專利名稱：正交頻分多路信號載波頻率偏差估計與糾正的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正交頻分多路信號，尤其涉及數(shù)字音頻廣播信號，特別是對于正交頻分多路信號載波頻率偏差的估計與糾正，屬于電子通訊技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
載波方式傳輸?shù)男盘栐趥鬏斶^程中，不可避免地會出現(xiàn)載波頻率偏移。載波頻率偏移對信號的正確接收有很大影響，特別是對正交頻分多路(OFDM)信號，這種影響尤為嚴重。由于數(shù)字音頻廣播(DAB)信號屬于OFDM信號，因此在處理接收到的DAB信號時，需要估算出載波頻率的偏差，并對信號的頻率進行校正，從而達到正確接受DAB信號的目的。
傳統(tǒng)的對OFDM信號的頻偏估算法，可以在時域或頻域中進行估計。這種算法是利用OFDM信號的構(gòu)造進行頻偏估計，即利用OFDM信號在時域或頻域前后兩段信號的相似性而估計載波頻率偏差(簡稱“頻偏”)。由于有些OFDM信號的符號延續(xù)很長時間，所以當頻偏相當大時，不能直接估計出角頻率大于2π的情況，這是因為三角函數(shù)的周期性造成的。此時，利用這種傳統(tǒng)方法將無法正確估計OFDM信號的頻偏，從而無法正常地進行信號接受。有些頻域的頻偏估計算法可以估計出一定范圍內(nèi)的2π整數(shù)倍的頻偏，但仍然無法對大頻偏的情況下的信號進行處理。這將大大降低對復雜信號的處理能力，從而降低相關(guān)產(chǎn)品在市場上的競爭能力。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提出一種針對正交頻分多路信號載波頻率偏差進行估計與糾正的方法，該方法支持對大頻偏OFDM信號的估計與糾正，具有準確性、易實現(xiàn)性。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)正交頻分多路信號載波頻率偏差估計與糾正的方法，其特征在于根據(jù)Δ＝(I+D)*2π，將全頻偏Δ分成2π的整數(shù)倍和不足2π的一倍兩個部分，其小數(shù)部分的參數(shù)D在時域估計，而整數(shù)部分的參數(shù)I在頻域估計，頻偏糾正在時域?qū)嵭小?br> 本發(fā)明的目的還可通過以下技術(shù)方案來進一步實現(xiàn)上述的正交頻分多路信號載波頻率偏差估計與糾正的方法，其中，時域估計采用寬帶低通濾波的方法進行，以便同時保證時域頻偏估計的參數(shù)跟蹤速度和穩(wěn)定性。
更進一步地，上述的正交頻分多路信號載波頻率偏差估計與糾正的方法，其中，頻域估計采用能量法和/或相關(guān)法進行；尤其是，當|I|≤64kHz時，采用相關(guān)法進行頻域估計，當|I|＞64kHz時，采用能量法進行頻域估計。
更進一步地，上述的正交頻分多路信號載波頻率偏差估計與糾正的方法，其中，頻域估計采用多個步驟進行，每個步驟獲得的參數(shù)I供時域進行頻偏糾正時使用，糾正后的信號經(jīng)過傅立葉變換之后再進行新的頻域估計以確定參數(shù)I新的值。起始階段可以設(shè)定參數(shù)I的值為0，以后步驟當中根據(jù)判斷接收到的頻譜信號的正確性，而對頻域估計的參數(shù)I的值進行固定。
再進一步地，上述的正交頻分多路信號載波頻率偏差估計與糾正的方法，其中，所述的正交頻分多路信號尤其是采用DAB、DVB-T或者DVB-H標準的信號。當所述的正交頻分多路信號是DAB信號時，時域估計對DAB信號幀的第1到76符號進行，頻域估計對于由PRS序列組成的參照符號進行，并且采用多個步驟進行不斷調(diào)整以保證估計的準確性，提高方法的適應性，實現(xiàn)對頻偏大于64KHz的DAB信號進行正確估計。
本發(fā)明提供了一種正交頻分多路信號載波頻率偏差估計與糾正的方法，其技術(shù)效果主要體現(xiàn)在以下幾方面(1)本發(fā)明技術(shù)方案通用性強，適用于DAB、DVB-T、DVB-H等多種OFDM信號，針對具體類型的信號，在做頻域頻偏估計時只需對算法稍加改動即可；(2)本發(fā)明提供的載波中心頻率偏差估計在頻域做頻偏估計時，由于采用了能量法和相關(guān)法相結(jié)合，克服了僅采用相關(guān)法時對頻偏估計的局限性。如對DAB信號用相關(guān)法做頻偏估計時，頻偏估計的范圍是64KHz，而采用能量法則可突破此限制；(3)本發(fā)明提供的載波中心頻率偏差估計在時域做頻偏估計時，每幀重新估計后采用一階寬帶低通濾波對D進行光滑處理，既能保證信號處理的平穩(wěn)性，又能快速跟蹤由于移動造成的頻偏；(4)本發(fā)明提供的載波中心頻率偏差估計在頻域做頻偏估計時，無論采用能量法還是相關(guān)法，都可避免乘法運算，因而能很方便地在集成電路設(shè)計中實現(xiàn)。


圖1DAB信號的OFDM符號圖；圖2OFDM信號頻譜圖，其中(a)無頻偏、(b)向左偏移中心頻率、(c)向右偏移中心頻率；圖3OFDM信號按中心頻率表示的頻譜圖，其中(a)無頻偏、(b)向左偏移中心頻率、(c)向右偏移中心頻率；圖4本發(fā)明對OFDM信號頻偏估計和糾正流程圖；圖5、圖6采用相關(guān)法對DAB的Mode I信號的頻偏估計圖；圖7、圖8采用相關(guān)法對DAB的Mode II信號的頻偏估計圖；
圖9、圖10采用相關(guān)法對DAB的Mode III信號的頻偏估計圖；圖11、圖12采用相關(guān)法對DAB的Mode IV信號的頻偏估計圖；圖13采用能量法對DAB的Mode I信號的大頻偏估計圖；圖14采用能量法對DAB的Mode II信號的大頻偏估計圖；圖15采用能量法對DAB的Mode III信號的大頻偏估計圖；圖16采用能量法對DAB的Mode IV信號的大頻偏估計圖。
具體實施例方式
下面以DAB信號為例，對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步詳細說明。
一、DAB信號的時域頻偏估計對于數(shù)字音頻廣播信號，接收端在經(jīng)過去載波和下變頻處理之后得到的信號是2.048MHz采樣率的OFDM信號，其OFDM符號如圖1所示每個OFDM符號A都包括兩部分，即保護間隔B和FFT長度C。保護間隔B均為FFT長度C后端部分序列的復制。
在OFDM符號A的前端保護間隔B當中取一段信號G=rkejαk,]]>在FFT長度C的后端與保護間隔B相同的部分另取一段信號G′=rk′ejβk,]]>作數(shù)量積G·G^′=Σrkr′kej(αk-βk),]]>其中 為G′的共軛。在理想無干擾情況下，G＝G′。根據(jù)共軛復數(shù)的性質(zhì)，G·G^′=|G|2,]]>但實際上由于各種干擾因素的存在，使得G≠G′。如果僅僅考慮載波頻率的偏差，則得到αk-βk＝δ為常數(shù)，即G·G^′=ejδΣrk2.]]>假設(shè)全頻偏Δ＝(I+D)*2π，I為整數(shù)，D為小數(shù)，根據(jù)三角函數(shù)的周期性知，δ＝D*2π便是相隔長度為FFT長度C的兩采樣點之間的頻率偏差的分數(shù)部分，因此“λ＝δ/FFT長度”即為相鄰的兩采樣點之間的頻率偏差的分數(shù)部分。這樣，通過時域頻偏估計獲得DAB信號頻偏的分數(shù)部分。
二、DAB信號的時域頻偏糾正按照上述方法對時域信號進行頻偏糾正，此時頻偏整數(shù)部分I為零，x^(n)=x(n)e-jnλ.]]>三、DAB信號的頻域頻偏估計信號經(jīng)過時域頻偏糾正之后，經(jīng)過傅立葉變換得到的頻譜如圖2所示，其中(a)為無頻偏時的頻譜、(b)為當中心頻率向左偏移時的頻譜、(c)為當中心頻率向右偏移時的頻譜。圖3是為OFDM信號按中心頻率表示的頻譜，其中(a)為無頻偏時的頻譜、(b)為當中心頻率向左偏移時的頻譜、(c)為當中心頻率向右偏移時的頻譜。
信號頻域的頻偏估計可以采用能量法或相關(guān)法，兩者可以有機結(jié)合起來使用，當|I|≤64kHz時，宜于采用相關(guān)法進行頻域估計；當|I|＞64kHz時，則可以采用能量法進行頻域估計。
采用能量法就是比較和計算特定位置子載頻的能量就能估計出信號的載波頻率偏移。根據(jù)OFDM信號的特性，當頻譜偏移一子載波單位時，角頻率將偏移2π的整數(shù)單位。對DAB而言載四種傳輸模式下(Mode I/II/III/IV)，相鄰子載波之間的間隔是不一樣的。由此可見，頻譜偏移的子載波個數(shù)n便等于的2π的整倍數(shù)I，于是問題便轉(zhuǎn)換成對頻譜偏移的子載波個數(shù)的估計。
相關(guān)法則是利用DAB信號的PRS符號的周期特性，使用標準頻域PRS信號段對接收到的PRS信號作相關(guān)計算，然后尋找相關(guān)計算絕對值的最大值的位置，從而確定信號的頻譜偏移。和能量法一樣，頻譜偏移的子載波個數(shù)便等于前面提到的2π的整倍數(shù)I。
四、DAB信號的時域頻偏糾正在進行了頻域頻偏估計后，用式Δ＝(I+D)*2π更新時域的頻偏糾正。此后將固定I值，僅在時域重新估計D時用一階寬帶低通濾波對D進行光滑處理。
上述過程可以用圖4來形象表示，即對時域基帶信號先進行時域頻偏估計，經(jīng)過光滑處理之后與頻域頻偏估計的結(jié)果疊加起來進行頻偏恢復，所得信號經(jīng)過傅立葉變換之后即可獲得比較準確的頻譜信號。其中頻域估計一般采用多個步驟進行，每個步驟獲得的參數(shù)I供時域進行頻偏糾正時使用，糾正后的信號再進行新的頻域估計以確定參數(shù)I新的值，如此不斷調(diào)整以保證估計的準確性，提高這種方法對于大頻偏信號的適應性。對于DAB信號而言，頻偏大于64KHz時也可以正確估計和糾正。
本發(fā)明的關(guān)鍵是對于大頻偏信號的正確估計與糾正，也就是對于參數(shù)I的正確獲得。圖5～圖16是針對數(shù)字音頻廣播信號的四種傳輸模式Mode I/II/III/IV，在信號采樣率2.048MHz、信號信噪比10dB、分數(shù)頻偏D為0.35*2π的條件下進行頻域估計的結(jié)果。其中——圖5、圖6為相關(guān)法對Mode I信號進行頻偏估計的示意圖，分別表示整數(shù)頻偏I為0、±1、±5、±10KHz時的相關(guān)計算結(jié)果。零整數(shù)頻偏的位置在64，最大估計范圍為±64KHz，計算得出每采樣頻偏為δ＝(I+D)*2π/2048；圖7、圖8為相關(guān)法對Mode II信號進行頻偏估計的示意圖，分別表示整數(shù)頻偏I為0、±4、±20、±40KHz時的相關(guān)計算結(jié)果。零整數(shù)頻偏的位置在16，最大估計范圍為±64KHz，計算得出每采樣頻偏為δ＝(I+D)*2π/512；圖9、圖10為相關(guān)法對Mode III信號進行頻偏估計的示意圖，分別表示整數(shù)頻偏I為0、±8、±24、±40KHz時的相關(guān)計算結(jié)果。零整數(shù)頻偏的位置在8，最大估計范圍為±64KHz，計算得出每采樣頻偏為δ＝(I+D)*2π/256；圖11、圖12為相關(guān)法對Mode IV信號進行頻偏估計的示意圖，分別表示整數(shù)頻偏I為0、±2、±10、±20KHz時的相關(guān)計算結(jié)果。零整數(shù)頻偏的位置在32，最大估計范圍為±64KHz，計算得出每采樣頻偏為δ＝(I+D)*2π/1024；圖13為利用能量法對Mode I信號進行大頻偏估計的示意圖，分別表示整數(shù)頻偏I為±80KHz時的計算結(jié)果，計算得出每采樣頻偏為δ＝(I+D)*2π/2048；圖14為利用能量法對Mode II信號進行大頻偏估計的示意圖，分別表示整數(shù)頻偏I為±80KHz時的計算結(jié)果，計算得出每采樣頻偏為δ＝(I+D)*2π/512；圖15為利用能量法對Mode III信號進行大頻偏估計的示意圖，分別表示整數(shù)頻偏I為±80KHz時的計算結(jié)果，計算得出每采樣頻偏為δ＝(I+D)*2π/256；圖16為利用能量法對Mode IV信號進行大頻偏估計的示意圖，分別表示整數(shù)頻偏I為±80KHz時的計算結(jié)果，計算得出每采樣頻偏為δ＝(I+D)*2π/1024。
總之，本發(fā)明通過時域與頻域相結(jié)合的辦法，對采用DAB、DVB-T、DVB-H等標準的OFDM信號的載波頻率偏差進行估計和糾正。該方法支持大頻偏OFDM信號的估計與糾正，其技術(shù)措施易于實現(xiàn)，技術(shù)效果比較準確，可以大大提高對復雜信號的處理能力。相比于傳統(tǒng)的OFDM頻偏估計方法，本發(fā)明具有實質(zhì)性技術(shù)特點和顯著的技術(shù)進步，其應用前景非常廣闊。
權(quán)利要求
1.正交頻分多路信號載波頻率偏差估計與糾正的方法，其特征在于根據(jù)Δ＝(I+D)*2π，將全頻偏Δ分成2π的整數(shù)倍和不足2π的一倍兩個部分，其小數(shù)部分的參數(shù)D在時域估計，而整數(shù)部分的參數(shù)I在頻域估計，頻偏糾正在時域?qū)嵭小?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交頻分多路信號載波頻率偏差估計與糾正的方法，其特征在于時域估計采用寬帶低通濾波的方法進行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交頻分多路信號載波頻率偏差估計與糾正的方法，其特征在于頻域估計采用能量法和/或相關(guān)法進行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的正交頻分多路信號載波頻率偏差估計與糾正的方法，其特征在于當|I|≤64kHz時，采用相關(guān)法進行頻域估計；當|I|＞64kHz時，采用能量法進行頻域估計。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的正交頻分多路信號載波頻率偏差估計與糾正的方法，其特征在于頻域估計采用多個步驟進行，每個步驟獲得的參數(shù)I供時域進行頻偏糾正時使用，糾正后的信號經(jīng)過傅立葉變換之后再進行新的頻域估計以確定參數(shù)I新的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的正交頻分多路信號載波頻率偏差估計與糾正的方法，其特征在于起始階段設(shè)定參數(shù)I的值為0，以后步驟當中根據(jù)判斷接收到的頻譜信號的正確性，而對頻域估計的參數(shù)I的值進行固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交頻分多路信號載波頻率偏差估計與糾正的方法，其特征在于所述的正交頻分多路信號是采用DAB、DVB-T或者DVB-H標準的信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的正交頻分多路信號載波頻率偏差估計與糾正的方法，其特征在于所述的正交頻分多路信號是DAB信號，時域估計對DAB信號幀的第1到76符號進行，頻域估計對于由PRS序列組成的參照符號進行。
全文摘要
本發(fā)明公開一種對采用DAB、DVB－T、DVB－H等標準的正交頻分多路(OFDM)信號的載波頻率偏差進行估計和糾正的方法。該方法將全頻偏Δ分成2π的整數(shù)倍和不足2π的一倍兩個部分，其小數(shù)部分的參數(shù)D在時域估計，而整數(shù)部分的參數(shù)I在頻域估計，頻偏糾正在時域?qū)嵭?。其中頻域估計采用能量法與相關(guān)法相結(jié)合的方法分成多個步驟進行，每個步驟獲得的參數(shù)I供時域進行頻偏糾正時使用，糾正后的信號經(jīng)過傅立葉變換之后再進行新的頻域估計。該方法支持大頻偏OFDM信號的估計與糾正，其技術(shù)措施易于實現(xiàn)，技術(shù)效果比較準確，可以大大提高對復雜信號的處理能力。
文檔編號H04J11/00GK101056291SQ200610039559
公開日2007年10月17日 申請日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者劉一京, 葛建明 申請人:威望科技(蘇州)有限公司