一種單載波頻域均衡系統中的塊同步方法
2023-06-13 04:57:06
專利名稱：一種單載波頻域均衡系統中的塊同步方法
技術領域：
本發明涉及移動通信領域，尤其涉及一種單載波頻域均衡系統中的塊同步方法。
背景技術：
目前，隨著新的通信業務需求迅速增大，對無線通信系統和無線區域網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單載波系統帶來了更大的載波頻偏、更嚴重的ISI(intersymbol-interference，符號間幹擾)等問題。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用)技術可以有效的克服頻率選擇性衰弱信道帶來的碼間幹擾，逐漸成為無線通信及移動通信領域的研究熱點，在多種標準中被稱為支撐技術。但是OFDM技術對載波同步比較敏感，而且PAPR(Peak-to-Average Power Ratio，峰均功率比)較大，因此單載波頻域均衡系統方案被提出來。SC-FDE(single carrier system withfrequency domain equalization，單載波頻域均衡)是寬帶無線傳輸中一種很有前途的抗多徑幹擾的方法，和OFDM一樣採取分塊傳輸，並且採用CP(CyclicPrefix，循環前綴)方式，這樣就可以把信號與信道脈衝響應的線性卷積轉化為循環卷積，並且消除了多徑引起的數據塊的幹擾。在接收端採用簡單的頻域均衡技術就可以消除符號間幹擾。SC-FDE系統相比OFDM系統不存在PAPR問題，所以不需要使用昂貴的線性功率放大器，同時對載波同步也不是特別敏感，因此SC-FDE技術目前受到越來越多的重視。
數字通信技術領域中的一個最核心問題就是同步問題，從技術上說分為載波同步與定時同步。在經過無線移動信道後的接收端獲取的基帶採樣信號中存在著載波頻率偏差、相位偏差及定時偏差，這些偏差一般來源於發射機和接收機之間晶振的不匹配和無線移動信道中都卜勒效應和頻率選擇性這幾個方面，即便是在信道相對平坦的室內環境，也會存在這些偏差。使用塊傳輸技術的SC-FDE系統對這些同步的偏差提出了更高的要求。SC-FDE系統的同步技術分為載波同步和定時同步，其接收端的同步主要有以下幾個任務: 1)幀到達檢測，用於判定是否檢測到信號，這是同步的第一步，只有判定接收到的是有效信號才能進行後面的處理； 2)載波頻偏捕獲； 3)載波頻率跟蹤； 4)符號起始位置估計(塊同步)，即在均衡之前準確知道起始位置(起始的傅立葉變換FFT位置)，為獲取更精確的位置，需要定時估計； 5)採樣時鐘頻率的跟蹤。
SC-FDE系統的信號是沿著時間軸順序到來的，分塊傳輸的SC-FDE信號中每個數據塊由數據段和循環前綴組成。SC-FDE射頻信號在解調到基帶信號的過程中會存在時延偏差，由於SC-FDE系統是基於塊傳輸系統，是以數據塊為單位進行處理的，因此必須知道數據塊的起始位置，才能進行後面的算法。
現有的塊同步算法主要是利用基於特殊訓練符號的估計算法，算法主要是利用訓練符號的對稱特性，對信號進行滑動相關，找到測度最大值對應的點即為塊同步的位置。前導碼一般採用由四個部分組成的訓練序列，主要有如下幾種形式:即[+A，+A，-A，+A]、[+A，+A，-A，-A]、[+A，-A，+A，-A]和[+A，+A，+A，+A]。其中A為N碼元長度的UW(獨特字)序列，前導碼的每一部分具有良好的相關性。設接收端存在四個窗長為N的滑動窗，設四個滑動窗內的數據分別為Ri＝(r(d+(i-1)N)，...，r(d+iN-1))T，i＝1，2，3，4，d為起始位置。其中M(d)為測度，arg代表遍歷出M(d)最大值對應的d。現有技術中塊同步算法中測度的確定方法如下: [+A，+A，-A，+A]對應的測度為: [+A，+A，-A，-A]對應的測度為: [+A，-A，+A，-A]對應的測度為: [+A，+A，+A，+A]對應的測度為: 其中，RiHRj為兩段序列的相關值，即第一個序列的N個元素的共軛與第二個序列對應的元素的乘積的累加和。
上述這些測度裡面，前導數據塊[+A，+A，-A，+A]對應的測度性能最好，旁瓣的影響也最小。
現有技術在測度計算的過程中運算量較大，由於使用的是求模算法，在求模過程中需要進行平方求和後開根號，在實現過程中開根號佔用了相當大的資源；同時由於特殊的塊結構，噪聲、衰弱和載波頻偏的影響會使得在搜索測度的最大值的過程中，主瓣旁邊會產生旁瓣，這會影響算法的可靠性。並且算法只能在恆包絡調製信號下才能正常工作，在非恆包絡調製信號下無法正常工作。
發明內容
本發明提供一種單載波頻域均衡系統中的塊同步方法，用以解決現有塊同步方法在測度計算過程中運算量較大，佔用資源較多，主瓣旁容易產生旁瓣的問題。
本發明所述技術方案如下: 一種單載波頻域均衡系統中的塊同步方法，包括步驟: A、將滑動窗的起始位置點d置0，將標誌位置0； B、將d值加1，以d為滑動窗的起始位置連續獲取4個窗長為4N採樣點的採樣值Ri，Ri＝(r(d+4(i-1)N)，...，r(d+4iN-1))T，i＝1，2，3，4，r(t)為接收信號採樣值； C、計算前導數據塊[+A，+A，-A，+A]對應的測度值M(d)，其中，RiHRj為第i個序列的4N個採樣值的共軛與第j個序列對應的採樣值的乘積的累加和，Rs為滑動窗的平均能量值； D、判定M(d)是否大於等於預設的測度門限值，若是，則將本次計算出的M(d)值添加到測度序列中，將標誌位置1，返回步驟B；否則，執行步驟E； E、判斷當前標誌位是否為1，若是，搜索測度序列中的測度最大值，其對應的位置點
即為塊同步的位置，否則，返回步驟B。
進一步地，所述Rs的確定方式是將4個窗長的所有採樣值進行模平方運算後，累加求和再除以4。
進一步地，所述步驟D中，若判定M(d)小於預設的測度門限值，則將本次計算出的M(d)值剔除，執行步驟E。
進一步地，所述預設的測度門限值為0.7。
進一步地，組成前導數據塊[+A，+A，-A，+A]的訓練序列A為20碼元長度的Chu序列。
本發明有益效果如下: 與現有技術相比，本發明通過非線性特性調整了測度算法，去掉了開根號運算，降低了實現資源，並且利用非線性特性拉大了旁瓣和主瓣之間的差距，更有利於在搜索過程中找到最大值，本發明在遍歷搜索最大值的過程中，先利用一個特定的門限縮小搜索範圍，然後再在這個範圍內尋找最大值，大大降低了實現難度，有非常高的實用價值。同時本發明所述方法調整了歸一化式子，用接收到的整個訓練符號的能量來替代符號各個部分的能量作為定時測度的分母，從而進一步提高了同步性能，使得系統能在非恆包絡調製信號下正常工作。進一步地，本發明通過多倍採樣的方式提高了塊同步的精度。
圖1為本發明所述單載波頻域均衡系統中的塊同步方法的流程圖； 圖2A為採用現有技術中的塊同步方法的測度觀測圖； 圖2B為採用本發明所述塊同步方法的測度觀測圖； 圖3A為在非恆包絡調製信號下採用現有技術中的塊同步方法後兩幀數據之間的測度觀測圖； 圖3B為在非恆包絡調製信號下採用本發明所述的塊同步方法後兩幀數據之間的測度觀測圖。
具體實施例方式 本發明的主要技術構思如下:由於實際中的全數字接收機利用的是插值算法來恢復定時數據，因此接收端一般都是至少4倍採樣，即一個碼元至少有4個採樣點。設定接收端存在4個80採樣點的滑動窗，接收信號採樣值為r(t)t＝{1，2，...}，本發明選用前導數據塊為[+A，+A，-A，+A]，其中A為20碼元長度的Chu序列，Chu序列的實部和虛部分別為:I(k)＝cos(θ(k))，Q(k)＝sin(θ(k))，θ(k)＝πk2/L，0≤k<L。設四個滑動窗內的數據分別為Ri＝(r(d+4(i-1)N)，...，r(d+4iN-1))T，i＝1，2，3，4，d為起始位置。將測度算法修改為: 其中，RiHRi即為兩段序列的相關值:第一個序列的N個採樣值的共軛與第二個序列對應的採樣值的乘積的累加和。為滑動窗的平均能量。最後通過找到M(d)最大值對應的位置d，其中M(d)為測度，arg代表遍歷出M(d)最大值對應的d。
下面將結合附圖對本發明的具體實現過程做進一步詳細的說明。
請參閱圖1，該圖為本發明所述單載波頻域均衡系統中的塊同步方法的流程圖，其主要包括步驟: 步驟10、將滑動窗的起始位置點d置0，將標誌位置0。
步驟11、將d值加1。
步驟12、以d為滑動窗的起始位置連續獲取4個窗長為4N採樣點的採樣值Ri，Ri＝(r(d+4(i-1)N)，...，r(d+4iN-1))T，i＝1，2，3，4，r(t)為接收信號採樣值。
步驟13、計算前導數據塊[+A，+A，-A，+A]對應的測度值M(d)，其中，組成前導數據塊[+A，+A，-A，+A]的訓練序列A為20碼元長度的Chu序列。
本步驟中，計算前導數據塊[+A，+A，-A，+A]對應的測度值M(d)的具體步驟如下: 1)計算R1HR2、R1HR3、R1HR4、R2HR3、R2HR4、R3HR4及Rs的值，RiHRj為兩段序列的相關值，其計算方式為為第i個序列的4N個採樣值的共軛與第j個序列對應的採樣值的乘積的累加和，先求得第i個序列的4N個採樣值的共軛與第j個序列對應的採樣值的乘積，然後對這4N個乘積值累加求和。Rs為滑動窗的平均能量值，其計算方式為將4個窗內的所有採樣值模平方後累加求和再除以4； 2)進行模平方運算，即計算|R1HR2-R3HR4-R2HR3|2、|R2HR4-R1HR3|2、|R1HR4|2以及|Rs|2的值； 3)按照公式計算出前導數據塊[+A，+A，-A，+A]對應的測度值。
步驟14、判斷M(d)是否大於等於預設的測度門限值a，若是，執行步驟15，否則，執行步驟16。
步驟15、將本次計算出的M(d)值添加到測度序列A中，測度序列A＝[M(n1)，.....，M(n2)](n1為M(d)由小於門限a轉化為大於門限a的位置，n2為M(d)由大於門限a轉化為小於門限a的位置)，同時將標誌位置1，返回步驟11。
步驟16、將本次計算出的M(d)值剔除，執行步驟17。
步驟17、判斷當前標誌位是否為1，若是，執行步驟18，否則，返回步驟11。
步驟18、從測度序列A中搜索出其中的測度最大值，其對應的位置點
即為塊同步的位置。
設接收信號r(n)＝α(n)x(n-ε)ej(2πnΔfT+θ)+w(n)，其中α(n)為信道幅度，ε為延時，Δf為載波頻偏，T為碼元持續時間，θ為相位偏差，w(n)為高斯白噪聲。在慢衰弱信道中，假設在N個碼元長度內，α(n)可以近似為常數α，不考慮延時的影響，r*(n)r(n+m)＝α2x*(n)x(n+m)ej2πmΔfT+w′(n)，則有β＝ej2πmΔfT，|βa|b＝1，a，b為自然數，設R為長度m的序列，則: 因此採用本發明所述方法計算出的測度為: 其中，x代表RiHRj的值，在搜索過程中，當位置d恰好為R1的起始點的時候，此時將得到最大值1，即為所求的位置點。
請參閱圖2A及圖2B，其中，圖2A為採用現有技術中的塊同步方法的測度觀測圖，圖2B為採用本發明所述塊同步方法的測度觀測圖。由圖2A及圖2B可見，本發明所述方法利用了平方的非線性特性，可以顯著拉大主瓣和旁瓣之間的差距，更有利於在搜索過程中找到測度的最大值。
請參閱圖3A及圖3B，其中，圖3A為在非恆包絡調製信號下採用現有技術中的塊同步方法後兩幀數據之間的測度觀測圖，圖3B為在非恆包絡調製信號下採用本發明所述的塊同步方法後兩幀數據之間的測度觀測圖，由圖3A及圖3B可見，在非恆包絡調製信號下採用現有技術中的塊同步方法後，在一幀的數據中測度出現非常多個峰值，嚴重影響了算法性能；而本發明所述方法利用歸一化式子的修改可以在非恆包絡調製下正常工作，在一幀的數據中測度只有一個峰值，就是在位置d恰好為R1的起始點的位置才出現。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種單載波頻域均衡系統中的塊同步方法，其特徵在於，包括步驟
A、將滑動窗的起始位置點d置0，將標誌位置0；
B、將d值加1，以d為滑動窗的起始位置連續獲取4個窗長為4N採樣點的採樣值Ri，Ri＝(r(d+4(i-1)N)，...，r(d+4iN-1))T，i＝1，2，3，4，r(t)為接收信號採樣值；
C、計算前導數據塊[+A，+A，-A，+A]對應的測度值M(d)，其中，RiHRj為第i個序列的4N個採樣值的共軛與第j個序列對應的採樣值的乘積的累加和，Rs為滑動窗的平均能量值；
D、判斷M(d)是否大於等於預設的測度門限值，若是，則將本次計算出的M(d)值添加到測度序列中，將標誌位置1，返回步驟B；否則，執行步驟E；
E、判斷當前標誌位是否為1，若是，搜索測度序列中的測度最大值，其對應的位置點
即為塊同步的位置，否則，返回步驟B。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述Rs的確定方式是將4個窗長的所有採樣值進行模平方運算後，累加求和再除以4。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟D中，若M(d)小於預設的測度門限值，則將本次計算出的M(d)值剔除，執行步驟E。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述預設的測度門限值為0.7。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，組成前導數據塊[+A，+A，-A，+A]的訓練序列A為20碼元長度的Chu序列。
全文摘要
本發明公開了一種單載波頻域均衡系統中的塊同步方法，包括步驟A.將滑動窗的起始位置點d置0，將標誌位置0；B.將d值加1，以d為滑動窗的起始位置連續獲取4個窗長為4N採樣點的採樣值；C.計算前導數據塊[+A，+A，-A，+A]對應的測度值M(d)；D.判定M(d)是否大於等於預設的測度門限值，若是，則將本次計算出的M(d)值添加到測度序列中，將標誌位置1，返回步驟B；否則，執行步驟E；E.判斷當前標誌位是否為1，若是，搜索測度序列中的測度最大值，其對應的位置點d即為塊同步的位置，否則，返回步驟B。本發明通過非線性特性降低了測度算法的實現資源，同時拉大了旁瓣和主瓣之間的差距，更有利於在搜索過程中找到最大值。
文檔編號H04L27/26GK101374137SQ20081022467
公開日2009年2月25日 申請日期2008年10月23日 優先權日2008年10月23日
發明者吳南潤, 鄭波浪, 立 方 申請人:北京韋加航通科技有限責任公司