CN101677308A - 频率同步跟踪装置 - Google Patents

Abstract

一种频率同步跟踪装置，包括：连续导频提取器，把分布在不同子载波上的连续导频提取出来；连续导频固有相位自我消除器，消除连续导频的固有相位信息；最小二乘估计器，估计当前的载波和采样钟频率偏移值。本发明的频率同步跟踪装置，使用时只需要进行简单的参数配置，就可以达到同时支持多种手机电视标准的目的，以降低芯片融合时的设计复杂度和生产成本。

Description

频率同步跟踪装置

技术领域

本发明涉及移动通信，特别涉及载波和采样钟频率同步跟踪装置。

背景技术

手机电视业务简单地说就是利用手机终端观看视频节目的业务，是近年来全球关注的一个热点。基于传统的地面数字广播电视技术，全球已经涌现出多个手机电视标准，其中主流的标准包括欧洲的DVB-H、韩国的T-DMB、日本的ISDB-T、美国的MediaFLO、以及中国的STiMi等。目前为这些标准分别研发的集调谐器、解调器和解码器等于一身的单一手机电视芯片已经上市，单一芯片的使用将大大减少手机的功耗和体积。另外，由于多个手机电视标准的共同存在，将这些只支持单个标准的芯片进行再次融合，研发可以同时支持多个手机电视标准的单一芯片以极大提高产品竞争力已经成为一些主流ASIC厂商的下一个目标。

手机电视标准中大多采用了OFDM技术，原因是OFDM系统具有优越的抗时延扩展能力。但OFDM系统也具有一个被广泛关注的难点就是同步问题。同步性能的好坏直接影响到OFDM系统的性能。OFDM系统的同步通常包括符号定时同步，载波同步和采样钟同步，每种同步通常分为两个过程：同步捕获和同步跟踪，通常在时域(FFT之前)和频域(FFT之后)实现。为方便接收机端进行同步，发射信号中通常嵌入循环前缀，散射导频和连续导频等资源。这里连续导频将主要用于解决载波和采样钟的同步跟踪问题。但由于每种手机电视标准都具有不同的连续导频发射结构，这导致接收端需要针对不同手机电视标准采用不同的频率同步跟踪方法和装置，这无疑增加了多个单制式芯片融合时的复杂度和成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种载波和采样钟频率同步跟踪装置。

为实现上述目的，一种频率同步跟踪装置，包括：

连续导频提取器，把分布在不同子载波上的连续导频提取出来；

连续导频固有相位自我消除器，消除连续导频的固有相位信息；

最小二乘估计器，估计当前的载波和采样钟频率偏移值。

本发明的频率同步跟踪装置，使用时只需要进行简单的参数配置，就可以达到同时支持多种手机电视标准的目的，以降低芯片融合时的设计复杂度和生产成本。

附图说明

图1是通用频率同步跟踪装置示意图；

图2是连续导频固有相位自我消除器结构示意图；

图3是最小二乘估计器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图描述本发明。如图1所示，通用频率同步跟踪装置101的输入包括：已经删去保护间隔的OFDM时域基带信号；匹配当前发射信号模式的连续导频子载波序号；匹配当前发射信号模式的相位加权因子。通用频率同步跟踪装置101的输出即为载波频率偏移估计值和采样钟频率偏移估计值。通用频率同步跟踪装置101的功能：根据输入的参数值，计算得到载波和采样钟的频率偏移估计值。输入的参数值随手机电视标准的不同而不同。

下面描述通用频率同步跟踪装置101的具体构成。

通用频率同步跟踪装置101包括：FFT单元103，连续导频提取器105，连续导频固有相位信息自我消除器107，最小二乘估计器109，参数寄存器111，数据寄存器113。

FFT单元103，用于把OFDM信号从时域转换到频域，并根据发射信号模式的不同，做不同变换长度的FFT运算，例如DRM系统有1152点，1024点，704点和448点等四种FFT长度，DVB-H系统有2K，4K和8K等三种FFT长度。FFT单元103的输入为OFDM基带信号，输出为恢复的子载波调制信息。

连续导频提取器105，用于把分布在不同子载波上的连续导频提取出来。不同的发射信号模式，其连续导频的数量和子载波位置也不同。通常相应的标准规范中会明确规定连续导频的数量以及它们所占用的子载波序号。连续导频提取器105的输入包括FFT单元103的输出值以及参数寄存器111的值，输出为恢复的连续导频。

连续导频固有相位自我消除器107，顾名思义，其用于消除连续导频的固有相位信息，这样残余的相位值将只含有载波和采样钟频率偏移信息，为下一步两个频率偏移值的估计提供了可能性。连续导频固有相位自我消除器107的输入为连续导频提取器105的输出值，输出为残余相位信息。

最小二乘估计器109，即用于估计当前的载波和采样钟频率偏移值，进而反馈到前端的载波和采样钟同步单元进行误差修正。最小二乘估计器109的输入包括连续导频固有相位自我消除器107的输出值以及数据寄存器113值，输出即为载波和采样钟频率偏移估计值。

参数寄存器111，用于存贮与当前发射信号模式相匹配的连续导频子载波序号信息，通常这些子载波序号有外部的DSP控制器写入。DSP控制器事先存贮了大量不同发射信号模式所对应的子载波序号信息。

数据寄存器113，用于存贮与当前发射信号模式相匹配的相位加权因子信息，通常加权因子有外部的DSP控制器写入。DSP控制器根据当前的发射信号模式，通过实时计算得到相应的相位加权因子。

本发明的通用频率同步跟踪装置具有两个关键特点，一是使用了连续导频固有相位自我消除器107，二是使用了最小二乘估计器109。消除连续导频自身的相位信息是使用连续导频进行载波和采样钟频率偏移估计方法中的一个必不可少的步骤。一个通常的做法是把接收端恢复出来的导频与重建的本地导频作共轭相关。而根据系统的不同，本地导频可以事先制表并存贮起来，或者通过数据辅助的本地导频生成器实时重建。不同的系统不同的模式所对应的不同的本地导频获得方法增大了芯片融合时的复杂度和成本。

本发明则采用了一种不需要进行本地导频重建的自身固有相位消除方法。该方法原理如图2所示，这里，输入X_n，k表示第n个时域OFDM符号的第k个频域子载波的调制数据(这里专指连续导频)，方框203输出A_n，k表示其幅度信息，方框205输出θ_n，k表示其相位信息，并且θ_n，k∈{m·2π/M，m＝0，1，…，M-1}，M表示调制进制信息，如BPSK调制时M＝2，QPSK调制时M＝4。相位值乘以输入进制值M(部件207实现)可以使导频固有相位信息归零，从而可以达到自身相位消除的目的。复数合成器209输出W_n，k即为消除自身相位信息的连续导频，其原理可以描述为：W_n，k＝A_n，k·e^j2πMθn，k.

根据前面所述，连续导频固有相位自我消除器107的输出为只含有载波和采样钟频率偏移信息的相位值，连续导频的固有调制相位值在这里将被消除，所以称连续导频固有相位自我消除器107的输出为残余相位信息。需要指出的是，消除连续导频自身相位值从而得到残余相位值是基于连续导频的频率同步方法的必不可少的一个步骤，但如何得到残余相位信息的方法是多种的，本发明采用的方法具有高度的通用性和可扩展性。计算得到残余相位107并将其作为最小二乘估计器109的输入是通用频率同步跟踪装置101的一个关键步骤，本文只探讨了一种最易于ASIC实现的计算残余相位方法，但具体实现时，并不局限于本文讨论的方法。

最小二乘估计器用于频偏估计时，其输入元素为残余相位信息以及各个相位值的最小二乘加权因子，内部只需要在输出元素之间进行简单的乘法运算，因而具有结构简单通用，容易实现的优点。其实现结构如图3所示，图3中，部件303表示加法器，部件305表示乘法器。输入y(0)，…，y(L-1)表示一个OFDM符号内各个连续导频位置的残余相位值，L表示一个OFDM符号含有的连续导频数目，输入h_ε(0)，…，h_ε(L-1)表示相位的载波加权值，输出h_η(0)，…，h_η(L-1)表示相位的采样钟加权值。则输出载波频偏估计值可以表示为

$\widehat{\mathrm{\ϵ}}=\underset{k=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}y\left(k\right)h_{\mathrm{\ϵ}}\left(k\right)$

输出采样钟频偏估计值可以表示为

$\widehat{\mathrm{\η}}=\underset{k=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}y\left(k\right)h_{\mathrm{\η}}\left(k\right)$

相位加权因子的计算基于最小二乘原理，描述如下：首先构造一个L×2维矩阵

$X=\left[\begin{array}{c}1\\ p\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{cccc}1& 1& ...& 1\\ p\left(0\right)& p\left(1\right)& ...& p(L-1)\end{array}\right]$

式中，p(0)，…，p(L-1)表示连续导频的子载波序号，不同的系统不同的模式对应不同的p(0)，…，p(L-1)值。设H为矩阵X的Moore-Penrose伪逆，则H可以用下式计算得到

$H={\left(X^{T}X\right)}^{-1}{X}^T$

$=\left[\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{\ϵ}}\\ H_{\mathrm{\η}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{\mathrm{\ϵ}}\left(0\right)& h_{\mathrm{\ϵ}}\left(1\right)& ...& h_{\mathrm{\ϵ}}(L-1)\\ h_{\mathrm{\η}}\left(0\right)& h_{\mathrm{\η}}\left(1\right)& ...& h_{\mathrm{\η}}(L-1)\end{array}\right]$

通过构造矩阵X，然后对其求伪逆即可得到载波和采样钟的相位加权值h_ε(k)和h_η(k)。因为加权因子计算涉及多维的矩阵求伪逆运算，众所周知，这种多维伪逆运算因为复杂度高而不适合放在ASIC芯片中进行，并且一种矩阵运算单元只能适应一种系统的一种模式，多系统多模式情况下必需装备多个矩阵运算单元，这将大大增加芯片设计的复杂度和成本，所以，加权因子的计算不适合放在ASIC芯片中进行，可以由外部DSP器件进行计算并把结果输入到ASIC芯片中。

Claims (6)

1.一种频率同步跟踪装置，包括：

连续导频提取器，把分布在不同子载波上的连续导频提取出来；

连续导频固有相位自我消除器，消除连续导频的固有相位信息；

最小二乘估计器，估计当前的载波和采样钟频率偏移值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的连续导频固有相位自我消除器包括：

求相位值的装置，计算得出连续导频的相位信息；

乘法器，将求相位值得到的相位乘以调制方式的进制信息；

求绝对值的装置，计算连续导频的幅度信息；

复数合成器，将幅度信息与乘法器的输出合成为复数。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的最小二乘估计器包括：

载波频偏估计器，估计得到载波频偏值；

采样钟频偏估计器，估计得到采样钟频偏估计值。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于还包括：

参数寄存器，用于存储与当前发射信号模式相匹配的连续导频子载波序号信息。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于还包括：

数据寄存器，用于存储与当前发射信号模式相匹配的相位加权因子信息。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于在所述最小二乘估计器中计算加权因子或在外部器件计算加权因子。

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