專利名稱：兼容dab的數(shù)字廣播接收機載波同步方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通信系統(tǒng)，特別涉及數(shù)字廣播MMB、T-DMB、DAB系統(tǒng)正交頻分復(fù)用接收機的載波同步方法。
背景技術(shù)：
數(shù)字廣播系統(tǒng)的接收端和發(fā)射端由于本地載波誤差等的影響，會存在兩者載波之間的頻偏，從而影響接收機的接收性能。OFDM技術(shù)因其能有效地利用有限的頻帶，在數(shù)字廣播系統(tǒng)中被廣泛地采用。對于OFDM系統(tǒng)，這種載波間的頻偏會引入OFDM子載波之間的干擾，極大地影響系統(tǒng)的性能。有效的載波同步對保證數(shù)字廣播系統(tǒng)的性能具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對的是MMB/DAB/T-DMB等數(shù)字廣播系統(tǒng)接收端的載波同步。數(shù)字音頻廣播DAB(Digital Audio Broadcasting)標(biāo)準(zhǔn)是上個世紀(jì)90年代國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)制定的用于數(shù)字音頻廣播的國際標(biāo)準(zhǔn)，地面數(shù)字多媒體廣播T-DMB(TerrestrialDigital Multimedia Broadcasting)標(biāo)準(zhǔn)是韓國在DAB的基礎(chǔ)上、通過引入更高效率的編碼而形成的，移動多媒體廣播MMB(Mobile Multimedia Broadcasting)則是中國在DAB和T-DMB標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，通過加入高階調(diào)制和低密度校驗(LDFC)碼而實現(xiàn)的一種新的數(shù)字多媒體廣播標(biāo)準(zhǔn)，其優(yōu)點是可以兼容DAB和T-DMB，從而降低了系統(tǒng)投入商用的成本；較之DAB、T-DMB，它具有更高的頻譜效率，從而意味著更大的信息流量。MMB/DAB/T-DMB系統(tǒng)的共同特點是均采用OFDM調(diào)制方式、且OFDM符號均采用循環(huán)前綴的結(jié)構(gòu)；均采用差分調(diào)制和解調(diào)。
在OFDM系統(tǒng)中，可利用循環(huán)前綴、時域偽隨機序列和頻域?qū)ьl等方法來進(jìn)行頻偏估計。OFDM系統(tǒng)常采用循環(huán)前綴來保證其各個子載波之間的正交性，由于該循環(huán)前綴是在時間上對一個OFDM符號尾部一定長的傳輸數(shù)據(jù)的重復(fù)，因此可用來進(jìn)行載波頻偏的估計。但循環(huán)前綴與其母數(shù)據(jù)之間間隔較長，其頻偏估計的最大范圍是1/2子載波頻率間隔，因此，一般只能用于載波頻偏的細(xì)估計。載波頻偏估計也可以通過時域重復(fù)序列的方法來實現(xiàn)，為了處理上的方便，該類重復(fù)序列通常采用偽隨機序列。在無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11中，載波頻偏即是通過多個相連的偽隨機序列來進(jìn)行估計的，而在中國自主提出的地面數(shù)字多媒體廣播(DMB-T)方案中，OFDM系統(tǒng)不采用通常的循環(huán)前綴結(jié)構(gòu)，而是在循環(huán)前綴的位置插入重復(fù)的偽隨機序列，系統(tǒng)的頻偏估計即可通過該偽隨機序列來實現(xiàn)。頻域?qū)ьl的方法則用于采用相干解調(diào)的OFDM系統(tǒng)，由于一個OFDM符號內(nèi)特定位置的源符號序列是接收端已知的，通過將接收到的對應(yīng)序列與該源序列作相關(guān)可實現(xiàn)接收端的頻偏估計。
MMB/DAB/T-DMB系統(tǒng)采用OFDM調(diào)制和差分調(diào)制，它們在時域沒有特定的偽隨機序列結(jié)構(gòu)，在頻域也不存在頻域?qū)ьl，因此，不能采用時域偽隨機序列和頻域?qū)ьl的方法來進(jìn)行頻偏估計。但系統(tǒng)為了實現(xiàn)差分調(diào)制和解調(diào)在每個數(shù)據(jù)幀中都提供了一個相位參考符號，該相位參考符號可用于頻偏估計。另外，MMB/DAB/T-DMB系統(tǒng)OFDM符號的傳輸采用了循環(huán)前綴的結(jié)構(gòu)，也可用于載波頻偏的細(xì)估計。
在MMB/DAB/T-DMB系統(tǒng)中，其一個幀的數(shù)據(jù)均由一個空符號、一個相位參考符號和由模式不同而確定的若干個快速信息信道符號、若干個數(shù)據(jù)符號所組成。空符號用于接收機的幀同步，相位參考符號則為對隨后數(shù)據(jù)的差分相位調(diào)制和解調(diào)提供一個相位基準(zhǔn)。由于相位參考符號的信息是接收端已知的，因此可用作載波同步。
當(dāng)用戶開機或切換頻道時，MMB/DAB/T-DMB系統(tǒng)首先通過捕獲空符號來進(jìn)行幀同步，找到傳輸幀的大致起始位置，隨后即需要利用相位參考符號來進(jìn)行載波同步。在單頻網(wǎng)信道中，由空符號獲得的幀起始位置與真實的起始位置通常存在一定的偏差，這意味著接收機的載波頻偏估計是在存在符號偏移的情況下進(jìn)行的(符號偏移的估計和校正通常在載波同步完成后實現(xiàn))，這就要求系統(tǒng)所采用的載波頻偏估計方法對這種符號偏差具有很強的魯棒性。
本發(fā)明針對MMB/DAB/T-DMB等數(shù)字廣播系統(tǒng)提出了一種用于其載波同步的實現(xiàn)方法及系統(tǒng)。系統(tǒng)由數(shù)字電路實現(xiàn)。在該方法中，接收端的載波同步分粗頻偏估計和頻偏跟蹤兩部分來完成，當(dāng)系統(tǒng)獲得幀同步之后即啟動頻偏估計器的粗頻偏估計電路，并向其輸入一個接收到的相位參考符號。粗頻偏估計中的整數(shù)頻偏估計采用一種對符號偏移魯棒的方法來實現(xiàn)，從而保證載波同步及系統(tǒng)的性能。頻偏估計器完成粗頻偏估計后，在輸出估計結(jié)果的同時通過自動切換電路自動轉(zhuǎn)入到頻偏跟蹤狀態(tài)，利用隨后的各OFDM符號進(jìn)行頻偏跟蹤，直至用戶切換頻道或者進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位為止。
本發(fā)明提出了一種兼容DAB的數(shù)字廣播接收機的載波同步方法及系統(tǒng)；在該同步系統(tǒng)的整數(shù)頻偏校正中，提出了一種基于相位參考符號頻率響應(yīng)平滑性來進(jìn)行整數(shù)頻偏估計的方法，該方法對接收機完成幀同步之初存在的符號偏移具有很強的魯棒性；對該同步系統(tǒng)提出了一種由粗頻偏估計到頻偏跟蹤、自動進(jìn)行功能切換的方法。
該載波同步系統(tǒng)由循環(huán)前綴頻偏估計、整數(shù)頻偏估計、頻偏跟蹤和切換開關(guān)等部分構(gòu)成，完成粗頻偏估計和頻偏跟蹤兩種功能，其實現(xiàn)方法如下(1)在接收機完成幀同步之初進(jìn)行載波的粗頻偏校正，其又分為分?jǐn)?shù)頻偏校正和整數(shù)頻偏校正兩個步驟；(3)頻偏估計器在完成粗頻偏校正后自動切換到頻偏跟蹤狀態(tài)；(3)在載波頻偏跟蹤階段，通過一個一階跟蹤環(huán)路進(jìn)行頻偏跟蹤，實現(xiàn)載波細(xì)同步。
頻偏估計器的粗頻偏估計的實現(xiàn)步驟為(1)根據(jù)OFDM符號的循環(huán)前綴特性，由輸入符號的循環(huán)前綴進(jìn)行初始頻偏估計FCP=12πNΣl=1Darg(r(l+N)r*(l))]]>式中，N、D分別為OFDM符號和循環(huán)前綴的長度。(2)取Ffrac＝FCP，對輸入的OFDM符號去分?jǐn)?shù)頻偏r′(l)=r(l)e-j2πlFfrac/Fs]]>l＝0，1，L，N+D-1式中，F(xiàn)s為采樣頻率。再對{r′(l)，l＝D，D+1，L，N+D-1}作FFT變換，得到{R(f)，f＝0，1，L，N-1}。
(3)設(shè)子載波頻率間隔為Fc，并假定整數(shù)頻偏的范圍為[-KFc，KFc]，則該方法按下述步驟估計整數(shù)頻偏for k＝-K∶K由{R′(f)}向左循環(huán)移位k(k≥0)位或向右循環(huán)移位-k(k≥0)位，得到循環(huán)移位后的序列{R(f)}；A(f)＝S(f)R*(f-k)f＝0，1，L，N+D-1Qk=Σl=0N+D-2|A(l+1)-A(l)|]]>endkint=minkQk]]>式中，S(f)為發(fā)送端源序列。最后得到整數(shù)頻偏為Fint＝kintFc(4)Foffset＝Fint+Ffrac輸出給數(shù)據(jù)振蕩器校正頻偏。
提出的整數(shù)頻偏估計是基于相位參考符號頻率響應(yīng)的平滑性來實現(xiàn)的，該估計的優(yōu)點是對幀同步之初存在的符號偏差具有很強的魯棒性。
頻偏估計器的細(xì)頻偏估計、即頻偏跟蹤的實現(xiàn)步驟為(1)根據(jù)OFDM符號的循環(huán)前綴特性，由輸入符號的循環(huán)前綴進(jìn)行頻偏估計FCP=12πNΣl=1Darg(r(l+N)r*(l))]]>(2)頻偏估計結(jié)果輸入一個一階低通濾波器實現(xiàn)頻偏跟蹤Foffset←Foffset+CFCPC是一個小于1的正數(shù)。Foffset的初始值為0。
載波同步系統(tǒng)由粗頻偏估計到頻偏跟蹤的自動切換方法在完成整數(shù)頻偏估計后自動切換到頻偏跟蹤狀態(tài)，整數(shù)頻偏估計則是在幀同步之初由幀同步電路所觸發(fā)。


圖1 MMB/DAB/T-DMB系統(tǒng)的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)圖2載波同步系統(tǒng)及與其相關(guān)的系統(tǒng)示意3頻偏估計器實現(xiàn)結(jié)構(gòu)4整數(shù)頻偏估計實現(xiàn)圖具體實施方式
數(shù)字廣播系統(tǒng)的接收機在開機之初，與發(fā)射機很可能存在較大的載波頻率偏差，為了保證接收機的正常接收，必須進(jìn)行載波同步。
MMB/DAB/T-DMB系統(tǒng)的數(shù)據(jù)幀的幀結(jié)構(gòu)如圖1所示。該數(shù)據(jù)幀由一個空符號、一個相位參考符號和由模式不同而確定的若干個快速信息信道符號、若干個數(shù)據(jù)符號所組成?？辗栍糜诮邮諜C的幀同步，相位參考符號則為對隨后數(shù)據(jù)的差分相位調(diào)制和解調(diào)提供一個相位基準(zhǔn)，快速信息信道符號則為后面的數(shù)據(jù)符號中的信息構(gòu)成作出定義。由于相位參考符號的信息是接收端已知的，因此可用作載波同步。
載波同步系統(tǒng)及與其相關(guān)的系統(tǒng)如圖2所示，其中符號同步是在載波粗頻偏估計完成后、利用粗頻偏估計的結(jié)果實現(xiàn)的。載波同步系統(tǒng)的主要部分是頻偏估計器。經(jīng)過幀同步(和符號同步)的基帶信號由緩存器保存，緩存器每次向頻偏估計器輸出一個OFDM符號(含循環(huán)前綴)長度的數(shù)據(jù)，而頻偏估計結(jié)束后，頻偏估計器則向數(shù)控振蕩器輸出估計得到的頻偏，數(shù)控振蕩器校正頻偏，完成頻波同步。
頻偏估計器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，其主要由循環(huán)前綴頻偏估計、整數(shù)頻偏估計、頻偏跟蹤和切換開關(guān)等部分構(gòu)成。其工作機理是接收機在實現(xiàn)幀同步的之初觸發(fā)頻偏估計器中的切換開關(guān)，使其進(jìn)入粗頻偏跟蹤狀態(tài)，同時對其輸入相位參考符號；頻偏估計器完成粗載波同步后，一方面向數(shù)控振蕩器、符號偏移估計模塊輸出估計結(jié)果，另一方面觸發(fā)切換開關(guān)，使其進(jìn)入頻偏跟蹤狀態(tài)；隨后，系統(tǒng)利用OFDM符號的循環(huán)前綴特性進(jìn)行頻偏估計，并利用一階跟蹤環(huán)進(jìn)行頻偏跟蹤。
粗載波頻偏的估計通過以下幾個步驟完成
(1)根據(jù)OFDM符號的循環(huán)前綴特性，利用相位參考符號的循環(huán)前綴進(jìn)行分?jǐn)?shù)頻偏估計FCP=12πNΣl=1Darg(r(l+N)r*(l))]]>(2)取Ffrac＝FCP，對相位參考符號去分?jǐn)?shù)頻偏r′(l)=r(l)e-j2πlFfrac/Fs]]>l＝0，1，L，N+D-1(3)由整數(shù)頻偏估計器得到整數(shù)頻偏估計結(jié)果Fint，整數(shù)頻偏估計的實現(xiàn)下文詳述。
(4)將整數(shù)頻偏估計和分?jǐn)?shù)頻偏估計的結(jié)果相加，得到的粗頻偏估計結(jié)果Foffset＝Fint+Ffrac將該結(jié)果輸出給數(shù)控振蕩器，進(jìn)行粗頻偏校正，同時將其輸出給符號偏移估計模塊，用以符號偏移估計。
(5)粗頻偏估計結(jié)果經(jīng)延時后觸發(fā)切換開關(guān)，頻偏估計器進(jìn)入頻偏跟蹤狀態(tài)。
頻偏跟蹤通過以下兩個步驟完成(1)利用OFDM符號的循環(huán)前綴特性，對輸入的OFDM符號進(jìn)行頻偏估計FCP=12πNΣl=1Darg(r(l+N)r*(l))]]>(2)通過一個一階跟蹤環(huán)進(jìn)行頻偏跟蹤Foffset←Foffset+CFCP(3)頻偏跟蹤的結(jié)果輸出給數(shù)控振蕩器，完成頻偏校正。
整數(shù)頻偏估計器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖4，它由FFT變換器、循環(huán)移位器、乘法器、差分器、取模器、累加器、比較器等部分構(gòu)成。
它們的功能如下(1)FFT變換器將時域序列{r′(l)，l＝D，D+1，L，N+D-1}變換到頻域，得到頻域序列{R′(f)，f＝0，1，L，N-1}。
(2)循環(huán)移位器對頻域序列進(jìn)行循環(huán)移位，得到{R(f)，f＝0，1，L，N-1}＝{R′(k)，R′(k+1)，L，R′(N-1)，R′(0)，R′(1)，L，R′(k-1)}(k≥0)或{R(f)，f＝0，1，L，N-1}＝{R′(N-1-k+1)，R′(N-1-k+2)，L，R′(N-1)，R′(0)，R′(1)，L，R′(N-1-k)}(k＜0)；循環(huán)移位的范圍由整數(shù)頻偏的估計范圍所確定。若整數(shù)頻偏的估計范圍為[-KFc，KFc]，則循環(huán)移位的范圍為k＝-K，-K+1，L，K，其初始設(shè)置為k＝-K。
(3)乘法器將序列{R(f)，f＝0，1，L，N-1}的共軛與源序列{S(f)，f＝0，1， L，N-1}對應(yīng)元素相乘，得到序列{A(f)＝S(f)R*(f)，f＝0，1，L，N-1}。
(4)差分器對序列{A(f)}的相鄰元素作差分。
(5)取模器將差分結(jié)果取模。
(6)累加器將經(jīng)過取模的差分結(jié)果累加，作為對相位參考符號頻率響應(yīng)平滑性的度量。(4)、(5)、(6)的實現(xiàn)可表述為Qk=Σl=0N+D-2|A(l+1)-A(l)|]]>(7)比較器將當(dāng)前的計算結(jié)果Qk與原來存儲的平滑度量最小值Qkint進(jìn)行比較，得到一個新的平滑度量最小值
Qkint=min{Qk,Qkint}]]>kint=argmink{Qk,Qkint}]]>Qkint和kint的初始值分別設(shè)置為Qkint=∞]]>kint=2k(8)比較結(jié)束后，對循環(huán)移位達(dá)到的位置進(jìn)行判斷，若循環(huán)移位的位置為k＜K，則觸發(fā)循環(huán)移位器使其再移一位，若循環(huán)移位已達(dá)到k＝K，則kint為整數(shù)頻偏的估計結(jié)果，而Fint＝kintFc則為估計得到的整數(shù)頻偏結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種兼容DAB的數(shù)字廣播接收機載波同步方法及系統(tǒng)，其特征在于，它在數(shù)字電路上實現(xiàn)的，其輸入為一個正交頻分復(fù)用(OFDM)符號，該符號含循環(huán)前綴，輸出為估計出的頻偏值，載波同步分粗頻偏校正和頻偏跟蹤兩個步驟來完成，實現(xiàn)電路包含循環(huán)前綴頻偏估計、整數(shù)頻偏估計、頻偏跟蹤和切換開關(guān)等部分；載波同步的實現(xiàn)步驟如下(1)根據(jù)OFDM符號的循環(huán)前綴特性，由輸入符號的循環(huán)前綴進(jìn)行初始頻偏估計FCP=12πNΣl=1Darg(r(l+N)r*(l))]]>式中，N、D分別為OFDM符號和循環(huán)前綴的長度；(2)根據(jù)切換開關(guān)的選擇，進(jìn)行粗頻偏估計或頻偏跟蹤，系統(tǒng)在取得幀同步之初利用相位參考符號進(jìn)行一次粗頻偏估計，對隨后輸入的OFDM符號則進(jìn)行頻偏跟蹤；(3)粗頻偏估計中，由步驟(1)計算得到的FCP將作為分?jǐn)?shù)頻偏Ffrac，系統(tǒng)利用相位參考符號作一次整數(shù)頻偏估計得到整數(shù)頻偏Fint，粗頻偏估計結(jié)果Foffset＝Fint+Ffrac輸出給數(shù)控振蕩器校正載波頻偏；(4)頻偏跟蹤通過對計算得到的FCP值、由一個一階跟蹤環(huán)路來實現(xiàn)Foffset←Foffset+CFCPC是一個小于1的正數(shù)，頻偏跟蹤的結(jié)果輸出給數(shù)控振蕩器，校正頻偏。
2.按照權(quán)利要求1所述的的兼容DAB的數(shù)字廣播接收機載波同步方法及系統(tǒng)，其特征在于整數(shù)頻偏的估計方法是利用相位參考符號頻率響應(yīng)的恒模特性，通過頻率響應(yīng)的平滑性進(jìn)行整數(shù)頻偏估計；其實現(xiàn)步驟如下(1)用Ffrac＝FCP對輸入的相位參考符號去分?jǐn)?shù)頻偏r′(l)=r(l)e-j2πlFfrac/Fs,l=0,1,L,N+D-1]]>式中，F(xiàn)s為采樣頻率；再對{r′(l)，l＝D，D+1，L，N+D-1}作FFT變換，得到序列{R′(f)，f＝0，1，L，N-1}；(2)設(shè)子載波頻率間隔為Fc，并假定整數(shù)頻偏的范圍為[-KFc，KFc]，則該方法按下述步驟估計整數(shù)頻偏for k＝-KK由{R′(f)}向左循環(huán)移位k(k≥0)位或向右循環(huán)移位-k(k≥0)位，得到循環(huán)移位后的序列{R(f)}；A(f)＝S(f)R*(f) f＝0，1，L，N+D-1Qk=Σl=0N+D-2|A(l+1)-A(l)|]]>endkint=argminkQk]]>式中，S(f)為發(fā)送端源序列，F(xiàn)int＝kintFc為估計得到的整數(shù)頻偏。
3.按照權(quán)利要求1所述的的兼容DAB的數(shù)字廣播接收機載波同步方法及系統(tǒng)，，其特征在于載波同步系統(tǒng)由粗頻偏估計到頻偏跟蹤的自動切換方法在完成整數(shù)頻偏估計后自動切換到頻偏跟蹤狀態(tài)，整數(shù)頻偏估計則是在幀同步之初由幀同步電路所觸發(fā)。
全文摘要
兼容DAB的數(shù)字廣播接收機載波同步方法及系統(tǒng)，屬于數(shù)字信息傳輸技術(shù)的領(lǐng)域。該載波同步分粗頻偏校正和頻偏跟蹤兩個階段完成(1)粗頻偏校正又分為分?jǐn)?shù)頻偏校正和整數(shù)頻偏校正兩個步驟，分別校正分?jǐn)?shù)頻偏和整數(shù)頻偏；(2)在數(shù)字廣播系統(tǒng)獲得粗頻偏校正后，利用一階跟蹤環(huán)路完成載波同步。
文檔編號H04L27/26GK101022438SQ200610066228
公開日2007年8月22日 申請日期2006年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者鮑東山, 劉謙雷, 朱浩 申請人:北京新岸線軟件科技有限公司