多載波ＣＤＭＡ系統的殘留頻率偏移估計及補償方法

摘要:結合多載波CDMA的系統模型，考慮了由于多徑傳輸而產生的多普勒頻移對接收端不同子載波存在不同頻偏的影響;分析了殘留頻率偏移對接收信號產生的影響，利用在頻域內插入導頻#65380;分塊估計接收端信號的殘留頻率偏移，并在時域內進行補償，最后給出了仿真結果。

關鍵詞:多載波; 碼分多址; 殘留頻率偏移

中圖分類號:TP929.533文獻標志碼:A

文章編號:1001－3695(2008)02－0578－03

多載波CDMA (multicarrier code division multiple access， MC－CDAM)系統結合了正交頻分復用(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)調制方式與CDMA技術，具有高速數據傳輸#65380;抗多徑干擾以及頻譜利用率高等優點。其最早于1993年提出[1，2]，成為未來寬帶無線通信系統強有力的候選方案之一[3]。但是由于MC－CDMA系統采用了OFDM的傳輸方式，與OFDM系統一樣，對頻率偏移非常敏感。若不能在接收端準確估計頻率偏移并加以補償，接收信號中各子載波之間將會失去其正交性，從而造成子載波間干擾(ICI)[4]。如果MC－CDMA工作在突發模式下，在信道頻率偏移(carrier frequency offset， CFO)已進行估計補償后，還有殘留的小部分頻率偏移，對突發幀后部的數據符號，即使殘留頻偏很小，也會產生很大的影響，惡化系統的誤碼率(bit error rate ，BER)[5]。

產生殘留頻率偏移的主要原因是發射端和接收端的頻率不同步及多普勒頻移。發射端和接收端的頻率不同步對接收符號子載波產生的頻率偏移影響是一樣的，而多普勒頻移對每個子載波產生的頻偏影響則不同[6]。現有文獻都只是針對收發雙端頻率不同步產生的殘留頻偏進行估計方法的研究，沒有考慮多普勒頻移對殘留頻偏產生的影響。

本文在考慮了收發雙端頻率不同步的同時，又考慮了多普勒頻移對每個子載波所產生的不同影響;將接收信號進行分塊，利用在頻域內插入的導頻子載波估計每塊符號的殘留頻率偏移，并將估計結果反饋到時域對下一塊的符號補償，提高了殘留頻率偏移估計的精確度，減小了由于頻率偏移引起的ICI的影響，降低了系統誤碼率。

1MC－CDMA系統模型

載波調制與擴頻技術結合的方案主要分為兩種，即頻域擴頻和時域擴頻。頻域擴頻通常稱為多載波CDMA;時域擴頻有兩種不同的構成方法，即多載波直接擴頻CDMA和多音調CDMA。本文以多徑衰落信道下的MC－CDMA系統作為研究對象。

1.1MC－CDMA 發射機

MC－CDMA系統的發射機原理框圖如圖1所示。本文采用的MC－CDMA系統可描述為一幀數據信息內采用Nc個子載波攜帶M個符號進行傳輸。擴頻因子(spreading factor，SF)長度由SF表示。

1.2MC－CDMA接收機模型

MC－CDMA系統接收機模型框圖如圖2所示。發射信號通過多徑衰落信道，并受到均值為0#65380;方差為N0/2的加性高斯白噪聲n(t)的影響。

接收端的信號進行與發射端相反的一系列操作:串/并轉換#65380;去保護間隔#65380;FFT#65380;信號解擴#65380;并/串轉換#65380;PSK解碼;最后恢復出希望接收的信息數據。本文的RFO估計是在信號解擴之后利用導頻進行估計，并將其返回到FFT之前在時域補償。

2分塊最大似然估計殘留頻率偏移方法

在移動環境中，收發雙端之間的接收發射頻率不完全匹配和移動信道所特有的多普勒頻移是頻率偏移產生的兩個主要原因。由收發端之間頻率不同步引起的頻偏對接收符號每個子載波的影響是一樣的，而多普勒頻移所引起的頻偏對每個子載波而言則不同。在以下的分析中，認為各子載波既存在由于發射端與接收端頻率不同步引起的相同頻偏，同時還存在由于多普勒頻移而引起的不同頻偏。

本文采用Walsh－Hadamard擴頻碼。這種碼序列具有很好的互相關特性，而且在碼組內所有的碼序列是相互正交的[11，12]，保護間隔大于信道的最大時延擴展。在30個符號內有一個前導碼(preamble)作有效信道估計。影響本文算法性能的主要因素是導頻子載波中符號的分割塊數B。圖4~6分別為BPSK#65380;QPSK#65380;16－QAM三種調制方式下分割塊數B不同的估計性能誤碼率與信噪比的性能比較圖。可以看出，誤碼率隨著分割塊數的增大性能隨之改善。

圖7為QPSK調制模式下采用不同導頻子載波數進行RFO估計的誤碼率與信噪比性能圖。可以看出，導頻子載波數對于誤碼率的性能影響不大。所以，在保證頻帶利用率的情況下，可采用較少的導頻子載波進行估計，估計效果不會受到太大影響。

4結束語

本文考慮了移動環境下多徑信道傳輸中多普勒頻移對每個子載波的影響，在接收端頻域內利用導頻符號分塊估計RFO并在時域內補償的方法。由以上仿真結果可以看出，本文所述方法能夠對接收信號的RFO作有效估計及補償，對系統誤碼率有一定的改善。由于利用導頻符號勢必會降低系統的利用率，在本文研究RFO的估計方法基礎上，還可以利用直接判決法分塊估計RFO。更多更完善的研究將能夠進一步提高RFO估計補償方法的準確度以及簡化處理過程的復雜度。

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