OFDM系统中的多普勒频移问题

Jayvae

在4G通信系统使用的是OFDM系统，它有如下优点:频谱利用率高;使用循环前缀(CP)，能有效地抗码间干扰(ISI)，在消除ISI的同时保证多径环境中子载波间的正交性:便于采用DSP技术实现低复杂度收发机信号频谱几乎完全限制在所分配的频段内，等等。但是OFDM系统，由于存在多个正交子载波，其输出信号是多个子载波信号的叠加，因此与单载波系统相比，还存在如下缺点:易受频率偏差的影响;存在较高的峰均比等。由于子载波的频谱相互覆盖，这就对它们之间的正交性提出了严格的要求。

由于无线信道存在时变性，在传输过程中出现无线信号的频率偏移，最为明显的就是多普勒频移，或者由于发射机载波频率与接收机本地振荡器之间存在频率偏差，都会使OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏，从而导致子载波间信号的相互干扰(ICI)，因而研究OFDM系统下的多普勒问题势在必行。

现在的频偏估计算法主要分为两种，一种是利用导频信号和训练序列，一种是不需要数据辅助，使用接收信号的相关性。目前，中国高速列车的运动速度高达 350 km/h，因而在列车运行中所产生的多普勒频偏也很大，现有的频偏估计算法已经不适应这样的大频偏。

现在数字移动通信中多普勒频偏的开环频率估计校正算法主要有 3种：差分大频偏估计算法，最大似然估计算法，最小二乘频偏估计算法。

其中，差分大频偏估计算法的思路是利用滚降系数为 1 的根升余弦滤波器频谱的脉冲在一个调制符号内有两个无串扰的采样点的特性来去除多普勒频移信息，其他两种算法都是利用前后数据的相关性来达到去除多普勒频移信息的目的。显然，这些算法的多普勒频偏校正范围即是它们频偏估计算法所能估计的频偏范围，而高铁环境下的高速移动和高数据率所带来的高达 1 000 Hz 左右的频偏显然已经超出了它们的频偏校正范围。所以仅仅运用这些算法是不能够校正高铁环境下的多普勒频偏的。