CN101944977A - 一种接收分集方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种接收分集方法及其系统，该方法通过将n个接收天线接收到的射频信号转换成n路基带信号；对各路基带信号进行定时和载波频偏估计，并对求得的估计值进行加权合并，得到各路基带信号的联合定时和载波频偏估计值；再通过对联合定时和载波频偏估计值与定时和载波频偏估计值进行加权平均，得到各路基带信号的平均定时和平均载波频偏估计值；用于矫正各路基带数据，并对该基带数据进行信道估计以及均衡，最后解映射、解交织、信道解码、解扰码，输出处理后的传送流。本发明的方法在一路或多路天线所接收的信号很差的情况下保证同步和信道估计质量，保证接收性能，且易实现。

Description

一种接收分集方法及其系统

技术领域

本发明涉及数字多媒体接收技术领域，具体涉及一种接收分级方法及其系统。

背景技术

在宽带无线传输中通常使用均衡技术来对抗数字多媒体信号在传输过程中经历的时变衰落以及多径干扰问题。当信道环境更恶劣时，为了对抗更大时变衰落和多径干扰，通常使用分集接收技术，这种技术是通过增加接收信号的多个副本，从这些副本中提取与发射信号相关有用的信息，从而最大程度的正确恢复发射信号。不同的副本所经过的信道特性都不一样，分集技术就是利用这一点来保证接收信号能在恶劣的环境下得到正常的解调。

由于接收采样时钟的频率和发射机采样时钟的频率不一致会引起定时频偏的问题，采样频率误差主要有两方面的影响。第一，它使得有用信号衰减，并引起时变的相位变化，同时采样时钟频率偏差必然造成帧定时误差的线性增长，恶化帧同步问题，接收机必须对其进行跟踪。第二，采样时钟误差引起载波间干扰(ICI)。因为采样频率的误差意味着DFT(Discrete Fourier Transform，离散傅里叶变换)间隔时间的误差，因此破坏了OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用)系统各子载波之间的正交性。

在OFDM系统中对载波频偏的敏感程度要比单载波通信系统大，其主要来源于高频头(TUNER)所使用的时钟源。载波频偏对系统性能的影响与采样频率偏移类似，主要分为两种。一是使得有用信号幅度衰减、相位旋转，二是产生了严重的ICI。

定时频偏和载波频偏的估计对接收机的性能至关重要，而接收分集系统一般都是用在信道环境非常恶劣的情况下，现有的定时频偏和载波频偏估计的算法在这种情况下得不到很好的估计，从而影响接收机的性能。在极端的情况下，如果有一路或多路天线处在失同步状态，接收机便无法正常工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种在一路或多路天线所接收的信号很差的情况下，保证同步和信道估计质量，保证接收性能，且易实现的接收分集方法及其系统，以克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种接收分集方法，该方法包括步骤：

S1.将n个接收天线接收到的射频信号转换成n路基带信号；

S2.对所述各路基带信号进行定时频偏和载波频偏估计，得到各路基带信号的定时频偏估计值t_i和载波频偏估计值f_i；

S3.根据各路信道的质量指示，对所述t_i和f_i进行加权合并，得到各路基带信号的联合定时频偏估计值t和联合载波频偏估计值f，并通过对所述t和f与所述t_i和f_i进行加权平均，得到各路基带信号的平均定时频偏估计值T_i和平均载波频偏估计值F_i；

S4.根据所述T_i和F_i对各路基带信号进行定时频偏和载波频偏矫正，得到矫正后的各路基带数据；

S5.计算所述矫正后的各路基带数据的信道估计信息，并对所述各路基带数据进行均衡；

S6.根据所述信道估计信息对各路基带数据进行分集合并；

S7.对所述分集合并后的基带数据进行解映射、解交织、信道解码、解扰码，输出处理后的传送流。

其中，所述步骤S1进一步包括：

S11.对所述接收到的射频信号转换成中频信号；

S12.对所述中频信号进行模/数转换；

S13.将所述模/数转换后的信号转换成基带信号。

其中，所述n个接收天线在对接收到的信号进行中频转换时使用相同的本振信号；所述n个接收天线在对接收到的信号进行模/数转换时使用相同的采样时钟。

其中，所述步骤S3进一步包括：

S31.求解各路信道的质量指示；

S32.根据所述信道的质量指示，对所述t_i和f_i进行加权合并，得到各路基带的联合定时频偏估计值t和联合载波频偏估计值f；

S33.对所述t和f与t_i和f_i根据其各自的权重进行加权平均，得到各路基带信号的平均定时频偏估计值T_i和平均载波频偏估计值F_i。

本发明还提供了一种接收分集系统，该系统包括：接收天线单元，用于将接收到的射频信号转换成n路基带信号；同步单元，输入端与所述接收天线单元的输出端相连，用于对所述各路基带信号进行定时频偏估计和载波频偏估计，得到所述各路基带信号的定时频偏估计值t_i和载波频偏估计值f_i，以及对所述各路基带信号进行定时频偏和载波频偏矫正，得到矫正的各路基带数据；联合同步单元，输入端与所述同步单元的输出端相连，用于根据所述各路信道的质量指示，对所述t_i和f_i进行加权合并，得到各路基带信号的联合定时频偏估计值t和联合载波频偏估计值f，并通过对所述t和f与所述t_i和f_i进行加权平均，得到所述各路基带信号的平均定时频偏估计值T_i和平均载波频偏估计值F_i；信道估计单元，输入、输出端均与所述同步单元的输出端相连，用于计算所述矫正后的各路基带数据的信道估计信息，并对所述各路基带数据进行均衡；合并单元，输入端与所述信道估计单元的输出端相连，用于根据所述信道估计信息对所述各路基带数据进行分集合并；解映射与解码单元，输入端与所述合并单元相连，用于对所述均衡后的基带数据进行解映射、解交织、信道解码、解扰码，输出处理后的传送流。

其中，接收天线单元进一步包括：下变频子单元，用于将接收到的射频信号转换成中频信号；模/数转换子单元，用于所述中频信号进行模/数转换；基带信号转换子单元，用于将所述模/数转换后的信号转换成基带信号。

其中，所述下变频子单元在对接收到的射频信号进行中频转换时使用相同的本振信号；所述模/数转换子单元在对接收到的信号进行模/数转换时使用相同的采样时钟。

其中，所述同步单元进一步包括：定时频偏估计子单元，对所述各路基带信号进行定时频偏估计，得到所述各路基带信号的定时频偏估计值t_i；载波频偏估计子单元，对所述各路基带信号进行载波频偏估计，得到所述各路基带信号的载波频偏估计值f_i。

其中，所述联合同步单元进一步包括：信道质量指示计算子单元，求解各路信道的质量指示；联合定时频偏估计子单元，根据所述信道的质量指示，对所述t_i进行加权合并，得到各路基带的联合定时频偏估计值t；联合载波频偏估计子单元，根据所述信道的质量指示，对所述f_i进行加权合并，得到各路基带的联合载波频偏估计值f；平均定时频偏估计子单元，对所述t与所述t_i根据其各自的权重进行加权平均，得到各路基带信号的平均定时频偏估计值T_i；平均载波频偏估计子单元，对所述f与所述f_i根据其各自的权重进行加权平均，得到各路基带信号的平均载波频偏估计值F_i。

本发明的接收分集方法及其系统适用于单载波和多载波系统，单频网和多频网，固定接收和移动接收，也适用于现有的所有接收分集系统中，在接收分集系统中的一路或多路天线所接收到的信号很差的情况下，依然能够得到相对正确的定时和载波频偏估计值，从而保证接收机正常工作。

附图说明

图1为依照本发明实施方式的接收分集方法的流程图；

图2为步骤S3的具体流程图；

图3为依照本发明实施方式的接收分集系统的组成框图；

图4为64QAM调制在理想信道下的星座点；

图5为64QAM调制在低信噪比下的星座点；

图6、图7为同步单元与联合同步单元的连接框图。

具体实施方式

对本发明提出的接收分集方法及其系统，结合附图和实施例详细说明如下。

本实施例的接收分集方法及其系统应用于由于信道很差会严重影响接收质量、常用的接收分集方法及系统不适用的情况下的数字多媒体信号的接收。

如图1所示，本实施例的接收分集方法包括步骤：

S1.将n个接收天线1-1至1-n接收到的射频信号转换成n路基带信号；

S2.对各路基带信号进行定时频偏和载波频偏估计，可以使用任何估计方式，得到各路基带信号的定时频偏估计值t₁到t_n和载波频偏的估计值f₁到f_n；

S3.根据各路信道的质量指示，对t_i和f_i进行加权合并，得到各路基带信号的联合定时频偏估计值t和联合载波频偏估计值f，将求得的t和f与t_i和f_i根据预设的权重进行加权平均，得到各路基带信号的平均定时频偏估计值T_i和平均载波频偏估计值F_i；

S4.根据得到的T_i和F_i对各路基带信号进行定时频偏和载波频偏矫正，得到矫正后的各路基带数据；

S5.计算矫正后的各路基带数据的信道估计信息，可以使用任何的信道估计方式，包括时域和频域，数据辅助和盲估计，并对各路基带数据进行均衡；

S6.利用得到的信道估计信息对各路基带数据进行分集合并，合并的方式可以使用包括最大比合并、等增益合并、最优合并等各种合并方法；

S7.对分集合并后的基带数据进行解映射、解交织、信道解码、解扰码，输出上述处理后的传送流(TS)。

其中，步骤S1进一步包括步骤：

S11.对接收到的射频信号转换成中频信号，n个接收天线在对接收到的信号进行下变频时使用相同的本振时钟

S12.对中频信号进行模/数转换，n个接收天线在对接收到的信号进行模/数转换时使用相同的采样信号；

S13.将模/数转换后的信号转换成基带信号。

步骤S3进一步包括：

S31.求解各路信道的质量指示；

S32.根据信道的质量指示，对t_i和f_i进行加权合并，得到各路基带的联合定时频偏估计值t和联合载波频偏估计值f；

S33.对t和f与所述t_i和f_i根据其各自的权重进行加权平均，得到各路基带信号的平均定时频偏估计值T_i和平均载波频偏估计值F_i。

其中，步骤S31中，可通过上一帧均衡后数据解调出的星座图的星座点的发散程度，得到各路信道的质量指示，求解公式为：

$W_i={\∂}_i\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{d}_i$

N为一帧数据的长度，与估计方式有关，d_i为均衡后的数据解调出的星座图的星座点与理想星座点的距离，第一帧数据的计算时W_i＝1/N，即使用相同的权重，此后，使用上述公式进行加权。

如图3所示，本实施例的接收分集系统包括：

n个接收天线单元1-1至1-n，将接收到的射频信号转换成n路基带信号；n个同步单元2-1至2-n，输入端与接收天线单元的输出端相连，用于对各路基带信号进行定时频偏和载波频偏估计，得到各路基带信号的定时频偏估计值t_i和载波频偏的估计值f_i(i为接收天线单元的编号)，以及根据联合同步估计单元对的输出结果对各路基带信号进行定时频偏和载波频偏矫正，得到矫正后的各路基带数据，当发送模式为多载波时还需要进行快速傅里叶变换(FFT)运算；1个联合同步单元3，输入端与同步单元的输出端相连，用于根据各路基带信号的质量指标，对t_i和f_i进行加权合并，得到各路基带的联合定时频偏估计值t和联合载波频偏估计值f，并对t和f与t_i和f_i进行加权平均，得到各路基带信号的平均定时频偏估计值T_i和平均载波频偏估计值F_i；n个信道估计单元4-1至4-n，输入、输出端均与同步单元的输出端相连，用于计算矫正后的各路基带数据的信道估计信息，并对数据进行均衡，均衡后数据的星座点的发散程度即为各信道的质量指示；1个合并单元5，输入端与信道估计单元的输出端相连，用于根据信道估计信息对所述各路基带数据进行分集合并；1个解映射与解码单元6，输入端与合并单元相连，用于对分集合并后的基带数据进行解映射、解交织、信道解码、解扰码，输出上述处理后的TS。

其中，n个接收天线单元彼此间相互独立，即n个接收天线单元中任一两个天线之间的距离均应大于对应载波波长的一半，其个数至少为两个，n为大于1的自然数；接收天线单元1-1至2-n的输出分别连接到同步单元2-1至2-n，同步单元对各路基带信号进行定时频偏估计和载波频偏估计，得到各路基带信号的定时频偏估计值t₁-t_n和载波频偏的估计值f₁-f_n，同步单元2-1至2-n输出的估计值输入到联合同步估计单元3进行联合同步；同步单元2-1至2-n的输出数据D₁-D_n连接到信道估计单元4-1至4-n，联合同步估计单元3的输出反馈到同步单元2-1至2-n用于定时频偏和载波频偏的矫正；信道估计单元的个数与同步单元的个数保持一致，信道估计单元4-1至4-n的输出是合并单元5的输入；合并单元5的输出连接到解映射与解码单元6进行解映射、解交织、解码和解扰后输出数据流。

各路信道的质量指示可通过上一帧均衡后数据解调出的星座图的星座点的发散程度得到，求解公式求如下：

$W_i={\∂}_i\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{d}_i$

其中，N为一帧的长度，

根据估计的方法与系统不同有所调整，d_i为均衡后的数据解调出的星座图的星座点与理想星座点的距离，第一帧数据的计算时W_i＝1/N，即使用相同的权重，此后，使用上述公式进行加权。如图4和图5所示，分别是信道理想和信道较差时候的64QAM调制的星座图，当信道环境比较好的情况下均衡后的星座图的星座点都比较集中，而当信道环境比较差的情况下均衡后的星座图的星座点比较分散。

n个接收天线单元进一步包括：n个下变频子单元，用于使用相同的本振时钟对接收到的射频信号进行下变频；n个模/数转换子单元，用于使用相同的采样信号将中频信号转换成转换成数字信号；n个基带信号转换子单元，用于将n个模/数转换后的信号转换成n个基带信号。

联合同步单元3进一步包括：信道质量指示计算子单元，求解各路信道的质量指示；联合定时频偏估计子单元，根据信道的质量指示，对t_i进行加权合并，得到各路基带的联合定时频偏估计值t；联合载波频偏估计子单元，根据信道的质量指示，对所述f_i进行加权合并，得到各路基带的联合载波频偏估计值f；平均定时频偏估计子单元，对t与t_i根据其各自的权重进行加权平均，得到各路基带信号的平均定时频偏估计值T_i；平均载波频偏估计子单元，对f与f_i根据其各自的权重进行加权平均，得到各路基带信号的平均载波频偏估计值F_i。

同步单元进一步包括：定时校正子单元，数控振荡器，定时频偏估计子单元，载波频偏估计子单元。

其中，数控振荡器利用载波频偏估计子单元得到的估计值产生相位偏移量，矫正载波频率偏差；定时矫正子单元包括一个插值滤波器和一个数控振荡器，插值滤波器通过定时频偏估计模块得到的估计值，计算出最佳采样点处的值，数控振荡器计算出整数采样点和小数间隔，这两个模块共同矫正信号的定时频率偏差。

如图6所示，为同步单元2-1至2-n与联合同步单元3的连接框图，各路天线接收到的基带数据d₁到d_n，通过同步单元的数控振荡器矫正后的基带数据D₁到D_n再通过各自的独立载波频偏估计子单元求得载波频偏估计值f₁到f_n；根据联合同步单元3的信道质量指示计算子单元求得的信道质量指示W₁到W_n，在联合载波频偏估计子单元中加权合并得到联合载波频偏估计值f；f经过联合同步单元3的平均载波频偏估计子单元经加权平均后得到平均载波频偏估计值F_i；将F_i反馈输入到各路的数控振荡器矫正各路的载波频偏，其中，F_i＝α_if+(1-α_i)f_i，α_i为第i路的权重系数。

如图7所示，为同步单元2-1至2-n与联合同步单元3的连接框图，各路天线接收到的基带数据d₁到d_n，通过同步单元的定时校正子单元校正后的基带数据D₁到D_n再通过各自的独立定时频偏估计子单元求得载波频偏估计值t₁到t_n；根据联合同步单元3的信道质量指标计算子单元求的的信道质量指标W₁到W_n，在联合定时频偏估计子单元中加权合并得到联合载波频偏估计值t；t经过联合同步单元3的平均定时频偏估计子单元经加权平均后得到平均定时频偏估计值T_i；将T_i反馈输入到各路的定时校正子单元完成定时频偏矫正。其中，T_i＝α_it+(1-α_i)t_i，α_i为第i路的权重系数。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种接收分集方法，其特征在于，该方法包括步骤：

S1.将n个接收天线接收到的射频信号转换成n路基带信号；

S2.对所述各路基带信号进行定时频偏和载波频偏估计，得到各路基带信号的定时频偏估计值t_i和载波频偏估计值f_i；

S3.根据各路信道的质量指示，对所述t_i和f_i进行加权合并，得到各路基带信号的联合定时频偏估计值t和联合载波频偏估计值f，并通过对所述t和f与所述t_i和f_i进行加权平均，得到各路基带信号的平均定时频偏估计值T_i和平均载波频偏估计值F_i；

S4.根据所述T_i和F_i对各路基带信号进行定时频偏和载波频偏矫正，得到矫正后的各路基带数据；

S5.计算所述矫正后的各路基带数据的信道估计信息，并对所述各路基带数据进行均衡；

S6.根据所述信道估计信息对各路基带数据进行分集合并；

S7.对所述分集合并后的基带数据进行解映射、解交织、信道解码、解扰码，输出处理后的传送流。

2.如权利要求1所述的接收分集方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：

S11.对所述接收到的射频信号转换成中频信号；

S12.对所述中频信号进行模/数转换；

S13.将所述模/数转换后的信号转换成基带信号。

3.如权利要求2所述的接收分集方法，其特征在于，所述n个接收天线在对接收到的信号进行中频转换时使用相同的本振信号；

所述n个接收天线在对接收到的信号进行模/数转换时使用相同的采样时钟。

4.如权利要求1所述的接收分集方法，其特征在于，所述步骤S3进一步包括：

S31.求解各路信道的质量指示；

S32.根据所述信道的质量指示，对所述t_i和f_i进行加权合并，得到各路基带的联合定时频偏估计值t和联合载波频偏估计值f；

S33.对所述t和f与t_i和f_i根据其各自的权重进行加权平均，得到各路基带信号的平均定时频偏估计值T_i和平均载波频偏估计值F_i。

5.一种接收分集系统，其特征在于，该系统包括：

接收天线单元，用于将接收到的射频信号转换成n路基带信号；

同步单元，输入端与所述接收天线单元的输出端相连，用于对所述各路基带信号进行定时频偏估计和载波频偏估计，得到所述各路基带信号的定时频偏估计值t_i和载波频偏估计值f_i，以及对所述各路基带信号进行定时频偏和载波频偏矫正，得到矫正的各路基带数据；

联合同步单元，输入端与所述同步单元的输出端相连，用于根据所述各路信道的质量指示，对所述t_i和f_i进行加权合并，得到各路基带信号的联合定时频偏估计值t和联合载波频偏估计值f，并通过对所述t和f与所述t_i和f_i进行加权平均，得到所述各路基带信号的平均定时频偏估计值T_i和平均载波频偏估计值F_i；

信道估计单元，输入、输出端均与所述同步单元的输出端相连，用于计算所述矫正后的各路基带数据的信道估计信息，并对所述各路基带数据进行均衡；

合并单元，输入端与所述信道估计单元的输出端相连，用于根据所述信道估计信息对所述各路基带数据进行分集合并；

解映射与解码单元，输入端与所述合并单元相连，用于对所述均衡后的基带数据进行解映射、解交织、信道解码、解扰码，输出处理后的传送流。

6.如权利要求1所述的接收分集系统，其特征在于，接收天线单元进一步包括：

下变频子单元，用于将接收到的射频信号转换成中频信号；

模/数转换子单元，用于所述中频信号进行模/数转换；

基带信号转换子单元，用于将所述模/数转换后的信号转换成基带信号。

7.如权利要求6所述的接收分集系统，其特征在于，所述下变频子单元在对接收到的射频信号进行中频转换时使用相同的本振信号；

所述模/数转换子单元在对接收到的信号进行模/数转换时使用相同的采样时钟。

8.如权利要求5所述的接收分集方法，其特征在于，所述同步单元进一步包括：

定时频偏估计子单元，对所述各路基带信号进行定时频偏估计，得到所述各路基带信号的定时频偏估计值t_i；

载波频偏估计子单元，对所述各路基带信号进行载波频偏估计，得到所述各路基带信号的载波频偏估计值f_i。

9.如权利要求5所述的接收分集方法，其特征在于，所述联合同步单元进一步包括：

信道质量指示计算子单元，求解各路信道的质量指示；

联合定时频偏估计子单元，根据所述信道的质量指示，对所述t_i进行加权合并，得到各路基带的联合定时频偏估计值t；

联合载波频偏估计子单元，根据所述信道的质量指示，对所述f_i进行加权合并，得到各路基带的联合载波频偏估计值f；

平均定时频偏估计子单元，对所述t与所述t_i根据其各自的权重进行加权平均，得到各路基带信号的平均定时频偏估计值T_i；

平均载波频偏估计子单元，对所述f与所述f_i根据其各自的权重进行加权平均，得到各路基带信号的平均载波频偏估计值F_i。

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