CN102014097B - 一种接收终端、以及快速频偏估计的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种接收终端、以及频偏估计的装置和方法,所述接收终端带有频偏估计装置,所述频偏估计装置,用于获取数字基带信号,并对其进行频偏估计,频偏估计时,对数字基带信号进行快速傅里叶变换FFT运算及解扰处理,对解扰后数据中提取离散导频子载波,进行前后间隔一个符号间的延迟共轭相关运算,对一个时隙内离散导频子载波的延迟共轭相关结果进行累加处理,根据所述累加结果进行当前频偏估计值的计算并输出频偏估计结果。本发明利用了离散导频子载波数量多的优点,通过提高单次估计性能,保证了接收机在高速移动环境下的性能。
Description
技术领域
本发明涉及正交频分复用通信技术领域,尤其涉及一种接收终端、以及快速频偏估计的装置和方法。
背景技术
正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex,OFDM)技术通过一组正交子载波并行传输数据,能够有效降低无线多径传播环境的影响,在无线宽带通信领域获得了越来越广泛的应用。
正交频分复用技术利用正交子载波传输的特点决定了其对频率同步误差较敏感;在移动通信系统中,通常终端接收机的本振时钟与发射塔的时钟之间会存在一定的偏差,该偏差会对接收信号引入一定的固定频率偏差;同时,由于接收终端的移动会对接收信号引入多普勒频偏,上述固定频率偏差和多普勒频偏的叠加将会导致所接收的基带信号存在一个随时间变化的频偏。该频偏不但会破坏子载波间的正交性,引入子载波间干扰(ICI,Inter-Carrier Interference),降低频域接收信号的质量,同时还会导致频率各符号和子载波间的相位旋转,破坏信号间的相干性,降低信道估计的质量。上述因素对基带接收性能的影响随着频偏的增大而愈发明显。
中国移动多媒体广播CMMB(China Mobile Multimedia Broadcasting)系统是基于OFDM通信技术的一套广播通信系统。目前,在CMMB系统中的常用的频偏估计方法,要么通过利用中国移动多媒体广播CMMB(ChinaMobile Multimedia Broadcasting)系统中的同步符号在时域进行延迟差分相关,要么利用连续导频在频域进行OFDM符号间的延迟相关来估计。但上述方法均存在一个不足之处,即单次估计的性能难以有效保证,往往需要结合对历史的估计信息进行滤波来保证当前的估计性能。但由于CMMB终端为了降低功耗通常需要进入节电模式,这就会导致前后两次频偏估计之间的时间间隔可能接近1秒,在接收机静止和低速移动下前后两次的频偏具有较强的相关性,可以通过与历史信息滤波结合来有效改进当前的估计性能;但在高速移动状态下,由于多普勒频移可能变化较快,前后两次的频偏可能相关性较小,此时则很难通过与历史信息滤波结合来改进当前的估计性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种接收终端、以及快速频偏估计的装置和方法,用以在OFDM系统中高速移动下能够快速准确的进行频偏估计。
为了解决上述问题,本发明提出了一种正交频分复用系统中的频偏估计方法,包括如下步骤:
S1、对每个时隙输入的53个正交频分复用OFDM符号数据进行快速傅里叶变换FFT运算及解扰处理,获取解扰后数据;
S2、从解扰后数据中提取离散导频子载波,进行前后间隔一个符号间的延迟共轭相关运算;
S3、对一个时隙内离散导频子载波的延迟共轭相关结果进行累加处理,获取累加结果;
S4、根据所述累加结果进行当前频偏估计值的计算并输出频偏估计结果。
该方法进一步还包括:
S5、对所述频偏估计结果进行滤波处理,输出滤波后的频偏估计值。
所述步骤S2中,从解扰后数据Sl,k中分别提取离散导频子载波,进行如下前后间隔一个符号间的延迟共轭相关运算:
其中,l是介于3和53之间的索引值;k的取值范围为-1538≤k≤1537;Ki为OFDM符号l所对应离散导频子载波索引,-193<i<193,i≠0。进一步地,所述l为介于3和53之间的所有索引值,即对介于3和53之间的所有51个索引值都进行共轭相关运算。
所述步骤S4中,根据累加结果进行当前频偏估计值的计算并输出频偏估计结果的具体方式为:
其中,Wp为累加结果,To为正交频分复用OFDM符号间的长度;arg(·)为求一个复数的相位角运算。
所述步骤S5中,对所述频偏估计结果进行滤波处理,输出滤波后的频偏估计值的具体方式为:
本发明还提供一种正交频分复用系统中的频偏估计装置,包括:
FFT/解扰模块,用于对每个时隙输入的53个正交频分复用OFDM符号数据进行快速傅里叶变换FFT运算和解扰处理,并将解扰后数据输出至离散导频处理模块;
离散导频处理模块,用于从解扰后数据中提取离散导频子载波和进行前后间隔一个OFDM符号间的延迟共轭相关运算,并将延迟共轭相关运算结果输出至累积求和模块;
累积求和模块,用于对一个时隙离散导频子载波的延迟共轭相关运算结果进行累加处理,将累加结果输出至频偏值计算模块;
频偏值计算模块,用于利用累积求和模块的累加结果完成当前频偏估计值的计算并输出频偏估计结果。
所述频偏值计算模块,进一步还用于对所述频偏估计结果进行滤波处理后,再输出滤波后的频偏估计值。
所述离散导频处理模块,从解扰后数据中提取离散导频子载波和进行前后间隔一个OFDM符号间的延迟共轭相关运算的具体方式为:
其中,Sl,k是解扰后数据,l是介于3和53之间的索引值;k的取值范围为-1538≤k≤1537;Ki为OFDM符号l所对应离散导频子载波索引,-193<i<193,i≠0。
所述频偏值计算模块,利用累积求和模块的累加结果完成当前频偏估计值的计算并输出频偏估计结果的具体方式为:
其中,Wp为累加结果,To为正交频分复用OFDM符号间的长度;arg(·)为求一个复数的相位角运算。
所述频偏值计算模块,进一步对所述频偏估计结果进行滤波处理后,再输出滤波后的频偏估计值的具体方式为:
本发明还提供一种具有频偏估计装置的接收终端,该接收终端包括:天线、模拟前端模块、频偏补偿模块、解调模块、频偏估计装置、解码模块,其中:
所述天线,用于对空中射频信号进行接收,将所接收信号发送给模拟前端模块;
所述模拟前端模块,用于将天线所接收信号转换为数字基带信号,将数字基带信号发送给频偏补偿模块;
所述频偏补偿模块,用于根据从频偏估计装置获得的当前频偏估计信息完成对数字基带信号的频偏补偿,并将补偿后的数字基带信号一方面发送给解调模块用于解调以及另一方面反馈至频偏估计装置;
所述解调模块,用于对数字基带信号进行解调,完成对数字基带信号的物理层接收,并将解调数据发送至解码模块;
所述解码模块,用于完成对解调之后的接收信息进行解复用、音视频解码处理,将解复用解码之后的音视频流发送至相应的显示播放模块进行播放;
所述频偏估计装置,用于获取数字基带信号,并对其进行频偏估计,频偏估计时,对数字基带信号进行快速傅里叶变换FFT运算及解扰处理,对解扰后数据中提取离散导频子载波,进行前后间隔一个符号间的延迟共轭相关运算,对一个时隙内离散导频子载波的延迟共轭相关结果进行累加处理,根据所述累加结果进行当前频偏估计值的计算并输出频偏估计结果,将频偏估计值发送至所述频偏补偿模块,由频偏补偿模块根据频偏估计值对所接收信号进行频偏补偿。
所述频偏估计装置包括:
FFT/解扰模块,用于对每个时隙输入的53个正交频分复用OFDM符号数据进行快速傅里叶变换FFT运算和解扰处理,并将解扰后数据输出至离散导频处理模块;
离散导频处理模块,用于从解扰后数据中提取离散导频子载波和进行前后间隔一个OFDM符号间的延迟共轭相关运算,并将延迟共轭相关运算结果输出至累积求和模块;
累积求和模块,用于对一个时隙离散导频子载波的延迟共轭相关运算结果进行累加处理,将累加结果输出至频偏值计算模块;
频偏值计算模块,用于利用累积求和模块的累加结果完成当前频偏估计值的计算并输出频偏估计结果。所述频偏值计算模块,进一步还用于对所述频偏估计结果进行滤波处理后,再输出滤波后的频偏估计值。
本发明的接收终端,以及快速频偏估计方法和装置,利用离散导频来进行频偏估计,充分利用了离散导频子载波数量多的优点,通过提高单次估计性能避免了与历史信息间的滤波的结合处理,保证了接收机在高速移动环境下的性能。
附图说明
图1是本发明所述CMMB OFDM符号子载波分配框图;
图2是本发明的快速频偏估计方法的流程图;
图3是本发明的快速频偏估计装置的结构框图;
图4是本发明的包含快速频偏估计模块的接收终端的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。
针对现有技术中依赖通过历史信息滤波进行频偏估计所存在的问题,本发明提供一种CMMB系统下,用于接收OFDM信号的接收终端,以及对OFDM信号进行快速频偏估计的装置和方法,在频偏估计时,利用每个OFDM符号的离散导频在频域来进行频偏的估计,能够实现不进行历史估计信息作滤波处理的情况下直接获取当前有效的频偏估计结果,可以达到简便、快速、精确实现频偏估计的有益效果。
如图1所示,显示了中国移动多媒体广播CMMB(China MobileMultimedia Broadcasting)系统中正交频分复用OFDM符号子载波分配示意图,包括连续导频、离散导频、数据三部分。图1所示为1538个正索引子载波部分,负索引子载波的分配与正索引部分相同,故在此未示出,但本领域技术人员可以知悉。
如图2所示,显示了本发明的一种实现快速频偏估计方法,用于在CMMB系统的接收终端进行频偏估计,包括如下步骤:
S1、对每个时隙输入的53个正交频分复用OFDM符号数据进行快速傅里叶变换FFT运算及解扰处理,获取解扰后数据;
S2、从解扰后数据中提取离散导频子载波,进行前后间隔一个符号间的延迟共轭相关运算;
S3、对一个时隙内离散导频子载波的延迟共轭相关运算结果进行累加处理,获取累加结果;
S4、根据所述累加结果进行当前频偏估计值的计算并输出频偏估计结果。
进一步地,所述快速频偏估计方法还可包括:
S5、对所述频偏估计结果进行滤波处理,输出滤波后的频偏估计值。
基于图2所示的快速频偏估计方法,结合图1所示的中国移动多媒体广播CMMB(China Mobile Multimedia Broadcasting)系统中正交频分复用OFDM符号子载波分配示意图,下面将详细说明如何实现频偏估计,包括以下步骤:
第一步:对一个时隙输入的53个正交频分复用OFDM符号数据分别进行4096点的快速傅里叶变换FFT运算,将FFT运算结果进行解扰后输出得到解扰后数据Sl,k,1≤l≤53,-1538≤k≤1537,其中,l为OFDM符号索引,k为子载波索引。
第二步:从解扰后数据Sl,k中分别提取离散导频子载波数据,进行如下前后间隔一个符号间的延迟共轭相关运算
其中,l的取值可选择为介于3和53之间的索引值,优选地,为了提高性能可充分利用3和53之间所有的索引值;Ki为OFDM符号l所对应离散导频子载波索引,其中,-193<i<193,i≠0。
此时,所有偶数OFDM符号所对应的子载波索引相同,奇数OFDM符号所对应的子载波索引相同,其中偶数和奇数OFDM间所对应的子载波索引之间间隔为4。
第三步:对进行了延迟共轭相关运算的51个OFDM符号的384个导频子载波进行累加运算得到累加结果Wp:
第四步:利用第三步所得到的上述累加结果Wp计算当前的频偏估计结果:
其中,To为OFDM符号间的长度,To等于463.2us;arg(·)为求一个复数的相位角运算;该第四步所得结果即为当前的频偏估计结果。
第五步:该步骤为可选的,在第四步得到频偏估计结果的基础上,可以对上述的当前频偏估计通过近一步的滤波处理来获得更优的估计结果γ′,
所述滤波处理,对本领域技术人员而言,可以采用现有技术中的多种滤波方式来完成,例如历史信息滤波处理。
通过上述的第一步至第四步,或者第一步至第五步的处理完成后,本次频偏估计处理完成,可以返回到第一步继续进行下一次的频偏估计处理过程。
基于上述的实现快速频偏估计的方法,如图3所示,显示了本发明的一种快速频偏估计装置的示意图。该快速频偏估计装置包括:
FFT/解扰模块301,用于完成每个时隙输入的53个正交频分复用OFDM符号数据的快速傅里叶变换FFT运算和解扰处理,并将解扰后数据输出至离散导频处理模块302;
离散导频处理模块302,用于从解扰后数据中提取离散导频子载波和进行前后间隔一个OFDM符号间的延迟共轭相关运算,并将延迟共轭相关运算结果输出至累积求和模块303;
累积求和模块303,用于对一个时隙离散导频子载波的延迟共轭相关运算结果进行累加处理,将累加结果输出至频偏值计算模块304;
频偏值计算模块304,用于利用累积求和模块303的累加结果完成当前频偏估计值的计算并输出频偏估计结果。
所述频偏值计算模块304,进一步还用于对所述频偏估计结果进行滤波处理后,再输出滤波后的频偏估计值。所述滤波处理,对本领域技术人员而言,可以采用现有技术中的多种滤波方式来完成,例如历史信息滤波处理。
本发明还可提供一种具有频偏估计装置的接收终端,该接收终端包括:天线、模拟前端模块、频偏补偿模块、解调模块、频偏估计装置、解码模块,其中:
所述天线,用于对空中射频信号进行接收,将所接收信号发送给模拟前端模块;
所述模拟前端模块,用于将天线所接收信号转换为数字基带信号,将数字基带信号发送给频偏补偿模块;
所述频偏补偿模块,用于根据从频偏估计装置获得的当前频偏估计信息完成对数字基带信号的频偏补偿,并将补偿后的数字基带信号一方面发送给解调模块用于解调以及另一方面反馈至频偏估计装置;
所述解调模块,用于对数字基带信号进行解调,完成对数字基带信号的物理层接收,并将解调数据发送至解码模块;
所述解码模块,用于完成对解调之后的接收信息进行解复用、音视频解码处理,将解复用解码之后的音视频流发送至相应的显示播放模块进行播放;
所述频偏估计装置,用于获取数字基带信号,并对其进行频偏估计,将频偏估计值发送至所述频偏补偿模块,由频偏补偿模块根据频偏估计值对所接收信号进行频偏补偿。具体而言,该频偏估计装置,用于获取数字基带信号,并对其进行频偏估计,频偏估计时,对数字基带信号进行快速傅里叶变换FFT运算及解扰处理,对解扰后数据中提取离散导频子载波,进行前后间隔一个符号间的延迟共轭相关运算,对一个时隙内离散导频子载波的延迟共轭相关结果进行累加处理,根据所述累加结果进行当前频偏估计值的计算并输出频偏估计结果,将频偏估计值发送至所述频偏补偿模块,由频偏补偿模块根据频偏估计值对所接收信号进行频偏补偿。
所述频偏估计装置的具体结构可参见图3,具体又可包括:
FFT/解扰模块301,用于完成每个时隙输入的53个正交频分复用OFDM符号数据的快速傅里叶变换FFT运算和解扰处理,并将解扰后数据输出至离散导频处理模块302;
离散导频处理模块302,用于从解扰后数据中提取离散导频子载波和进行前后间隔一个OFDM符号间的延迟共轭相关运算,并将延迟共轭相关运算结果输出至累积求和模块303;
累积求和模块303,用于对一个时隙离散导频子载波的延迟共轭相关运算结果进行累加处理,将累加结果输出至频偏值计算模块304;
频偏值计算模块304,用于利用累积求和模块303的累加结果完成当前频偏估计值的计算并输出频偏估计结果。
所述频偏值计算模块304,进一步还用于对所述频偏估计结果进行滤波处理后,再输出滤波后的频偏估计值。
所述带有频偏估计装置的接收终端,可以是包含CMMB接收芯片的GPS接收机、手机、多媒体播放器、移动电视接收卡或接收棒、笔记本电脑、游戏机、照相机、摄像机等等。
以上所述仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (12)
1.一种正交频分复用系统中的频偏估计方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、对每个时隙输入的53个正交频分复用OFDM符号数据进行快速傅里叶变换FFT运算及解扰处理,获取解扰后数据;
S2、从解扰后数据中提取离散导频子载波,进行前后间隔一个符号间的延迟共轭相关运算;
S3、对一个时隙内离散导频子载波的延迟共轭相关结果进行累加处理,获取累加结果;
S4、根据所述累加结果进行当前频偏估计值的计算并输出频偏估计结果。
2.如权利要求1所述的频偏估计方法,其特征在于,该方法进一步还包括:
S5、对所述频偏估计结果进行滤波处理,输出滤波后的频偏估计值。
3.如权利要求1所述的频偏估计方法,其特征在于,所述步骤S2中,从解扰后数据Sl,k中分别提取离散导频子载波,进行如下前后间隔一个符号间的延迟共轭相关运算:
其中,l是从3到53的索引值;k的取值范围为-1538≤k≤1537;ki为OFDM符号i所对应离散导频子载波索引,-193<i<193,i≠0。
4.如权利要求3所述的频偏估计方法,其特征在于,所述步骤S2中,所述l为从3到53的所有索引值,即对从3到53的所有51个索引值都进行共轭相关运算。
5.如权利要求3或4所述的频偏估计方法,其特征在于,所述步骤S4中,根据累加结果进行当前频偏估计值的计算并输出频偏估计结果的具体方式为:
其中,Wp为累加结果,To为正交频分复用OFDM符号间的长度;arg(·)为求一个复数的相位角运算。
6.一种正交频分复用系统中的频偏估计装置,其特征在于,包括:
FFT/解扰模块,用于对每个时隙输入的53个正交频分复用OFDM符号数据进行快速傅里叶变换FFT运算和解扰处理,并将解扰后数据输出至离散导频处理模块;
离散导频处理模块,用于从解扰后数据中提取离散导频子载波和进行前后间隔一个OFDM符号间的延迟共轭相关运算,并将延迟共轭相关运算结果输出至累积求和模块;
累积求和模块,用于对一个时隙离散导频子载波的延迟共轭相关运算结果进行累加处理,将累加结果输出至频偏值计算模块;
频偏值计算模块,用于利用累积求和模块的累加结果完成当前频偏估计值的计算并输出频偏估计结果。
7.如权利要求6所述的频偏估计装置,其特征在于,
所述频偏值计算模块,进一步还用于对所述频偏估计结果进行滤波处理后,再输出滤波后的频偏估计值。
8.如权利要求6所述的频偏估计装置,其特征在于,
所述离散导频处理模块,从解扰后数据中提取离散导频子载波和进行前后间隔一个OFDM符号间的延迟共轭相关运算的具体方式为:
其中,Sl,k是解扰后数据,l是从3到53的索引值;k的取值范围为-1538≤k≤1537;ki为OFDM符号i所对应离散导频子载波索引,-193<i<193,i≠0。
9.如权利要求6所述的频偏估计装置,其特征在于,
所述频偏值计算模块,利用累积求和模块的累加结果完成当前频偏估计值的计算并输出频偏估计结果的具体方式为:
其中,Wp为累加结果,To为正交频分复用OFDM符号间的长度;arg(·)为求一个复数的相位角运算。
10.一种具有频偏估计装置的接收终端,其特征在于,该接收终端包括:天线、模拟前端模块、频偏补偿模块、解调模块、频偏估计装置、解码模块,其中:
所述天线,用于对空中射频信号进行接收,将所接收信号发送给模拟前端模块;
所述模拟前端模块,用于将天线所接收信号转换为数字基带信号,将数字基带信号发送给频偏补偿模块;
所述频偏补偿模块,用于根据从频偏估计装置获得的当前频偏估计信息完成对数字基带信号的频偏补偿,并将补偿后的数字基带信号一方面发送给解调模块用于解调以及另一方面反馈至频偏估计装置;
所述解调模块,用于对数字基带信号进行解调,完成对数字基带信号的物理层接收,并将解调数据发送至解码模块;
所述解码模块,用于完成对解调之后的接收信息进行解复用、音视频解码处理,将解复用解码之后的音视频流发送至相应的显示播放模块进行播放;
所述频偏估计装置,用于获取数字基带信号,并对其进行频偏估计,频偏估计时,对数字基带信号进行快速傅里叶变换FFT运算及解扰处理,对解扰后数据中提取离散导频子载波,进行前后间隔一个符号间的延迟共轭相关运算,对一个时隙内离散导频子载波的延迟共轭相关结果进行累加处理,根据所述累加结果进行当前频偏估计值的计算并输出频偏估计结果,将频偏估计值发送至所述频偏补偿模块,由频偏补偿模块根据频偏估计值对所接收信号进行频偏补偿。
11.如权利要求10所述的接收终端,其特征在于,所述频偏估计装置包括:
FFT/解扰模块,用于对每个时隙输入的53个正交频分复用OFDM符号数据进行快速傅里叶变换FFT运算和解扰处理,并将解扰后数据输出至离散导频处理模块;
离散导频处理模块,用于从解扰后数据中提取离散导频子载波和进行前后间隔一个OFDM符号间的延迟共轭相关运算,并将延迟共轭相关运算结果输出至累积求和模块;
累积求和模块,用于对一个时隙离散导频子载波的延迟共轭相关运算结果进行累加处理,将累加结果输出至频偏值计算模块;
频偏值计算模块,用于利用累积求和模块的累加结果完成当前频偏估计值的计算并输出频偏估计结果。
12.如权利要求11所述的接收终端,其特征在于,所述频偏值计算模块,进一步还用于对所述频偏估计结果进行滤波处理后,再输出滤波后的频偏估计值。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20110413 Assignee: SHENZHEN ZTE MICROELECTRONICS TECHNOLOGY CO., LTD. Assignor: ZTE Corporation Contract record no.: 2015440020319 Denomination of invention: Receiving terminal as well as fast frequency offset estimation device and method Granted publication date: 20140409 License type: Common License Record date: 20151123 |
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LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model |