阅读说明：本技术 一种基于stbc接收信号的残留频偏跟踪方法及系统 (Residual frequency offset tracking method and system based on STBC received signal ) 是由 蒋芜 吴建兵 吴帅 于 2020-06-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于STBC接收信号的残留频偏跟踪方法及系统,所述残留频偏跟踪方法包括以下步骤：步骤S1,对发送的训练序列进行<I>LS</I>方法求解实现信道估计；步骤S2,通过训练期间内的接收信号进行信道估计得到的信道响应,并计算得到其均衡后发送信号；步骤S3,对均衡后发送信号进行解调,实现相位差估计,并以此对当前符号进行补偿。本发明在处理STBC接收信号时,完成第一个数据符号解调后,根据数据均衡后的信号和解调信号差异估计残留频偏和补偿当前符号相位,并在下个符号解调前补偿残留频偏,进而能够逐个符号迭代这个过程,最终达到提升接收性能的目的。(The invention provides a residual frequency offset tracking method and a system based on STBC received signals, wherein the residual frequency offset tracking method comprises the following steps: step S1, the transmitted training sequence is processed LS Solving the method to realize channel estimation; step S2, carrying out channel estimation through the received signal in the training period to obtain the channel response, and calculating to obtain the balanced transmitted signal; and step S3, demodulating the equalized transmission signal to realize phase difference estimation and compensate the current symbol. When the invention processes the STBC received signal, after the first data symbol is demodulated, the residual frequency offset is estimated and the current symbol phase is compensated according to the difference between the signal after data equalization and the demodulated signal, and the residual frequency offset is compensated before the next symbol is demodulated, so that the process can be iterated one by one, and the purpose of improving the receiving performance is finally achieved.)

一种基于STBC接收信号的残留频偏跟踪方法及系统

技术领域

本发明涉及基于OFDM无线系统的接收技术，尤其涉及一种802.11n/ac/ax标准基于STBC接收信号的残留频偏跟踪方法，并进一步涉及采用了该基于STBC接收信号的残留频偏跟踪方法的残留频偏跟踪系统。

背景技术

在IEEE802.11基于OFDM通信的Wi-Fi标准(802.11n/ac/ax)中，整个传输带宽划分成多个带宽相同且相互正交的独立子信道并行传输数据。

其中，STBC传输在接收端天线接收到的是两个空时流信号的合并信号，即 802.11n/ac/ax的传输中，如果频偏校准不准确，则存在的残留频偏会引起星座图的相位旋转，且随符号数增加，相位旋转得更厉害。为了抵抗残留频偏的影响，每个符号内都内嵌有已知信号的导频值，利用这些导频的相位情况可以将残留频偏带来的星座图旋转拉回理想位置，提升接收性能。

但是在STBC传输时，在接收端合并信号后，由于导频是±1，

这部分则会出现等于0的情况，这时候无法利用导频来纠正残留频偏的影响了，接收性能会受到巨大的影响，导致STBC接收时利用导频做相位跟踪来纠正残留频偏的方法失效等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是需要提供一种能够有效提升接收性能的，基于STBC接收的残留频偏跟踪方法，还进一步提供采用了该基于STBC接收信号的残留频偏跟踪方法的残留频偏跟踪系统。

对此，本发明提供一种基于STBC接收信号的残留频偏跟踪方法，包括以下步骤：

步骤S1，对发送的训练序列进行LS方法求解实现信道估计；

步骤S2，通过训练期间内的接收信号进行信道估计所得到的信道响应，计算得到其均衡后的发送信号；

步骤S3，对均衡后发送信号进行解调，实现相位差估计，并以此对当前符号进行补偿。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S1中，一个发送帧内，发送的训练序列X_ref表示为X_ref＝[x_ref(1),x_ref(2),…,x_ref(L)]，L为承载传输信息的子载波总数，使用STBC发送时，发送端使用双天线发送，接收端使用单天线接收。两发一收的接收系统里，训练序列需要两个符号。

在训练期间内的接收信号Y_ref表示为Y_ref＝[[y_ref1(1)y_ref2(1)],…,[y_ref1(L)y_ref2(L)]]，ref1表示第一接收训练符号，ref2表示第二接收训练符号，y_ref1(L)和y_ref2(L)分别表示第一接收训练符号和第二接收训练符号在载波序号为L时的频域表示；传输信道频域响应H_LS表示为

h₁(i),i∈[1L]和h₂(i),i∈[1L]分别为第一发送天线和第二发送天线在载波序号为i时的信道响应,为两个接收训练序列以及两个发送训练序列X_ref在载波序号L上的信道响应矩阵表示；通过公式来表示发送的训练序列X_ref、接收信号Y_ref以及传输信道频域响应H_LS之间的关系，y_ref1(i)和y_ref2(i)分别为y_ref1(L)和y_ref2(L)在i＝L时的值，i为1至L的自然数。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S1中，通过公式

进行LS方法求解实现信道估计。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S2中，一个发送帧内，发送的数据序列为复序列表示为x_k,i,n,i＝1,…,N_SS,k＝1,…L,n＝1,…N_SYM，其中N_SS为传输空间流，N_SYM为总传输符号数，L为承载传输信息的子载波总数，k和n均为自然数；基于STBC传输的格式，将空间流d_1,k,n用空时流和空时流来承载，在训练期间内的接收信号为Y_n＝[y_n(1),y_n(2),…,y_n(L)]，其中，y_n(L)为接收信号Y_n在载波序号为L时的频域表示；在有信道估计得到的信道响应后，取两个配对的接收符号Y_2m-1和接收符号Y_2m，则有其中，y_2m(i)和y_2m-1(i)分别为接收符号2m和2m-1在载波序号i上的频域表示，h₁(i)和h₂(i)分别为第一发送天线和第二发送天线在载波序号i上的信道响应，x_i,1,2m-1和x_i,2,2m分别为发送符号2m和2m-1在载波序号i上的频域表示，

和分别为x_i,1,2m-1和x_i,2,2m的复共轭。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S2中，通过公式计算得到均衡后发送信号X_n，其中x_i,1,2m-1为奇数序号符号，x_i,2,2m为偶数序号符号。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S3中，对均衡后发送信号X_n＝[x_n(1),…,x_n(L)]的符号流进行QAM解调，QAM解调过程中获取均衡后发送信号X_n的理想位置Z_n＝[z_n(1),…,z_n(L)]，其中，均衡后符号序列n在载波序号为L时的频域表示，z_n(L)为x_n(L)按QAM解调后的理想位置。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S3中，根据均衡后发送信号X_n和理想位置Z_n，通过公式Phase＝E[angle(z_n(1))-angle(x_n(1))]估计相位差Phase，进而对当前符号进行补偿，其中，z_n(i)和x_n(i)分别为z_n(L)和x_n(L)在i＝L时的值，其中，i＝1,…L，angle(x)为求复信号x的相位，E[x]为求向量x的均值。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S3中，通过公式X_n＝[x_n(1),…,x_n(L)]*exp(j*pi*Phase)对当前符号进行补偿，exp(j*pi*Phase)表示复信号Cos(pi*Phase)+j*Sin(pi*Phase)。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S3中，还通过公式Y_n＝[y_n(1),y_n(2),…,y_n(L)]*exp(j*pi*Phase)对下一组符号进行补偿。

本发明还提供一种基于STBC接收信号的残留频偏跟踪系统，采用了如上所述的基于STBC接收信号的残留频偏跟踪方法，并包括：

信道估计模块，用于对发送的训练序列进行LS方法求解实现信道估计；

数据均衡模块，通过训练期间内的接收信号进行信道估计得到的信道响应，并计算得到其均衡后发送信号；

跟踪补偿模块，用于对均衡后发送信号进行解调，实现相位差估计，并以此对当前符号进行补偿。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：在处理STBC接收信号时，完成第一个数据符号解调后，根据数据均衡后的信号和解调信号差异估计残留频偏和补偿当前符号相位，并在下个符号解调前补偿残留频偏，进而能够逐个符号迭代这个过程，最终达到提升接收性能的目的。

附图说明

图1是本发明一种实施例的工作流程结构示意图；

图2是本发明一种实施例的系统结构框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1所示，本例提供一种基于STBC接收信号的残留频偏跟踪方法，包括以下步骤：

步骤S1，对发送的训练序列进行LS方法求解实现信道估计；

步骤S2，通过训练期间内的接收信号进行信道估计得到的信道响应，并计算得到其均衡后发送信号；

步骤S3，对均衡后发送信号进行解调，实现相位差估计，并以此对当前符号进行补偿。

本例所述步骤S1中，一个发送帧内，发送的训练序列X_ref表示为X_ref＝[x_ref(1),x_ref(2),…,x_ref(L)]，L为有效载波符号的序号，使用STBC发送时，发送端使用双天线发送，接收端使用单天线接收，两发一收的接收系统里，训练序列需要两个符号。在训练期间内的接收信号Y_ref表示为Y_ref＝[[y_ref1(1)y_ref2(1)],…,[y_ref1(L)y_ref2(L)]]，ref1表示第一接收训练符号，ref2表示第二接收训练符号，y_ref1(L)和y_ref2(L)分别表示第一接收训练符号和第二接收训练符号在载波序号为L时的频域表示；传输信道频域响应H_LS表示为

，h₁(i),i∈[1L]和h₂(i),i∈[1L]分别为第一发送天线和第二发送天线在载波序号为i时的信道响应，

为两个发送天线以及两个发送训练序列X_ref在载波序号L上的信道响应矩阵表示；通过公式

来表示发送的训练序列X_ref、接收信号Y_ref以及传输信道频域响应H_LS之间的关系，y_ref1(i)和y_ref2(i)分别为y_ref1(L)和y_ref2(L)在i＝L时的值，i为1至L的自然数；则通过公式来表示发送的训练序列X_ref、接收信号Y_ref以及传输信道频域响应H_LS之间的关系，y_ref1(i)为……，y_ref2(i)为……，i为1至L的自然数；最后通过公式进行LS方法求解实现信道估计。

本例所述步骤S2中，一个发送帧内，发送的数据序列为复序列表示为x_k,i,n,i＝1,…,N_SS,k＝1,…L,n＝1,…N_SYM，其中N_SS为传输空间流，N_SYM为总传输符号数，L为承载传输信息的子载波总数，k和n均为自然数；基于STBC传输的格式，将空间流d_1,k,n用空时流

和空时流

来承载，2m＝n,其中其承载方式为：

STBC传输将一份数据在多份天线和多个时间片上传输，并对信号进行了一些共轭处理，在接收端可以进行MRC合并获得分集增益，这样一来大大提升了信号对抗复杂信道的能力。

接收端使用单天线接收，在训练期间内的接收信号为Y_n＝[y_n(1),y_n(2),…,y_n(L)]，其中，y_2m(i)和y_2m-1(i)分别为接收符号2m和2m-1在载波序号i上的频域表示，h₁(i)和h₂(i)分别为第一发送天线和第二发送天线在载波序号i上的信道响应，x_i,1,2m-1和x_i,2,2m分别为发送符号2m和2m-1在载波序号i上的频域表示，

和

分别为x_i,1,2m-1和x_i,2,2m的复共轭。

然后，通过公式计算得到均衡后发送信号X_n，其中x_i,1,2m-1为奇数序号符号，x_i,2,2m为偶数序号符号。

本例所述步骤S3中，先对均衡后发送信号X_n＝[x_n(1),…,x_n(L)]的符号流进行QAM解调，QAM解调过程中获取均衡后发送信号X_n的理想位置Z_n＝[z_n(1),…,z_n(L)]，其中，其中，z_n(i)和x_n(i)分别为z_n(L)和x_n(L)在i＝L时的值，i＝1,…L。

然后，根据均衡后发送信号X_n和理想位置Z_n，通过公式Phase＝E[angle(z_n(1))-angle(x_n(1))]估计相位差Phase，进而对当前符号进行补偿，其中，angle(x)为求复信号x的相位，E[x]为求向量x的均值。接着，通过公式X_n＝[x_n(1),…,x_n(L)]*exp(j*pi*Phase)对当前符号进行补偿，exp(j*pi*Phase)表示复信号Cos(pi*Phase)+j*Sin(pi*Phase)。

优选的，本例所述步骤S3中，还通过公式Y_n＝[y_n(1),y_n(2),…,y_n(L)]*exp(j*pi*Phase)对下一组符号进行补偿。

如图2所示，本例还提供一种基于STBC接收信号的残留频偏跟踪系统，采用了如上所述的基于STBC接收信号的残留频偏跟踪方法，并包括：

信道估计模块，用于对发送的训练序列进行LS方法求解实现信道估计；所述信道估计模块主要利用接收信号训练序列与本地训练序列之间的信号差异，估计系统的信道响应；

数据均衡模块，通过训练期间内的接收信号进行信道估计得到的信道响应，并计算得到其均衡后发送信号；所述数据均衡模块用信道估计和接收信号恢复出传输信号估计值来实现数据均衡；

跟踪补偿模块，用于对均衡后发送信号进行解调，实现相位差估计，并以此对当前符号进行补偿；所述跟踪补偿模块优选通过均衡得到的传输信号用最大似然估计方法获得其理想传输信号，然后跟踪两者之间的相位差异，补偿当前符号的相位差，并估计下个符号的残余频偏。

本例还预选包括修正频偏模块，用于对均衡后数据补偿前一个符号计算到的频偏。

此过程不断完成迭代，直到数据帧中所有符号的解析完成。

综上所述，本例在处理STBC接收信号时，完成第一个数据符号解调后，根据数据均衡后的信号和解调信号差异估计残留频偏和补偿当前符号相位，并在下个符号解调前补偿残留频偏，进而能够逐个符号迭代这个过程，最终达到提升接收性能的目的。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。