個(gè)訓(xùn)練符號(hào)序列除相位因子jn、jn+1、jn+2外，其余部分采用z'表示，z'的前半部分和后半部分相同，并且內(nèi)部存在共軛對(duì)稱(chēng)關(guān)系，將z'的前半部分或后半部分用u和u#兩個(gè)長(zhǎng)度為m/4序列向量表示，其中u#為u的特定共軛對(duì)稱(chēng)序列；

10、在接收機(jī)端，構(gòu)建一個(gè)本地序列u'＝[-(u#)*,u*]，其中上標(biāo)*為取共軛，將接收到的所述特殊時(shí)域共軛對(duì)稱(chēng)cazac序列分別取長(zhǎng)度為m/4的連續(xù)兩部分，將所述兩部分序列除第一個(gè)值外分別與本地序列對(duì)應(yīng)部分進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，獲得相關(guān)結(jié)果；

11、將第一部分序列的相關(guān)結(jié)果取共軛后與第二部分序列相關(guān)結(jié)果相乘獲得頻偏度量函數(shù)；

12、根據(jù)頻偏度量函數(shù)獲得小數(shù)倍頻偏估計(jì)，利用頻偏估計(jì)值進(jìn)行載波頻偏補(bǔ)償完成小數(shù)倍載波頻率同步。

13、進(jìn)一步地，所述頻偏度量函數(shù)表示為：

14、

15、其中，l表示采樣序列序號(hào)，r(l)為接收信號(hào)的采樣值，u'(l)為所述本地序列的序列值，v為頻偏，δl為所述特殊時(shí)域序列的采樣序號(hào)開(kāi)始位置，f為子載波間隔；

16、此時(shí)，頻偏v的估計(jì)值通過(guò)求取頻偏度量函數(shù)j(v)的相位獲得：

17、

18、其中，angle()為取相位操作。

19、進(jìn)一步地，所述在第二個(gè)訓(xùn)練序列符號(hào)中，其第0、2、4、……、m-1個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)作為導(dǎo)頻點(diǎn)進(jìn)行信道估計(jì)，其表示為：

20、

21、其中，為該符號(hào)第二個(gè)訓(xùn)練符號(hào)中第m個(gè)子載波位置的信道系數(shù)，bm,n為第m個(gè)子載波位置的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)值，取值為序列c2/jn+1的傅里葉變換結(jié)果序列的第m個(gè)數(shù)值，ym，n為導(dǎo)頻信號(hào)點(diǎn)對(duì)應(yīng)接收到的濾波后的頻域信號(hào)值，jm為相位因子。

22、進(jìn)一步地，所述w(k)為一個(gè)加權(quán)系數(shù)序列，當(dāng)k＝1、2、...、m/4-1時(shí)，取值為對(duì)應(yīng)濾波器信號(hào)值加權(quán)疊加的倒數(shù)值，其表示為：

23、

24、其中，p1、p2、……p4k為原型濾波器信號(hào)按照長(zhǎng)度m/4劃分的序列塊，k為交疊因子。

25、進(jìn)一步地，所述z(k)為長(zhǎng)度為m/4-1的zc序列，其表示為：

26、

27、其中，o為根序號(hào)，nc為序列長(zhǎng)度。

28、進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)映射dft預(yù)編碼fbmc-oqam系統(tǒng)發(fā)送端到接收端的信號(hào)傳遞過(guò)程，包括以下步驟：

29、對(duì)待傳輸?shù)脑夹盘?hào)進(jìn)行分組、串并轉(zhuǎn)換、共軛對(duì)稱(chēng)映射、插入特殊訓(xùn)練序列、dft預(yù)編碼，獲得實(shí)虛交替排列的數(shù)據(jù)序列；

30、對(duì)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行ifft轉(zhuǎn)換、多相濾波并輸出基帶發(fā)射信號(hào)，經(jīng)過(guò)載頻調(diào)制后向信道發(fā)送；

31、將從信道接收的信號(hào)進(jìn)行多相濾波、fft子載波解調(diào)、均衡和oqam解調(diào)，獲得實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)；

32、對(duì)實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)添加相位因子、ifft轉(zhuǎn)換、解映射和串并轉(zhuǎn)換操作后，作為輸出數(shù)據(jù)。

33、進(jìn)一步地，所述共軛對(duì)稱(chēng)映射包括以下步驟：

34、對(duì)于任意第n組原始數(shù)據(jù)用向量xn表示，該組原始數(shù)據(jù)xn映射的第n組數(shù)據(jù)序列用向量bn表示；

35、所述第n組原始數(shù)據(jù)xn按以下公式映射為滿(mǎn)足特定共軛對(duì)稱(chēng)特性的第n組數(shù)據(jù)序列bn：

36、

37、其中，n的取值范圍為非負(fù)整數(shù)；xn(k)表示為第n組原始數(shù)據(jù)xn中的第k個(gè)數(shù)據(jù)；bn(k)表示為第n組數(shù)據(jù)序列bn中的第k個(gè)數(shù)據(jù)；標(biāo)有上標(biāo)*的代表共軛值；為取實(shí)部操作；為取虛部操作。

38、本發(fā)明提供了一種物聯(lián)網(wǎng)dft預(yù)編碼fbmc載波同步和信道估計(jì)方法，具備以下有益效果：

39、本發(fā)明通過(guò)構(gòu)建了共軛對(duì)稱(chēng)的特殊訓(xùn)練序列，將特殊訓(xùn)練序列插入fbmc-oqam系統(tǒng)發(fā)送端的信號(hào)共軛對(duì)稱(chēng)映射后或信號(hào)共軛對(duì)稱(chēng)映射前，與三個(gè)共軛對(duì)稱(chēng)的發(fā)送序列構(gòu)成訓(xùn)練序列，用于信道估計(jì)，并利用特殊訓(xùn)練序列的時(shí)域信號(hào)特性來(lái)估計(jì)和校正載波頻率偏移。本方法利用一套訓(xùn)練序列同時(shí)實(shí)現(xiàn)載波同步及信道估計(jì)，具有較高的頻譜效率，并且具有較低的峰均比，以及較低的計(jì)算復(fù)雜度。

技術(shù)特征：

1.一種物聯(lián)網(wǎng)dft預(yù)編碼fbmc載波同步和信道估計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種物聯(lián)網(wǎng)dft預(yù)編碼fbmc載波同步和信道估計(jì)方法，其特征在于，所述三個(gè)連續(xù)放置的訓(xùn)練序列符號(hào)將在時(shí)域發(fā)送信號(hào)中疊加為長(zhǎng)度為m/2的特殊時(shí)域共軛對(duì)稱(chēng)cazac序列，利用特殊時(shí)域共軛對(duì)稱(chēng)cazac序列進(jìn)行載波同步檢測(cè)，具體包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種物聯(lián)網(wǎng)dft預(yù)編碼fbmc載波同步和信道估計(jì)方法，其特征在于，所述頻偏度量函數(shù)表示為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種物聯(lián)網(wǎng)dft預(yù)編碼fbmc載波同步和信道估計(jì)方法，其特征在于，所述在第二個(gè)訓(xùn)練序列符號(hào)中，其第0、2、4、……、m-1個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)作為導(dǎo)頻點(diǎn)進(jìn)行信道估計(jì)，其表示為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種物聯(lián)網(wǎng)dft預(yù)編碼fbmc載波同步和信道估計(jì)方法，其特征在于，所述w(k)為一個(gè)加權(quán)系數(shù)序列，當(dāng)k＝1、2、...、m/4-1時(shí)，取值為對(duì)應(yīng)濾波器信號(hào)值加權(quán)疊加的倒數(shù)值，其表示為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種物聯(lián)網(wǎng)dft預(yù)編碼fbmc載波同步和信道估計(jì)方法，其特征在于，所述z(k)為長(zhǎng)度為m/4-1的zc序列，其表示為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種物聯(lián)網(wǎng)dft預(yù)編碼fbmc載波同步和信道估計(jì)方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)映射dft預(yù)編碼fbmc-oqam系統(tǒng)發(fā)送端到接收端的信號(hào)傳遞過(guò)程，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種物聯(lián)網(wǎng)dft預(yù)編碼fbmc載波同步和信道估計(jì)方法，其特征在于，所述共軛對(duì)稱(chēng)映射包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)一種物聯(lián)網(wǎng)DFT預(yù)編碼FBMC載波同步和信道估計(jì)方法，涉及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括：獲取待傳輸?shù)腇BMC符號(hào)數(shù)據(jù)，并構(gòu)造三個(gè)連續(xù)的訓(xùn)練序列符號(hào)；將三個(gè)連續(xù)放置的訓(xùn)練序列符號(hào)連同其他已完成共軛對(duì)稱(chēng)映射的數(shù)據(jù)符號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)映射DFT預(yù)編碼FBMC?OQAM系統(tǒng)的前FFT、IFFT子載波調(diào)制、多相濾波后獲得時(shí)域的對(duì)應(yīng)發(fā)送信號(hào)；在接收端，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行多相濾波、IFFT子載波解調(diào)后，得到接收數(shù)據(jù)信號(hào)，在第二個(gè)訓(xùn)練序列符號(hào)中，其第0、2、4、……、M?1個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)作為導(dǎo)頻點(diǎn)進(jìn)行信道估計(jì)；該方法可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)載波同步及信道估計(jì)，具有較低的峰均比。

技術(shù)研發(fā)人員：李黎明,施健,毛自潔,杜海濤,王華東
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中科寧波（北侖）系統(tǒng)工程應(yīng)用研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9