專利名稱：受引導(dǎo)的判定頻移估計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分組傳輸系統(tǒng)中接收端的載頻校正。
本發(fā)明具有重要的應(yīng)用，特別是在使用具有返回路徑的衛(wèi)星或電纜的多用戶傳輸系統(tǒng)的同步化應(yīng)用領(lǐng)域，其中，一系列終端能夠根據(jù)頻分和時(shí)分多路復(fù)用系統(tǒng)把數(shù)據(jù)包傳輸給總站。
通常，這些終端旨在為消費(fèi)者所使用。因此降低它們的成本開銷至關(guān)重要。所以最好把低成本的本機(jī)振蕩器，即把相對(duì)不太精確的振蕩器用于生成將在從終端到總站的傳輸中所使用的載頻。通常，人們把這種從終端到總站的傳輸叫做上行傳輸。一般情況下，所使用的振蕩器的精度變化于1ppm和10ppm之間。
所生成的載頻中結(jié)果誤差與載頻成比例，使用的頻率越高結(jié)果誤差越大。例如，在采用頻帶Ka(20GHz至30GHz)上行傳輸?shù)男l(wèi)星傳輸系統(tǒng)中，對(duì)于擁有1ppm精度的本機(jī)振蕩器來說，所觀察到的差別，即頻率誤差可達(dá)±30KHz(即對(duì)于100KHz的符號(hào)頻率來說，相對(duì)于該符號(hào)頻率的歸一化的頻差為±30％)。
M.Morelli和U.Mengali所撰寫的名為“PSK前饋頻率估計(jì)指南綜述”的文章，該文發(fā)表于歐洲電信學(xué)報(bào)，第9卷，第2期，1998年3月～4月，第103～106頁(“Feedforward Frequency Estimationfor PSKa tutorial review”″European Transactions onTelecommunications″，volum9，no.2， March-April 1998，page103-106)，描述了一種頻率估計(jì)器，這種頻率估計(jì)器基于以其作者Rife和Boorstyn的名字命名的算法，該算法用于估計(jì)發(fā)射端載波和接收端的載波之間的頻率誤差。該誤差處于對(duì)應(yīng)于符號(hào)頻率Δf/B(其中Δf是頻率誤差和B是符號(hào)頻率)的±1/2的歸一化的頻率范圍內(nèi)。在以下的描述中，把將要加以確定的歸一化的頻距的估計(jì)(等于Δf/B或等于Δf×Ts，其中Ts為該符號(hào)的脈沖寬度)表示為 載頻估計(jì)器可由不同的參數(shù)加以特征化，特別是可由所獲得的估計(jì)精度、頻差獲取范圍的大小(表示為±Δfmax)、所處理的信號(hào)的信噪比SNR的最低水平、以及算法的復(fù)雜度加以特征化。這些參數(shù)中的某些參數(shù)反向發(fā)展，獲取范圍±Δfmax越大，估計(jì)器的精度越差，特別是在相等的復(fù)雜度條件下。另一方面，當(dāng)估計(jì)器能夠以低信噪比運(yùn)行時(shí)，它們都將更加復(fù)雜。Rife和Boorstyn已使用下列離散函數(shù)(表示為Z( ))表明了頻率誤差 (或Δf×Ts)最有可能出現(xiàn)在最大振幅的兩側(cè)。Z(Δf^)=1LΣk=0L-1z(k)×e-j2nkΔf^---(1)]]>-其中，L是觀察長(zhǎng)度，即所接收的用于計(jì)算誤差估計(jì)的符號(hào)的數(shù)目，-k表示符號(hào)在所接收的分組中的位置，-如果所接收的符號(hào)是已知的，那么z(k)＝f(k)/ck*，其中ck*是預(yù)先確定的已知符號(hào)ck的共軛復(fù)數(shù)，r(k)是以頻率誤差Δf所接收的符號(hào)，且 其中 是接收端所使用的本機(jī)振蕩器和發(fā)射端所使用的本機(jī)振蕩器之間的初始相移(對(duì)于每一分組該相移可能不同，并可能對(duì)應(yīng)于k＝0的相移)，其中n(k)代表信道中的噪音，-而且，如果所接收的符號(hào)事先并不知道，則z(k)＝ejMarg|r(k)|，其中，M是所使用的PSK(相移鍵控)型調(diào)制的相的數(shù)目，但在該情況中，所獲得的結(jié)果必須除以M，以獲得估計(jì) 具體地說，本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)分組傳輸系統(tǒng)中頻率誤差的更精確的估計(jì)。在這分組傳輸系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)包可以由不同的發(fā)射機(jī)加以傳輸，并易于受到接收端不同頻移的影響。根據(jù)本發(fā)明的頻率校正方法是一種半NDA(非數(shù)據(jù)輔助的)型的頻率校正方法，即該方法不使用已知的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)頻率誤差估計(jì)，而相比之下，僅要求先前受到影響的相位誤差估計(jì)。因而該方法特別適用于沒有前置碼的分組傳輸系統(tǒng)，并適應(yīng)于那些根據(jù)PSK型的相位調(diào)制加以調(diào)制的信號(hào)，以及那些根據(jù)QAM(正交振幅調(diào)制)型的正交振幅調(diào)制所調(diào)制的信號(hào)。
為此，本發(fā)明提供了一種估計(jì)分組系統(tǒng)接收端頻率的方法，用于估計(jì)所接收的符號(hào)(rk)和所傳輸?shù)姆?hào)(ck)之間的載頻誤差。該方法包括針對(duì)含于獲取區(qū)間([-fmax，+fmax])中的誤差值 計(jì)算誤差函數(shù)(H( ))的方法。該方法由此推導(dǎo)對(duì)所述載頻誤差的估計(jì) 。為了最小化代表在相位(r′k)上得以補(bǔ)償?shù)乃邮盏姆?hào)和受到頻率誤差估計(jì)影響的所接收的估計(jì) 之間的平均距離的大小，定義了誤差函數(shù)(H( ))。這些通過改變用于估計(jì)所傳輸?shù)姆?hào) 的獲取區(qū)間([-fmax，+fmax])中的頻率誤差可獲得。通過基于與在相位(r′k)上得以補(bǔ)償?shù)乃邮盏姆?hào)相關(guān)的閾值的判定可獲得對(duì)所傳輸?shù)姆?hào) 的這些估計(jì)。對(duì)于QPSK(正交PSK)的調(diào)制來說，將根據(jù)所接收的已補(bǔ)償了相位的符號(hào)(r′k)的實(shí)部和虛部的符號(hào)(sign)進(jìn)行該閾值判定。
當(dāng)所要估計(jì)的頻率誤差較低時(shí)，即在1％的數(shù)量級(jí)上，使用本發(fā)明獲得好的性能是可能的。為此，當(dāng)實(shí)際的誤差更為重要時(shí)，較佳的做法是令根據(jù)本發(fā)明的方法在根據(jù)DA(數(shù)據(jù)輔助的)型的傳統(tǒng)的方法所計(jì)算的頻率誤差的第一估計(jì)之后才將受到影響。DA型的傳統(tǒng)的方法使用(如果可能的話)來自所傳輸?shù)姆纸M的前置碼的數(shù)據(jù)，或者如果分組不具有前置碼，則也可使用所引用的文章中所描述的一種NDA型方法。然后，可通過根據(jù)本發(fā)明的方法很好地估計(jì)殘差。
在一個(gè)傳輸系統(tǒng)中其中數(shù)據(jù)包可源于擁有不同頻率誤差的發(fā)射機(jī)，并且在其中每一發(fā)射機(jī)在不同時(shí)刻進(jìn)行傳輸，而且在傳輸每一分組時(shí)很容易產(chǎn)生不同誤差，不可能連續(xù)地校正頻率誤差。例如，在網(wǎng)絡(luò)盡頭中的接收機(jī)必須針對(duì)每一所接收的分組執(zhí)行校正操作。然而，對(duì)于給定的發(fā)射機(jī)，有可能頻率誤差或多或少地隨函數(shù)加以變化，而該函數(shù)或多或少地是已知的或能夠很容易加以逼近。出于該原因，人們正越來越感興趣于使用針對(duì)給定的發(fā)射機(jī)所傳輸?shù)淖詈蠓纸M或最后幾個(gè)分組所計(jì)算的估計(jì)以確定在下分組中將要被校正的誤差的獲取范圍。
根據(jù)本發(fā)明的特征特點(diǎn)，可以針對(duì)給定發(fā)射機(jī)把獲取范圍([-fmax，+fmax])確定為先前已針對(duì)從該發(fā)射機(jī)那里所接收的分組所計(jì)算的估計(jì)的函數(shù)。
將參照以下所描述的實(shí)施方案，通過非限制性的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的這些和其它方面加以解釋，通過該解釋本發(fā)明的這些和其它方面將變的十分明顯。
在各附圖中

圖1說明了根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的實(shí)施方案。圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)的實(shí)施方案的示意圖。圖3描述了根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施方案，圖4說明了作為頻率誤差的函數(shù)H(f)的兩條曲線，這兩條曲線是通過在無噪音的信道中取若干不同的采樣獲得的。圖5A和5B針對(duì)兩組不同的采樣說明了有噪音的信道中函數(shù)H(f)的特征。
通過圖1中的實(shí)施例說明根據(jù)本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)。該傳輸系統(tǒng)包括總站1和一系列交互終端2。交互終端2能夠通過存取傳輸媒體3把數(shù)據(jù)傳輸給總站。這樣的從終端到總站的傳輸適合于上行傳輸。在上行傳輸中，總站1擁有接收機(jī)的功能。終端對(duì)傳輸媒體的存取可能會(huì)受到影響，例如使用與TDMA(時(shí)分多址)機(jī)制相結(jié)合的FDMA(頻分多址)機(jī)制。傳輸媒體可以有不同的類型，例如有線、無線或衛(wèi)星。
在頻分多址系統(tǒng)中，賦予每一終端載頻，以把數(shù)據(jù)傳輸給總站。當(dāng)終端具有不精確的本機(jī)振蕩器時(shí)，有效用于終端的載頻將產(chǎn)生誤差，該誤差，在理論上應(yīng)使用的載頻上，可能會(huì)相當(dāng)大。當(dāng)把頻分與時(shí)分相結(jié)合時(shí)，不同的終端可以在連續(xù)的時(shí)間間隔中通過使用不同的載頻傳輸數(shù)據(jù)，關(guān)于應(yīng)該使用的理論頻率會(huì)有不同的頻率誤差。因而總站幾乎沒有時(shí)間執(zhí)行與所接收的信號(hào)的載頻校正相關(guān)的操作。
本發(fā)明的目的是估計(jì)和極快速地校正所接收的信號(hào)和理論載波之間的頻差。該估計(jì)和校正可針對(duì)從系統(tǒng)的任何終端所接收的每一新的分組進(jìn)行。這特別適用于NDA型的系統(tǒng)，其中， 在已經(jīng)得到所接收的符號(hào)的臨時(shí)的同步化之后，以及在已對(duì)發(fā)射和接收端所使用的本機(jī)振蕩器之間的初始相位誤差進(jìn)行了正確估計(jì)之后，所有所傳輸符號(hào)事先是未知的。在NDA系統(tǒng)中，如果對(duì)于足夠高的信噪比來說頻率誤差足夠低，就可以使用下列技術(shù)對(duì)初始相位誤差加以估計(jì)。例如，首先通過關(guān)于所接收的符號(hào)的閾值判定對(duì)所傳輸?shù)姆?hào)加以估計(jì)，利用所接收的符號(hào)的相位和所估計(jì)的符號(hào)的相位之間的差計(jì)算相位估計(jì)。然后，可通過對(duì)多個(gè)所接收的符號(hào)的結(jié)果加以平均，獲得平均相位誤差估計(jì)。通過傳統(tǒng)的譯碼算法，解決相位中的其余的錯(cuò)讀(ambiguity)。在這些NDA系統(tǒng)中，本發(fā)明特別有利于MPSK型的調(diào)制，其中，所傳輸?shù)姆?hào)的相位是已知的，大約為2π/M。
圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)的實(shí)施方案的總圖。該實(shí)施方案包括本機(jī)振蕩器12和混頻器13，用于以這樣的一種方式轉(zhuǎn)置所接收的信號(hào)S所轉(zhuǎn)置的信號(hào)的頻譜中心處在零加或減頻率誤差Δf內(nèi)。拒波濾波器14對(duì)所轉(zhuǎn)置的信號(hào)加以濾波，用以把幀頻消除大約2Fp，其中Fp是傳輸頻率(即所接收的信號(hào)的理論載頻)，以及消除相鄰的信道。通過過取樣設(shè)備15取樣在波濾波器14的輸出端所獲得的信號(hào)，過取樣設(shè)備15針對(duì)所轉(zhuǎn)置的信號(hào)的每一符號(hào)進(jìn)行一定數(shù)量的采樣。接下來，濾波器16，叫做最優(yōu)濾波器，對(duì)所取的采樣加以濾波，濾波器16適合用作發(fā)射端使用的濾波器。它是一種中心處在零附近的Nyquist流線式低通濾波器。用于搜尋最優(yōu)取樣時(shí)刻的裝置17從可在低通濾波器16的輸出端獲得的N個(gè)采樣中選擇采樣。把由搜尋裝置17所提供的采樣存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)器18中。在該實(shí)施例中，假設(shè)在執(zhí)行頻率誤差的估計(jì)之后及執(zhí)行相位誤差的估計(jì)之前，實(shí)現(xiàn)了每一所接收的分組的瞬時(shí)同步化。提供了相位估計(jì)器19，用于根據(jù)存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)器18中的采樣，估計(jì)在發(fā)射端所使用的振蕩器和接收端所使用的振蕩器之間的初始相位誤差，該初始相位誤差表示為 。例如，相位估計(jì)器19可以使用一種DA型的方法，該方法使用已知的所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，特別是使用那些來自所傳輸?shù)姆?hào)的前置碼的數(shù)據(jù)。例如，該方法可以包括對(duì)所接收的符號(hào)和所傳輸?shù)姆?hào)的比較，用于推導(dǎo)平均相位誤差。所獲得的估計(jì)表示為 。通過使用第一取冪裝置20，針對(duì)符號(hào)頻率上的每一采樣，實(shí)現(xiàn)相位校正。取冪裝置20計(jì)算指數(shù)函數(shù) 一旦已對(duì)初始相位進(jìn)行了估計(jì)并加以校正，乘法器21把所接收的信號(hào)rk乘以提供在第一取冪裝置20的輸出端的信號(hào)，用于獲得已校正了相位的信號(hào)，該已校正了相位的信號(hào)表示為r′k，存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)器22中。然后，頻率估計(jì)器23可以估計(jì)所存儲(chǔ)的已校正了相位的信號(hào)r′k中的頻率誤差。頻率估計(jì)器23在輸出端提供誤差估計(jì)，該誤差估計(jì)表示為 。通過如以下參照?qǐng)D3所描述的一種誤差估計(jì)方法獲得該估計(jì)。一旦誤差估計(jì) 在估計(jì)器23的輸出端可得，第二取冪裝置24計(jì)算指數(shù)函數(shù) ，其中k是存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器22中的當(dāng)前采樣的索引，用于把結(jié)果提供給校正裝置25。校正裝置25擁有校正關(guān)于已校正了相位的信號(hào)r′k的頻率誤差的功能。為此，一方面它們接收指數(shù)函數(shù) 另一方面接收存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)器22中的所接收的已補(bǔ)償了相位的信號(hào)r′k，用于產(chǎn)生這兩個(gè)信號(hào)之間的乘積。所獲得的結(jié)果是對(duì)應(yīng)于所傳輸?shù)姆?hào)ck的已校正了相位和頻率的符號(hào)。接下來，必須將該結(jié)果傳輸?shù)絺鹘y(tǒng)的譯碼裝置。后一裝置與本發(fā)明無關(guān)，因而未在圖2中加以顯示。
圖3描述了根據(jù)本發(fā)明在分組傳輸系統(tǒng)的接收端估計(jì)頻率誤差的一種方法的實(shí)施方案的不同步驟。這些步驟可由圖2中所示的頻率估計(jì)器23具體地加以實(shí)現(xiàn)。該方法旨在估計(jì)所接收的補(bǔ)償了相位的符號(hào)r′k和所傳輸?shù)姆?hào)ck之間的載頻誤差。它包括接收步驟K0，用于接收所接收的已補(bǔ)償了相位的符號(hào)r′k，表示為 計(jì)算步驟K1，用于針對(duì)包括在獲取區(qū)間([-fmax，+fmax])中的可能的誤差值 計(jì)算誤差函數(shù)H 并用于推導(dǎo)所述載頻誤差的估計(jì) 校正步驟K2，用于通過估計(jì) 校正所接收的符號(hào)r′k。
定義誤差函數(shù)H( )以將表示平均距離的幅度減小到最小，該平均距離是代表符號(hào)r′k與受到頻率誤差估計(jì)的影響的所接收的符號(hào)的估計(jì)之間的平均距離。通過改變這些用于估計(jì)所傳輸?shù)姆?hào) 的獲取區(qū)間[-fmax，+fmax]中的頻率誤差 獲得這些。通過與符號(hào)r′k的相位相關(guān)的基于閾值的判定獲得對(duì)所傳輸?shù)姆?hào) 的估計(jì)。對(duì)于PSK型的調(diào)制，閾值判定基于所接收的符號(hào)的相位。對(duì)于其中符號(hào)由復(fù)數(shù)加以表示的QPSK型的調(diào)制，閾值判定根據(jù)符號(hào)r′k的實(shí)部和虛部的符號(hào)進(jìn)行。
該方法用于根據(jù)PSK型或QAM型的調(diào)制所調(diào)制的信號(hào)，其中以符號(hào)頻率的同步化已得以實(shí)現(xiàn)。假設(shè)信道受到AWGN(附加的白高斯噪音)的影響。所接收的由符號(hào)方程(1)表示 其中.k代表分組中的符號(hào)的索引，.ck是PSK型調(diào)制在平均能量上的字母的數(shù)據(jù)符號(hào)，該平均能量表示為Ek，.Δf0是要加以確定的頻差，或頻率誤差。 是初始相位誤差。.nk是復(fù)數(shù)，代表附加的白高斯噪音，擁有獨(dú)立的實(shí)部和虛部，每一nk都擁有方差，表示為σ2=N02.]]>在該方法中還假設(shè)初始相位誤差 已正確得以估計(jì)。在該情況下，所接收的符號(hào)可由方程(2)加以定義r′k=ckej2πkΔf0---(2)]]>然后，在一連串N個(gè)所接收的符號(hào)rk之后確定Δf0的估計(jì)，表示為 。方程(3)給出了使用最大概率原理對(duì)根據(jù)本發(fā)明的頻率誤差的估計(jì)Δf^0=arg{Minc^k,Δf^[Σk=0N-1|r′k-c^kej2πkΔf^|2]}----(3)]]>其中-arg{min(F(x)))是對(duì)應(yīng)于F(x)的最小值的x的值， 是對(duì)所接收的符號(hào)的估計(jì)。
通過展開平方值，可以獲得等價(jià)于方程(3)的表達(dá)式(4)Δf^0=arg{Maxc^k,Δf^[Σk=0N-1Re(r′kc^k*e-j2πkΔf^)]}---(4)]]>其中，Re(x)是x的實(shí)部，x*代表x的共軛復(fù)數(shù)。
通過基于與所接收的符號(hào)的相位相關(guān)的閾值的判定，可以獲得對(duì) 的最佳選擇。對(duì)于MPSK型的調(diào)制來說，在平面中以扇區(qū)形式定義了一系列區(qū)域，允許對(duì)MPSK構(gòu)象(constellation)的點(diǎn)加以定位。M個(gè)角扇區(qū)定義了所傳輸?shù)姆?hào)的M個(gè)可能的值。通過標(biāo)記所接收的符號(hào)位于其中的扇區(qū)，確定對(duì)所傳輸?shù)姆?hào) 的估計(jì)。根據(jù)用于QPSK型調(diào)制的情況中的該估計(jì)方法，可以借助所接收的符號(hào)r′k的實(shí)部與虛部的符號(hào)(sign)簡(jiǎn)單地確定所傳輸?shù)姆?hào) 方程(5)和(6)分別定義了 的實(shí)部與虛部Re(c^k)=sgn[Re(r′k)]---(5)]]>Im(c^k)=sgn[Im(r′k)]----(6)]]>其中，符號(hào)sgn(x)表示x的符號(hào)，在(4)中以(5)和(6)進(jìn)行代換，可以獲得用于估計(jì)頻率誤差的表達(dá)式(7)Δf^0=arg{MaxΔf^[Σk=0N-1|Re(r′ke-j2πΔf^k)|+Σk=0N-1|Im(r′ke-j2πΔf^k)|]}]]>=arg{MaxΔf^(H(Δf^))}---(7)]]>其中函數(shù)H( )依賴于所接收的符號(hào)和估計(jì) (＝Δf×Ts)。
為了確定對(duì)頻率誤差 的估計(jì)，可針對(duì)所有可能的誤差值計(jì)算H( )的值，并推導(dǎo)代表函數(shù)H( )的最大值的H( )值。然而，在大多數(shù)情況中，存在著值范圍，叫做針對(duì)頻距的獲取范圍，并表示為[-fmax，+fmax]，在該范圍中頻率誤差最可能出現(xiàn)?？梢园炊喾N方式計(jì)算值fmax。例如，如果在根據(jù)所引用的文章中所描述的Rife和Boorstyn方法的第一頻率誤差估計(jì)之后根據(jù)本發(fā)明的誤差估計(jì)受到影響，那么值fmax代表通過Rife和Boorstyn方法所獲得的最大殘余頻率。
如果情況并非如此，可以考慮利用所使用的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)裝置的特性確定獲取范圍[-fmax，+fmax]。的確，終端通常具有包括在最大誤差范圍內(nèi)的特征頻率誤差。該最大誤差范圍由包括在區(qū)間±1/2中的±Δf0/B(其中B為符號(hào)頻率)所表示。通過在表示為±Δfmax/B(其中1/2＞Δfmax＞Δf0/B)誤差范圍計(jì)算函數(shù)H(Δf^)，可防止對(duì)包括在區(qū)間[-1/2；-Δfmax/B]和[Δfmax；1/2]中的所有遠(yuǎn)離實(shí)際誤差的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。通過把fmax確定為終端的實(shí)際性能的函數(shù)，可以減少計(jì)算量，特別是當(dāng)終端的實(shí)際平均誤差很小時(shí)。
一旦區(qū)間[-fmax，+fmax]得以確定，可僅用兩步計(jì)算頻率誤差的估計(jì)。在第一步驟期間，針對(duì)一系列包括在區(qū)間[-fmax，+fmax]中的離散的頻率誤差值，計(jì)算函數(shù)H( )，用于確定在這些所計(jì)算的值中代表該函數(shù)最大值的值，表示為f0。把所計(jì)算的這組頻率中兩個(gè)相繼頻率之間的差表示為d。在第二步驟期問，通過在點(diǎn)f0-d和f0+d所取的函數(shù)H( )的值之間的拋物線插值，可獲得對(duì)頻率誤差的估計(jì)，如方程(8)中所示Δf^=b-12×(b-a)2[H(b)-H(c)]-(b-c)2[H(b)-H(a)](b-a)[H(b)-H(c)]-(b-c)[H(b)-H((a)])---(8)]]>其中，a＝f0-d，b＝f0，以及c＝f0+d。
也可以使用其它插值技術(shù)，例如，通過二分法逼近最大值的技術(shù)。如果距離d充分小，那么該變體是適用的，通過該變體可以把根據(jù)本發(fā)明的方法簡(jiǎn)化到以上所描述的第一步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)變體，當(dāng)距離d較大時(shí)該變體更為適合，可以使用下列的一般的方法取代以上所描述的一或兩步中簡(jiǎn)化的方法。該方法包括迭代插值步驟直至獲得所希望的精度．必須根據(jù)各種情況在獲取區(qū)間中所測(cè)試的點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)和插值迭代次數(shù)之間進(jìn)行折衷，以便優(yōu)化這些計(jì)算。
以下將描述該般的方法-存儲(chǔ)所接收的、已校正了相位的信號(hào)，表示為r′k，
計(jì)算包括在歸一化范圍±Δfmax×Ts(其中Ts是符號(hào)的脈沖寬度)中的誤差值的誤差函數(shù)H( )，用于推導(dǎo)頻率誤差 的第一估計(jì) (1)。-針對(duì)通過在當(dāng)前估計(jì)之間的拋物線插值所獲得的值和在第一步或前一次迭代期間已經(jīng)計(jì)算的以及誤差函數(shù)H( )擁有最強(qiáng)的幅度的鄰近的值，進(jìn)行連續(xù)的迭代，以推導(dǎo)頻率誤差的新的估計(jì) (i+1)，-在兩個(gè)最后的估計(jì)之間進(jìn)行比較如果該差高于關(guān)于符號(hào)頻率歸一化的確定的閾值S，那么執(zhí)行補(bǔ)充迭代，如果情況并非如此，則把最后一次迭代表示為it，并在it次迭代的結(jié)束時(shí)，把所搜尋的頻率誤差的估計(jì)表示為 (it)，-令it乘以指數(shù)函數(shù) 得到的所存儲(chǔ)的信號(hào)r′k的頻率校正，其中 (it)是在最后一次迭代時(shí)所獲得的估計(jì)，并提供了已校正了頻率的信號(hào)。
現(xiàn)在，將更詳細(xì)地描述對(duì)誤差函數(shù)H( )的計(jì)算和連續(xù)的迭代。針對(duì)包括在-Δfmax×Ts和+Δfmax×Ts之間的一定數(shù)量的值計(jì)算誤差函數(shù)H( )。本發(fā)明建議在L個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行計(jì)算，其中，L是所選擇的整數(shù)，即應(yīng)選擇為d＝2Δfmax×Ts(L-1)，該L值對(duì)應(yīng)于所希望的誤差精度。最好是令L個(gè)所選擇的點(diǎn)在區(qū)間±Δfmax×Ts中均勻地分布，并具有d＝2Δfmax×Ts/(L-1)的間距?？梢酝ㄟ^公式-Δfmax×Ts+i×d(i在0和L-1之間的)對(duì)它們加以描述。把在L個(gè)所選擇的點(diǎn)中對(duì)應(yīng)于函數(shù)H( )的振幅的最大值的誤差表示為H(f)max。
通過在那些提交了代表第一誤差估計(jì) (1)的點(diǎn)H(f)max出現(xiàn)的點(diǎn)中選擇3個(gè)點(diǎn)，開始進(jìn)行迭代計(jì)算，用以借助通過這3個(gè)點(diǎn)的拋物線插值確定誤差函數(shù)的新的最大值，因而可用于對(duì)頻率誤差的新的估計(jì)?！と绻鸋(f)max＝-Δfmax×Ts，那么考慮點(diǎn)-Δfmax×Ts、-Δfmax×Ts+d、以及-Δfmax×Ts+2d，分別由a、b、以及c加以表示。·如果H(f)max＝Δfmax×Ts，那么考慮點(diǎn)Δfmax×Ts-2d、Δfmax×Ts-d、以及Δfmax×Ts，分別由a、b、以及c加以表示。·如果并非所述兩種情況，那么考慮點(diǎn)H(f)max-d、H(f)max、以及H(f)max+d，分別由a、b、以及c加以表示。
接下來，在表示為x的點(diǎn)計(jì)算對(duì)頻率誤差的新的估計(jì)，這點(diǎn)是通過在根據(jù)方程(8)所選擇的3個(gè)點(diǎn)之間的拋物線插值獲得的。接著，計(jì)算將在相繼的迭代期間于方程(2)中使用的H(X)。為了計(jì)算相繼的迭代·如果a＜X＜b，那么借助方程(8)計(jì)算表示為X′的新的估計(jì)，其中變量a、b、以及c分別為a、X、以及b，·如果c＞X＞b，那么借助方程(8)計(jì)算表示為X′的新的估計(jì)，其中變量a、b、以及c分別為b、X、以及c，·如果X＞Δfmax×Ts，那么a、b、以及c分別為Δfmax×Ts-d、Δfmax×Ts、以及X，·如果X＜-Δfmax×Ts，那么a、b、以及c分別為X、-Δfmax×Ts、以及-Δfmax×Ts+d。不必針對(duì)最后一次迭代計(jì)算H(X)。在每一次迭代時(shí)計(jì)算補(bǔ)充的點(diǎn)。
在每一次新的迭代時(shí)，結(jié)果的精度得以改進(jìn)。然而，最好是把閾值S以這樣一種方式加以確定當(dāng)相對(duì)于一次新的迭代的開銷來說精度的增加變得可以忽視時(shí)，即當(dāng)兩個(gè)相繼的估計(jì)之間的差別變得可以忽視時(shí)，停止迭代。例如，將確定10-4的數(shù)量級(jí)的閾值。
當(dāng)根據(jù)公式(8)進(jìn)行拋物線計(jì)算迭代的次數(shù)(表示為it)等于1時(shí)，按兩個(gè)步驟執(zhí)行的方法對(duì)應(yīng)于以上所描述的一般方法。
圖4通過實(shí)施例并針對(duì)N的兩個(gè)不同的值(N＝400和N＝800)說明了在沒有噪音的信道中針對(duì)等于5.10-4的頻率誤差的函數(shù)H(f)。該函數(shù)描述了位于對(duì)應(yīng)于所搜尋的頻率誤差值的頻率上的最大振幅峰值41、42，以及多個(gè)次峰值。對(duì)于沒有噪音的信號(hào)，例如圖4中的信號(hào)，最大峰值的大小與1/N(對(duì)于QPSK調(diào)制，大約等于1/πN)成比例，峰值振幅與N(對(duì)于QPSK調(diào)制中的平均能量Es＝1，大約等于 ×N)成比例，最大峰值和次峰值的之間的距離與1/N成比例，且最大峰值的振幅和次峰值的振幅之間的差與N成比例。為了通過根據(jù)本發(fā)明的拋物線插值方法獲得滿意的頻率誤差估計(jì)，針對(duì)位于最大峰值的大小所確定的區(qū)間中的至少3個(gè)頻率計(jì)算H(f)足以。對(duì)于QPSK型的調(diào)制，在這樣的情況中應(yīng)該以這樣的方式選擇fmax和Nd＜1/(2πN)，且2fmax/N＝d。因此，在實(shí)際的有噪音的信道中，較佳的做法是選擇d的更低的值，例如，d＝1/(4πN)。
當(dāng)N增加時(shí)，算法的復(fù)雜度成比例地增加，因?yàn)楸仨氠槍?duì)數(shù)量較多的點(diǎn)計(jì)算函數(shù)H(f)。這就是為什么在沒有噪音的信道中，對(duì)于具有L個(gè)符號(hào)的分組僅針對(duì)于N個(gè)符號(hào)(其中N＜L)計(jì)算函數(shù)H(f)可更為有效的原因所在。相比之下，在具有噪音的信道中，函數(shù)H(f)可能發(fā)生畸變，因此，最好是針對(duì)大量的點(diǎn)計(jì)算該函數(shù)。的確，在強(qiáng)畸變的情況下，最大峰值可能不對(duì)應(yīng)于頻率誤差。當(dāng)對(duì)應(yīng)于所搜尋到的頻率誤差的最大峰值的振幅和次峰值的振幅之間的差與N成比例時(shí)，隨著N的增加畸變所造成的麻煩將減小。
圖5A和5B分別針對(duì)N的兩個(gè)值(N＝400和N＝800)，并針對(duì)5.10-4的頻率誤差和2dB的信噪比SNR＝Es/N0，描述了作為頻率的函數(shù)的函數(shù)H(f)的特性。在圖5B中所說明的N＝400的情況中，最大振幅峰值不對(duì)應(yīng)于頻率誤差，這意味對(duì)于正確結(jié)果來說N太小。相比之下，在圖5B中所說明的N＝800的情況中，最大振幅峰值對(duì)應(yīng)于實(shí)際的頻率誤差，這意味著正確地選擇了N的值。這些曲線表明，通過確定N的值，且fmax是已知的，可在性能和復(fù)雜度之間找到用于通過根據(jù)本發(fā)明的方法確定頻率誤差的一種折衷的方案。
如以上所描述的，本發(fā)明假設(shè)已通過一種方法，例如一種使用每一分組前置碼的50個(gè)符號(hào)的DA型方法，對(duì)初始相位誤差事先正確地加以估計(jì)。實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明的方法對(duì)殘留初始相位誤差是敏感的。下表，即表1，針對(duì)4dB的信噪比，給出了作為殘留初始相位誤差的函數(shù)的歸一化的頻率誤差的方差，表示為0- ，以弧度加以表示，并用括號(hào)括起。歸一化的頻率誤差的方差對(duì)應(yīng)于表達(dá)式 (其中 代表通過一種傳統(tǒng)方法所獲得的殘留頻率誤差)的平均值。
表1 下表，即表2，把通過根據(jù)本發(fā)明的方法(叫作Invention)所獲得的以dB加以表式的不同信噪比SNR的歸一化頻率誤差估計(jì)的方差與通過一種NDA型的方法(叫做″Rife和Boorstyn″，表示為R&D，如在所引用的文檔中所描述的)所獲得的以dB加以表式的不同信噪比SNR的歸一化頻率誤差估計(jì)的方差加以比較。每一種算法均已針對(duì)N＝256個(gè)符號(hào)和零頻率誤差加以執(zhí)行。
表2
表2所描述是，對(duì)于低于或等于4dB的信噪比來說，通過根據(jù)本發(fā)明的方法所獲得的方差至少要小104倍，在用于有線或衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)總站中這是一種普遍的情況。
根據(jù)本發(fā)明的變體，可以針對(duì)從給定的發(fā)射機(jī)所接收的每一新的分組，把獲取范圍±Δfmax確定為針對(duì)從同一發(fā)射機(jī)所接收的先前的分組所獲得的誤差估計(jì)
的函數(shù)。這將使在第一步驟期間把作為發(fā)射機(jī)終端的本機(jī)振蕩器的實(shí)際性能的函數(shù)的區(qū)間±Δfmax加以縮減，因而進(jìn)一步地減少所計(jì)算的點(diǎn)的總數(shù)成為可能。例如，針對(duì)從給定的終端那里所接收的先前的分組所計(jì)算的誤差估計(jì)或殘差越低，即所接收的頻率越接近理論頻率，用于與源于該終端的下分組相關(guān)的誤差計(jì)算的范圍±Δfmax就可加減小。
應(yīng)該加以注意的是，本發(fā)明不涉及發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的引導(dǎo)信號(hào)的傳輸，因而本發(fā)明適用于不提供這樣引導(dǎo)信號(hào)或不可能提供這樣引導(dǎo)信號(hào)的傳輸?shù)膫鬏斚到y(tǒng)。另外，本發(fā)明結(jié)合了在發(fā)射端的基于由接收機(jī)所進(jìn)行的估計(jì)的補(bǔ)償機(jī)制相結(jié)合使用。
本發(fā)明能夠在至少包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和至少一個(gè)只讀存儲(chǔ)器(內(nèi)部或外部的)數(shù)字信號(hào)處理器，即DSP中很好地加以實(shí)現(xiàn)。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器用于即時(shí)地存儲(chǔ)計(jì)算的即時(shí)值。只讀存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)接收機(jī)操作的傳統(tǒng)程序以及包括信號(hào)處理器所執(zhí)行的用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的相應(yīng)指令的程序。
權(quán)利要求
1.一種旨在用于分組傳輸系統(tǒng)中的方法，該方法用于估計(jì)所接收的符號(hào)(rk)和所傳輸?shù)姆?hào)(ck)之間的載頻誤差，該方法包括針對(duì)包括在獲取區(qū)間([-fmax，+fmax])中的誤差值 計(jì)算誤差函數(shù)(H( ))的步驟，以導(dǎo)出所述載頻誤差的估計(jì) ，定義誤差函數(shù) ，以將代表所接收的已補(bǔ)償了相位的符號(hào)(r′k)和所接收的支持頻率誤差估計(jì)的符號(hào)的估計(jì) 之間的平均距離的幅度最小化，這通過改變用于估計(jì)所傳輸?shù)姆?hào) 的獲取區(qū)間([-fmax，+fmax])中的頻率誤差 來獲得。
2.如權(quán)力要求1所要求的用于分組傳輸系統(tǒng)的方法，該方法采用了一種線性調(diào)制，其中通過基于與所接收的符號(hào)(r′k)相關(guān)的閾值的判定來獲得對(duì)所傳輸?shù)姆?hào) 的估計(jì)。
3.如權(quán)力要求1所要求的一種用于分組傳輸系統(tǒng)的方法，該方法采用了一種QPSK型的相位調(diào)制，其中，用復(fù)數(shù)表示符號(hào)，其中根據(jù)所接收的已補(bǔ)償了相位的符號(hào)(r′k)的實(shí)部與虛部的符號(hào)(sign)來進(jìn)行閾值判定。
4.如權(quán)力要求1至3中任何一項(xiàng)所要求的方法，其中載頻誤差的估計(jì) 對(duì)應(yīng)于函數(shù)F 的最小量，該函數(shù)分別依賴于代表所傳輸?shù)姆?hào) 的估計(jì)的變量和在獲取區(qū)間([-fmax，+fmax])中的歸一化的頻率誤差 的估計(jì)變量，由該類型的方程定義F(c^k,Δf^)=Σk=0N-1|r′k-c^kej2πkΔf^|2]]>其中·N代表用于計(jì)算頻率誤差估計(jì) 的符號(hào)的個(gè)數(shù)，·r′k代表相位已得以校正的所接收的符號(hào)的幅度。
5.如權(quán)力要求1至4中任何一項(xiàng)所要求的方法，該方法包括補(bǔ)充的計(jì)算步驟，該計(jì)算步驟用于計(jì)算對(duì)所搜尋到的頻率誤差( i；i＞0)的精細(xì)的估計(jì)，該精細(xì)的估計(jì)是通過在前估計(jì)( (i-1))和對(duì)應(yīng)于相鄰誤差值(f0-d，f0+d)的其它兩個(gè)估計(jì)之間進(jìn)行插值獲得的，用于推導(dǎo)新的估計(jì)( (i+1))。
6.如權(quán)力要求5中所要求的方法，其中通過根據(jù)如下的公式進(jìn)行拋物線插值獲得的所搜尋到的頻率誤差( i；i＞0)的精細(xì)的估計(jì)。Δf^i=b-12×(b-a)2[H(b)-H(c)]-(b-c)2[H(b)-H(a)](b-a)[H(b)-H(c)]-(b-c)[H(b)-H(a)]]]>其中，a＝f0-d、b＝f0、以及c＝f0+d，其中·f0代表由誤差函數(shù)(H( ))所計(jì)算的載頻誤差 的估計(jì)，·d是代表誤差獲取范圍([-fmax，+fmax])中兩個(gè)相繼頻率之間的頻率差的計(jì)算步驟。
7.一種用于實(shí)施如權(quán)力要求1所要求方法的接收機(jī)，該接收機(jī)包括-存儲(chǔ)器(22)，用于存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于所傳輸?shù)姆?hào)(ck)的所接收符號(hào)(r′k)，-頻率估計(jì)器(23)，用于估計(jì)所接收的符號(hào)(r′k)與所傳輸?shù)姆?hào)(ck)之間的載頻誤差，頻率估計(jì)器(23)包括用于針對(duì)包括在獲取區(qū)間([-fmax，+fmax])中的所有可能的誤差值(Δf)計(jì)算誤差函數(shù)(H( ))的裝置，用于推導(dǎo)對(duì)所述載頻誤差的估計(jì) ，定義誤差函數(shù) ，用于將代表所接收的符號(hào)(r′k)和受到頻率誤差估計(jì)影響的所接收的符號(hào)的估計(jì) 之間的平均距離的幅度最小化，這是通過改變用于估計(jì)所傳輸?shù)姆?hào) 的獲取區(qū)間([-fmax，+fmax])中的頻率誤差 獲得的。-校正裝置(24，25)，用于通過由頻率估計(jì)器(23)進(jìn)行的估計(jì)來校正所存儲(chǔ)的符號(hào)中的頻率誤差。
8.如權(quán)力要求7所要求的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該產(chǎn)品包括軟件代碼部分，一旦把這些軟件代碼部分加載到接收機(jī)中，就可使接收機(jī)執(zhí)行如權(quán)力要求1至6中任何一項(xiàng)所要求的方法的步驟。
9.一種分組傳輸系統(tǒng)的總站，該總站旨在通過設(shè)置有導(dǎo)向鏈和返回路徑的傳輸信道與至少一個(gè)終端通信，其特征在于，它包括如權(quán)力要求7中所要求的接收機(jī)，用于接收來自至少所述終端的返回路徑上的符號(hào)的分組。
10.一種分組傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)至少包括終端和總站，其中，總站包括如權(quán)力要求7中所要求的接收機(jī)，用于接收來自至少所述站的符號(hào)的分組。
全文摘要
針對(duì)PSK接收,測(cè)試一系列假設(shè)的頻移估計(jì),選擇其中產(chǎn)生最小平均判定誤差的估計(jì)?？梢岳枚尾逯堤岣呔取?br> 文檔編號(hào)H04B1/16GK1386354SQ01802156
公開日2002年12月18日 申請(qǐng)日期2001年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月25日
發(fā)明者D·萊格蘭德, A·喬利, A·布拉亞爾 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司