專利名稱：一種對(duì)存在較大頻偏的塊信號(hào)的頻偏捕獲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通信領(lǐng)域，尤其涉及一種對(duì)存在較大頻偏的塊信號(hào)的頻偏捕獲方法。

背景技術(shù)：
數(shù)字通信技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)核心問題就是同步問題，從技術(shù)上說同步分為載波同步與定時(shí)同步。在經(jīng)過無線移動(dòng)信道后接收端獲取的基帶采樣信號(hào)中存在著載波頻率偏差、相位偏差及定時(shí)偏差，這些偏差一般來源于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間晶振的不匹配和無線移動(dòng)信道中多普勒效應(yīng)和頻率選擇性這幾個(gè)方面，即便是在信道相對(duì)平坦的室內(nèi)環(huán)境，也會(huì)存在這些偏差。
目前隨著新的通信業(yè)務(wù)需求迅速增大，對(duì)無線通信系統(tǒng)和無線局域網(wǎng)的傳輸速率提出了更高的要求，而傳輸速率的提高又給常規(guī)單載波系統(tǒng)帶來了載波頻偏增大、ISI(intersymbol-interference，符號(hào)間干擾)和深度頻率選擇性衰弱等問題。解決這個(gè)問題目前由有兩種方法，一種是采用OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用)技術(shù)，也就是把高速數(shù)據(jù)分散到若干個(gè)子載波以上低速率進(jìn)行并行傳輸；另一種是采用簡(jiǎn)單引入循環(huán)前綴的SC-FDE(single carrier system withfrequency domain equalization，單載波頻域均衡)技術(shù)。上述這兩種方法都需要插入循環(huán)前綴并進(jìn)行頻域均衡，同時(shí)這兩種方法都以符號(hào)塊結(jié)構(gòu)發(fā)送信號(hào)，因此對(duì)頻率偏差和定時(shí)偏差都相當(dāng)敏感，對(duì)接收端同步要求較高。接收端的同步主要有以下幾個(gè)任務(wù) 1)幀到達(dá)檢測(cè)，用于判定是否檢測(cè)到信號(hào)，這是同步的第一步，只有判定接收到的是有效信號(hào)才能進(jìn)行后面的處理； 2)載波頻偏捕獲； 3)載波頻率跟蹤； 4)符號(hào)起始位置估計(jì)(塊同步)，也就是信道的時(shí)延所引起的誤差，需要在均衡之前準(zhǔn)確知道起始位置，這時(shí)就要進(jìn)行準(zhǔn)確的符號(hào)定時(shí)； 5)載波相偏的估計(jì)和時(shí)鐘相位偏差估計(jì)； 6)采樣時(shí)鐘頻率的跟蹤。
射頻信號(hào)在解調(diào)到基帶信號(hào)的過程中由于晶振的不匹配會(huì)產(chǎn)生非常大的頻率偏差，頻偏對(duì)純粹的單載波系統(tǒng)造成的誤差相當(dāng)于造成了信號(hào)旋轉(zhuǎn)和衰減；當(dāng)這個(gè)頻偏出現(xiàn)在OFDM或者SC-FDE系統(tǒng)時(shí)，還會(huì)造成ISI及ICI(intercarrier-interference，載波間干擾)，影響到SC-FDE系統(tǒng)的頻域均衡算法的準(zhǔn)確性，因此在接收端下變頻后得到的采樣信號(hào)的頻率偏差必須先進(jìn)行捕獲和補(bǔ)償。
一般的頻偏捕獲方法就是利用前后相鄰的兩塊相同的UW(Unique Word，獨(dú)特字)序列在接收端對(duì)應(yīng)的采樣信號(hào)的相位差來估計(jì)頻偏。設(shè)UW序列A的長(zhǎng)度為L(zhǎng)碼元長(zhǎng)度，UW序列A一般選取為chu、frank、PN序列。令相鄰的兩塊相同的UW序列A組成新的序列[A A]，得到其在接收端的對(duì)應(yīng)的采樣信號(hào)序列分別為R1＝[r(1)，…，r(L)]，R2＝[r(L+1)，…，r(2L)]，r(t)t＝{1，2，...}表示接收端的信號(hào)采樣值。由于存在載波頻率偏差的原因，理論上R1、R2序列之間是存在一個(gè)固定的相位偏差的，利用這種相位偏差就能得到所要估計(jì)的頻偏。具體算法為先求出兩塊接收信號(hào)序列R1、R2的相關(guān)值P，然后對(duì)求出的相關(guān)值求幅角并除以相關(guān)長(zhǎng)度L、2π和碼元持續(xù)時(shí)間T的乘積即為所要估計(jì)的頻偏Δf，Δf＝angle(P)/(2πLT)。
上述現(xiàn)有技術(shù)的解決方案中的UW序列的長(zhǎng)度L決定了頻偏捕獲范圍和估計(jì)精度，當(dāng)序列的長(zhǎng)度L越小，頻偏的捕獲范圍越大，但是估計(jì)精度越低。這兩者之間形成了一種相互制約的關(guān)系，在頻偏捕獲范圍較大時(shí)候估計(jì)精度較低，在保證估計(jì)精度的情況下又無法保證較大的捕獲范圍。實(shí)際的接收端中，經(jīng)過下變頻后得到的采樣信號(hào)存在較大頻偏，采用現(xiàn)有技術(shù)的解決方案需要降低L的大小來提高頻偏捕獲范圍，但是這樣的后果就是估計(jì)精度會(huì)大大降低，導(dǎo)致之后的同步算法和均衡算法失效；同時(shí)由于無線移動(dòng)信道下的深衰弱的影響，即使加大序列長(zhǎng)度也可能會(huì)出現(xiàn)頻偏估計(jì)精度較低的情況。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種對(duì)存在較大頻偏的塊信號(hào)的頻偏捕獲方法，該方法能夠在增大初始頻偏捕獲范圍的同時(shí)保證估計(jì)精度，并且降低了無線移動(dòng)信道下的深衰弱情況對(duì)估計(jì)精度帶來的影響。
本發(fā)明所述技術(shù)方案如下 一種對(duì)存在較大頻偏的塊信號(hào)的頻偏捕獲方法，包括步驟 A、確定滑動(dòng)窗的起始位置，滑動(dòng)窗的長(zhǎng)度為NL碼元長(zhǎng)度，初始計(jì)數(shù)值m為0； B、將m加1，判斷m是否小于等于預(yù)設(shè)的移動(dòng)次數(shù)門限值M，若是，執(zhí)行步驟C，否則，執(zhí)行步驟E； C、從滑動(dòng)窗的起始位置開始連續(xù)選取NL碼元長(zhǎng)度的觀測(cè)數(shù)據(jù)Rm，將滑動(dòng)窗向后移動(dòng)L碼元長(zhǎng)度后，從滑動(dòng)窗的起始位置開始連續(xù)選取NL碼元長(zhǎng)度的觀測(cè)數(shù)據(jù)Rm+1； D、確定出Rm和Rm+1的相關(guān)值Pm，然后確定出相關(guān)值Pm的幅角Xm并予以記錄，返回步驟B； E、對(duì)已記錄的M個(gè)Xm值進(jìn)行加權(quán)求和，將加權(quán)求和的結(jié)果除以相關(guān)長(zhǎng)度L、2π和碼元持續(xù)時(shí)間T的乘積得到頻偏估計(jì)值Δf。
較佳地，所述步驟D中，確定Rm和Rm+1的相關(guān)值Pm的公式為 其中，Rm＝[r(1+(m-1)L)，…，r((N+m-1)L)]，m＝{1，2，...M}，r(t)表示接收端的信號(hào)采樣值。
較佳地，所述步驟E中，對(duì)M個(gè)Xm值進(jìn)行加權(quán)求和的公式為 其中，αm為加權(quán)系數(shù)。
較佳地，所述觀測(cè)數(shù)據(jù)Rm和觀測(cè)數(shù)據(jù)Rm+1的相關(guān)間隔為兩段數(shù)據(jù)起始位置的間隔L。
較佳地，所述觀測(cè)數(shù)據(jù)Rm和觀測(cè)數(shù)據(jù)Rm+1的相關(guān)長(zhǎng)度為其各自的數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度，即NL碼元長(zhǎng)度。
較佳地，所述滑動(dòng)窗中包含有N個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的相同的獨(dú)特字序列。
本發(fā)明利用特定的前導(dǎo)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過滑動(dòng)窗長(zhǎng)和滑動(dòng)窗移動(dòng)距離的選擇將現(xiàn)有技術(shù)中同時(shí)影響頻偏捕獲范圍和估計(jì)精度的因子分解為相關(guān)間隔和相關(guān)長(zhǎng)度兩個(gè)因子，由于相關(guān)間隔決定了頻偏捕獲范圍，相關(guān)長(zhǎng)度決定了頻偏估計(jì)精度，因此當(dāng)頻偏范圍較大時(shí)候，通過減小滑動(dòng)窗的移動(dòng)距離L來減小相關(guān)間隔，以達(dá)到增大頻偏捕獲范圍的作用，同時(shí)又通過增大滑動(dòng)窗長(zhǎng)NL來增大相關(guān)長(zhǎng)度，以此降低噪聲的影響，提高了頻偏估計(jì)精度。從而解決了現(xiàn)有頻偏捕獲方法中頻偏估計(jì)精度和捕獲范圍之間相互制約的矛盾，同時(shí)本發(fā)明通過對(duì)不同位置得到的頻偏估計(jì)加權(quán)求和，消弱了無線移動(dòng)信道下的深衰弱對(duì)頻偏估計(jì)精度的影響。



圖1為本發(fā)明所述對(duì)存在較大頻偏的塊信號(hào)的頻偏捕獲方法的流程圖； 圖2為本發(fā)明所述對(duì)存在較大頻偏的塊信號(hào)進(jìn)行頻偏捕獲的示意圖。

具體實(shí)施例方式 高速傳輸系統(tǒng)在無線移動(dòng)信道下，經(jīng)接收端下變頻得到的基帶采樣信號(hào)存在較大頻偏，需要在定時(shí)信息未知的情況下進(jìn)行頻偏捕獲，同時(shí)又需要保證頻偏的估計(jì)精度。本發(fā)明利用特有的前導(dǎo)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，基于可滑動(dòng)窗解決了現(xiàn)有頻偏捕獲方法中頻偏估計(jì)精度和捕獲范圍之間相互制約的矛盾，同時(shí)消弱了無線移動(dòng)信道下的深衰弱對(duì)頻偏估計(jì)精度的影響。達(dá)到了既能增大初始頻偏捕獲范圍又能保證估計(jì)精度，并且降低了無線移動(dòng)信道下的深衰弱情況對(duì)估計(jì)精度帶來的影響的目的。
下面結(jié)合各個(gè)附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)過程予以進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
請(qǐng)參閱圖1及圖2，其中，圖1為本發(fā)明所述對(duì)存在較大頻偏的塊信號(hào)的頻偏捕獲方法的流程圖，圖2為本發(fā)明所述對(duì)存在較大頻偏的塊信號(hào)進(jìn)行頻偏捕獲的示意圖，由圖1及圖2可見，本發(fā)明中對(duì)存在較大頻偏的塊信號(hào)進(jìn)行頻偏捕獲的具體步驟如下 步驟10、利用多個(gè)相同的長(zhǎng)度為L(zhǎng)的UW序列A組成前導(dǎo)數(shù)據(jù)[AAA。。。。]。
步驟11、當(dāng)接收端檢測(cè)到信號(hào)之后，獲取滑動(dòng)窗的起始位置，獲取之后的采樣信號(hào)r(t)，所述滑動(dòng)窗的長(zhǎng)度為NL碼元長(zhǎng)度，其包含有N個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的UW序列A，初始計(jì)數(shù)值m為0。
步驟12、將m加1。
步驟13、判斷m是否小于等于預(yù)設(shè)的移動(dòng)次數(shù)門限值M，若是，執(zhí)行步驟14，否則，執(zhí)行步驟17。
步驟14、從滑動(dòng)窗的起始位置開始連續(xù)選取長(zhǎng)度為NL碼元長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)段為觀測(cè)數(shù)據(jù)Rm，將滑動(dòng)窗的起始位置向后移動(dòng)L碼元長(zhǎng)度，從滑動(dòng)窗的起始位置開始連續(xù)選取長(zhǎng)度為NL碼元長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)段為觀測(cè)數(shù)據(jù)Rm+1。
所述觀測(cè)數(shù)據(jù)Rm和觀測(cè)數(shù)據(jù)Rm+1的相關(guān)間隔為兩段數(shù)據(jù)起始位置的間隔L；所述觀測(cè)數(shù)據(jù)Rm和觀測(cè)數(shù)據(jù)Rm+1的相關(guān)長(zhǎng)度為其各自的數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度，即NL碼元長(zhǎng)度。
步驟15、計(jì)算出Rm和Rm+1的相關(guān)值Pm，其中，Rm＝[r(1+(m-1)L)，…，r((N+m-1)L)]，m＝{1，2，...M}，r(t)表示接收端的信號(hào)采樣值。
步驟16、確定出相關(guān)值Pm的幅角Xm并予以記錄，返回步驟12。
步驟17、對(duì)步驟16中所有已記錄的M個(gè)Xm值進(jìn)行加權(quán)求和，公式為其中，αm為加權(quán)系數(shù)。
步驟18、將步驟17中得到的加權(quán)求和的結(jié)果除以相關(guān)長(zhǎng)度L、2π和碼元持續(xù)時(shí)間T的乘積得到頻偏估計(jì)值Δf，即Δf＝X/(2πLT)。
本發(fā)明利用若干個(gè)重復(fù)的UW序列A作為前導(dǎo)數(shù)據(jù)，確保了在任意位置的滑動(dòng)窗長(zhǎng)內(nèi)都存在若干個(gè)連續(xù)相同的UW序列。本發(fā)明利用特有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特性，依靠滑動(dòng)窗將相關(guān)間隔和相關(guān)長(zhǎng)度這兩個(gè)變量分離，其中相關(guān)間隔即為滑動(dòng)窗的移動(dòng)距離，由UW序列A的長(zhǎng)度L決定；相關(guān)長(zhǎng)度即為滑動(dòng)窗長(zhǎng)，由選取的UW序列的個(gè)數(shù)N和UW序列的長(zhǎng)度L的乘積大小決定。由于相關(guān)間隔決定了頻偏捕獲范圍，相關(guān)長(zhǎng)度決定了頻偏估計(jì)精度，因此當(dāng)頻偏范圍較大時(shí)候，通過減小滑動(dòng)窗的移動(dòng)距離L來減小相關(guān)間隔，以達(dá)到增大頻偏捕獲范圍的作用，同時(shí)又通過增大滑動(dòng)窗長(zhǎng)NL來增大相關(guān)長(zhǎng)度，以此降低噪聲的影響，提高了頻偏估計(jì)精度。
由于無線移動(dòng)信道的深衰弱的影響，對(duì)于存在的深衰弱位置會(huì)出現(xiàn)估計(jì)精度低的現(xiàn)象，本發(fā)明利用了濾波和概率分布的思想，通過在不同位置得到的頻偏估計(jì)值加權(quán)求和來消弱深衰弱位置帶來的頻偏估計(jì)精度低的影響。本發(fā)明中相關(guān)值Pm的幅角Xm的范圍為[-π，π]，因此頻偏估計(jì)范圍為[-1/(2LT)，1/(2LT)]Hz。在碼元傳輸速率1/T確定的情況下，為增大頻偏估計(jì)范圍必須減小相關(guān)間隔L，現(xiàn)有技術(shù)的頻偏捕獲方法的相關(guān)長(zhǎng)度為相關(guān)間隔L，而本發(fā)明的相關(guān)長(zhǎng)度為NL，在L降低的時(shí)候可以增大N來提高相關(guān)長(zhǎng)度，以確保頻偏估計(jì)精度；同時(shí)本發(fā)明利用濾波的思想對(duì)不同位置得到的頻偏估計(jì)進(jìn)行加權(quán)求和，消弱了深衰弱帶來的頻偏估計(jì)精度低的影響。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意 圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種對(duì)存在較大頻偏的塊信號(hào)的頻偏捕獲方法，其特征在于，包括步驟
A、確定滑動(dòng)窗的起始位置，滑動(dòng)窗的長(zhǎng)度為NL碼元長(zhǎng)度，初始計(jì)數(shù)值m為0；
B、將m加1，判斷m是否小于等于預(yù)設(shè)的移動(dòng)次數(shù)門限值M，若是，執(zhí)行步驟C，否則，執(zhí)行步驟E；
C、從滑動(dòng)窗的起始位置開始連續(xù)選取NL碼元長(zhǎng)度的觀測(cè)數(shù)據(jù)Rm，將滑動(dòng)窗向后移動(dòng)L碼元長(zhǎng)度后，從滑動(dòng)窗的起始位置開始連續(xù)選取NL碼元長(zhǎng)度的觀測(cè)數(shù)據(jù)Rm+1；
D、確定出Rm和Rm+1的相關(guān)值Pm，然后確定出相關(guān)值Pm的幅角Xm并予以記錄，返回步驟B；
E、對(duì)已記錄的M個(gè)Xm值進(jìn)行加權(quán)求和，將加權(quán)求和的結(jié)果除以相關(guān)長(zhǎng)度L、2π和碼元持續(xù)時(shí)間T的乘積得到頻偏估計(jì)值Δf。
2、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟D中，確定Rm和Rm+1的相關(guān)值Pm的公式為
其中，Rm＝[r(1+(m-1)L)，…，r((N+m-1)L)]，m＝{1，2，...M}，r(t)表示接收端的信號(hào)采樣值。
3、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟E中，對(duì)M個(gè)Xm值進(jìn)行加權(quán)求和的公式為
其中，αm為加權(quán)系數(shù)。
4、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述觀測(cè)數(shù)據(jù)Rm和觀測(cè)數(shù)據(jù)Rm+1的相關(guān)間隔為兩段數(shù)據(jù)起始位置的間隔L。
5、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述觀測(cè)數(shù)據(jù)Rm和觀測(cè)數(shù)據(jù)Rm+1的相關(guān)長(zhǎng)度為其各自的數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度，即NL碼元長(zhǎng)度。
6、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述滑動(dòng)窗中包含有N個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的相同的獨(dú)特字序列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對(duì)存在較大頻偏的塊信號(hào)的頻偏捕獲方法，本發(fā)明利用特定的前導(dǎo)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過滑動(dòng)窗長(zhǎng)和滑動(dòng)窗移動(dòng)距離的選擇將現(xiàn)有技術(shù)中同時(shí)影響頻偏捕獲范圍和估計(jì)精度的因子分解為相關(guān)間隔和相關(guān)長(zhǎng)度兩個(gè)因子，由于相關(guān)間隔決定了頻偏捕獲范圍，相關(guān)長(zhǎng)度決定了頻偏估計(jì)精度，因此當(dāng)頻偏范圍較大時(shí)候，通過減小滑動(dòng)窗的移動(dòng)距離L來減小相關(guān)間隔，以達(dá)到增大頻偏捕獲范圍的作用，同時(shí)又通過增大滑動(dòng)窗長(zhǎng)NL來增大相關(guān)長(zhǎng)度，以此降低噪聲的影響，提高了頻偏估計(jì)精度。從而解決了頻偏估計(jì)精度和捕獲范圍之間相互制約的矛盾，同時(shí)本發(fā)明通過對(duì)不同位置得到的頻偏估計(jì)加權(quán)求和，消弱了無線移動(dòng)信道下的深衰弱對(duì)頻偏估計(jì)精度的影響。
文檔編號(hào)H04B1/707GK101394198SQ200810224919
公開日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月27日
發(fā)明者吳南潤(rùn), 鄭波浪, 立 方 申請(qǐng)人:北京韋加航通科技有限責(zé)任公司