CN101557374B - Dtmb接收系统大频偏检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种DTMB接收系统大频偏检测方法，通过PN序列与接收的基带采样信号的分段相关找到帧头的位置，然后将本地PN序列接收到的和本地PN序列对应的数据符号样点进行点乘，得到点乘后的数据序列，对该数据序列进行快速傅里叶变换，对变换后的值寻找最大峰值，以此来估计几十甚至上几百千赫兹的大载波频偏。本发明的大频偏检测方法复杂度低，能可靠的估计出准确的载波频偏，与采用扫频的方法相比所需的时间短。本发明的方法适用于符合中国地面数字电视国家标准的数字电视接收芯片中，或者其他的使用时域伪随机序列的无线传输系统的接收芯片中。

Description

DTMB接收系统大频偏检测方法

技术领域

本发明涉及无线信号传输领域，特别是涉及一种在DTMB(数字地面多媒体广播digital terrestrial multimedia broadcasting)接收系统中对大频偏进行检测的方法。

背景技术

在通信系统中载波同步是接收机实现的基础。造成载波不同步的原因有：1、收发本振之间存在差异；2、移动台、基站、反射物之间的相对运动产生的多普勒(Doppler)效应会引起频率抖动。

这种发送端和接收端存在的载波频率偏移，称为载波频偏(以下简称频偏)。在接收机中通常使用晶振比较稳定的高频头(tuner)，这样可以降低接收机的复杂度，当然也增加了接收机的成本。基于低成本的考虑，有些高频头甚至会有几十甚至上百千赫兹的频偏；有时运营商也会提出接收端应该能纠多大频偏的指标要求，如香港明确要求能对付高达1/6MHz(即167KHz)的频偏，检测如此大的频偏是比较困难的。

有很多已知的载波频偏估计方法，包括基于数据辅助(DA)算法和非数据辅助(NDA)算法。数据辅助算法即利用已知的时域或频域数据来估计载波频偏。非数据辅助算法是利用信号本身的统计特性来估计频偏的盲估计算法。

例如在欧洲数字电视地面广播标准DVBT(Digital VideoBroadcasting-Terrestrial)系统中，可以利用接收信号的频域连续导频跟已知数据的差分滑动相关，差分的目的是去除信道影响，然后通过寻找相关峰值来估计大的载波频偏；由于频谱两边的虚拟零子载波的存在，亦可以通过频域数据的非相干累加来估计大的载波频偏。

中国地面数字电视国家标准(GB20600-2006，以下简称国标)是我国地面数字电视传输领域的首个国家标准。该标准规定了在UHF(特高频)和VHF(甚高频)频段中，每8MHz数字电视频带内，数字电视地面广播传输系统信号的帧结构、信道编码和调制技术要求。支持标准分辨率和高分辨率的数字电视信号的发送，支持固定接收和移动接收。

跟DVBT等其他系统不同，在DTMB系统中有用的8MHz数字电视频带内，两边没有像DVBT系统的虚拟载波，通过滚降因子为0.05的根升余弦滤波器进行成形处理来避免带外泄漏，因此很难利用通过滑动相关或非相干累加估计较大的频偏。DTMB系统中，对于带双导频的单载波系统，可以利用双导频的结构进行较大频偏估计，但是该方法有其局限性，主要体现在以下几个方面：在DTMB系统标准中，双导频为可选项；多载波情形下，没有双导频；双导频尽管较小，但是毕竟给系统接收引入了干扰。

鉴于此，双导频不具有普适性。在摈弃使用双导频的前提下，一般的检测方法是扫频，即在已知的频率范围内以一定的频率步长进行载波中心频点的尝试。扫频的缺点是速度慢，有可能需要很多次的尝试才能检测到正确的频点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种DTMB接收系统大频偏检测方法，能够快速准确的估计出超大频偏。

为解决上述技术问题，本发明的DTMB接收系统大频偏检测方法，包括如下步骤：

将本地PN序列分段后与接收机接收的基带采样信号进行相关，在相关结果中搜寻峰值从而找到帧头位置；

以帧头位置为基准，将本地PN序列与接收到的和本地PN序列对应的数据符号样点进行点乘，得到第一帧的点乘数据；

把后面多个帧中对应位置的数据序列与本地PN序列进行点乘，然后跟第一帧的点乘数据级联；

将级联后的数据序列先补零到所需要的长度，然后进行快速傅里叶变换，对变换后的数据取模值，从中找到最大值点的位置索引号，计算接收信号中的频偏，然后加以补偿。

本发明通过PN(伪随机)序列与接收基带采样信号的分段相关找到帧头的位置，然后将本地PN序列与接收到的和本地PN序列对应的数据符号样点进行点乘，得到点乘后的数据序列，对该数据序列进行快速傅里叶变换，对变换后的值寻找最大峰值，以此来估计几十甚至上几百千赫兹的超大载波频偏。这种大频偏检测方法复杂度低，能可靠的估计出准确的载波频偏，与采用扫频的方法相比所需的时间短。

本发明的方法适用于符合中国地面数字电视国家标准的数字电视接收芯片，或者其他的使用时域伪随机序列的无线传输系统的接收芯片。

附图说明

附图是本发明的控制流程图。

具体实施方式

参见附图所示，下面将结合附图对本发明作进一步详细的说明。

中国国标定义的地面广播传输系统信号的帧结构中，一个完整信号帧由帧头和帧体组成，帧头是由调制在时域上的确定的PN序列组成的。当在接收机接收的基带采样信号中找到帧头的位置后，可以利用本地序列与接收的基带采样信号中的帧头部分点乘后的序列通过快速傅里叶变换来估计频偏。帧头的位置可以通过将本地PN序列分段后与接收的基带采样信号进行相关，然后进行峰值判决获取。通常情况下，相关峰值会受到接收信号中频偏的影响，随着频偏的增大，相关峰值会逐渐减小。另外序列越长，相关峰值受到频偏影响的程度越大。

使用本地长度为N的固定PN序列与接收的基带采样信号进行互相关运算，如

$\mathrm{Correlation}\_N=|\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}r\left(n\right)\×\mathrm{conj}\left(\mathrm{PN}\left(n\right)\right)|$ (公式1)

当存在几十甚至上百千赫兹的频偏时，已经找不到相关峰值，而使用公式(2)给出的相关运算，仍旧可以获得相关峰值。

(公式2)

其中r为接收的基带采样信号，N为整个PN序列的长度，M为每个段的长度。例如，M可以取16，N可以取256。

根据相关峰值可以找到帧头位置，然后将本地PN序列与接收的基带采样信号中对应的数据序列进行点乘。点乘可以按如下公式进行。

DescrambleSig(0：N-1)＝r(iPos：iPos+N).*conj(PN(0：N-1)(公式3)

公式中iPos为帧头位置。

由于一帧的点乘后的数据长度不够，因此可以使用多帧的点乘数据级联，即把后面多个帧中对应位置的数据序列与本地PN序列进行点乘，然后跟第一帧的点乘数据级联起来。

将级联后的数据序列先补零到所需要的长度，再进行快速傅里叶变换(FFT)，对变换后的数据取模值，从中找到最大值点的位置索引号，利用公式(4)、(5)来估计频偏。

如果 $\mathrm{MaxIdx}\≤\frac{\mathrm{Nfft}}{2},$ 则 $\mathrm{FreqOffset}=\frac{(\mathrm{MaxIdx}-1)\×\mathrm{Fs}}{\mathrm{Nfft}}$ (公式4)

否则， $\mathrm{FreqOffset}=\frac{(\mathrm{MaxIdx}-1-\mathrm{Nfft})\×\mathrm{Fs}}{\mathrm{Nfft}}$ (公式5)

其中，Fs为基带符号率，Nfft为FFT的长度。

以4096点FFT为例，当最大值点的位置不大于2048时，则认为这时的频偏是正的；当最大值点的位置大于2048，则认为这时的频偏是负的。

DTMB系统中的基带符号率为7.56MHz，当使用4096点FFT时，这种频偏估计方法的估计精度为1.85kHz。当然FFT点数越大，估计精度越高。理论上这种方法可以估计出的载波偏差的范围很大，可以达到几百千赫兹量级。当把如此大的频偏补偿之后，只剩余相对较小的频偏(例如在4096点FFT下，只有小于1.85kHz的频偏)，这时可以用更精准的方法来进行频偏估计与跟踪。

应特别注意的是，文中涉及的所有常数，仅是为了方便实施例的描述，绝不用于限制本发明，任何非原则性的变通及修改都在本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种数字地面多媒体广播DTMB接收系统大频偏检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

将本地PN序列分段后与接收机接收的基带采样信号进行相关，在相关结果中搜寻峰值从而找到帧头位置；

以帧头位置为基准，将本地PN序列与接收到的和本地PN序列对应的数据符号样点进行点乘，得到第一帧的点乘数据；

把后面多个帧中对应位置的数据序列与本地PN序列进行点乘，然后跟第一帧的点乘数据级联；

将级联后的数据序列先补零到所需要的长度，然后进行快速傅里叶变换，对变换后的数据取模值，从中找到最大值点的位置索引号，计算接收信号中的频偏，然后加以补偿。

2.如权利要求1所述的DTMB接收系统大频偏检测方法，其特征在于：所述将本地PN序列分段后与接收的基带采样信号进行相关，按如下公式进行，

其中r为接收到的基带采样信号，N为整个PN序列的长度，M为每个段的长度。

3.如权利要求1所述的DTMB接收系统大频偏检测方法，其特征在于：根据找到的帧头位置将本地PN序列与接收信号中对应的数据序列进行点乘，可以用下面的公式进行，

DescrambleSig(0:N-1)＝r(iPos:iPos+N).*conj(PN(0:N-1))

其中iPos为帧头位置。

4.如权利要求1所述的DTMB接收系统大频偏检测方法，其特征在于：所述计算接收信号中的频偏按如下公式进行：

如果 $\mathrm{MaxIdx}\≤\frac{\mathrm{Nfft}}{2},$ 则 $\mathrm{FreqOffset}=\frac{(\mathrm{MaxIdx}-1)\×\mathrm{Fs}}{\mathrm{Nfft}}$

否则， $\mathrm{FreqOffset}=\frac{(\mathrm{MaxIdx}-1-\mathrm{Nfft})\×\mathrm{Fs}}{\mathrm{Nfft}}$

其中，Fs为基带符号率，Nfft为FFT的长度，MaxIdx为所述最大值点的位置索引号。

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