專利名稱：基于塊傳輸?shù)膯屋d波系統(tǒng)的載波跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計通訊技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于塊傳輸?shù)膯屋d波系統(tǒng)的載波跟蹤方法。

背景技術(shù)：
SC-FDE(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干擾的方法，和OFDM一樣采取分快傳輸，并且采用循環(huán)前綴Cyclic Prefix(CP)方式，這樣就可以把信號于信道脈沖響應(yīng)的線性卷積轉(zhuǎn)化為循環(huán)卷積，并且消除了多徑引起的數(shù)據(jù)塊的干擾。在接收端采用簡單的頻域均衡技術(shù)就可以消除符號間干擾。
數(shù)字通信技術(shù)領(lǐng)域中的一個最核心問題就是同步問題，從技術(shù)上說分為載波同步與定時同步。在經(jīng)過無線移動信道后的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，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(yīng)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。
使用塊傳輸技術(shù)的SC-FDE系統(tǒng)對這些同步的偏差提出了更高的要求。SC-FDE系統(tǒng)的同步技術(shù)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(wù) 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； 載波頻偏捕獲； 載波頻率跟蹤； 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。
采樣時鐘頻率的跟蹤。
SC-FDE系統(tǒng)的信號沿著時間軸順序到來的，分塊傳輸?shù)腟C-FDE信號每個數(shù)據(jù)塊由數(shù)據(jù)段和循環(huán)前綴組成。SC-FDE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SC-FDE系統(tǒng)時，還會造成碼間干擾ISI，載波間干擾ICI，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基帶采樣信號的頻偏必須先進行捕獲和補償，將本地載波的頻偏鎖定在一個較小的范圍內(nèi)，使系統(tǒng)能夠正常工作。補償后剩余的頻偏又稱之為殘留頻偏。隨著時間的推移，殘留頻偏造成的相位偏移差隨著時間的積累，會使得接收碼元旋轉(zhuǎn)一個角度，導(dǎo)致無法正確的解調(diào)出符號；同時相位的累積偏差也會導(dǎo)致錯誤的信道估計和頻域均衡。為了維持較好的同步性能，必須進行載波跟蹤。載波跟蹤即跟蹤載波相位偏差的變化，防止頻偏造成的相位累積效應(yīng)。
一般SC-FDE系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)流被分塊傳輸，每塊數(shù)據(jù)流經(jīng)過一定編碼處理和星座映射之后形成一個長度為N的時域數(shù)據(jù)段向量

在數(shù)據(jù)段

之后加上長度為L的循環(huán)前綴——UW序列(獨特字序列，一般為chu、frank、PN序列)，得到長度為M＝L+N的向量

稱其為數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)塊通過信道傳輸之后在接收端得到與其對應(yīng)的信號流

再經(jīng)過均衡補償?shù)玫杰浥袥Q數(shù)據(jù)

最后進行解碼。
目前，一般的載波追蹤方法利用SC-FDE中相鄰數(shù)據(jù)塊中的循環(huán)前綴的信息得到當前塊的頻偏，或是利用頻域均衡后的軟判決信息或是重構(gòu)恢復(fù)后的信息估計當前塊的頻偏，以此達到頻率追蹤的效果，然后再進行相位補償，實現(xiàn)載波追蹤。這些解決方案大都是從OFDM的相關(guān)同步算法中借鑒而來的。
對于直接利用接收端相鄰數(shù)據(jù)塊中的UW的相位差進行頻偏跟蹤的這類算法，由于此時算法利用的接收數(shù)據(jù)是經(jīng)過無線移動信道后沒有經(jīng)過均衡補償?shù)男畔ⅲ虼说玫降妮d波頻偏誤差較大，精度低，無法達到追蹤的目的。而現(xiàn)有的另一類利用均衡后的軟判決數(shù)據(jù)或是重構(gòu)恢復(fù)后的數(shù)據(jù)進行頻偏追蹤的算法，利用得到的當前塊頻偏去補償當前數(shù)據(jù)塊，算法復(fù)雜，實現(xiàn)起來延時大。同時這些算法都是在完成頻偏追蹤后，再進行相位補償，進一步加大了實現(xiàn)上的復(fù)雜度。


發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的分析，本發(fā)明目的在于提供一種基于塊傳輸?shù)膯屋d波系統(tǒng)的載波跟蹤方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的載波追蹤方法誤差大、精度低或復(fù)雜度大的問題。
本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的 本發(fā)明提供了一種基于塊傳輸?shù)膯屋d波系統(tǒng)的載波跟蹤方法，所述方法包括 步驟A將當前幀中經(jīng)過相位補償?shù)臄?shù)據(jù)塊進行均衡處理，并從均衡補償后得到的軟判決碼元數(shù)據(jù)中選取循環(huán)前綴對應(yīng)的軟判決數(shù)據(jù)； 步驟B利用最大似然相位估計算法對所述軟判決數(shù)據(jù)進行計算，得到當前數(shù)據(jù)塊的相位估計； 步驟C將得到的估計相位進行累加平滑處理，并將累加平滑輸出作為下一個數(shù)據(jù)塊的相位估計值，用于補償下一個數(shù)據(jù)塊； 重復(fù)執(zhí)行步驟A到步驟C，直到當前幀的所有數(shù)據(jù)塊傳輸結(jié)束。
進一步地，所述步驟B具體包括 先求出已知循環(huán)前綴與其對應(yīng)的軟判決數(shù)據(jù)的相關(guān)值，然后對該相關(guān)值求幅角，得到當前數(shù)據(jù)塊的估計相位； 或者，所述步驟B具體包括 利用軟判決數(shù)據(jù)的解碼判決輸出與軟判決數(shù)據(jù)進行相關(guān)求得當前數(shù)據(jù)塊的估計相位。
進一步地，所述步驟C具體包括 將得到的估計相位通過一個預(yù)定義的累加平滑器進行累加平滑處理，累加平滑器的時域表達式為其中S(1)＝0，i表示第i塊數(shù)據(jù)，est(i)為第i塊的平滑器輸入，即上一步求得的相位估計值

S(i+1)為第i塊的累加平滑輸出，累加平滑輸出作為下一個數(shù)據(jù)塊的相位估計值，用于補償下一個數(shù)據(jù)塊。
本發(fā)明有益效果如下 本發(fā)明解決了原有算法的缺點，直接通過相位估計來達到頻率追蹤，在追蹤的過程中同時進行著相位補償，降低了實現(xiàn)的復(fù)雜度；同時算法不僅精度高，并且復(fù)雜度很低，整個算法并沒有構(gòu)成真正意義上的環(huán)路結(jié)構(gòu)，延時很小，有很高的實用價值。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。



圖1為為單載波頻域均衡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例所述方法的流程示意圖。

具體實施例方式 下面結(jié)合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)先實施例，其中，附圖構(gòu)成本申請一部分，并與本發(fā)明的實施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。
考慮到在載波追蹤之前已經(jīng)進行了載波捕獲，此時的頻偏已經(jīng)被鎖定在一個較小的范圍內(nèi)了，同時SC-FDE相比OFDM對載波同步不是特別敏感，因此利用經(jīng)過均衡后的當前數(shù)據(jù)塊中循環(huán)前綴，即UW序列(獨特字序列，一般為IEEE802.16a標準規(guī)定的chu序列、frank-zadaff序列、PN序列)對應(yīng)的軟判決數(shù)據(jù)r，根據(jù)ML(最大似然，Maximum Likelihood)相位估計算法估計出當前數(shù)據(jù)塊的相位；再將估計出的相位通過一個累加平滑器；將經(jīng)過累加平滑處理后得到的相位值去補償下一數(shù)據(jù)塊，以此遞推下去，以達到載波追蹤的目的。
SC-FDE系統(tǒng)是按幀傳輸，每幀共n個數(shù)據(jù)塊，分塊傳輸?shù)腟C-FDE信號每塊數(shù)據(jù)由有用數(shù)據(jù)和循環(huán)前綴組成，循環(huán)前綴取為Chu序列(L個碼元長度)，得到長度為M＝L+N的向量

如圖1所示，第i個數(shù)據(jù)塊對應(yīng)的

通過信道傳輸之后在接收端得到與其對應(yīng)的信號流

再經(jīng)過均衡補償?shù)玫杰浥袥Q碼元數(shù)據(jù)最后進行解碼。
具體可以包括以下步驟 步驟200相位補償；相位補償?shù)谋磉_式為 步驟201將當前幀第一個有效數(shù)據(jù)塊通過均衡補償后得到軟判決碼元數(shù)據(jù)選取Chu序列對應(yīng)的軟判決數(shù)據(jù)[z(N+1)，…，z(M)]，用向量符號表示[z(N+1)，…，z(M)]。這里，均衡補償在現(xiàn)有技術(shù)中已有成熟解決方案，此處不再贅述。
步驟202由于固定的頻偏造成的是線性相位偏差，殘留載波頻偏在一個數(shù)據(jù)塊里造成的累積相位很小，將載波頻偏對每塊數(shù)據(jù)的相位影響看成是一個累積的固定相片偏差，即可以將載波頻偏對一個數(shù)據(jù)塊中的每個數(shù)據(jù)的相位影響近似看成是一個固定值，因此可以利用SC-FDE的每個塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的一段已知的循環(huán)前綴，結(jié)合數(shù)據(jù)輔助算法中的ML(最大似然)相位估計算法得到當前數(shù)據(jù)塊的相位估計。具體可以利用ML相位估計算法得到第一個數(shù)據(jù)塊的相位估計值，此算法是先求出已知Chu序列U＝[U(1)，…，U(L)]與其對應(yīng)的軟判決數(shù)據(jù)的相關(guān)值(k是序列中的序號，即第i個數(shù)據(jù)塊中的第k個數(shù)據(jù))；再對相關(guān)值求幅角，即得到當前數(shù)據(jù)塊的估計相位本發(fā)明實施例中的ML相位估計算法也可以選擇利用軟判決數(shù)據(jù)的解碼判決輸出A＝〔a(1)，...，a(N)〕與軟判決數(shù)據(jù)z＝[z(1)，…，z(N)]進行相關(guān)求得相位估計

但是這樣在信噪比較低的情況下由于判決的不可靠會降低追蹤精度，同樣也可以利用軟判決數(shù)據(jù)利用無數(shù)據(jù)輔助的相位估計算法，例如V&V(A.J.Viterbi and A.M.Viterbi)算法進行相位估計，這樣的估計結(jié)果精度較低，但是在信噪比低的情況下相比上一種方案效果較好。
步驟203將得到的估計相位

通過一個預(yù)定義的累加平滑器進行累加平滑處理得到φ(1)，累加平滑器的時域表達式為其中S(1)＝0，i表示第i塊數(shù)據(jù)，est(i)為第i塊的平滑器輸入，即上一步求得的相位估計值

S(i+1)為第i塊的累加平滑輸出φ(1)。由于此時處理的是第一塊數(shù)據(jù)，因此求得的是S(2)。
原有的算法都是估計出頻偏再進行相位補償，考慮到經(jīng)過載波捕獲后的殘留頻偏對一個數(shù)據(jù)塊中的每個數(shù)據(jù)的相位影響近似看成是一個固定值，即殘留頻偏形成的相位偏移可以看成是基于數(shù)據(jù)塊為變量的線性相位變化；因此理論上第i塊的累積相位αi＝α1+k(i-1)(k＝2πfMT為斜率)，表示每塊理論上的累積變量。因此設(shè)計的累積平滑器就是根據(jù)這個式子設(shè)計的，由于是利用前一塊的估計相位估計下一塊，因此每個數(shù)據(jù)塊的相位估計值就對應(yīng)理論上的斜率k的一個觀測值，通過平滑濾波器對已有的觀測值求平均來降低噪聲帶來的影響，更準確的得到的k的估計值

利用累加濾波器可以達到載波追蹤的目的，因此設(shè)計的累加平滑濾波器的時域表達式即為累加平滑器的累加功能解決頻偏造成的數(shù)據(jù)塊之間的相位累積，達到了載波頻偏追蹤的目的；平滑功能解決了由噪聲引起的相位估計結(jié)果抖動的影響平滑累積的效果，進一步提高了追蹤精度。當然，累加平滑器也可以有其他形式，必須有累加功能和平滑功能才可達到目的，但是本發(fā)明實施例設(shè)計的累加平滑器性能比較好。
轉(zhuǎn)到步驟200，將得到的累加平滑輸出φ(1)，即步驟203中的累加平滑輸出s(2)，補償下一個接收數(shù)據(jù)塊相位補償?shù)谋磉_式為 補償后的數(shù)據(jù)再經(jīng)過步驟201的均衡處理得到第二個數(shù)據(jù)塊對應(yīng)的軟判決數(shù)據(jù)

依次求得

φ(2)，再利用φ(2)去補償?shù)谌齻€數(shù)據(jù)塊，以此遞推直到當前幀的所有數(shù)據(jù)塊傳輸結(jié)束。
這里，本發(fā)明實施例僅以UW序列中的Chu序列為例進行了說明，但本發(fā)明所述技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道，UW序列兩種格式(frank-zadaff序列和PN序列)同樣可以適用于本發(fā)明實施例，只是與長度L的大小有關(guān)系，即frank-zadaff序列的長度必須為n的平方，PN序列必須為2的n次方減1。
綜上所述，本發(fā)明實施例提供了一種基于塊傳輸?shù)膯屋d波系統(tǒng)的載波跟蹤方法，由于算法采用的是經(jīng)過均衡補償后的軟判決數(shù)據(jù)，利用均衡算法可以補償固定相位偏差和必須進行分塊處理的兩個特點，將當前塊的相位估計結(jié)果用于補償下一個待處理塊，這樣整個算法并沒有形成真正的環(huán)路處理，但是達到了環(huán)路的效果，達到了追蹤的目的，相比原有算法解決了通常追蹤算法中的環(huán)路延時大，穩(wěn)定性差，精度低的問題。
并且本發(fā)明實施例一個累加平滑濾波器，累加平滑器的累加功能解決頻偏造成的數(shù)據(jù)塊之間的相位累積，達到了載波頻偏追蹤的目的；平滑功能解決了由噪聲引起的相位估計結(jié)果抖動的影響平滑累積的效果，進一步提高了追蹤精度。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1、一種基于塊傳輸?shù)膯屋d波系統(tǒng)的載波跟蹤方法，其特征在于，所述方法包括
步驟A將當前幀中經(jīng)過相位補償?shù)臄?shù)據(jù)塊進行均衡處理，并從均衡補償后得到的軟判決碼元數(shù)據(jù)中選取循環(huán)前綴對應(yīng)的軟判決數(shù)據(jù)；
步驟B利用最大似然相位估計算法對所述軟判決數(shù)據(jù)進行計算，得到當前數(shù)據(jù)塊的相位估計；
步驟C將得到的估計相位進行累加平滑處理，并將累加平滑輸出作為下一個數(shù)據(jù)塊的相位估計值，用于補償下一個數(shù)據(jù)塊；
重復(fù)執(zhí)行步驟A到步驟C，直到當前幀的所有數(shù)據(jù)塊傳輸結(jié)束。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B具體包括
先求出已知循環(huán)前綴與其對應(yīng)的軟判決數(shù)據(jù)的相關(guān)值，然后對該相關(guān)值求幅角，得到當前數(shù)據(jù)塊的估計相位；
或者，所述步驟B具體包括
利用軟判決數(shù)據(jù)的解碼判決輸出與軟判決數(shù)據(jù)進行相關(guān)求得當前數(shù)據(jù)塊的估計相位。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟C具體包括
將得到的估計相位通過一個預(yù)定義的累加平滑器進行累加平滑處理，累加平滑器的時域表達式為其中S(1)＝0，i表示第i塊數(shù)據(jù)，est(i)為第i塊的平滑器輸入，即上一步求得的相位估計值
S(i+1)為第i塊的累加平滑輸出，累加平滑輸出作為下一個數(shù)據(jù)塊的相位估計值，用于補償下一個數(shù)據(jù)塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于塊傳輸?shù)膯屋d波系統(tǒng)的載波跟蹤方法，所述方法包括步驟A將當前幀中經(jīng)過相位補償?shù)臄?shù)據(jù)塊進行均衡處理，并從均衡補償后得到的軟判決碼元數(shù)據(jù)中選取循環(huán)前綴對應(yīng)的軟判決數(shù)據(jù)；步驟B利用相位估計算法對所述軟判決數(shù)據(jù)進行計算，得到當前數(shù)據(jù)塊的相位估計；步驟C將得到的估計相位進行累加平滑處理，并將累加平滑輸出下一個數(shù)據(jù)塊的相位估計值用于補償下一個數(shù)據(jù)塊；重復(fù)執(zhí)行步驟A到步驟C，直到當前幀的所有數(shù)據(jù)塊傳輸結(jié)束；本發(fā)明解決了原有算法的缺點，直接通過相位估計來達到頻率追蹤，在追蹤的過程中同時進行著相位補償，降低了實現(xiàn)的復(fù)雜度；同時算法不僅精度高，并且復(fù)雜度很低。
文檔編號H04L25/03GK101404633SQ20081018004
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20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(zé)任公司