專利名稱：低復(fù)雜度通用采樣恢復(fù)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采樣恢復(fù)方法及裝置，尤其涉及一種在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的方法及裝置，可應(yīng)用于所有OFDM傳輸系統(tǒng)和擴(kuò)頻傳輸系統(tǒng)及其對應(yīng)的MIMO 系統(tǒng)，本發(fā)明在DTMB，ATSC, CMMB, DVBT, ISDBT, WIFI，WIMAX，CDMA，4G等等通信系統(tǒng)中都有著非常好的應(yīng)用價值。
背景技術(shù)：
有線和無線通信系統(tǒng)都普遍存在著采樣鐘偏差這個問題，采樣鐘偏差包括采樣相位偏差和采樣頻率偏差，采樣相位偏差是指實(shí)際采樣時刻偏離了最優(yōu)采樣時刻，采樣頻率偏差是指通信系統(tǒng)收發(fā)兩端晶體振蕩器的頻率不一致導(dǎo)致的采樣漂移，對數(shù)字系統(tǒng)來說表現(xiàn)為時域上在相同的時長內(nèi)采樣點(diǎn)個數(shù)的增加或者減少，且這種采樣點(diǎn)的增加或者減少會隨著時間逐步累積。采樣恢復(fù)是采樣相位恢復(fù)和采樣頻率恢復(fù)的統(tǒng)稱。對OFDM接收機(jī)來說，如果僅僅存在采樣相位偏差，只會造成各個子載波信號的相位旋轉(zhuǎn)，通過信道補(bǔ)償操作對系統(tǒng)接收的信噪比影響不大。但是采樣頻率偏差一方面會造成FFT(快速傅里葉變換，fast Fourier transform)窗口起始時刻發(fā)生漂移，另一方面會破壞子載波之間的正交性從而引起載波間干擾，造成系統(tǒng)信噪比的下降。對擴(kuò)頻通信系統(tǒng)而言，無論是采樣相位偏差還是采樣頻率偏差，都意味著最佳匹配時刻的不準(zhǔn)確，從而影響匹配之后的相關(guān)峰值，更為嚴(yán)重的是，采樣頻率偏差會導(dǎo)致最優(yōu)采樣時刻不停漂移，最終導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常解調(diào)信號。早遲門(Early-Late-Gate)是采樣恢復(fù)中最基本最重要的算法思想，早遲門算法通過檢測最佳時刻采樣點(diǎn)及其前后時刻采樣點(diǎn)來提取采樣相位偏差的信息，并通過不斷地跟蹤采樣相位偏差的變化來調(diào)整采樣頻率偏差。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)通常都是在高倍速率上實(shí)現(xiàn)早遲門來提取采樣偏差的信息，這需要系統(tǒng)工作在高倍速率上，增加了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。OFDM系統(tǒng)通常采用將前后兩個OFDM符號相同子載波位置上的導(dǎo)頻共軛相乘來獲得采樣相位偏差的信息，這種方法基于前后兩個OFDM符號信道相應(yīng)基本不變的假設(shè)，因此在移動環(huán)境下這種算法效果不佳，并且為了保證傳輸效率，導(dǎo)頻的個數(shù)通常非常有限，這使得算法的性能也受到很大的限制。2000年發(fā)表的IEEE文獻(xiàn)”Timing recovery for OFDM transmission. ”中提出了一種利用本地生成的超前和滯后導(dǎo)頻來進(jìn)行采樣恢復(fù)的方法，這種方法本質(zhì)上也是一種早遲門思想，但是有兩個缺點(diǎn)，首先由于本質(zhì)上還是利用導(dǎo)頻子載波來估計(jì)，所以會受到導(dǎo)頻個數(shù)的影響；其次算法需要提供一個參考路徑以供鎖相環(huán)最終鎖定采樣相位和采樣頻率，但是由于移動環(huán)境下每個路徑都可能經(jīng)歷衰落甚至消失，所以該算法在移動接收時會出現(xiàn)無法鎖定的現(xiàn)象。專利申請?zhí)枮椤?200910201841. 8”發(fā)明名稱為”定時偏差和采樣頻偏聯(lián)合跟蹤方法”及申請?zhí)枮椤?200810043166. 6”發(fā)明名稱為”采樣頻偏估計(jì)方法”的專利申請文件分別針對CMMB和DTMB系統(tǒng)提出了采樣恢復(fù)方法，基本思想都是在符號速率上通過跟蹤最強(qiáng)徑的漂移來不斷地糾正采樣頻偏，這種方法有兩個缺點(diǎn)，首先算法本身設(shè)計(jì)時只考慮糾正采樣頻率偏差而沒有考慮糾正采樣相位偏差；其次由于調(diào)整間隔時間太長，因此會受到移動環(huán)境和多徑分布的影響，在移動環(huán)境下多徑不停發(fā)生變化或者多徑分布特別復(fù)雜時會無法提取出定時信息。專利申請?zhí)枮椤?200410003485. 6”發(fā)明名稱為”時域同頻正交頻分復(fù)用接收機(jī)的定時恢復(fù)方法及系統(tǒng)”的專利申請?zhí)岢鲆环N針對DTMB系統(tǒng)的采樣恢復(fù)方法，以及專利申請?zhí)枮椤?00810118034. 5”發(fā)明名稱為”對接收信號進(jìn)行同步跟蹤的方法和系統(tǒng)”的專利申請?zhí)岢隽艘环N提取采樣誤差的方法，這兩種方法都是針對傳輸信道中最強(qiáng)徑提取采樣誤差信息，然后利用鎖相環(huán)來進(jìn)行采樣恢復(fù)。這種方法具備一定對抗多徑信道和移動信道的能力， 但是仍然存在以下問題，首先鎖相環(huán)的工作存在延時效應(yīng)，通常需要經(jīng)過一定的時間才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，這對于突發(fā)通信模式比較不利；其次當(dāng)多徑變化劇烈時，算法需要來回跟蹤和鎖定不同的徑，這將會導(dǎo)致鎖相環(huán)在捕獲模式和跟蹤模式之間來回切換，非常不利于算法的最終穩(wěn)定；此外為了保證采樣恢復(fù)的精度，要求系統(tǒng)工作在高采樣速率上，但是數(shù)據(jù)解調(diào)本身不需要這么高的處理速率，這樣在增加系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的同時也浪費(fèi)了硬件資源和處理時間。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決技術(shù)問題是提供了一種在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的方法及裝置，該方法及裝置具有普遍適用性，只需要較少的硬件資源工作在較低的采樣速率上就可以快速實(shí)現(xiàn)高精度采樣相位的鎖定以及采樣頻率偏差的糾正。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的裝置，包括采樣率轉(zhuǎn)換模塊、用于將接收信號從原始采樣率轉(zhuǎn)換至所需采樣率；時域脈沖響應(yīng)估計(jì)模塊、用于根據(jù)采樣率轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)據(jù)估計(jì)傳輸信道的時域脈沖響應(yīng)；高倍內(nèi)插模塊、用于得到時域脈沖響應(yīng)后對某一條或某幾條選定的傳輸路徑做高倍內(nèi)插；采樣誤差信息的提取模塊、用于根據(jù)高倍內(nèi)插模塊的插值結(jié)果以及相鄰兩次插值結(jié)果的漂移來提取采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息；所述采樣率轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)提取的采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息對采樣相位和采樣頻率進(jìn)行補(bǔ)償從而獲得所需的采樣率。進(jìn)一步地，所述的在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的裝置，還包括一數(shù)控振蕩器，用于對采樣相位和采樣頻率進(jìn)行補(bǔ)償從而獲得所需的采樣率。進(jìn)一步地，所述的時域脈沖響應(yīng)估計(jì)模塊包括去CP模塊；FFT模塊，用于對OFDM符號進(jìn)行FFT運(yùn)算，得到頻域上的OFDM符號；頻域信道估計(jì)模塊，用于采用頻域離散導(dǎo)頻來估計(jì)信道的頻域響應(yīng)；IFFT模塊，用于將頻域信道響應(yīng)做IFFT變換到時域來獲得信道時域的脈沖響應(yīng)。進(jìn)一步地，所述的在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的裝置，還包括一平滑濾波器，用于對采樣頻率偏差信息進(jìn)行平滑濾波，以降低噪聲的影響。進(jìn)一步地，所述時域脈沖響應(yīng)估計(jì)模塊包括相關(guān)器，用于將接收到的序列與本地 PN序列進(jìn)行匹配相關(guān)。同時，本發(fā)明還提供一種在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的方法，包括采樣率轉(zhuǎn)換步驟、將接收信號從原始采樣率轉(zhuǎn)換至所需采樣率；時域脈沖響應(yīng)估計(jì)步驟、根據(jù)采樣率轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)據(jù)估計(jì)傳輸信道的時域脈沖響應(yīng)；高倍內(nèi)插步驟、得到時域脈沖響應(yīng)后對某一條或某幾條選定的傳輸路徑做高倍內(nèi)插；采樣誤差信息的提取步驟，根據(jù)高倍內(nèi)插模塊的插值結(jié)果以及相鄰兩次插值結(jié)果的漂移來提取采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息；補(bǔ)償步驟、根據(jù)提取的采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息對采樣相位和采樣頻率進(jìn)行補(bǔ)償從而獲得所需的采樣率。進(jìn)一步地，所述的時域脈沖響應(yīng)估計(jì)步驟包括去CP步驟； FFT步驟，其對OFDM符號進(jìn)行FFT運(yùn)算，得到頻域上的OFDM符號；頻域信道估計(jì)步驟，其采用頻域離散導(dǎo)頻來估計(jì)信道的頻域響應(yīng)；IFFT步驟，將頻域信道響應(yīng)做IFFT變換到時域來獲得信道時域的脈沖響應(yīng)。進(jìn)一步地，所述高倍內(nèi)插步驟中，所述的傳輸路徑的選擇方法是同時跟蹤若干個較強(qiáng)的多徑分量。進(jìn)一步地，所述的采樣相位偏差的提取方法為MaxPos-IntPos = FracPos (-1 < FracPos < 1)，其中，IntPos 為內(nèi)插之前的強(qiáng)徑位置，表示低分辨率下的當(dāng)前采樣時刻，MaxPos為高倍內(nèi)插之后對應(yīng)的強(qiáng)徑位置，表示通過高倍內(nèi)插提高分辨率得到的最佳采樣時刻，二者之差所表示就是當(dāng)前幀的采樣相位誤差 FracPos0進(jìn)一步地，所述的采樣頻率偏差信息的計(jì)算公式為Rs* (MaxPos2-MaxPoSl) /FrmLen (Hz)，其中，MaxPos1 和 MaxPos2 分別為間隔若干個信號幀前后兩次高倍內(nèi)插后同一條強(qiáng)徑的最佳采樣時刻，二者之差胞計(jì)082-|^計(jì)081就是由于采樣頻偏的存在而導(dǎo)致的偏移采樣點(diǎn)的個數(shù)，Rs是基帶速率，F(xiàn)rmLen是不存在采樣偏差時前后所統(tǒng)計(jì)的兩個信號幀之間的樣點(diǎn)個數(shù)。進(jìn)一步地，高倍內(nèi)插步驟中只對選定的傳輸路徑及其周圍若干點(diǎn)進(jìn)行高倍內(nèi)插， 所述的傳輸路徑為傳輸環(huán)境中一條或若干條較強(qiáng)的徑。進(jìn)一步地，在采樣頻率偏差信息的計(jì)算中，間隔若干個信號幀來獲得最佳采樣時刻。進(jìn)一步地，所述進(jìn)行采樣頻率偏差計(jì)算后，將計(jì)算結(jié)果經(jīng)過平滑濾波器來降低噪
聲的影響。進(jìn)一步地，根據(jù)新的采樣率來獲得新的信號輸出結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的裝置，其特征在于，包括 采樣率轉(zhuǎn)換模塊、用于將接收信號從原始采樣率轉(zhuǎn)換至所需采樣率；時域脈沖響應(yīng)估計(jì)模塊、用于根據(jù)采樣率轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)據(jù)估計(jì)傳輸信道的時域脈沖響應(yīng)；高倍內(nèi)插模塊、用于得到時域脈沖響應(yīng)后對某一條或某幾條選定的傳輸路徑做高倍內(nèi)插；采樣誤差信息的提取模塊、用于根據(jù)高倍內(nèi)插模塊的插值結(jié)果以及相鄰兩次插值結(jié)果的漂移來提取采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息；所述采樣率轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)提取的采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息對采樣相位和采樣頻率進(jìn)行補(bǔ)償從而獲得所需的采樣率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的裝置，其特征在于，所述的采樣率轉(zhuǎn)換模塊還包括一數(shù)控振蕩器，用于對采樣相位和采樣頻率進(jìn)行補(bǔ)償從而獲得所需的采樣率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的裝置，其特征在于，時域脈沖響應(yīng)估計(jì)包括去CP模塊；FFT模塊，用于對OFDM符號進(jìn)行FFT運(yùn)算，得到頻域上的OFDM符號；頻域信道估計(jì)模塊，用于采用頻域離散導(dǎo)頻來估計(jì)信道的頻域響應(yīng)；IFFT模塊，用于將頻域信道響應(yīng)做IFFT變換到時域來獲得信道時域的脈沖響應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的裝置，其特征在于，還包括一平滑濾波器，用于對采樣頻率偏差信息進(jìn)行平滑濾波，以降低噪聲的影響。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的裝置，其特征在于，所述時域脈沖響應(yīng)估計(jì)模塊包括相關(guān)器，用于將接收到的序列與本地PN序列進(jìn)行匹配相關(guān)。
6.一種在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的方法，包括 采樣率轉(zhuǎn)換步驟、將接收信號從原始采樣率轉(zhuǎn)換至所需采樣率；時域脈沖響應(yīng)估計(jì)步驟、根據(jù)采樣率轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)據(jù)估計(jì)傳輸信道的時域脈沖響應(yīng)；高倍內(nèi)插步驟、得到時域脈沖響應(yīng)后對某一條或某幾條選定的傳輸路徑做高倍內(nèi)插； 采樣誤差信息的提取步驟，根據(jù)高倍內(nèi)插模塊的插值結(jié)果以及相鄰兩次插值結(jié)果的漂移來提取采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息；補(bǔ)償步驟、根據(jù)提取的采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息對采樣相位和采樣頻率進(jìn)行補(bǔ)償從而獲得所需的采樣率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的方法，其特征在于，所述時域脈沖響應(yīng)估計(jì)步驟包括去CP步驟；FFT步驟，其對OFDM符號進(jìn)行FFT運(yùn)算，得到頻域上的OFDM符號； 頻域信道估計(jì)步驟，其采用頻域離散導(dǎo)頻來估計(jì)信道的頻域響應(yīng)； IFFT步驟，將頻域信道響應(yīng)做IFFT變換到時域來獲得信道時域的脈沖響應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的方法，其特征在于，高倍內(nèi)插步驟中，所述的傳輸路徑的選擇方法是同時跟蹤若干個較強(qiáng)的多徑分量。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的方法，其特征在于，所述的采樣相位偏差的提取方法為MaxPos-IntPos = FracPos (-1 < FracPos < 1),其中，IntPos 為內(nèi)插之前的強(qiáng)徑位置，表示低分辨率下的當(dāng)前采樣時刻，MaxPos為高倍內(nèi)插之后對應(yīng)的強(qiáng)徑位置，表示通過高倍內(nèi)插提高分辨率得到的最佳采樣時刻，二者之差所表示就是當(dāng)前幀的采樣相位誤差 FracPos0
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的方法，其特征在于，所述的采樣頻率偏差信息的計(jì)算公式為RS* (Maxpos2-MaxPos1) /FrmLen (Hz)，其中， MaxPos1和MaxPos2分別為間隔若干個信號幀前后兩次高倍內(nèi)插后同一條強(qiáng)徑的最佳采樣時刻，二者之差MaxP0s2-MaxP0si就是由于采樣頻偏的存在而導(dǎo)致的偏移采樣點(diǎn)的個數(shù)，Rs 是基帶速率，F(xiàn)rmLen是不存在采樣偏差時前后所統(tǒng)計(jì)的兩個信號幀之間的樣點(diǎn)個數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的方法，其特征在于，高倍內(nèi)插步驟中只對選定的傳輸路徑及其周圍若干點(diǎn)進(jìn)行高倍內(nèi)插，所述的傳輸路徑為傳輸環(huán)境中一條或若干條較強(qiáng)的徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的方法，其特征在于，在采樣頻率偏差信息的計(jì)算中，間隔若干個信號幀來獲得最佳采樣時刻。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的方法，其特征在于，所述進(jìn)行采樣頻率偏差計(jì)算后，將計(jì)算結(jié)果經(jīng)過平滑濾波器來降低噪聲的影響。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的方法，其特征在于根據(jù)新的采樣率來獲得新的信號輸出結(jié)果y(kT-j = — lik)Ti] = ^t=L- iKlhIiii — utKl其中mk為內(nèi)插濾波器的基準(zhǔn)點(diǎn)，uk為實(shí)際插值點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的距離，I2-IJl為每次插值運(yùn)算所需要的樣點(diǎn)數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的方法，其特征在于，所述時域脈沖響應(yīng)估計(jì)步驟中對于偽隨機(jī)序列擴(kuò)頻系統(tǒng)，可以直接在時域上用偽隨機(jī)序列對接收序列進(jìn)行相關(guān)匹配。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在較低采樣速率上實(shí)現(xiàn)高精度采樣恢復(fù)的方法及裝置，所述裝置包括采樣率轉(zhuǎn)換模塊、用于將接收信號從原始采樣率轉(zhuǎn)換至所需采樣率；時域脈沖響應(yīng)估計(jì)模塊、用于根據(jù)采樣率轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)據(jù)估計(jì)傳輸信道的時域脈沖響應(yīng)；高倍內(nèi)插模塊、用于得到時域脈沖響應(yīng)后對某一條或某幾條選定的傳輸路徑做高倍內(nèi)插；采樣誤差信息的提取模塊、用于根據(jù)高倍內(nèi)插模塊的插值結(jié)果以及相鄰兩次插值結(jié)果的漂移來提取采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息；所述采樣率轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)提取的采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息對采樣相位和采樣頻率進(jìn)行補(bǔ)償從而獲得所需的采樣率。該裝置具有普遍適用性，只需要較少的硬件資源工作在較低的采樣速率上就可以快速實(shí)現(xiàn)高精度采樣相位的鎖定以及采樣頻率偏差的糾正。
文檔編號H04L25/02GK102255864SQ20111025348
公開日2011年11月23日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者張赟 申請人:豪威科技(上海)有限公司