應用於移動多媒體廣播系統的殘餘載波頻偏的跟蹤方法
2023-04-25 22:58:01
專利名稱：應用於移動多媒體廣播系統的殘餘載波頻偏的跟蹤方法
技術領域：
本發明涉及無線信號傳輸領域，特別是涉及一種應用於移動多媒體廣播系統的 殘餘載波頻偏的跟蹤方法。
背景技術：
目前無線寬帶通信系統中廣泛採用OFDM (Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing,正交頻分復用)調製方式。OFDM是一種多載波調製方式，具有頻譜效 率高、帶寬擴展性強、抗多徑幹擾能力強的優點。但同樣OFDM系統也存在一些不足 之處。由於OFDM調製信號中各子載波信號之間是相互正交的，一旦系統中存在載波 頻偏，就會造成子載波信號洩漏到相鄰子載波上，破壞了各子載波信號之間的正交性， 產生載波間幹擾ICICtnter-Carrier Interference)，進而降低了整個OFDM系統的誤碼率性 能。因此在OFDM系統中，載波頻偏的估計和校正問題是直接影響系統性能的關鍵性問 題。產生載波頻偏的原因有多種，其中由於發射機和接收機之間的本振信號頻率偏差造 成的載波頻偏是相對穩定的，因為溫度變化造成的本振頻率漂移是緩慢變換且變換範圍 較小的。一般可通過OFDM接收機中的分數倍子載波頻偏估計模塊和整數倍子載波頻偏 估計模塊來估計和校正這種本振之間存在的頻率偏差。通常可認為經過一次分數倍子載 波頻偏和整數倍子載波頻偏校正之後的殘餘頻偏範圍在子載波帶寬的範圍內。另外對 移動多媒體廣播系統來說，接收信號的終端通常處於運動狀態。發射機和接收機之間的 這種相對運動狀態以及接收機周圍環境的變換都會產生都卜勒頻偏，這種頻偏的大小通 常和運動速度有關且頻偏變換速度較快。因此需要在OFDM系統中引入殘餘載波頻片跟 蹤技術來矯正這些變換的載波頻率偏差，提高接收機的誤碼率性能。
對中國數字移動多媒體廣播系統(CWna Mobile MultimediaBroadcasting， CMMB)來說，業務是採用時分方式復用信號帶寬的。整個時長為1秒的物理信號幀按 照時分的方式等分成40個時隙，每個時隙又分成信標信號和OFDM符號兩種。其中信 標信號包含發射機標識信息和2個相同的同步信號，而OFDM符號用於承載業務數據。 根據業務內容的不同，系統可以為每個業務單獨分配不同的時隙資源。因此對接收機來 說，可以僅僅在需要播放的業務對應的時隙時段上接收發射機廣播的信號，而在其他時 隙時段上選擇關閉接收功能，從而達到省電的目的。這種工作模式同一般的連續接收信 號的OFDM系統相比，對系統的殘餘載波頻偏跟蹤技術要求更高，需要接收機在有限的 接收時間內快速且正確地估計出殘餘頻偏，並能跟蹤由於較高的運動速度以及較長的接 收機靜默時間帶來的較大的載波頻偏變化。發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種應用於移動多媒體廣播系統的殘餘載波頻 偏的跟蹤方法，易於實現且穩定可靠，能夠快速、準確地估計由於較高的運動速度以及 較長的接收機靜默時間帶來的較大的載波頻偏變化。
為解決上述技術問題，本發明的應用於移動多媒體廣播系統的殘餘載波頻偏的 跟蹤方法，以一個時隙時長為殘餘載波頻偏估計和殘餘載波頻偏糾偏的處理周期，在一 個時隙時長內分成大步進殘餘載波頻偏跟蹤和小步進載波頻偏跟蹤前後兩個階段；大步 進殘餘載波頻偏跟蹤又可分成殘餘頻偏估計和殘餘頻偏糾偏兩個過程；小步進殘餘載波 頻偏跟蹤又可分成殘餘頻偏偏移方向估計、糾偏步進選擇和殘餘頻偏糾偏三個過程；
其中，所述的大步進殘餘載波頻偏跟蹤階段所需的殘餘頻偏估計和殘餘頻偏糾 偏兩個過程包括以下步驟
步驟一、在每個時隙的信標信號中，從第一個同步信號的開始位置起，延時M1 個樣點提取長度為K1的時域信號組成信標信號前一段參考信號；接著同樣從第二個同步 信號的開始位置起，延時M1個樣點提取長度為Ii1的時域信號組成信標信號後一段參考信 號；
步驟二、計算信標信號前一段參考信號和後一段參考信號之間的互相關，並求 互相關結果對應的角度信息，根據角度信息和採樣速率即可以得到準確的殘餘載波頻偏 估計值；
步驟三、在原有的頻偏糾偏值的基礎上加上殘餘載波頻偏估計值，得到新的頻 偏糾偏值，並根據新的頻偏糾偏值在時域上對接收信號進行殘餘載波頻偏糾偏；
所述的小步進殘餘載波頻偏跟蹤階段所需的殘餘頻偏偏移方向估計、糾偏步進 選擇和殘餘頻偏糾偏三個過程包括以下步驟
步驟四、在信標信號之後的每個OFDM符號上，從OFDM符號的循環前綴的開 始位置起，延時M2個樣點提取長度為&的時域信號作為OFDM符號前一段參考信號； 接收同樣從OFDM符號的循環前綴的開始位置起，延後M3個樣點提取長度為&的時域 信號作為OFDM符號後一段參考信號；其中M3為延時樣點數MjPOFDM符號的數據體 長度的兩者之和；
步驟五、計算OFDM符號前一段參考信號和後一段參考信號之間的互相關，並 提取互相關值的虛部的正負信息；
步驟六、根據互相關值的虛部的正負信息，判定小步進頻偏的糾偏方向；如果 互相關值的虛部為正，則在原有的頻偏糾偏值的基礎上減去一個小步進調整值fstep，得到 新的頻偏糾偏值；反之在原有的頻偏糾偏值的基礎上加上一個小步進調整值fstep ；
步驟七、根據新的頻偏糾偏值在時域上對接收信號進行殘餘載波頻偏糾偏。
在所述的步驟一中，延時樣點數M1可根據傳播信道的多徑時延特性進行配置， 且需滿足延時樣點數M1和長度K1之和不能超過同步信號的長度的條件。
在所述的步驟三中，頻偏糾偏值的初始值為接收系統在粗同步之後得到的載波 頻偏初始估計值。
在所述的步驟四中，延時的樣點數M2可根據傳播信道的多徑時延特性進行配 置，且需滿足延時樣點數M2和長度&之和不能超過OFDM符號循環前綴的長度的條 件。
在所述的步驟六中，小步進調整值fstep可根據系統需求進行靈活配置。
採用本發明方法，針對CMMB這種採用時分工作模式的系統，其有益效果是
1.跟蹤處理周期為一個時隙時長，對應於時分工作模式的最小分配單位，因此很適合接收中國移動多媒體廣播的終端在時分模式下工作。在接收業務對應的時隙上打 開接收機接收功能，同時啟動殘餘載波頻偏跟蹤功能；在非接收業務所在的時隙上，可 關閉接收機的接收功能，從而達到省電的目的。
2.跟蹤處理周期內的大步進殘餘載波頻偏跟蹤階段，所述的殘餘載波頻偏估計 的準確性高、可估計範圍大。大步進殘餘載波頻偏跟蹤階段中的殘餘頻偏估計採用了信 標信號中的同步信號，同時考慮了多徑時延的影響，在選取時域訓練信號時跳過了前面 一部分受ISI (Inter SymbolsInterference符號間幹擾)影響的信號。根據可配置時延參數 Ml的大小，該估計方法可以對抗遠大於系統循環前綴時長的多徑幹擾，可穩定保證大時 延多徑信道下估計值的準確度。因此針對時分工作的系統，當接收機經歷較長的靜默狀 態後切換至正常接收狀態時，相對頻偏變換範圍較大的特點，該估計方法可依賴於其算 法的準確性，在較大範圍內快速調整載波頻偏，滿足跟蹤環路快速響應的需求。
3.跟蹤處理周期內的小步進殘餘載波頻偏跟蹤階段，其實現方法簡單。受限於 系統中較短的循環前綴長度，在多徑時延相對較長的情況下，小步進殘餘載波頻偏跟蹤 階段中的殘餘載波頻偏估計得到的頻偏值準確度相對下降，但其估計得到的頻率偏移方 向是準確可靠的。因此本發明採用了小步進快速調整的方法，以一個OFDM符號時長為 周期，根據事先設定的小步進值反方向調整載波頻偏，達到快速跟蹤的目的。同時具體 實現中利用了互相關值的虛部符號信息來判定頻率偏移方向，省略了求複數相角信息的 複雜運算，易於硬體實現。
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明
圖1是CMMB物理層信號的結構示意圖2是接收機的時分工作模式示意圖3是時隙信號中同步信號的時域特性示意圖4是時隙信號中OFDM符號的時域特性示意圖5是本發明在一個時隙內的處理流程示意圖。
具體實施方法
如圖1所示，在中國移動多媒體廣播標準中，定義了時長為1秒的物理信號幀 被等分成40個時長為25毫秒的時隙，每個時隙由信標信號和53個正常的OFDM符號組 成。其中信標信號中包含兩個相同的同步符號，每個同步符號時長為204.8yS;而正常 的OFDM符號的時長為409.6 μ S，，循環前綴時長為51.2 μ S。
如圖2所示，本發明僅利用接收機處於正常接收狀態時的信號跟蹤殘餘載波頻 偏，在接收機處於靜默狀態時關閉跟蹤功能。
如圖3所示，在跟蹤處理周期內的大步進殘餘載波頻偏跟蹤階段，所採用的同 步信號的長度為2048。因此從第一個同步信號的開始位置起，延時M1 = 1024個樣點 提取長度為I^1 = 768的時域信號作為前一段參考信號，同時從第二個同步信號的開始位 置起，延時M1 = 1024個樣點提取長度為Ii1 = 768的時域信號作為後一段參考信號， 對這前後兩段參考信號進行互相關運算，並根據互相關值的相位信息來估計殘餘頻偏的 大小。按照上述參數設置，大步進殘餘載波頻偏跟蹤調整方法可以對抗最大時延長度為102.4 μ S的多徑信道，遠大於循環前綴的時長51.2 μ S。
如圖4所示，在跟蹤處理周期內的小步進殘餘載波頻偏跟蹤階段，正常的 OFDM符號數據體長度為4096，循環前綴長度為512。因此從OFDM符號的循環前綴 的開始位置起，延時M2 = 256個樣點提取長度為& = 256的時域信號作為前一段參考 信號，同時從OFDM符號的循環前綴的開始位置起，延時M3 = 4352個樣點提取長度為 & = 256的時域信號作為後一段參考信號。對這前後兩段參考信號進行互相關運算，提 取互相關值的虛部符號信息，根據設定的小步長調整步進fstep = 5Hz向反方向修正載波頻 率。按照上述參數設置，小步進殘餘載波頻偏跟蹤調整方法可以在最大時延長度不超過 25.6 μ S的多徑信道中做到無偏估計，當多徑時延超過25.6 μ S時，由於BI的影響，小步 進殘餘載波頻偏跟蹤調整方法的準確度會稍微下降，但其較小的調整步進及較快的調整 周期可彌補估計準確度上的不足，確保系統的頻偏跟蹤環路穩定工作。
圖5是本發明的方法在一個時隙時長內的處理流程示意圖。從一個時隙信號起 開始殘餘載波頻偏跟蹤。接收到信標信號開始大步進殘餘載波頻偏跟蹤；在前後兩個同 步信號中分別延時M1個樣點提出長度為Ii1的時域信號作為前後兩個參考信號；計算前 後兩個參考信號的互相關，根據互相關值計算角度信息，從而得到殘餘頻偏的估計值， 反饋給糾偏模塊。然後，進入小步進殘餘載波頻偏跟蹤，接收到一個OFDM符號，在循 環前綴中延時M2個樣點提出長度為&的時域信號，延時M3個樣點提出長度為&的時 域信號，計算前後兩個參考信號的互相關，得到互相關值的虛部的正負信息；根據互相 關值的虛部的正負信息，設定小步進殘餘載波頻偏跟蹤調整步長，反饋給糾偏模塊。然 後判斷所接收的OFDM符號是否為時隙內最後一個OFDM符號，如果是則時隙殘餘載波 頻偏跟蹤結束，否則繼續進行小步進殘餘載波頻偏跟蹤。
以上特例僅用於說明本發明的具體應用方式，但本發明並不局限於上述特定應 用實例，在不背離本發明精神和實際內容的基礎上，本領域技術人員可根據系統設定條 件的不同對本發明的內容進行相應的變形和修改。
權利要求
1.一種應用於移動多媒體廣播系統的殘餘載波頻偏的跟蹤方法，以一個時隙時長為 殘餘載波頻偏估計和殘餘載波頻偏糾偏的處理周期，在一個時隙時長內共分成大步進殘 餘載波頻偏跟蹤和小步進載波頻偏跟蹤前後兩個階段；其特徵在於所述大步進殘餘載波頻偏跟蹤採用以下方法實現在每個時隙的信標信號中，從第一個同步信號的開始位置起，延時M1個樣點提取長 度為K1的時域信號組成信標信號前一段參考信號；從第二個同步信號的開始位置起，延 時M1個樣點提取長度為K1的時域信號組成信標信號後一段參考信號；計算信標信號前一段參考信號和後一段參考信號之間的互相關，並求與互相關結果 對應的角度信息，根據角度信息和採樣速率得到準確的殘餘載波頻偏估計值；在原有的頻偏糾偏值的基礎上加上殘餘載波頻偏估計值，得到新的頻偏糾偏值，並 根據新的頻偏糾偏值在時域上對接收信號進行殘餘載波頻偏糾偏；所述小步進殘餘載波頻偏跟蹤採用以下方法實現在信標信號之後的每個OFDM符號上，從OFDM符號的循環前綴的開始位置起，延 時M2個樣點提取長度為K2的時域信號作為OFDM符號前一段參考信號；從OFDM符號 的循環前綴的開始位置起，延時M3個樣點提取長度為K2的時域信號作為OFDM符號後 一段參考信號；其中M3為延時樣點數M2和OFDM符號的數據體長度的兩者之和；計算OFDM符號前一段參考信號和後一段參考信號之間的互相關，並提取互相關值 的虛部的正負信息；根據互相關值的虛部的正負信息，判定小步進頻偏的糾偏方向；如果互相關值的虛 部為正，則在原有的頻偏糾偏值的基礎上減去一個小步進調整值fstep，得到新的頻偏糾偏 值；反之在原有的頻偏糾偏值的基礎上加上一個小步進調整值fstep ；根據新的頻偏糾偏值在時域上對接收信號進行殘餘載波頻偏糾偏。
2.根據權利要求1所述的跟蹤方法，其特徵在於所述的延時樣點數M1根據傳播信 道的多徑時延特性進行配置，且延時樣點數M1和提取長度K1之和不能超過同步信號的長 度。
3.根據權利要求1所述的跟蹤方法，其特徵在於所述原有的頻偏糾偏值，其初始 值為接收系統在粗同步之後得到的載波頻偏初始估計值。
4.根據權利要求1所述的跟蹤方法，其特徵在於所述的延時的樣點數Mdg據傳播 信道的多徑時延特性進行配置，且延時樣點數M2和提取長度K2之和不能OFDM符號循 環前綴的長度
5.根據權利要求1所述的跟蹤方法，其特徵在於所述小步進調整值fstep根據系統需 求配置。
全文摘要
本發明公開了一種應用於移動多媒體廣播系統的殘餘載波頻偏的跟蹤方法，對移動多媒體廣播接收系統粗同步之後的接收信號進行殘餘載波頻偏估計，並根據殘餘載波頻偏估計結果準確性的不同以不同的調整步進對殘餘載波頻偏予以糾偏。整個殘餘載波頻偏估計和糾偏過程以一個時隙時長為周期，在一個時隙時長內共分成大步進殘餘載波頻偏跟蹤和小步進殘餘載波頻偏跟蹤前後兩個階段。大步進殘餘載波頻偏跟蹤又可分成殘餘頻偏估計和殘餘頻偏糾偏2個過程。小步進殘餘載波頻偏跟蹤又可分成殘餘頻偏偏移方向估計、糾偏步進選擇和殘餘頻偏糾偏3個過程。本發明能夠實現殘餘載波頻偏估計準確度和糾偏速度之間的平衡，且易於實現。
文檔編號H04L27/00GK102025670SQ20091005790
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月17日 優先權日2009年9月17日
發明者程鑫豪, 金方其, 陳肯 申請人:卓勝微電子(上海)有限公司