專利名稱：一種基于變d技術的載波頻偏粗同步方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無線數字通信技術領域，具體涉及一種載波頻偏粗同步方法，可直接應用 于數字電視或數字廣播接收系統(tǒng)中的同步模塊。
背景技術：
近年來，無線通信得到廣泛的關注。因為無線通信傳輸環(huán)境比較惡劣，對數字接收機 的要求比較高。由于發(fā)射機和接收機中本地振蕩器的不穩(wěn)定以及移動信道中的多普勒效 應，本地產生的載波信號與接收到的載波信號不一致，因此發(fā)射機和接收機之間存在著載 波頻率偏差。載波頻率偏差會導致子信道之間產生干擾，如果不采取措施對這種信道干擾 加以克服，會嚴重映像系統(tǒng)的性能。去年剛頒布的地面數字多媒體廣播(DTMB)傳輸國 家標準采用時域同步的正交頻分復用調制(TDS-OFDM)，或者稱為以PN序列為保護間隔 的正交頻分復用調制?；谧僁技術的載波頻偏粗同步算法正是用于此系統(tǒng)的一種有效的 同步估計算法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提出一種載波頻偏捕獲范圍大，而頻偏估計方差小的載波頻偏粗同 步方法。
D-spaced算法和最大似然估計算法均是傳統(tǒng)的載波頻偏估計算法。DTMB系統(tǒng)的傳輸 方案是以PN序列作為保護間隔的。這個保護間隔可用于載波同步、定時同步、幀同步、 信道估計以及跟蹤相位噪聲等。本發(fā)明提出的載波頻偏粗同步方法，是一種基于變D技術 的載波頻偏粗估計算法，它利用了PN序列的特性，將D-spaced算法和最大似然估計算法 相結合，估計載波頻偏。
圖1顯示了信號幀的幀結構。幀頭由一個前同步、 一個PN序列和一個后同步組成， 其中，PN序列由255個符號組成，前同步由PN序列的后82個符號復制產生，后同步由 PN序列的前83個符號復制產生；幀頭總共由420個符號組成，并且?guī)^功率是幀體功率 的兩倍。
D-spaced估計算法利用了整個幀頭的數據，其目的是取得較大的載波頻偏捕獲范圍和 相對精確的估計值。最大似然估計利用了前同步或后同步和其在PN序列中的復制部分的 數據進行估計。因此雖然捕獲范圍不大，但卻有較為精確的估計值。
下面介紹D-spaced算法和最大似然估計算法 D-spaced算法基本的載波頻偏估計公式為z(" + l)/(")
<formula>formula see original document page 4</formula>其中<formula>formula see original document page 4</formula>為權重函數，表示估計間隔中心的最大值。N為參與載波
頻偏估計運算的長度，n為接收到的是第n位數據，z為接收端接收到的基帶信號，W為接 收到的基帶信號的共軛信號。
本發(fā)明的D-spaced算法是在基本的載波頻偏估計公式的基礎上用z(" + l)/(n + l-")
代替z(" + l)/(w)，其中D表示兩個數據間的間隔長度。由此得到載波頻偏公式為
<formula>formula see original document page 4</formula>
(3)
此算法的載波頻偏捕獲范圍為
<formula>formula see original document page 4</formula>
載波頻偏估計的方差為
(4)
<formula>formula see original document page 4</formula>
(5)
根據D-spaced算法的捕獲范圍公式和估計方差公式可以得出D越大，估計的方差越小， 但同時載波頻偏估計的捕獲范圍也越小。這里Es為接收到的信號的能量，No為噪聲的能
最大似然算法的估計公式為
<formula>formula see original document page 4</formula>
(6)
載波頻偏的捕獲范圍為
<formula>formula see original document page 4</formula>
(7)
其中L為兩個數據間的間隔長度，可取為255， l為參與載波頻偏估計運算的長
度，^為載波頻偏估計運算的起始位置，n為接收到的是第n位數據，Z為接收端接收到的 基帶信號，Z+為接收到的基帶信號的共軛信號。
使用該方法的優(yōu)點在于實現了更大的載波頻偏捕獲范圍，不論是在高斯白噪聲或者多 徑信道下都有很好的估計結果，其載波頻偏估計的方差均滿足系統(tǒng)要求。同時由于該方法 利用了算法的多次疊加，可以根據實際的情況增加或減少疊加的次數以獲得最優(yōu)的估計結 果和適當的硬件資源開銷。


圖1為信號幀的幀結構。
圖2為載波頻偏為lkHz情況下，通過PN序列相關得到的相關峰值。
圖3為載波頻偏為50kHz情況下，通過PN序列相關已無法的到明顯的相關峰。
圖4為通過功率檢測的方法得到的功率峰值結果，最大峰值處所對應的符號位置即為
幀頭的起始位置。
圖5為不同D值情況下，算法所能捕獲的載波頻偏范圍。
圖6為在相同的載波頻偏條件下，不同D值的所得估計方差的大小。
圖7為只使用變D算法估計的載波頻偏方差值和使用變D技術與最大似然估計算法聯(lián)
合估計后的載波頻偏估計方差值。
圖8為在高斯白噪聲下，信噪比分別為10dB、 20dB和30dB時利用本說明所能實現
的載波頻偏捕獲范圍和估計方差。
具體實施例方式
將本發(fā)明方法用于基于DTMB數字電視傳輸標準的接收機系統(tǒng)的載波同步部分的實 現中，取得了良好的效果。
首先利用D-spaced算法進行估計，在利用幀頭進行頻偏估計之前要首先確定接收到的 信號幀的起始位置。但在通過PN序列的相關性尋找?guī)^起始位置的方法在載波頻偏較大 的情況下會失效。如圖2所示，在不同的載波頻偏情況下，通過PN序列相關得到的相關 峰值。由圖可以得出，當載波頻偏(CFO)值為lKHz時，PN序列的相關值有明顯的相關 峰，可以通過相關峰值確定幀頭的起始位置。當載波頻偏值增大到50KHz時，PN序列的 相關性被破壞，無法通過相關峰值得到準確的幀頭起始位置。
為了準確的確定起始位置，我們利用幀頭功率比幀體功率大兩倍這個條件，運用功率 檢波器比較每次的功率值。功率檢波器用于檢測接收信號的幀頭起始位置。幀頭的結構如
圖1所示，幀頭由一個前同步、 一個PN序列和一個后同步組成。PN序列由255個符號組 成，前同步由PN序列的后82個符號復制產生，后同步由PN序列的前83個符號復制產 生。幀頭一共由420個符號組成。為了準確確定起始位置，我們利用幀頭功率比幀體功率 大兩倍這個條件，通過依次計算一組420個符號的功率總和，比較每次的值，峰值最大處 所對應的符號位置即為幀頭的起始位置，如圖4所示。
根據D-spaced算法的捕獲范圍公式和估計方差公式和圖5與圖6可以得出D越大， 估計的方差越小，但同時載波頻偏估計的捕獲范圍也越小，這就有一個折衷的過程。當載 波頻偏較大時，選用較小的D，以便能取得較大的捕獲范圍。通過前一次的估計，載波頻 偏變小，這時可以選用較大的D，以便減小頻偏估計的方差。經過多次的疊加估計就能取 得較好的估計結果。
D-spaced算法在惡劣多徑條件下，當選取的D值較大時，載波頻偏的誤差會比較大， 不滿足載波粗同步的性能指標。因此為了克服在惡劣多徑條件下D-spaced算法的缺陷，我 們使用D-spaced和最大似然估計聯(lián)合的方法，即在D-spaced估計完成后再進行一次最大 似然估計。圖7清楚的顯示了分別只使用變D技術的估計方法和使用變D技術和最大似然 估計方法相結合的聯(lián)合估計方法分別得到的載波頻偏估計方差?？梢钥闯觯褂寐?lián)合估計 方法得到方差值比僅使用變D技術得到的方差值小一個數量級。最大似然估計利用前同步 或后同步和其在PN序列中的復制部分的數據進行估計。因此雖然捕獲范圍不大，但卻有 較小的估計方差。D-spaced算法估計完成后再進行一次最大似然算法的估計就能滿足系統(tǒng) 的性能指標。圖7顯示了只使用變D算法估計的載波頻偏方差值和使用變D技術與最大似 然估計算法聯(lián)合估計后的載波頻偏估計方差值。可以看出，使用后一種方法得到的估計效
果比前一種提高了兩個數量級，完全滿足系統(tǒng)的要求。
在本系統(tǒng)中，根據系統(tǒng)要求和實際情況，我們采用了三次D-spaced算法的疊加。為了 既能具有較大的捕獲范圍同時具有較小的估計方差，三次D-spaced估計取用不同的D值， 分別為8、 60和80，接著進行一次最大似然估計。圖8顯示了在高斯白噪聲下，信噪比分 別為10dB、 20dB和30dB時本方案的載波頻偏捕獲范圍和估計方差，最終的估計結果滿 足系統(tǒng)要求。
權利要求
1.一種基于變D技術的載波頻偏粗同步方法，其特征在于幀頭由一個前同步、一個PN序列和一個后同步組成，其中，PN序列由255個符號組成，前同步由PN序列的后82個符號復制產生，后同步由PN序列的前83個符號復制產生；幀頭一共由420個符號組成，并且?guī)^功率是幀體功率的兩倍；載波頻偏的估計步驟如下(1)首先利用功率檢測器確定接收到的信號中幀頭的起始位置，即利用幀頭功率比幀體功率大2倍的條件，依次計算一組420個符號的功率總和，比較每次的值，峰值最大處所對應的符號位置即為幀的起始位置；(2)利用D-spaced算法，估計載波頻偏；選取D值為3-8；(3)再次利用D-spaced算法，估計載波頻偏，選取D值為55-65；(4)第三次利用D-spaced算法，估計載波頻偏，選取D值為75-85；(5)利用最大似然算法，估計載波頻偏，得到滿足系統(tǒng)要求的載波頻偏估計值；其中，所述D-spaced算法估計載波頻偏的公式為
全文摘要
本發(fā)明屬于無線數字通信技術領域，具體為一種基于變D技術的載波頻偏粗同步方法。首先通過峰值檢測器找到信號幀的起始位置，接著使用基于變D技術的載波頻偏估計算法對載波頻偏進行估計，最后用最大似然估計算法得到更為精確的估計結果。該方法因為使用了變D技術和聯(lián)合估計方法，所以實現了更大頻偏估計范圍和更精確的估計結果的目的。該方法可以直接應用于數字電視或數字廣播接收系統(tǒng)中的同步模塊。
文檔編號H04H1/00GK101102299SQ20071004471
公開日2008年1月9日 申請日期2007年8月9日 優(yōu)先權日2007年8月9日
發(fā)明者電 周, 巫建明, 曾曉洋, 武建強, 赟 陳 申請人:復旦大學;上海復旦微納電子有限公司