專利名稱：一種單載波頻域均衡系統(tǒng)中的塊同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)通信領(lǐng)域，尤其涉及一種單載波頻域均衡系統(tǒng)中的塊同步方法。

背景技術(shù)：
目前，隨著新的通信業(yè)務(wù)需求迅速增大，對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)和無(wú)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(lái)了更大的載波頻偏、更嚴(yán)重的ISI(intersymbol-interference，符號(hào)間干擾)等問題。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用)技術(shù)可以有效的克服頻率選擇性衰弱信道帶來(lái)的碼間干擾，逐漸成為無(wú)線通信及移動(dòng)通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，在多種標(biāo)準(zhǔn)中被稱為支撐技術(shù)。但是OFDM技術(shù)對(duì)載波同步比較敏感，而且PAPR(Peak-to-Average Power Ratio，峰均功率比)較大，因此單載波頻域均衡系統(tǒng)方案被提出來(lái)。SC-FDE(single carrier system withfrequency domain equalization，單載波頻域均衡)是寬帶無(wú)線傳輸中一種很有前途的抗多徑干擾的方法，和OFDM一樣采取分塊傳輸，并且采用CP(CyclicPrefix，循環(huán)前綴)方式，這樣就可以把信號(hào)與信道脈沖響應(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(jiǎn)單的頻域均衡技術(shù)就可以消除符號(hào)間干擾。SC-FDE系統(tǒng)相比OFDM系統(tǒng)不存在PAPR問題，所以不需要使用昂貴的線性功率放大器，同時(shí)對(duì)載波同步也不是特別敏感，因此SC-FDE技術(shù)目前受到越來(lái)越多的重視。
數(shù)字通信技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)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(shí)同步。在經(jīng)過無(wú)線移動(dòng)信道后的接收端獲取的基帶采樣信號(hào)中存在著載波頻率偏差、相位偏差及定時(shí)偏差，這些偏差一般來(lái)源于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間晶振的不匹配和無(wú)線移動(dòng)信道中多普勒效應(yīng)和頻率選擇性這幾個(gè)方面，即便是在信道相對(duì)平坦的室內(nèi)環(huán)境，也會(huì)存在這些偏差。使用塊傳輸技術(shù)的SC-FDE系統(tǒng)對(duì)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(shí)同步，其接收端的同步主要有以下幾個(gè)任務(wù): 1)幀到達(dá)檢測(cè)，用于判定是否檢測(cè)到信號(hào)，這是同步的第一步，只有判定接收到的是有效信號(hào)才能進(jìn)行后面的處理； 2)載波頻偏捕獲； 3)載波頻率跟蹤； 4)符號(hào)起始位置估計(jì)(塊同步)，即在均衡之前準(zhǔn)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(shí)估計(jì)； 5)采樣時(shí)鐘頻率的跟蹤。
SC-FDE系統(tǒng)的信號(hào)是沿著時(shí)間軸順序到來(lái)的，分塊傳輸?shù)腟C-FDE信號(hào)中每個(gè)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(hào)在解調(diào)到基帶信號(hào)的過程中會(huì)存在時(shí)延偏差，由于SC-FDE系統(tǒng)是基于塊傳輸系統(tǒng)，是以數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行處理的，因此必須知道數(shù)據(jù)塊的起始位置，才能進(jìn)行后面的算法。
現(xiàn)有的塊同步算法主要是利用基于特殊訓(xùn)練符號(hào)的估計(jì)算法，算法主要是利用訓(xùn)練符號(hào)的對(duì)稱特性，對(duì)信號(hào)進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)，找到測(cè)度最大值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)即為塊同步的位置。前導(dǎo)碼一般采用由四個(gè)部分組成的訓(xùn)練序列，主要有如下幾種形式:即[+A，+A，-A，+A]、[+A，+A，-A，-A]、[+A，-A，+A，-A]和[+A，+A，+A，+A]。其中A為N碼元長(zhǎng)度的UW(獨(dú)特字)序列，前導(dǎo)碼的每一部分具有良好的相關(guān)性。設(shè)接收端存在四個(gè)窗長(zhǎng)為N的滑動(dòng)窗，設(shè)四個(gè)滑動(dòng)窗內(nèi)的數(shù)據(jù)分別為Ri＝(r(d+(i-1)N)，...，r(d+iN-1))T，i＝1，2，3，4，d為起始位置。其中M(d)為測(cè)度，arg代表遍歷出M(d)最大值對(duì)應(yīng)的d?，F(xiàn)有技術(shù)中塊同步算法中測(cè)度的確定方法如下: [+A，+A，-A，+A]對(duì)應(yīng)的測(cè)度為: [+A，+A，-A，-A]對(duì)應(yīng)的測(cè)度為: [+A，-A，+A，-A]對(duì)應(yīng)的測(cè)度為: [+A，+A，+A，+A]對(duì)應(yīng)的測(cè)度為: 其中，RiHRj為兩段序列的相關(guān)值，即第一個(gè)序列的N個(gè)元素的共軛與第二個(gè)序列對(duì)應(yīng)的元素的乘積的累加和。
上述這些測(cè)度里面，前導(dǎo)數(shù)據(jù)塊[+A，+A，-A，+A]對(duì)應(yīng)的測(cè)度性能最好，旁瓣的影響也最小。
現(xiàn)有技術(shù)在測(cè)度計(jì)算的過程中運(yùn)算量較大，由于使用的是求模算法，在求模過程中需要進(jìn)行平方求和后開根號(hào)，在實(shí)現(xiàn)過程中開根號(hào)占用了相當(dāng)大的資源；同時(shí)由于特殊的塊結(jié)構(gòu)，噪聲、衰弱和載波頻偏的影響會(huì)使得在搜索測(cè)度的最大值的過程中，主瓣旁邊會(huì)產(chǎn)生旁瓣，這會(huì)影響算法的可靠性。并且算法只能在恒包絡(luò)調(diào)制信號(hào)下才能正常工作，在非恒包絡(luò)調(diào)制信號(hào)下無(wú)法正常工作。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種單載波頻域均衡系統(tǒng)中的塊同步方法，用以解決現(xiàn)有塊同步方法在測(cè)度計(jì)算過程中運(yùn)算量較大，占用資源較多，主瓣旁容易產(chǎn)生旁瓣的問題。
本發(fā)明所述技術(shù)方案如下: 一種單載波頻域均衡系統(tǒng)中的塊同步方法，包括步驟: A、將滑動(dòng)窗的起始位置點(diǎn)d置0，將標(biāo)志位置0； B、將d值加1，以d為滑動(dòng)窗的起始位置連續(xù)獲取4個(gè)窗長(zhǎng)為4N采樣點(diǎn)的采樣值Ri，Ri＝(r(d+4(i-1)N)，...，r(d+4iN-1))T，i＝1，2，3，4，r(t)為接收信號(hào)采樣值； C、計(jì)算前導(dǎo)數(shù)據(jù)塊[+A，+A，-A，+A]對(duì)應(yīng)的測(cè)度值M(d)，其中，RiHRj為第i個(gè)序列的4N個(gè)采樣值的共軛與第j個(gè)序列對(duì)應(yīng)的采樣值的乘積的累加和，Rs為滑動(dòng)窗的平均能量值； D、判定M(d)是否大于等于預(yù)設(shè)的測(cè)度門限值，若是，則將本次計(jì)算出的M(d)值添加到測(cè)度序列中，將標(biāo)志位置1，返回步驟B；否則，執(zhí)行步驟E； E、判斷當(dāng)前標(biāo)志位是否為1，若是，搜索測(cè)度序列中的測(cè)度最大值，其對(duì)應(yīng)的位置點(diǎn)

即為塊同步的位置，否則，返回步驟B。
進(jìn)一步地，所述Rs的確定方式是將4個(gè)窗長(zhǎng)的所有采樣值進(jìn)行模平方運(yùn)算后，累加求和再除以4。
進(jìn)一步地，所述步驟D中，若判定M(d)小于預(yù)設(shè)的測(cè)度門限值，則將本次計(jì)算出的M(d)值剔除，執(zhí)行步驟E。
進(jìn)一步地，所述預(yù)設(shè)的測(cè)度門限值為0.7。
進(jìn)一步地，組成前導(dǎo)數(shù)據(jù)塊[+A，+A，-A，+A]的訓(xùn)練序列A為20碼元長(zhǎng)度的Chu序列。
本發(fā)明有益效果如下: 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過非線性特性調(diào)整了測(cè)度算法，去掉了開根號(hào)運(yùn)算，降低了實(shí)現(xiàn)資源，并且利用非線性特性拉大了旁瓣和主瓣之間的差距，更有利于在搜索過程中找到最大值，本發(fā)明在遍歷搜索最大值的過程中，先利用一個(gè)特定的門限縮小搜索范圍，然后再在這個(gè)范圍內(nèi)尋找最大值，大大降低了實(shí)現(xiàn)難度，有非常高的實(shí)用價(jià)值。同時(shí)本發(fā)明所述方法調(diào)整了歸一化式子，用接收到的整個(gè)訓(xùn)練符號(hào)的能量來(lái)替代符號(hào)各個(gè)部分的能量作為定時(shí)測(cè)度的分母，從而進(jìn)一步提高了同步性能，使得系統(tǒng)能在非恒包絡(luò)調(diào)制信號(hào)下正常工作。進(jìn)一步地，本發(fā)明通過多倍采樣的方式提高了塊同步的精度。



圖1為本發(fā)明所述單載波頻域均衡系統(tǒng)中的塊同步方法的流程圖； 圖2A為采用現(xiàn)有技術(shù)中的塊同步方法的測(cè)度觀測(cè)圖； 圖2B為采用本發(fā)明所述塊同步方法的測(cè)度觀測(cè)圖； 圖3A為在非恒包絡(luò)調(diào)制信號(hào)下采用現(xiàn)有技術(shù)中的塊同步方法后兩幀數(shù)據(jù)之間的測(cè)度觀測(cè)圖； 圖3B為在非恒包絡(luò)調(diào)制信號(hào)下采用本發(fā)明所述的塊同步方法后兩幀數(shù)據(jù)之間的測(cè)度觀測(cè)圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明的主要技術(shù)構(gòu)思如下:由于實(shí)際中的全數(shù)字接收機(jī)利用的是插值算法來(lái)恢復(fù)定時(shí)數(shù)據(jù)，因此接收端一般都是至少4倍采樣，即一個(gè)碼元至少有4個(gè)采樣點(diǎn)。設(shè)定接收端存在4個(gè)80采樣點(diǎn)的滑動(dòng)窗，接收信號(hào)采樣值為r(t)t＝{1，2，...}，本發(fā)明選用前導(dǎo)數(shù)據(jù)塊為[+A，+A，-A，+A]，其中A為20碼元長(zhǎng)度的Chu序列，Chu序列的實(shí)部和虛部分別為:I(k)＝cos(θ(k))，Q(k)＝sin(θ(k))，θ(k)＝πk2/L，0≤k<L。設(shè)四個(gè)滑動(dòng)窗內(nèi)的數(shù)據(jù)分別為Ri＝(r(d+4(i-1)N)，...，r(d+4iN-1))T，i＝1，2，3，4，d為起始位置。將測(cè)度算法修改為: 其中，RiHRi即為兩段序列的相關(guān)值:第一個(gè)序列的N個(gè)采樣值的共軛與第二個(gè)序列對(duì)應(yīng)的采樣值的乘積的累加和。為滑動(dòng)窗的平均能量。最后通過找到M(d)最大值對(duì)應(yīng)的位置d，其中M(d)為測(cè)度，arg代表遍歷出M(d)最大值對(duì)應(yīng)的d。
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)過程做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
請(qǐng)參閱圖1，該圖為本發(fā)明所述單載波頻域均衡系統(tǒng)中的塊同步方法的流程圖，其主要包括步驟: 步驟10、將滑動(dòng)窗的起始位置點(diǎn)d置0，將標(biāo)志位置0。
步驟11、將d值加1。
步驟12、以d為滑動(dòng)窗的起始位置連續(xù)獲取4個(gè)窗長(zhǎng)為4N采樣點(diǎn)的采樣值Ri，Ri＝(r(d+4(i-1)N)，...，r(d+4iN-1))T，i＝1，2，3，4，r(t)為接收信號(hào)采樣值。
步驟13、計(jì)算前導(dǎo)數(shù)據(jù)塊[+A，+A，-A，+A]對(duì)應(yīng)的測(cè)度值M(d)，其中，組成前導(dǎo)數(shù)據(jù)塊[+A，+A，-A，+A]的訓(xùn)練序列A為20碼元長(zhǎng)度的Chu序列。
本步驟中，計(jì)算前導(dǎo)數(shù)據(jù)塊[+A，+A，-A，+A]對(duì)應(yīng)的測(cè)度值M(d)的具體步驟如下: 1)計(jì)算R1HR2、R1HR3、R1HR4、R2HR3、R2HR4、R3HR4及Rs的值，RiHRj為兩段序列的相關(guān)值，其計(jì)算方式為為第i個(gè)序列的4N個(gè)采樣值的共軛與第j個(gè)序列對(duì)應(yīng)的采樣值的乘積的累加和，先求得第i個(gè)序列的4N個(gè)采樣值的共軛與第j個(gè)序列對(duì)應(yīng)的采樣值的乘積，然后對(duì)這4N個(gè)乘積值累加求和。Rs為滑動(dòng)窗的平均能量值，其計(jì)算方式為將4個(gè)窗內(nèi)的所有采樣值模平方后累加求和再除以4； 2)進(jìn)行模平方運(yùn)算，即計(jì)算|R1HR2-R3HR4-R2HR3|2、|R2HR4-R1HR3|2、|R1HR4|2以及|Rs|2的值； 3)按照公式計(jì)算出前導(dǎo)數(shù)據(jù)塊[+A，+A，-A，+A]對(duì)應(yīng)的測(cè)度值。
步驟14、判斷M(d)是否大于等于預(yù)設(shè)的測(cè)度門限值a，若是，執(zhí)行步驟15，否則，執(zhí)行步驟16。
步驟15、將本次計(jì)算出的M(d)值添加到測(cè)度序列A中，測(cè)度序列A＝[M(n1)，.....，M(n2)](n1為M(d)由小于門限a轉(zhuǎn)化為大于門限a的位置，n2為M(d)由大于門限a轉(zhuǎn)化為小于門限a的位置)，同時(shí)將標(biāo)志位置1，返回步驟11。
步驟16、將本次計(jì)算出的M(d)值剔除，執(zhí)行步驟17。
步驟17、判斷當(dāng)前標(biāo)志位是否為1，若是，執(zhí)行步驟18，否則，返回步驟11。
步驟18、從測(cè)度序列A中搜索出其中的測(cè)度最大值，其對(duì)應(yīng)的位置點(diǎn)

即為塊同步的位置。
設(shè)接收信號(hào)r(n)＝α(n)x(n-ε)ej(2πnΔfT+θ)+w(n)，其中α(n)為信道幅度，ε為延時(shí)，Δf為載波頻偏，T為碼元持續(xù)時(shí)間，θ為相位偏差，w(n)為高斯白噪聲。在慢衰弱信道中，假設(shè)在N個(gè)碼元長(zhǎng)度內(nèi)，α(n)可以近似為常數(shù)α，不考慮延時(shí)的影響，r*(n)r(n+m)＝α2x*(n)x(n+m)ej2πmΔfT+w′(n)，則有β＝ej2πmΔfT，|βa|b＝1，a，b為自然數(shù)，設(shè)R為長(zhǎng)度m的序列，則: 因此采用本發(fā)明所述方法計(jì)算出的測(cè)度為: 其中，x代表RiHRj的值，在搜索過程中，當(dāng)位置d恰好為R1的起始點(diǎn)的時(shí)候，此時(shí)將得到最大值1，即為所求的位置點(diǎn)。
請(qǐng)參閱圖2A及圖2B，其中，圖2A為采用現(xiàn)有技術(shù)中的塊同步方法的測(cè)度觀測(cè)圖，圖2B為采用本發(fā)明所述塊同步方法的測(cè)度觀測(cè)圖。由圖2A及圖2B可見，本發(fā)明所述方法利用了平方的非線性特性，可以顯著拉大主瓣和旁瓣之間的差距，更有利于在搜索過程中找到測(cè)度的最大值。
請(qǐng)參閱圖3A及圖3B，其中，圖3A為在非恒包絡(luò)調(diào)制信號(hào)下采用現(xiàn)有技術(shù)中的塊同步方法后兩幀數(shù)據(jù)之間的測(cè)度觀測(cè)圖，圖3B為在非恒包絡(luò)調(diào)制信號(hào)下采用本發(fā)明所述的塊同步方法后兩幀數(shù)據(jù)之間的測(cè)度觀測(cè)圖，由圖3A及圖3B可見，在非恒包絡(luò)調(diào)制信號(hào)下采用現(xiàn)有技術(shù)中的塊同步方法后，在一幀的數(shù)據(jù)中測(cè)度出現(xiàn)非常多個(gè)峰值，嚴(yán)重影響了算法性能；而本發(fā)明所述方法利用歸一化式子的修改可以在非恒包絡(luò)調(diào)制下正常工作，在一幀的數(shù)據(jù)中測(cè)度只有一個(gè)峰值，就是在位置d恰好為R1的起始點(diǎn)的位置才出現(xiàn)。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)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(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種單載波頻域均衡系統(tǒng)中的塊同步方法，其特征在于，包括步驟
A、將滑動(dòng)窗的起始位置點(diǎn)d置0，將標(biāo)志位置0；
B、將d值加1，以d為滑動(dòng)窗的起始位置連續(xù)獲取4個(gè)窗長(zhǎng)為4N采樣點(diǎn)的采樣值Ri，Ri＝(r(d+4(i-1)N)，...，r(d+4iN-1))T，i＝1，2，3，4，r(t)為接收信號(hào)采樣值；
C、計(jì)算前導(dǎo)數(shù)據(jù)塊[+A，+A，-A，+A]對(duì)應(yīng)的測(cè)度值M(d)，其中，RiHRj為第i個(gè)序列的4N個(gè)采樣值的共軛與第j個(gè)序列對(duì)應(yīng)的采樣值的乘積的累加和，Rs為滑動(dòng)窗的平均能量值；
D、判斷M(d)是否大于等于預(yù)設(shè)的測(cè)度門限值，若是，則將本次計(jì)算出的M(d)值添加到測(cè)度序列中，將標(biāo)志位置1，返回步驟B；否則，執(zhí)行步驟E；
E、判斷當(dāng)前標(biāo)志位是否為1，若是，搜索測(cè)度序列中的測(cè)度最大值，其對(duì)應(yīng)的位置點(diǎn)
即為塊同步的位置，否則，返回步驟B。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述Rs的確定方式是將4個(gè)窗長(zhǎng)的所有采樣值進(jìn)行模平方運(yùn)算后，累加求和再除以4。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟D中，若M(d)小于預(yù)設(shè)的測(cè)度門限值，則將本次計(jì)算出的M(d)值剔除，執(zhí)行步驟E。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的測(cè)度門限值為0.7。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，組成前導(dǎo)數(shù)據(jù)塊[+A，+A，-A，+A]的訓(xùn)練序列A為20碼元長(zhǎng)度的Chu序列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單載波頻域均衡系統(tǒng)中的塊同步方法，包括步驟A.將滑動(dòng)窗的起始位置點(diǎn)d置0，將標(biāo)志位置0；B.將d值加1，以d為滑動(dòng)窗的起始位置連續(xù)獲取4個(gè)窗長(zhǎng)為4N采樣點(diǎn)的采樣值；C.計(jì)算前導(dǎo)數(shù)據(jù)塊[+A，+A，-A，+A]對(duì)應(yīng)的測(cè)度值M(d)；D.判定M(d)是否大于等于預(yù)設(shè)的測(cè)度門限值，若是，則將本次計(jì)算出的M(d)值添加到測(cè)度序列中，將標(biāo)志位置1，返回步驟B；否則，執(zhí)行步驟E；E.判斷當(dāng)前標(biāo)志位是否為1，若是，搜索測(cè)度序列中的測(cè)度最大值，其對(duì)應(yīng)的位置點(diǎn)d即為塊同步的位置，否則，返回步驟B。本發(fā)明通過非線性特性降低了測(cè)度算法的實(shí)現(xiàn)資源，同時(shí)拉大了旁瓣和主瓣之間的差距，更有利于在搜索過程中找到最大值。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101374137SQ20081022467
公開日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者吳南潤(rùn), 鄭波浪, 立 方 申請(qǐng)人:北京韋加航通科技有限責(zé)任公司