專利名稱：基于塊傳輸?shù)膯屋d波系統(tǒng)的定時(shí)跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通訊技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于塊傳輸?shù)膯屋d波系統(tǒng)的定時(shí) ^艮蹤方法。
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 ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 正交步貞分復(fù)用) 一樣采取分塊傳輸，并且采用循環(huán)前綴Cyclic Prefix ( CP )方式，這樣就可以把 信號(hào)于信道脈沖響應(yīng)的線性巻積轉(zhuǎn)化為循環(huán)巻積，并且消除了多徑引起的數(shù)據(jù)
塊的干擾
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，定時(shí)偏差，這些偏差一般來源于發(fā)射機(jī)和接收機(jī) 之間晶振的不匹配和無線移動(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)
*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； *載波頻偏捕獲；載波頻率跟蹤；
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)；
采樣時(shí)鐘頻率的跟炎
SC-FDE系統(tǒng)的信號(hào)沿著時(shí)間軸順序到來的，分塊傳輸?shù)腟C-FDE信號(hào)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，首先SC-FDE系統(tǒng)通過定時(shí)估計(jì)校正了時(shí)延，確定了傅立葉變換
差(SFO)。采樣頻率偏差，變換到頻域上相當(dāng)于引入了載波間干擾，傅立葉反 變換回時(shí)域后的信號(hào)同樣存在定時(shí)誤差，這對(duì)于判決存在很大的干擾，而且采 樣頻率偏差造成的采樣時(shí)鐘相位偏移(時(shí)延)隨著時(shí)間的積累會(huì)造成信號(hào)的定 時(shí)漂移，導(dǎo)致無法正確解調(diào)出符號(hào)。舉例來說，對(duì)于50ppm (百萬分之五十) 的采樣頻率偏差，對(duì)于包含一萬個(gè)碼元的幀，就會(huì)有0.5個(gè)碼元間隔大小的定時(shí) 偏移，這是系統(tǒng)無法承受的，相比于OFDM系統(tǒng)，SC-FDE對(duì)定時(shí)偏移更加敏 感。因此為了維持同步性能，必須進(jìn)^f亍定時(shí)跟蹤。
一般的定時(shí)追蹤方法采用鎖相環(huán)路追蹤結(jié)構(gòu)，但是這種方法在無線移動(dòng)通 信信道下效果很差；在名稱為《一種單載波分塊傳輸系統(tǒng)中的定時(shí)跟蹤方法》 的發(fā)明專利中，采用重構(gòu)接收信號(hào)進(jìn)行定時(shí)估計(jì)以達(dá)到追蹤的目的。其技術(shù)方 案主要包括根據(jù)當(dāng)前幀信道估計(jì)和判決估計(jì)的結(jié)果，重構(gòu)與接收信號(hào)相對(duì)應(yīng) 的不含時(shí)偏的頻域形式信號(hào)；根據(jù)含有時(shí)偏的接收信號(hào)頻域形式的實(shí)際值和所 得到的重構(gòu)值計(jì)算新的剩余時(shí)偏估計(jì)偏差和時(shí)偏估計(jì)值；利用上述步驟求得的 時(shí)偏估計(jì)值糾正下一幀含有時(shí)偏的接收信號(hào)。上述利用均衡后的重構(gòu)接收信號(hào)進(jìn)行定時(shí)追蹤的算法，由于重構(gòu)算法利用 的時(shí)信道估計(jì)結(jié)構(gòu)和已經(jīng)經(jīng)過判決后碼元信息，不僅復(fù)雜度高，計(jì)算量很大， 而且實(shí)現(xiàn)起來有相當(dāng)大的困難；同時(shí)這種算法利用的是判決后的信息在頻域上 進(jìn)行定時(shí)校正，且是在頻域上進(jìn)行定時(shí)校正，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的定時(shí)追蹤效果和 頻域均衡模塊之間是相互影響的，因此系統(tǒng)延時(shí)大，穩(wěn)定性差，當(dāng)誤碼率稍高
的時(shí)候或是信道條件較差的時(shí)候精度相當(dāng)?shù)?，整個(gè)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行；另外這 個(gè)算法要求在定時(shí)追蹤之前有很高的定時(shí)估計(jì)精度，大約達(dá)到2%碼元的定時(shí)偏 差，當(dāng)起始位置偏差較大的時(shí)候，此算法的追蹤性能相當(dāng)差。

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)的定 時(shí)跟蹤方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的定時(shí)追蹤算法計(jì)算復(fù)雜且追蹤性能差的問 題。
本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)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)的定時(shí)跟蹤方法，所述方法包
括
步驟A:計(jì)算當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的定時(shí)估計(jì)結(jié)果；
步驟B:將該定時(shí)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行先驗(yàn)判決和累加平滑處理；
步驟C:利用插值算法將步驟B輸出的結(jié)果用于校正下一個(gè)數(shù)據(jù)塊，將校
正后的采樣數(shù)據(jù)分成兩路 一路進(jìn)行均衡處理；另一路重復(fù)執(zhí)行步驟A到步驟
C，直到當(dāng)前幀的所有數(shù)據(jù)塊傳輸結(jié)束。
進(jìn)一步地，所述步驟A中，采用0&M算法計(jì)算得到當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的定時(shí)估計(jì)
結(jié)果，即，<formula>formula see original document page 7</formula>，其中，S為當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的定時(shí)估計(jì)結(jié)果；r、)為
校正后的采樣數(shù)據(jù)，<formula>formula see original document page 7</formula>，其中乂"為接收端的采樣時(shí)鐘頻率，
人^為發(fā)射端的采樣始終頻率；T為碼元傳輸時(shí)間；F ()為非線性函數(shù)；D表 示接收端得到的信號(hào)流為D倍采樣，M為數(shù)據(jù)塊的碼元個(gè)數(shù)，e為初始定時(shí)估 計(jì)結(jié)果。
進(jìn)一步地，所述步驟B中，所述先驗(yàn)判決的步驟具體包括 對(duì)該定時(shí)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行判斷如果該定時(shí)估計(jì)結(jié)果大于預(yù)定門限，則將該 定時(shí)估計(jì)結(jié)果更改為上一幀的定時(shí)估計(jì)結(jié)果的平均值；如果該定時(shí)估計(jì)結(jié)果小
于該預(yù)定門限，則保持當(dāng)前估計(jì)值。
進(jìn)一步地，所述步驟B中，根據(jù)如下公式進(jìn)行平滑處理 ,* 、
，其中，S(l)=e, e為初始定時(shí)估計(jì)結(jié)果，i表示第i 塊數(shù)據(jù)塊，est(i)為第i塊的平滑器輸入，S(i+1)為第i塊凝:據(jù)塊的平滑輸出。
進(jìn)一步地，所述非線性函數(shù)F ()由原有O&M算法中的吖l"0l卜K"l調(diào)
整為F(H"IH幣)「+I半)1。
本發(fā)明有益效果如下
本發(fā)明避免了傳統(tǒng)算法中需要利用反饋判決數(shù)據(jù)引起的延時(shí)大，運(yùn)算量大， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，具有運(yùn)算簡(jiǎn)單、精度高的優(yōu)點(diǎn)，提高了追蹤性能。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)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(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)和獲得.


圖1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2為本發(fā)明實(shí)施例所述方法的流程示意圖。
具體實(shí)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(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請(qǐng)一 部分，并與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。
由于一個(gè)數(shù)據(jù)塊一般包含256個(gè)碼元或是512個(gè)碼元，當(dāng)使用較差的晶振 ——50ppm的偏差， 一個(gè)數(shù)據(jù)塊內(nèi)的累積時(shí)偏大約為0.025個(gè)碼元，因此可以將 采樣頻率偏差對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)的相位影響看成是對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)塊的相位影響。由于實(shí) 際中的全數(shù)字接收機(jī)利用的是插值算法來恢復(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)。利用這個(gè)特點(diǎn)，采用0&M算法 估計(jì)當(dāng)前塊的定時(shí)偏差，再將定時(shí)偏差通過一個(gè)先驗(yàn)判決器和累加平滑器，最 后利用插值算法將輸出的結(jié)果用于校正下一個(gè)數(shù)據(jù)塊，以此遞推，達(dá)到定時(shí)追 蹤的目的。
SC-FDE系統(tǒng)是按幀傳輸，每幀共n個(gè)數(shù)據(jù)塊，接收端分塊傳輸?shù)腟C-FDE信 號(hào)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(gè)碼元長(zhǎng)度)， 得到長(zhǎng)度為]VHL+N的向量5,如圖1所示。f通過信道傳輸之后，當(dāng)接收端為D 倍采樣時(shí)，其對(duì)應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)為F = [r(l)，…,。
接收端得到的信號(hào)流為D倍采樣，由于在進(jìn)行定時(shí)追蹤前先進(jìn)行了定時(shí)估 計(jì)，因此得到初始采樣時(shí)鐘相位偏差e,即初始定時(shí)估計(jì)結(jié)果。
本發(fā)明實(shí)施例具體可以包括如下步驟步驟200:利用之前得到的定時(shí)估計(jì)得到的初始采樣時(shí)鐘相位偏差e結(jié)合插 值算法校正當(dāng)前幀的第一個(gè)數(shù)據(jù)塊巧=, ，r(DM)]，得到校正后的采樣數(shù)據(jù) ^-,，…，M)]。
步驟201:獲取g-[戶(l)，…,CDM)]后，對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行0&M定時(shí)估計(jì)算法
，其中T為碼元傳輸時(shí)間，F(xiàn)()為非線性函數(shù)'幣)
<formula>formula see original document page 9</formula>
為校正后的采樣數(shù)據(jù)，A-DM(—^---^一)，其中,^為接收端的采樣時(shí)鐘頻率，
義，為發(fā)射端的采樣始終頻率。原有的0&M算法采用的是平方非線性，這里調(diào)
整為,(卜，)1) = 1半)|2+1""1，將定時(shí)估計(jì)結(jié)果即第一個(gè)數(shù)據(jù)塊產(chǎn)生的采樣時(shí)鐘相 位偏差標(biāo)記為^1)。
步驟202:將第一個(gè)數(shù)據(jù)塊的定時(shí)估計(jì)結(jié)果印)通過進(jìn)行先驗(yàn)判決，得到結(jié) 果W1)。所述先驗(yàn)判決就是對(duì)定時(shí)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行判斷若《大于一預(yù)定門限a，則 此時(shí)的定時(shí)估計(jì)結(jié)果將更改為上一幀的定時(shí)估計(jì)結(jié)果的平均值X;若^小于預(yù)定
<formula>formula see original document page 9</formula>
門限a，則仍保持當(dāng)前估計(jì)值「即，
<formula>formula see original document page 9</formula>
，其中a取為O,l,
步驟203 :將得到的p根據(jù)如下公式進(jìn)行累加平滑處理
<formula>formula see original document page 9</formula>
'U=， J，其中S(l)-e，即初始值為截獲階段的初始采樣時(shí)鐘
相位偏差，i表示第i塊數(shù)據(jù)塊，est(i)為第i塊數(shù)據(jù)塊的平滑輸入，即上一步求得的 結(jié)果〃('》；S(i+l)為第i塊的平滑輸出。由于此時(shí)處理的是第一塊數(shù)據(jù)，因此得 到S(2)。將累加平滑的輸出s(i+1)結(jié)合插值算法校正下 一 個(gè)接收數(shù)據(jù)塊 巧+1 -[Kl),.'.,KD似)]得到S+1 =[^(1),'"，,(/^0],即用第一塊數(shù)據(jù)的平滑輸出s(2) 補(bǔ)償?shù)诙€(gè)數(shù)據(jù)塊^得到 2 。將校正后的采樣數(shù)據(jù)G分為兩路， 一路進(jìn)行均纟軒處理， 一路重新進(jìn)行0&M 定時(shí)估計(jì)，再通過先驗(yàn)判決和累加平滑處理，最后得到的輸出將用于校正第三 塊數(shù)據(jù)，以此遞推直到當(dāng)前幀的所有數(shù)據(jù)塊傳輸結(jié)束。其中，所述均衡處理可 以采用現(xiàn)有技術(shù)中的方法即可，此處不再贅述。
綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了 一種基于塊傳輸?shù)膯屋d波系統(tǒng)的定時(shí)跟蹤
方法，由于算法利用的是無數(shù)據(jù)輔助的0&M算法進(jìn)行定時(shí)追蹤，0&M算法的基 本原理是匹配濾波輸出的信號(hào)經(jīng)過非線性處理后的信號(hào)如果具有周期平穩(wěn)特 性，那么在符號(hào)率位置就有語線產(chǎn)生。這就可以用Fourier級(jí)數(shù)展開計(jì)算譜線。 常用的非線性函^t為^f莫平方非線性。經(jīng)過調(diào)整后的非線性形式相比原有的非線 性形式不僅能保證非衰弱信道下的較小的抖動(dòng)方差，而且能夠降低在無線移動(dòng) 信道下的抖動(dòng)方差，提高估計(jì)精度，尤其在深度衰弱信道下性能更為明顯。0&M 算法是一種完全前向的算法，對(duì)載波頻偏不敏感，避免了傳統(tǒng)算法中需要利用 反饋判決數(shù)據(jù)引起的延時(shí)大，運(yùn)算量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。
利用當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的估計(jì)結(jié)果校正下一個(gè)數(shù)據(jù)塊的原理考慮到采樣頻偏對(duì) 一個(gè)數(shù)據(jù)塊中的每個(gè)采樣數(shù)據(jù)的時(shí)延影響近似看成是一個(gè)固定值，因此采樣頻 偏形成的采樣時(shí)鐘相位偏移可以看成是基于數(shù)據(jù)塊為變量的線性變化。理論上
"爆(~^---
第i塊的累積延時(shí)"'-"i+^一1)，其中 厶- 為斜率，表示一塊數(shù)
據(jù)理論上形成的累積延時(shí)。而0&M算法就是方便簡(jiǎn)單的估計(jì)出了每個(gè)數(shù)據(jù)塊的
累積延時(shí)，其定時(shí)估計(jì)值欲(0-鄰)對(duì)應(yīng)斜率k的一個(gè)觀測(cè)值，因此才能利用當(dāng)前
塊的估計(jì)結(jié)果校正下一個(gè)數(shù)據(jù)塊。這種方法避免了環(huán)路結(jié)構(gòu)，和實(shí)現(xiàn)上的延時(shí)，
提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是在無線移動(dòng)通信信道下，無數(shù)據(jù)輔助的0&M算法的精度較低，抖動(dòng)較
大，為了降低抖動(dòng)引入了下述方法
調(diào)整0&M算法的非線性形式，實(shí)踐證明經(jīng)過調(diào)整的非線性形式相比原有的 非線性形式不僅不會(huì)降低非衰弱信道下的抖動(dòng)方差，并且能降低無線移動(dòng)信道 下的抖動(dòng)方差，提高了估計(jì)精度。
由于無線移動(dòng)信道下的定時(shí)估計(jì)結(jié)果抖動(dòng)較大，可能會(huì)出現(xiàn)估計(jì)結(jié)果溢出， 利用先驗(yàn)判決器可以糾正這個(gè)問題。
同時(shí)對(duì)于在有效范圍內(nèi)的抖動(dòng)，通過平滑濾波器* = 1[^>^(/))對(duì)已有的觀
測(cè)值求平均來降低噪聲帶來的抖動(dòng)影響，得到k的更準(zhǔn)確的估計(jì)值、利用累加 平滑器^ + 0-外)+A:可以達(dá)到采樣頻偏追蹤的目的，這就是設(shè)計(jì)的累加平滑器
+ 》4)
的時(shí)域表達(dá)式為 z 、w J的原因。
累加平滑器可以有其他形式，只要具備累加功能和平滑功能就可以達(dá)到目
的，但是本發(fā)明設(shè)計(jì)的累加平滑器性能最好。
另外，本發(fā)明中的0&M時(shí)延估計(jì)算法也可以選擇其他的非數(shù)據(jù)輔助方法。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)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(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù) 范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種基于塊傳輸?shù)膯屋d波系統(tǒng)的定時(shí)跟蹤方法，其特征在于，所述方法包括步驟A計(jì)算當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的定時(shí)估計(jì)結(jié)果；步驟B將該定時(shí)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行先驗(yàn)判決和累加平滑處理；步驟C利用插值算法將步驟B輸出的結(jié)果用于校正下一個(gè)數(shù)據(jù)塊，將校正后的采樣數(shù)據(jù)分成兩路一路進(jìn)行均衡處理；另一路重復(fù)執(zhí)行步驟A到步驟C，直到當(dāng)前幀的所有數(shù)據(jù)塊傳輸結(jié)束。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟A中，采用0&M算 法計(jì)算得到當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的定時(shí)估計(jì)結(jié)果，即，<ZW , —占t、，其中，S為當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的定時(shí)估計(jì)結(jié)果；f("為<formula>formula see original document page 2</formula>校正后的采樣數(shù)據(jù)，A: = DM(^---i—)，其中,^為接收端的采樣時(shí)鐘頻率，人^為發(fā)射端的釆樣始終頻率；T為碼元傳輸時(shí)間；F ()為非線性函數(shù)，D表 示接收端得到的信號(hào)流為D倍釆樣，M為數(shù)據(jù)塊的碼元個(gè)數(shù)，e為初始定時(shí)估 計(jì)結(jié)果。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟B中，所述先驗(yàn)判 決的步驟具體包括對(duì)該定時(shí)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行判斷如果該定時(shí)估計(jì)結(jié)果大于預(yù)定門限，則將該 定時(shí)估計(jì)結(jié)果更改為上一幀的定時(shí)估計(jì)結(jié)果的平均值；如果該定時(shí)估計(jì)結(jié)果小于該預(yù)定門限，則保持當(dāng)前估計(jì)值。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟B中，根據(jù)如下公式進(jìn)行累加平滑處理<formula>formula see original document page 3</formula>,其中，S(l)=e， e為初始定時(shí)估計(jì)結(jié)果，i表示第i 塊數(shù)據(jù)塊，est(i)為第i塊的平滑器輸入，S(i + l)為第i塊數(shù)據(jù)塊的平滑輸出。
5、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述非線性函數(shù)F ()由原有0&M算法中的<formula>formula see original document page 3</formula>("I調(diào)整為<formula>formula see original document page 3</formula>
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)的定時(shí)跟蹤方法，所述方法包括步驟A估計(jì)當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的定時(shí)估計(jì)結(jié)果；步驟B將該定時(shí)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行先驗(yàn)判決和累加平滑處理；步驟C利用插值算法將步驟B輸出的結(jié)果用于校正下一個(gè)數(shù)據(jù)塊，將校正后的采樣數(shù)據(jù)分成兩路一路進(jìn)行均衡處理；另一路重復(fù)執(zhí)行步驟A到步驟C，直到當(dāng)前幀的所有數(shù)據(jù)塊傳輸結(jié)束；本發(fā)明避免了傳統(tǒng)算法中需要利用反饋判決數(shù)據(jù)引起的延時(shí)大，運(yùn)算量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，具有運(yùn)算簡(jiǎn)單、精度高的優(yōu)點(diǎn)，提高了追蹤性能。
文檔編號(hào)H04L27/00GK101414989SQ20081022787
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月2日
發(fā)明者吳南潤(rùn), 立 方, 鄭波浪 申請(qǐng)人:北京韋加航通科技有限責(zé)任公司