CN101924730A - 一种正交频分多路信号相位解调误差的校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种正交频分多路信号相位解调误差的校正方法，属于通信信号处理技术领域。该方法先提取帧同步或训练序列码元每个子载波的相位值，统计出相邻帧同步或训练序列码元的相位差值，进而计算出针对每个子载波的相位平均误差值，然后根据该相位平均误差值以及帧同步或训练序列码元在OFDM传输帧中的位置序号计算出相位偏差率，通过该相位偏差率计算出OFDM传输帧中每个符号的各子载波的相位误差补偿值。补偿相位误差时，将接收到的每个OFDM符号的瞬时相位解调值加上相位误差补偿值即得到补偿后的相位值。此方法的优点在于能够利用OFDM信号帧结构中的已知信息来估计相位偏差率，从而解决了大星座点数情况下OFDM信号相位解调误差问题。

Description

一种正交频分多路信号相位解调误差的校正方法

技术领域

本发明涉及一种正交频分多路信号相位解调误差的校正方法，属于通信信号处理技术领域。

背景技术

正交频分复用(OFDM)技术具有较高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力，适用于高速多媒体数据传输，已成功应用于数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)、无线局域网(WLAN)及非对称数字用户环路(ADSL)等系统中，在未来的移动通信领域也有很好的发展前景。在OFDM传输系统中，一个OFDM符号由多个子载波叠加构成，各个子载波之间利用正交来区分，收发双方采用IFFT/FFT数字处理技术实现多载波信号的调制与解调。由于收发双方的时钟不同源，导致接收端的采样时钟和实际信号要求的时钟存在偏差，且双方的时钟抖动毫无关联，故采样时钟偏差将导致信道间干扰(ICI)，进而影响接收端的信号同步。目前在OFDM系统接收端的处理中，往往假定采样时钟是理想的，或者假设定时的偏移量与最大时延扩展的长度之和小于循环前缀的长度，此时子载波之间的正交性仍然成立，解调误差只是相位的偏差，因此许多同步技术仅仅考虑频率偏移带来的ICI问题，并采用各种频偏估计、锁相环跟踪补偿等方法实现载波频率的同步，对于星座点数较少(如≤64)的情况，当定时的偏移量与最大时延扩展的长度之和小于循环前缀的长度的条件满足时，这种处理能够满足基本解调要求，但当星座点数很大时(如＞64)，由于相位噪声的存在，即使定时的偏移量与最大时延扩展的长度之和小于循环前缀的长度的条件满足，也仍无法实现正确解调。

发明内容

本发明的目的是为了有效解决采样频率偏差带来的相位误差问题，而提供一种正交频分多路信号相位解调误差的校正方法。

本发明的原理如下：

由于发送端和接收端的采样时钟存在偏差，所以每个接收信号样本都会一定程度地偏离它的正确采样时间，且该偏差随着样本数量的增加而线性增加并 导致OFDM信号子载波相位的旋转，相位旋转的角度与子载波的频率成正比，即：频率越高，旋转角度越大。同时，即使采样频率偏差得到了纠正，由于初始相位的偏差，也会带来解调相位的偏移。考虑到OFDM信号的帧结构中通常包含训练序列码元或帧同步码元(这里的码元是指OFDM信号的调制码元，包括一个OFDM符号及其循环前缀)，这类码元的数据信息是固定且已知的，基于此特点本发明提出利用已知信息估计相位偏差率，进而消除相位噪声的方法。该方法是基于OFDM信号的每个传输帧进行的，不失一般性，设OFDM信号的帧结构如图1所示，假设同步码元或训练序列码元在OFDM帧结构中处于第M个码元位置。

本发明所采用的技术方案如下：

一种正交频分多路信号相位解调误差的校正方法，处理流程如图2所示，包括以下步骤：

步骤一：统计相邻帧同步或训练序列码元的相位差值

在接收端接收到若干传输帧后，对每个子载波，解调每个传输帧的同步码元或训练序列码元并记录其相位值θ₁ ^M，θ₂ ^M，......，θ_N ^M，其中：θ的下标表示子载波的序号，上标表示码元在传输帧中所处的位置序号，N为子载波的个数，M是帧同步码元或训练序列码元在OFDM帧结构中所处的位置。

分别针对每一个子载波，统计出相邻帧同步或训练序列码元的相位差值Δθ₁ ^M，Δθ₂ ^M，......，Δθ_N ^M。

步骤二：计算帧同步或训练序列码元的相位平均误差值

将步骤一中得到的N个相邻帧同步或训练序列码元的相位差值代入公式(1)中，计算相邻帧同步或训练序列码元的相位平均误差值：

${\mathrm{\Δ\θ}}^M=\frac{\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_K^M}{k}}{N}---\left(1\right)$

步骤三：计算相位平均误差率

将公式(1)计算得到的相邻帧同步或训练序列码元的相位平均误差值代入公式(2)，计算相位偏差率λ：

$\mathrm{\λ}=\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}^M}{M}---\left(2\right)$

步骤四：计算各个子载波的相位平均误差值

将公式(2)得到的λ值，代入公式(3)中，并令K＝1，2......N得到各个子载 波的相位平均误差值：

Δθ_K＝λ×K            (3)

步骤五：计算相位误差补偿值

对于一个OFDM传输帧中的第j个符号的第K个子载波，将公式(3)得到的相位平均误差值代入公式(4)，计算相位误差补偿值：

${\mathrm{\Δ\θ}}_K^j={\mathrm{\Δ\θ}}_K\×j---\left(4\right)$

步骤六：进行相位误差补偿

在步骤五获得了相位误差补偿值的基础上，针对接收到的每个OFDM传输帧，解调得到第j个符号的第K个子载波的相位值θ，代入公式(5)，得到补偿后的相位值：

${\mathrm{\θ}}_K^j={\mathrm{\Δ\θ}}_K^j+\mathrm{\θ}---\left(5\right)$

至此，采样频率偏差带来的相位误差校正方法处理完毕，公式(5)得到的θ_K ^j即为经过了误差校正后的相位值。

有益效果

在该方法中，利用采样频率偏差对OFDM信号的不同时间和不同频率的数据的影响关系，通过从同步或训练序列等已知数据的相位中获得瞬时的相位误差，用于补偿其它数据的相位误差，从而实现对采样频率偏移导致的相位误差的校正效果，解决了大星座点数情况下OFDM信号无法正确解调的问题。本方法已经成功应用于ADSL信号的解调中，通过对实际信号测试的结果表明，该方法可以实现很好的相位补偿效果。图3是ADSL信号的解调中，未采用本发明方法时的信号星座图结果，图4是ADSL信号的解调中应用了本发明方法后的信号星座图结果。

附图说明

图1：一般的OFDM信号的传输帧结构示意图；

图2：本发明方法的处理流程图；

图3：未采用本发明方法的ADSL解调信号的星座图；

图4：采用了本发明方法的ADSL解调信号的星座图；

图5：示例本发明方法的ADSL信号的帧结构图；

图6：本发明方法的处理模块在接收系统中的位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实例对本发明做进一步详细说明。

以ADSL信号为例，图5是ADSL信号的帧结构图，其中第69个码元为帧同步码元，该码元各子载波的相位固定。ADSL信号的子载波数为256。

相位补偿部分在接收系统中的位置如图6所示，在接收端针对连续收到的若干帧的帧同步码元，记录每个帧同步码元的每个子载波的相位解调值，因为ADSL信号的数据业务只占用了6～255共250个子载波，则分别令K＝6，8，.....255，统计得出相邻帧同步码元各个子载波的相位平均偏移值Δθ₆ ⁶⁹，Δθ₇ ⁶⁹，......，Δθ₂₅₅ ⁶⁹，利用(1)式计算得到Δθ⁶⁹，再利用(2)式计算获得λ值，利用(3)式计算获得相应的Δθ_K值。

对于接收到的每个OFDM帧，针对各个码元的各个子载波进行解调得到其相位值θ，再利用(4)和(5)式计算得到误差补偿后的相位值θ_K ^j，最后通过极坐标到直角坐标的转换，输出该相位值对应的矢量(x，y)。

Claims (1)

1.一种正交频分多路信号相位解调误差的校正方法，其特征是包括以下步骤：

步骤一：统计相邻帧同步或训练序列码元的相位差值

在接收端接收到若干传输帧后，对每个子载波，解调每个传输帧的同步码元或训练序列码元并记录其相位值θ₁ ^M，θ₂ ^M，.....，θ_N ^M，其中：θ的下标表示子载波的序号，上标表示码元在传输帧中所处的位置序号，N为子载波的个数，M是帧同步码元或训练序列码元在OFDM帧结构中所处的位置。

分别针对每一个子载波，统计出相邻帧同步或训练序列码元的相位差值Δθ₁ ^M，Δθ₂ ^M，.....，Δθ_N ^M。

步骤二：计算帧同步或训练序列码元的相位平均误差值

将步骤一中得到的N个相邻帧同步或训练序列码元的相位差值代入公式(1)中，计算相邻帧同步或训练序列码元的相位平均误差值：

步骤三：计算相位平均误差率

将公式(1)计算得到的相邻帧同步或训练序列码元的相位平均误差值代入公式(2)，计算相位偏差率λ：

步骤四：计算各个子载波的相位平均误差值

将公式(2)得到的λ值，代入公式(3)中，并令K＝1，2.....N得到各个子载波的相位平均误差值：

Δθ_K＝λ×K                〔3〕

步骤五：计算相位误差补偿值

对于一个OFDM传输帧中的第j个符号的第K个子载波，将公式(3)得到的相位平均误差值代入公式(4)，计算相位误差补偿值：

步骤六：进行相位误差补偿

在步骤五获得了相位误差补偿值的基础上，针对接收到的每个OFDM传输帧，解调得到第j个符号的第K个子载波的相位值θ，代入公式(5)，得到补偿后的 相位值：

至此，采样频率偏差带来的相位误差校正方法处理完毕，公式(5)得到的θ_K ^j即为经过了误差校正后的相位值。 

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