CN101534270B - 基于信道估计的载波频偏估计和跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线信号传输方法，具体涉及一种载波频偏估计和跟踪方法。本发明提供了一种基于信道估计的载波频偏估计和跟踪方法，包括以下步骤：步骤一、选取PN序列数据，并进行信道估计；步骤二、得到最强径的位置；步骤三、在下一帧对应位置找对应径；步骤四、将步骤二和步骤三所得到的最强径和下一帧对应径做共轭相乘，取结果的虚部符号SIm(C)；步骤五、用SIm(C)来进行载波调节的控制。本发明可有效的利用已有的信道估计结果，在不增加太多复杂度和资源的前提下，很好的完成载波频偏恢复和跟踪的功能。并且小数载波频偏的恢复和载波频偏的跟踪也可以用基本相同的逻辑来实现，极大的节省了资源和功耗。

Description

基于信道估计的载波频偏估计和跟踪方法

技术领域

本发明涉及一种无线信号传输方法，具体涉及一种载波频偏估计和跟踪方法。

背景技术

在无线通信过程中，由于发送端和接受端本身的振荡器(Oscillator)频率之间存在着误差，以及发送端和接受端的相对运动造成的多普勒效应，会使得传送和接收两端产生载波频率误差。对于OFDM(正交频分复用)系统来说，载波频率误差造成的影响尤其严重，因为多载波系统中每个子信道的载波是互相正交的，一旦出现频率偏移会使这种正交性被破坏，产生ICI(Inter-Channel Interference，信道间干扰)效应，从而造成系统性能的下降。因此在OFDM通信系统中接受端进行载波恢复是必不可少的步骤。通常来说，载波恢复又分为整数子载波频偏和小数子载波频偏。而另一方面，在系统正常运行时，还要进行载波频偏的跟踪，其作用是始终保持接受和发送端的载频同步。

目前利用相关来进行载波频偏估计是最常见的方法，但是相关运算的计算量大，因此耗费的资源和功耗也相对比较大。本文提出的利用信道估计结果来进行载波频偏恢复和跟踪的方法可以有效地利用信道估计的结果，只需要利用很少的资源，就可以实现载波频偏的恢复和跟踪的功能，极大地节省了开销。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于信道估计的载波频偏估计和跟踪方法，它可以有效的利用已有的信道估计结果，在不增加太多复杂度和浪费资源的前提下，很好的完成载波频偏恢复和跟踪的功能，节省资源和功耗。

为了解决以上技术问题，本发明的基于信道估计的载波频偏估计和跟踪方法，包括以下步骤：

步骤一、选取PN序列数据，并进行信道估计；

步骤二、得到最强径的位置；

步骤三、在下一帧对应位置找对应径；

步骤四、将步骤二和步骤三所得到的最强径和下一帧对应径做共轭相乘，取结果的虚部符号SIm(C)；

步骤五、用SIm(C)来进行载波调节的控制。

本发明的有益效果在于：采用本专利提出的小数载波频偏的恢复和载波频偏的跟踪方法，可有效的利用已有的信道估计结果，在不增加太多复杂度和资源的前提下，很好的完成载波频偏恢复和跟踪的功能。并且小数载波频偏的恢复和载波频偏的跟踪也可以用基本相同的逻辑来实现，极大的节省了资源和功耗。

优选的，前述步骤一包括，对于接收机所接收到的一帧时域信号的PN序列，记为x(i)，i＝0，1，...，N-1；在PN序列x(n)中选取连续的一段数据x′(i)＝x(i+m)，i＝0，1，...，M-1，式中m＝N-M-P，N为PN序列长度，P为预设的提前量；对于所选取的序列x′(i)进行信道估计，得到信道估计的时域冲激响应结果序列，记为y(n)，n＝0，1，...，M-1。

优选的，前述步骤二包括，对于步骤一里所得到的y(n)序列，首先将其实部和虚部相加，e(n)＝|Re(y(n))|+|Im(y(n))|，求得e(n)序列的最大值e(nmax)，记下nmax的值以及所对应y(nmax)的值，得到最强径的位置。

优选的，前述步骤三包括，用步骤二所得到的序号值nmax，在下一帧里找到对应得y(n)值，记下一帧的信道估计结果序列为y’(n)，即找到对应y’(nmax)值；对于下一帧的信道估计结果序列y’(n)，如果每一帧的PN序列是旋转的，则必须也将结果序列y’(n)对应的旋转过来；同时，如果在这两帧之间发生定时跟踪的调节，也必须将这次定时的调节量去除掉，以保证这两帧所取到的径的位置是同样的位置。

优选的，前述步骤四包括，将步骤二和步骤三所得到的y(nmax)和y’(nmax)值做共轭相乘，求以下值C＝y′(n_max)*conj(y(n_max))，取这个结果的虚部符号SIm(C)。

优选的，前述步骤五包括，取C的虚部符号SIm(C)＝sign(Im(C))，用它来做下一步控制的输入信号，在载波恢复过程中，开始时候设置一个初始的调节步长，每次当SIm(C)改变时，将这个调节步长减半，然后继续调节，直到调节步长缩小到设定的范围之内，则认为载波恢复结束；进入载波跟踪过程，在跟踪过程中，每次调节步长为一个固定的最小值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的逻辑框图；

图2为本发明实施例步骤五的控制流程框图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明实施例包括以下步骤：

步骤一、选取PN序列数据，并进行信道估计。对于接收机所接收到的一帧时域信号的PN序列，记为x(i)，i＝0，1，...，N-1。式中，N为一帧的PN序列长度。以地面数字电视国家标准(DTMB)为例，根据地面数字电视国家标准(DTMB)的规定N的取值为420，945，595。在PN序列x(n)中选取连续的一段数据，选取方法为x′(i)＝x(i+m)，i＝0，1，...，M-1。式中M的取值有信道估计方法决定，一般来说，在PN420模式下为255，在PN945模式下为511。式中m＝N-M-P，N为PN序列长度，P是一个预设的提前量，通常在数十数量级。对于所选取的序列x′(i)进行信道估计，得到信道估计的结果序列，记为y(n)，n＝0，1，...，M-1。对于信道估计的具体方法，PN420或PN945模式可以对所选取的数据做快速哈达马变换，PN595模式可以用所选取数据乘PN序列伪逆矩阵或时域均衡的方法得到。前述快速哈达马变换、PN序列伪逆矩阵或时域均衡法均为目前本领域公知技术，在此不再赘述。

步骤二、得到最强径的位置，对于步骤一里所得到的y(n)序列，首先将其实部绝对值和虚部绝对值相加，得到e(n)＝|Re(y(n))|+|Im(y(n))|，求得e(n)序列的最大值e(nmax)，记下nmax的值以及所对应y(nmax)的值。对于前述步骤二中求最强径位置的方法，也可以求Re(y(n))²+Im(y(n))²的最大值。但是，前述求绝对值和的方法计算量较小，相比于其他方法在效果一样的前提下，更有利于节约系统资源，提高运算速度。

步骤三、在下一帧对应位置找最强径，用步骤二所得到的序号值nmax，在下一帧里找到对应得y(n)值，记下一帧的信道估计结果序列为y’(n)，那么即找到对应y’(nmax)值。对于下一帧的信道估计结果序列y’(n)，如果每一帧的PN序列是旋转的，则必须也将结果序列y’(n)对应的旋转过来。同时，如果在这两帧之间发生定时跟踪的调节，也必须将这次定时的调节量去除掉，以保证这两帧所取到的径的位置是同样的位置。

步骤四、将步骤二和步骤三所得到的y(nmax)和y’(nmax)值做共轭相乘，即求以下值 $C=y^{\′}\left(n_{\max }\right)*\hat{y}\left(n_{\max }\right),$ 取这个结果的虚部符号SIm(C)。

步骤五、取C的虚部符号SIm(C)＝sign(Im(C))，用它来做下一步控制的输入信号，如图2所示，在载波恢复过程中，开始时候设置一个初始的调节步长，每次当SIm(C)改变时，将这个调节步长减半，然后继续调节，直到调节步长缩小到我们设定的范围之内，则认为载波恢复结束。进入载波跟踪过程，在跟踪过程中，每次调节步长为一个固定的最小值。对于前述进行载波控制的方法，还可以直接求tan^-1(Im(C)/Re(C))，但是求tan^-1实现起来相对复杂，而使用步长减半逼近的方法则更简单，计算量较小，更有利于节约系统资源，提高运算速度。

本发明主要应用于采用正交频分复用的地面数字电视的接收系统，但不局限于数字电视地面传输。除正交频分复用系统之外，例如WCDMA和TD-SCDMA等利用时域信道估计的接收系统中，也可以使用本发明的方法来实现载波恢复和跟踪。本发明的方法是一个普遍的方法，并不依赖于具体标准和系统。

Claims (1)

1.一种基于信道估计的载波频偏估计和跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、选取PN序列数据，对于接收机所接收到的一帧时域信号的PN序列，记为x(i)，i＝0，1，...，N-1；在PN序列x(n)中选取连续的一段数据x′(i)＝x(i+m)，i＝0，1，...，M-1，式中m＝N-M-P，N为PN序列长度，P为预设的提前量；对于所选取的序列x′(i)进行信道估计，得到信道估计的结果序列，记为y(n)，n＝0，1，...，M-1，式中M的取值由信道估计方法决定，在PN420模式下为255，在PN945模式下为511；

步骤二、得到最强径的位置，所述步骤二包括，对于步骤一里所得到的y(n)序列，首先将其实部和虚部相加，e(n)＝|Re(y(n))|+|Im(y(n))|，求得e(n)序列的最大值e(nmax)，记下nmax的值以及所对应y(nmax)的值，得到最强径的位置；

步骤三、在下一帧对应位置找最强径，用步骤二所得到的序号值nmax，在下一帧里找到对应的y’(n)值，记下一帧的信道估计结果序列为y’(n)，那么即找到对应y’(nmax)值；对于下一帧的信道估计结果序列y’(n)，如果每一帧的PN序列是旋转的，则必须也将结果序列y’(n)对应的旋转过来；同时，如果在这两帧之间发生定时跟踪的调节，也必须将这次定时的调节量去除掉，以保证这两帧所取到的径的位置是同样的位置；

步骤四、将步骤二和步骤三所得到的y(nmax)和y’(nmax)值做共轭相乘，求以下值C＝y′(n_max)*conj(y(n_max))，取这个结果的虚部符号SIm(C)；

步骤五、用SIm(C)来进行载波调节的控制；取C的虚部符号SIm(C)＝sign(Im(C))，用它来做下一步控制的输入信号，在载波恢复过程中，开始时候设置一个初始的调节步长，每次当SIm(C)改变时，将这个调节步长减半，然后继续调节，直到调节步长缩小到设定的范围之内，则认为载波恢复结束；进入载波跟踪过程，在跟踪过程中，每次调节步长为一个固定的最小值。

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