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

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同步。在經(jīng)過無線移動信道后接收端獲取的基帶采樣信號中存在著載波頻率偏差、相位偏差及定時偏差，這些偏差一般來源于發(fā)射機和接收機之間晶振的不匹配和無線移動信道中多普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(nèi)環(huán)境，也會存在這些偏差。
目前隨著新的通信業(yè)務需求迅速增大，對無線通信系統(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，符號間干擾)和深度頻率選擇性衰弱等問題。解決這個問題目前由有兩種方法，一種是采用OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，正交頻分復用)技術(shù)，也就是把高速數(shù)據(jù)分散到若干個子載波以上低速率進行并行傳輸；另一種是采用簡單引入循環(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)前綴并進行頻域均衡，同時這兩種方法都以符號塊結(jié)構(gòu)發(fā)送信號，因此對頻率偏差和定時偏差都相當敏感，對接收端同步要求較高。接收端的同步主要有以下幾個任務 1)幀到達檢測，用于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后面的處理； 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)，也就是信道的時延所引起的誤差，需要在均衡之前準確知道起始位置，這時就要進行準確的符號定時； 5)載波相偏的估計和時鐘相位偏差估計； 6)采樣時鐘頻率的跟蹤。
射頻信號在解調(diào)到基帶信號的過程中由于晶振的不匹配會產(chǎn)生非常大的頻率偏差，頻偏對純粹的單載波系統(tǒng)造成的誤差相當于造成了信號旋轉(zhuǎn)和衰減；當這個頻偏出現(xiàn)在OFDM或者SC-FDE系統(tǒng)時，還會造成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確性，因此在接收端下變頻后得到的采樣信號的頻率偏差必須先進行捕獲和補償。
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，獨特字)序列在接收端對應的采樣信號的相位差來估計頻偏。設(shè)UW序列A的長度為L碼元長度，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應的采樣信號序列分別為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固定的相位偏差的，利用這種相位偏差就能得到所要估計的頻偏。具體算法為先求出兩塊接收信號序列R1、R2的相關(guān)值P，然后對求出的相關(guān)值求幅角并除以相關(guān)長度L、2π和碼元持續(xù)時間T的乘積即為所要估計的頻偏Δf，Δf＝angle(P)/(2πLT)。
上述現(xiàn)有技術(shù)的解決方案中的UW序列的長度L決定了頻偏捕獲范圍和估計精度，當序列的長度L越小，頻偏的捕獲范圍越大，但是估計精度越低。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候估計精度較低，在保證估計精度的情況下又無法保證較大的捕獲范圍。實際的接收端中，經(jīng)過下變頻后得到的采樣信號存在較大頻偏，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精度會大大降低，導致之后的同步算法和均衡算法失效；同時由于無線移動信道下的深衰弱的影響，即使加大序列長度也可能會出現(xiàn)頻偏估計精度較低的情況。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種對存在較大頻偏的塊信號的頻偏捕獲方法，該方法能夠在增大初始頻偏捕獲范圍的同時保證估計精度，并且降低了無線移動信道下的深衰弱情況對估計精度帶來的影響。
本發(fā)明所述技術(shù)方案如下 一種對存在較大頻偏的塊信號的頻偏捕獲方法，包括步驟 A、確定滑動窗的起始位置，滑動窗的長度為NL碼元長度，初始計數(shù)值m為0； B、將m加1，判斷m是否小于等于預設(shè)的移動次數(shù)門限值M，若是，執(zhí)行步驟C，否則，執(zhí)行步驟E； C、從滑動窗的起始位置開始連續(xù)選取NL碼元長度的觀測數(shù)據(jù)Rm，將滑動窗向后移動L碼元長度后，從滑動窗的起始位置開始連續(xù)選取NL碼元長度的觀測數(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、對已記錄的M個Xm值進行加權(quán)求和，將加權(quán)求和的結(jié)果除以相關(guān)長度L、2π和碼元持續(xù)時間T的乘積得到頻偏估計值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)表示接收端的信號采樣值。
較佳地，所述步驟E中，對M個Xm值進行加權(quán)求和的公式為 其中，αm為加權(quán)系數(shù)。
較佳地，所述觀測數(shù)據(jù)Rm和觀測數(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，所述觀測數(shù)據(jù)Rm和觀測數(shù)據(jù)Rm+1的相關(guān)長度為其各自的數(shù)據(jù)段長度，即NL碼元長度。
較佳地，所述滑動窗中包含有N個長度為L的相同的獨特字序列。
本發(fā)明利用特定的前導數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過滑動窗長和滑動窗移動距離的選擇將現(xiàn)有技術(shù)中同時影響頻偏捕獲范圍和估計精度的因子分解為相關(guān)間隔和相關(guān)長度兩個因子，由于相關(guān)間隔決定了頻偏捕獲范圍，相關(guān)長度決定了頻偏估計精度，因此當頻偏范圍較大時候，通過減小滑動窗的移動距離L來減小相關(guān)間隔，以達到增大頻偏捕獲范圍的作用，同時又通過增大滑動窗長NL來增大相關(guān)長度，以此降低噪聲的影響，提高了頻偏估計精度。從而解決了現(xiàn)有頻偏捕獲方法中頻偏估計精度和捕獲范圍之間相互制約的矛盾，同時本發(fā)明通過對不同位置得到的頻偏估計加權(quán)求和，消弱了無線移動信道下的深衰弱對頻偏估計精度的影響。



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

具體實施例方式 高速傳輸系統(tǒng)在無線移動信道下，經(jīng)接收端下變頻得到的基帶采樣信號存在較大頻偏，需要在定時信息未知的情況下進行頻偏捕獲，同時又需要保證頻偏的估計精度。本發(fā)明利用特有的前導數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，基于可滑動窗解決了現(xiàn)有頻偏捕獲方法中頻偏估計精度和捕獲范圍之間相互制約的矛盾，同時消弱了無線移動信道下的深衰弱對頻偏估計精度的影響。達到了既能增大初始頻偏捕獲范圍又能保證估計精度，并且降低了無線移動信道下的深衰弱情況對估計精度帶來的影響的目的。
下面結(jié)合各個附圖對本發(fā)明的具體實現(xiàn)過程予以進一步詳細的說明。
請參閱圖1及圖2，其中，圖1為本發(fā)明所述對存在較大頻偏的塊信號的頻偏捕獲方法的流程圖，圖2為本發(fā)明所述對存在較大頻偏的塊信號進行頻偏捕獲的示意圖，由圖1及圖2可見，本發(fā)明中對存在較大頻偏的塊信號進行頻偏捕獲的具體步驟如下 步驟10、利用多個相同的長度為L的UW序列A組成前導數(shù)據(jù)[AAA。。。。]。
步驟11、當接收端檢測到信號之后，獲取滑動窗的起始位置，獲取之后的采樣信號r(t)，所述滑動窗的長度為NL碼元長度，其包含有N個長度為L的UW序列A，初始計數(shù)值m為0。
步驟12、將m加1。
步驟13、判斷m是否小于等于預設(shè)的移動次數(shù)門限值M，若是，執(zhí)行步驟14，否則，執(zhí)行步驟17。
步驟14、從滑動窗的起始位置開始連續(xù)選取長度為NL碼元長度的數(shù)據(jù)段為觀測數(shù)據(jù)Rm，將滑動窗的起始位置向后移動L碼元長度，從滑動窗的起始位置開始連續(xù)選取長度為NL碼元長度的數(shù)據(jù)段為觀測數(shù)據(jù)Rm+1。
所述觀測數(shù)據(jù)Rm和觀測數(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；所述觀測數(shù)據(jù)Rm和觀測數(shù)據(jù)Rm+1的相關(guān)長度為其各自的數(shù)據(jù)段長度，即NL碼元長度。
步驟15、計算出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、對步驟16中所有已記錄的M個Xm值進行加權(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)長度L、2π和碼元持續(xù)時間T的乘積得到頻偏估計值Δf，即Δf＝X/(2πLT)。
本發(fā)明利用若干個重復的UW序列A作為前導數(shù)據(jù)，確保了在任意位置的滑動窗長內(nèi)都存在若干個連續(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，依靠滑動窗將相關(guān)間隔和相關(guān)長度這兩個變量分離，其中相關(guān)間隔即為滑動窗的移動距離，由UW序列A的長度L決定；相關(guān)長度即為滑動窗長，由選取的UW序列的個數(shù)N和UW序列的長度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)長度決定了頻偏估計精度，因此當頻偏范圍較大時候，通過減小滑動窗的移動距離L來減小相關(guān)間隔，以達到增大頻偏捕獲范圍的作用，同時又通過增大滑動窗長NL來增大相關(guān)長度，以此降低噪聲的影響，提高了頻偏估計精度。
由于無線移動信道的深衰弱的影響，對于存在的深衰弱位置會出現(xiàn)估計精度低的現(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值加權(quán)求和來消弱深衰弱位置帶來的頻偏估計精度低的影響。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)長度為相關(guān)間隔L，而本發(fā)明的相關(guān)長度為NL，在L降低的時候可以增大N來提高相關(guān)長度，以確保頻偏估計精度；同時本發(fā)明利用濾波的思想對不同位置得到的頻偏估計進行加權(quán)求和，消弱了深衰弱帶來的頻偏估計精度低的影響。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動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 圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種對存在較大頻偏的塊信號的頻偏捕獲方法，其特征在于，包括步驟
A、確定滑動窗的起始位置，滑動窗的長度為NL碼元長度，初始計數(shù)值m為0；
B、將m加1，判斷m是否小于等于預設(shè)的移動次數(shù)門限值M，若是，執(zhí)行步驟C，否則，執(zhí)行步驟E；
C、從滑動窗的起始位置開始連續(xù)選取NL碼元長度的觀測數(shù)據(jù)Rm，將滑動窗向后移動L碼元長度后，從滑動窗的起始位置開始連續(xù)選取NL碼元長度的觀測數(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、對已記錄的M個Xm值進行加權(quán)求和，將加權(quán)求和的結(jié)果除以相關(guān)長度L、2π和碼元持續(xù)時間T的乘積得到頻偏估計值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M個Xm值進行加權(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，所述觀測數(shù)據(jù)Rm和觀測數(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，所述觀測數(shù)據(jù)Rm和觀測數(shù)據(jù)Rm+1的相關(guān)長度為其各自的數(shù)據(jù)段長度，即NL碼元長度。
6、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述滑動窗中包含有N個長度為L的相同的獨特字序列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對存在較大頻偏的塊信號的頻偏捕獲方法，本發(fā)明利用特定的前導數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過滑動窗長和滑動窗移動距離的選擇將現(xiàn)有技術(shù)中同時影響頻偏捕獲范圍和估計精度的因子分解為相關(guān)間隔和相關(guān)長度兩個因子，由于相關(guān)間隔決定了頻偏捕獲范圍，相關(guān)長度決定了頻偏估計精度，因此當頻偏范圍較大時候，通過減小滑動窗的移動距離L來減小相關(guān)間隔，以達到增大頻偏捕獲范圍的作用，同時又通過增大滑動窗長NL來增大相關(guān)長度，以此降低噪聲的影響，提高了頻偏估計精度。從而解決了頻偏估計精度和捕獲范圍之間相互制約的矛盾，同時本發(fā)明通過對不同位置得到的頻偏估計加權(quán)求和，消弱了無線移動信道下的深衰弱對頻偏估計精度的影響。
文檔編號H04B1/707GK101394198SQ200810224919
公開日2009年3月25日 申請日期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, 鄭波浪, 立 方 申請人:北京韋加航通科技有限責任公司