專利名稱：一種利用相位參考碼元性質(zhì)的頻率粗同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該發(fā)明涉及一種在數(shù)字音頻廣播(DAB，Digital AudioBroadcasting)通信中的同步方法，具體涉及接收機與發(fā)射機之間載波頻率的整數(shù)倍子載波頻率偏差的獲取。
背景技術(shù)：
數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)是由歐洲電信標準協(xié)會(ETSI，EuropeanTelecommunications Standards Institute)提出的一種數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)，它采用了正交頻分復用技術(shù)(OFDM，Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)與差分正交相移鍵控調(diào)制(DQPSK)相結(jié)合的調(diào)制方式。對于載波頻率同步，由于OFDM各子信道帶寬較小，對載波頻率偏差的敏感程度非常高，因此需要非常精確的載波同步。目前的載波同步過程分為兩種模式粗同步和細同步。在粗同步模式中，同步器將參數(shù)的較大初始偏差減小到一個較小的范圍；在細同步模式中，同步器將參數(shù)的剩余誤差進一步減小，提高估計的精度。
在OFDM系統(tǒng)中，頻率偏差實際上可分解為兩部分整數(shù)部分和小數(shù)部分，這里的整數(shù)部分和小數(shù)部分是相對于子載波間隔而言的。所述整數(shù)部分是等于子載波間隔的整數(shù)倍的那一部分頻率偏差，即本發(fā)明方法中所指的粗同步需要尋找的頻率偏差；小數(shù)部分是指小于子載波間隔的那一部分頻率偏差。
作為通信系統(tǒng)，同步是獲取信息前非常重要的步驟，同步算法設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到產(chǎn)品的功耗和性能，特別是現(xiàn)在產(chǎn)品多以集成電路的方式實現(xiàn)，所以這個問題更加突出。
DAB系統(tǒng)的頻率同步是首要的過程。在頻率同步中，頻率的粗同步又是其中非常重要的部分?，F(xiàn)有的頻率粗同步方法有以下2種1.將接收到的相位參考碼元(PRS，Phase Reference Symbol)做FFT變換(快速傅立葉變換)后，與本地產(chǎn)生的PRS共軛相乘，然后將相乘的結(jié)果做IFFT變換(快速反傅立葉變換)。當相位參考碼元與本地PRS嚴格對齊的時候，會有峰值出現(xiàn)。
2.將接收到的相位參考碼元PRS與本地產(chǎn)生的經(jīng)過IFFT變換后的PRS相關(guān)。如果接收信號已經(jīng)時域同步了，相關(guān)后會有峰值出現(xiàn)。
以上兩種頻率粗同步的方法都存在各自的缺點，具體如下方法一運算量過大。每一次峰值檢測都需要做共軛相乘并做IFFT。而且只有當相位參考碼元與本地PRS嚴格對齊的時候，才有峰值出現(xiàn)。所以必須遍歷所有的可能頻偏，而不能大步進搜索。所以這種方法功耗較大，不適合硬件實現(xiàn)。
方法二算法有效的前提條件苛刻。由于這種方法是在時域上檢測頻偏信息，因此前提條件是必須先在時域上要精確同步。這增加了時域同步的難度。從系統(tǒng)的角度上來講是簡化了某方面的算法，卻大大增加了另一方面的算法難度。得不償失。
以上所述兩種方法對于通用的OFDM系統(tǒng)都是可行的，但都忽略了DAB系統(tǒng)的特殊性。在DAB系統(tǒng)中，ETSI對PRS進行了如下定義 (公式1)Zlk代表PRS值，L代表幀號，k表示子載波序號。
(公式2)K由i，k，k’，n查表決定。
本發(fā)明中所說的擾碼值由NK表示，Nl，k＝ejθk，θK=π2n.]]>由此，利用公式2，可以由h，n得到K；利用公式1，可以由K得到Zlk。
i，k，k’，n的值可以由以下查詢表得到。不同的通信模式，對應(yīng)不同的表格。ETSI在DAB中一共規(guī)定了4種模式，模式1，2，4主要用于無線傳輸中，所以這里僅給出模式1，2，4的參數(shù)查詢表格。對于模式的具體解釋請參見ETSI的相應(yīng)文檔(ETSI EN 300401，Page147-149)。


表1 模式1的下標參數(shù)查詢表


表2 模式2的下標參數(shù)查詢表


表3 模式4的下標參數(shù)查詢表


表4 所有模式的h參數(shù)查詢表下面舉例說明在實際運算中公式的應(yīng)用。比如查模式1中k＝30處的PRS值和擾碼，須進行如下操作查表1有1＜k＝30＜32，見表1右表第1行，k’＝1，i＝0，n＝3，因此將k’＝1和i＝0的值代入公式2，再查表4有hi，j＝hi，j-k′＝h0，29＝2，因此由公式2有

再代入公式1得到PRS值Zl,k=ej52π=j.]]>同時可得θK=π2n=3π2,]]>擾碼Nl,k=ejθk=ej3π2=-j;]]>本發(fā)明中所指的去擾運算即Zl，k*Nl，k*。
通過對PRS的分析能得到如下3個規(guī)律規(guī)律1從表4可以看出，將PRS分成若干個以32為單位的小塊，每個小塊的前16個符號和后16個符號對應(yīng)索引的符號的值是相同的。圖1是DAB系統(tǒng)規(guī)律1說明示意圖，如圖1所示，塊1中相同標號的值是相同的，塊2到塊N也具有相同的性質(zhì)。
規(guī)律2從表1到表3可以看出，n每隔32個符號變化一次，以32個符號為單位的小塊，具有相同的擾碼。圖2是DAB系統(tǒng)規(guī)律2說明示意圖，如圖2所示，塊1的所有數(shù)據(jù)都有相同的擾碼n1，塊2的所有數(shù)據(jù)都有相同的擾碼n2，塊K的所有數(shù)據(jù)都有相同的擾碼nk。
規(guī)律3從表1到表3可以看出，i每隔128個符號一個循環(huán)，去掉擾碼n后(Zl，k*Nl，k*)，將PRS分成若干個128的大塊，每個大塊中相同索引的值是一樣的。圖3是DAB系統(tǒng)規(guī)律3說明示意圖，如圖3所示，圖中大塊1的符號1與其他大塊的符號1是相同的。
綜上所述，由于PRS在去擾后有一定規(guī)律可循，因此可以通過滑動去擾、分段相關(guān)等操作來確定整數(shù)倍頻偏的范圍，并在此范圍內(nèi)進一步地確定精確的整數(shù)倍頻偏，完成頻率粗同步。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)方案的不足，本發(fā)明利用PRS的特性對頻率粗同步進行改進，提出一種能夠快速精確地搜索頻偏的頻率粗同步方法，達到了簡化算法提高性能的目的。
本發(fā)明方法包括如下步驟步驟1.通過對接收到的相位參考碼元進行滑動去擾并對去擾后的數(shù)據(jù)分段相關(guān)，確定整數(shù)倍頻偏的范圍；步驟2.根據(jù)所述的整數(shù)倍頻偏的范圍，相關(guān)器利用相位參考碼元相關(guān)特性尋找并確定精確的整數(shù)倍頻偏，完成頻率粗同步。
進一步的，所述步驟1具體包括如下步驟步驟1.1對接收到的PRS進行FFT變換，得到頻域PRS。
步驟1.2將頻域PRS通過滑動去擾器進行去擾運算。
步驟1.3將去擾后的PRS按128個符號分塊相關(guān)。
步驟1.4通過門限檢測器，檢測出相關(guān)值的變化，并根據(jù)所述相關(guān)值的變化判斷頻偏的大致方向和位置，給出滑動步進調(diào)整下一步的步進和方向。
步驟1.5重復步驟1.2、1.3、1.4直到找到超過門限的相關(guān)值，當相關(guān)值超過確定的門限值后，可以認為進入整數(shù)倍頻偏范圍。
進一步地，所述步驟2具體包括如下步驟步驟2.1根據(jù)所述整數(shù)倍頻偏范圍，門限檢測器輸出使能信號，打開相關(guān)器；步驟2.2相關(guān)器將未去擾的32點PRS進行相關(guān)，并通過峰值檢測器進行相關(guān)值峰值檢測，直到找到最大相關(guān)值峰值，此時的滑動窗位置即為整數(shù)倍頻偏。
由于載波頻率誤差曲線為一條漸變的曲線，本發(fā)明方法通過相關(guān)值的上升和下降快速分析頻偏的大概位置，無須逐點搜索，搜索速度快；本發(fā)明方法只需要在頻域而不是在時域進行頻偏檢測，這樣對時間同步的要求不是那么嚴格，因此算法有效的前提條件容易滿足；本發(fā)明方法充分地利用了PRS的信息，因此更容易搜索到頻偏的頻率，算法較其他方法更加精確簡單。


圖1是DAB系統(tǒng)規(guī)律1說明示意2是DAB系統(tǒng)規(guī)律2說明示意3是DAB系統(tǒng)規(guī)律3說明示意4是本發(fā)明方法的步驟流程5是本發(fā)明方法的原理6是整數(shù)倍頻偏范圍確定說明示意7是去擾的說明示意8是本發(fā)明方法的具體實施步驟9是仿真結(jié)果的數(shù)據(jù)示意圖具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作詳細說明。
圖4是本發(fā)明方法的步驟流程圖，如圖4所示本發(fā)明方法主要分為兩步進行步驟1，對接收到的PRS進行滑動去擾，并對去擾后的數(shù)據(jù)分段相關(guān)，確定整數(shù)倍頻偏的范圍；步驟2，根據(jù)所述的整數(shù)倍頻偏的范圍，相關(guān)器利用相位參考碼元相關(guān)特性尋找并確定精確的整數(shù)倍頻偏，完成頻率粗同步。
圖5是本發(fā)明的原理圖，如圖5所示本發(fā)明的實施原理如下對接收到的PRS進行FFT變換，得到頻域PRS；將頻域PRS通過去擾器進行去擾運算；將去擾后的PRS按128個符號分塊相關(guān)；然后通過門限檢測器，檢測出相關(guān)值的變化，并根據(jù)所述相關(guān)值的變化判斷頻偏的大致方向和位置，給出滑動步進調(diào)整下一步的左右移動方向和移動范圍大??；重復以上步驟直到找到超過門限的相關(guān)值，當相關(guān)值超過確定的門限值后，可以認為進入整數(shù)倍頻偏范圍；根據(jù)所述整數(shù)倍頻偏范圍，門限檢測器輸出使能信號，打開前后16點相關(guān)器；相關(guān)器將未去擾的32點PRS進行相關(guān)，并通過峰值檢測器進行峰值檢測，控制滑動窗口調(diào)整直到找到最大相關(guān)峰，此時的滑動窗口位置即為整數(shù)倍頻偏。
圖6是整數(shù)倍頻偏范圍確定說明示意圖，滑動步進調(diào)整對所得相關(guān)值進行搜索直到找到超過門限的相關(guān)值，如圖6所示整數(shù)倍頻偏的大概位置在A區(qū)域內(nèi)，通常為3～5個子載波范圍。
圖7是去擾的說明示意圖。在實際系統(tǒng)中PRS頻域同步之前，PRS的第一個點是未知的。因此，去擾開始時擾碼和PRS是對不齊的。對齊是指去擾的時候，擾碼的第一個點與PRS的第一個點相乘，第二個點與PRS的第二個點相乘，直到最后一個點與PRS的最后一個點相乘。如圖7所示，當存在頻偏時塊1、塊2......塊K中由于擾碼n1、n2......nk的存在，每一塊中會有一部分會去擾錯誤的碼。但是如DAB系統(tǒng)規(guī)律3所述，只有那些去擾正確的符號才符合128為周期的重復，而其他去擾錯誤的碼是沒有任何規(guī)律的。如果此時按照相鄰的兩個大塊相關(guān)并將各個乘積求和，那么得到的相關(guān)值會比完全對齊時得到的相關(guān)值小。并且，頻偏越大，去擾錯誤的碼越多，相關(guān)值就越小。由此，通過使滑動步進調(diào)整不斷移動，能得到所述相關(guān)值的不斷增大或減小，從而快速判斷出正確頻偏的位置。直到所述相關(guān)值超過門限，得到頻偏范圍。
圖8是本發(fā)明方法的具體實施步驟圖，如圖8所示，本發(fā)明方法的具體實施過程如下首先將1～256號寄存器與本地擾碼的共軛相乘，然后將其中1～128號寄存器相乘的結(jié)果與129～256號寄存器相乘的結(jié)果共軛相乘，并通過加法器相加，求模值；同樣的，將257～512號寄存器中的值做同樣的操作；并將第一組相關(guān)器結(jié)果和第二組相關(guān)器結(jié)果通過加法器相加，并通過門限判斷器對該相加值進行判斷，如果小于門限，即對PRS進行滑動步進調(diào)整，所述滑動步進調(diào)整包括左右移動和移動范圍的大??；如果相關(guān)值大于門限，即輸出使能信號，開啟方框內(nèi)器件即前后16點相關(guān)器；前后16點相關(guān)器開啟后，通過對滑動窗口的控制將1～16號寄存器與17～32號寄存器的共軛對應(yīng)相乘，并通過加法器相加；峰值檢測器對滑動窗口進行小范圍的左右移動，每移動一次能得到一個相加值，峰值檢測器對所有相加值求最大值，此時的滑動窗口位置，即為整數(shù)倍頻偏。
圖9是仿真結(jié)果的數(shù)據(jù)示意圖，即在DAB系統(tǒng)中頻偏為64KHz時，采用本發(fā)明方法兩組相關(guān)所得到的一個相關(guān)值仿真結(jié)果。如圖9所示，載波的頻偏曲線為一條漸變的曲線，本發(fā)明方法通過相關(guān)值的上升和下降快速分析頻偏的大概位置，無須逐點搜索。在頻偏為64的這個點有最大的相關(guān)峰。這充分說明了本算法的正確性和優(yōu)越性以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用于限制本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用相位參考碼元性質(zhì)的頻率粗同步方法，包括如下步驟步驟1.通過對接收到的相位參考碼元進行滑動去擾并對去擾后的數(shù)據(jù)分段相關(guān)，確定整數(shù)倍頻偏的范圍；步驟2.根據(jù)所述的整數(shù)倍頻偏的范圍，相關(guān)器利用相位參考碼元相關(guān)特性尋找并確定精確的整數(shù)倍頻偏，完成頻率粗同步。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用相位參考碼元性質(zhì)的頻率粗同步方法，其特征在于，所述步驟1進一步地包括步驟1.1對接收到的相位參考碼元進行傅立葉變換，得到頻域相位參考碼元；步驟1.2對頻域相位參考碼元進行去擾運算；步驟1.3將去擾后的相位參考碼元分塊相關(guān)；步驟1.4通過門限檢測器，檢測出相關(guān)值的變化，并根據(jù)所述相關(guān)值的變化，判斷頻偏的大致方向和位置，給出滑動步進調(diào)整下一步的步進和方向；步驟1.5重復步驟1.2、1.3、1.4直到找到超過門限的相關(guān)值，所述超過門限的相關(guān)值即進入了整數(shù)倍頻偏的范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用相位參考碼元性質(zhì)的頻率粗同步方法，其特征在于，所述步驟2進一步地包括步驟2.1根據(jù)所述整數(shù)倍頻偏范圍，門限檢測器輸出使能信號，打開相關(guān)器；步驟2.2相關(guān)器將未去擾的相位參考碼元進行相關(guān)，并通過峰值檢測器進行相關(guān)值峰值檢測，檢測到的最大相關(guān)值峰值滑動窗口位置即為整數(shù)倍頻偏。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用相位參考碼元性質(zhì)的頻率粗同步方法，該方法包括如下步驟步驟1，通過對接收到的相位參考碼元進行滑動去擾并對去擾后的數(shù)據(jù)分段相關(guān)，確定整數(shù)倍頻偏的范圍；步驟2，根據(jù)所述的整數(shù)倍頻偏的范圍，相關(guān)器利用相位參考碼元相關(guān)特性尋找并確定精確的整數(shù)倍頻偏，完成頻率粗同步。本發(fā)明利用相位參考碼元的特性對頻率粗同步進行改進，提出一種能夠快速精確地搜索頻偏的頻率粗同步方法，達到了簡化算法提高性能的目的。
文檔編號H04H1/00GK101014028SQ20071003642
公開日2007年8月8日 申請日期2007年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月12日
發(fā)明者林森凌, 王立寧 申請人:鼎芯通訊(上海)有限公司