CN102202021A

CN102202021A - 一种广播定位系统的粗略频偏估计方法

Info

Publication number: CN102202021A
Application number: CN2011101139111A
Authority: CN
Inventors: 张善旭; 张毅敏; 夏海军
Original assignee: Fuzhou Rockchip Electronics Co Ltd
Current assignee: Rockchip Electronics Co Ltd
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2031-05-04
Also published as: CN102202021B

Abstract

本发明提供一种广播定位系统的粗略频偏估计方法，具体如下：先判断信号是否为强信号，是，利用原广播信号的频偏估计方法计算粗略频偏的估计值；否，用接收到的一帧数据中传输电文的扩频码位置处的一段信号对接收到的广播定位基带信号中最强路径的扩频码进行粗的码相位计算；判断最强路径相关值的模值是否超过预先设定的阈值，否，帧同步不成功，再进行帧同步；是，在频率偏移范围内等间隔取复数个频点，根据接收到的一帧数据中未传输电文的一段数据对复数个频点分别进行下变频且进行解扩，并将得到各频点的解扩值分别求模值后找出一最大值，该最大值对应的频点即为粗略频偏的估计值。本发明的运算量小，提高了粗略频偏估计的灵敏度和准确性。

Description

一种广播定位系统的粗略频偏估计方法

【技术领域】

本发明涉及一种广播定位信号，尤其涉及一种广播定位系统的粗略频偏估计方法。

【背景技术】

申请号为200610165405.6的中国专利“OFDM符号和频率同步及信道类型估计方法”中提出了原广播系统的频偏估计方法，其主要是：得到OFDM符号粗略位置和小数频偏估计值；修正小数频偏；对本地或接收的频域训练序列重新排序；进行整数频偏粗略搜索，得到整数频偏的粗略范围；在整数频偏的粗略范围内进行整数频偏精细搜索，得到整数频偏估计和OFDM符号位置的估计值，并得到有效径位置，完成信道类型估计。

公开日为2011.02.16日，公开号为CN101977172A的中国专利“广播定位信号生产方法、定位方法及装置”，在原有的基于OFDM(正交频分复用)技术的广播系统中通过增加扩频码的方式来生成广播定位信号，增加的扩频码在一帧的一小段时间内传输电文，并将原广播信号去掉，在大部分时间段内不传输电文，保留原广播信号，并将扩频信号的能量降低到基本不影响原广播信号的程度，接收机通过接收该信号，既能够接收广播节目，又能够实现定位功能。然而广播定位信号中不但又扩频码，还有原来的OFDM信号，对于有的发射装置其发射的OFDM信号比较弱。

目前的广播定位系统都是直接利用原广播系统的频偏估计方法，虽然能够进行粗略频偏估计，但是其性能是根据广播系统设计的，而广播定位系统对扩频信号的接收灵敏度要远高于OFDM信号，这样才能够在基本不增加发射装置的情况下同时收到多个发射装置的扩频码，从而实现定位。如果直接利用原广播系统的频偏估计方法计算粗略频偏，在一些无法正确接收OFDM信号的地方就无法正确计算粗略频偏。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题，在于提供一种广播定位系统的粗略频偏估计方法，本发明的运算小，提高了粗略频偏估计的灵敏度和准确性。

本发明是这样实现的：一种广播定位系统的粗略频偏估计方法，包括如下步骤：

步骤10、定义强信号标志变量，所述强信号标志变量是在帧同步过程中与一阀值比较后给予赋值；判断所述强信号标志变量是否为1，是，则进入步骤20；否，则进入步骤30；

步骤20、利用原广播信号的频偏估计方法计算粗略频偏的估计值；

步骤30、用接收到的一帧数据中传输电文的扩频码位置处的一段信号对接收到的广播定位基带信号中最强路径的扩频码进行粗的码相位计算；判断最强路径相关值的模值是否超过预先设定的阈值，是，则进入步骤40；否，则帧同步不成功，重新进行帧同步；

步骤40、在接收到的广播定位信号频率偏移范围内等间隔取复数个频点，根据接收到的一帧数据中未传输电文的一段数据对所述复数个频点分别进行下变频，根据所述的最强路径的扩频码及码相位对进行下变频处理后的各频点的数据进行解扩，并进入步骤50。

步骤50、将步骤40中得到各频点的解扩值分别计算模值后找出最大值，该最大值对应的频点即为粗略频偏的估计值。

进一步的，所述一帧数据中传输电文的扩频码位置处的一段信号，其长度是小于传输电文的扩频码位置信号的长度，且为扩频码周期长度的整数倍。

进一步的，所述步骤30中对接收到的广播定位基带信号中最强路径的扩频码进行粗的码相位计算，具体方法如下：将所述一帧数据中传输电文的扩频码位置处的一段信号与预先存储的所有接收到的扩频码在该段信号长度内逐一进行循环移位相关，将所有循环移位相关的值计算模值后取一最大值，其最大值对应的路径即为最强路径，对应的扩频码即为最强路径的扩频码，预先存储的扩频码的移位点数即为该路径的粗的码相位。

其中所述步骤30中对接收到的广播定位基带信号中最强路径的扩频码进行粗的码相位计算，可以用FFT的快速算法进行优化，其步骤如下：

步骤31、定义一最强路径模值最大值变量，并将其最强路径模值最大值变量赋初值为0，对所述一帧数据中传输电文的扩频码位置处的一段信号做FFT得到第一序列；

步骤32、判断接收到的扩频码列表中是否还有未计算的扩频码，如果有未计算的扩频码，进入步骤33，否则结束；

步骤33、将一未计算的扩频码取出进行FFT并求其共轭，得到第二序列，将第二序列与步骤31得到的第一序列按序列的元素相乘，并进入步骤34；

步骤34、将步骤33相乘的结果进行IFFT(反快速傅里叶变换)，得到第三序列，并将得到的第三序列的各个元素取模值，并求出各模值中的一最大值及其对应的码相位，进入步骤35；

步骤35、将步骤34的最大值与最强路径模值最大值比较，如果该最大值大于等于最强路径模值最大值，则将该最大值赋值给最强路径模值最大值，并将对应的码相位和扩频码ID赋值给最强路径的码相位和扩频码ID，跳转到步骤32。

所述的模值可以用模值的平方或实部和虚部的绝对值和来代替。

本发明具有如下优点：本发明对接收到的强信号采用原广播系统的频偏估计方法进行粗略频偏估计；对弱信号首先找接收到的广播定位基带信号中最强的扩频码，并计算其粗的码相位；然后，在接收到的广播定位信号频偏范围内等间隔取复数个频点，对接收数据中未传输电文的一段数据对所述复数个频点分别进行下变频，根据所述的最强路径的扩频码及码相位对进行下变频处理后的各频点的数据进行解扩；再对各频点的解扩值分别计算模值后找出一最大值，该最大值对应的频点即为粗略频偏的估计值。本发明对接收到的信号进行判断其强弱，根据信号的强弱使用不同的粗略频偏估计，使得在大部分信号强的地方能够快速完成粗略频偏估计，在信号弱的地方能够提高粗略频偏估计的性能和准确性。

【附图说明】

图1为本发明方法流程示意图。

图2为广播信号CMMB的帧结构示意图。

图3为一种基于CMMB的广播定位信号叠加的扩频码的帧结构示意图。

【具体实施方式】

如图1所示，一种广播定位系统的粗略频偏估计方法，包括如下步骤：

步骤20、利用原广播信号的频偏估计方法(其原广播信号的频偏估计方法，为现有技术中频偏估计方法中的任意一种，其可参见背景技术中指出的“OFDM符号和频率同步及信道类型估计方法”)计算粗略频偏的估计值；

其中步骤40中所述接收数据中未传输电文的一段数据取得越长，则性能越好，但频率间隔就会越小，运算量就越大。频率间隔需要小于数据时间长度的倒数。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图2所示，为广播信号CMMB(中国移动多媒体广播)的帧结构，其每1秒为1帧，划分为40个时隙，每个时隙的长度为25ms，包括1个信标和53个OFDM符号，码速率为10M。广播定位信号是在CMMB信号上叠加511位的Gold码，Gold码的码速率为5M，而且叠加的Gold码以时隙(25ms)为周期重复。

如图3所示，为一种基于CMMB的广播定位信号叠加的扩频码的帧结构示意图。其中，码头部分(136us)将原来的CMMB信号去掉，只有Gold码，信号能量与后面的CMMB信号能量相当；叠加码部分保持原有的CMMB信号，叠加的Gold码的信号能量低于码头20db。码头部分的Gold码以BPSK(全称：Binary Phase Shift Keying，利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式)调制电文，每比特电文的持续时间为50ms；叠加码部分不调制电文。Gold码总共有20组，其ID编号从0到19。

本发明一种广播定位系统粗略频偏估计方法，假定帧同步已经成功，并且对强信号标志进行了赋值。帧同步可以对接收的广播定位信号的基带信号取连续的两个204.8us长度的序列进行滑动自相关，在25ms时间内统计相关值的模值的最大值及其位置。如果最大值超过预先存储的阈值B，则将强信号标志赋值为1，否则赋值为0；如果最大值超过预先存储的阈值A，则认为帧同步成功；否则认为帧同步不成功。

其广播定位系统的粗略频偏估计方法，具体包括如下步骤：

步骤1.1、判断强信号标志变量是否为1，若是，则跳到步骤1.2；否则跳到步骤1.3。

步骤1.2、利用OFDM符号的循环前缀计算小数频偏，利用同步信号计算整数频偏，将这两个频偏值相加得到粗略频偏估计(即为原广播系统的频偏估计方法)。

步骤1.3、用码头的正中间一个扩频码周期(511个码字)的信号，找接收到的广播定位基带信号中最强路径的扩频码，并计算其粗的码相位；如果最强路径相关值的模值超过预先设定的阈值，跳到步骤1.4；否则，认为帧同步不成功，重新进行帧同步。

步骤1.4：在-2500Hz到2500Hz范围内以100Hz为间隔等间隔取51个频点，对接收数据中叠加码部分的10ms数据以这些频点为假设频偏进行下变频，用步骤1.3得到的最强路径的扩频码及码相位进行解扩，得到51个解扩值，跳到步骤1.5。

步骤1.5：在步骤1.4得到的51个解扩值中找出模值最大值，该值对应的假设频偏即为粗略频偏的估计值。

其中在步骤1.3中所述找接收到的广播定位基带信号中最强路径的扩频码，并计算其粗的码相位，可以用FFT的快速算法优化如下：

步骤3.1、定义一最强路径模值最大值变量，并将其最强路径模值最大值变量赋初值为0，对码头的正中间一个扩频码周期(511个码字)的信号做FFT，得到序列C。

步骤3.2、判断可能收到的扩频码列表中是否还有未计算的扩频码，如果有未计算的扩频码，跳到步骤3.3，否则结束。

步骤3.3、将一个未计算的扩频码取出进行FFT(快速傅里叶变换)并求其共轭，得到序列D，将得到的序列D与步骤3.1得到的序列C按序列元素相乘，跳到步骤3.4。

步骤3.4、将步骤3.3的结果进行IFFT(反快速傅里叶变换)，得到序列E，并将得到的序列E的各个元素取模值，并求出模值的最大值及其位置(即对应的码相位)，跳到步骤3.5。

步骤3.5、将该模值最大值与最强路径模值最大值比较，如果该模值最大值大于等于最强路径模值最大值，则将该模值最大值赋值给最强路径模值最大值，并将对应的码相位和扩频码ID赋值给最强路径的码相位和扩频码ID，跳到步骤3.2。

所述的模值可以用模值的平方或实部和虚部的绝对值和来代替，以减少运算量。

本发明对接收到的强信号采用原广播系统的频偏估计方法进行粗略频偏估计；对弱信号首先找接收到的广播定位基带信号中最强的扩频码，并计算其粗的码相位；然后，在接收到的广播定位信号频偏范围内等间隔取复数个频点，对接收数据中未传输电文的一段数据对所述复数个频点分别进行下变频，根据所述的最强路径的扩频码及码相位对进行下变频处理后的各频点的数据进行解扩；再对各频点的解扩值分别计算模值后找出一最大值，该最大值对应的频点即为粗略频偏的估计值。本发明对接收到的信号进行判断其强弱，根据信号的强弱使用不同的粗略频偏估计，使得在大部分信号强的地方能够快速完成粗略频偏估计，在信号弱的地方能够提高粗略频偏估计的性能和准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种广播定位系统的粗略频偏估计方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤40、在接收到的广播定位信号的频率偏移范围内等间隔取复数个频点，根据接收到的一帧数据中未传输电文的一段数据对所述复数个频点分别进行下变频，根据所述的最强路径的扩频码及码相位对进行下变频处理后的各频点的数据进行解扩，并进入步骤50；

2.根据权利要求1所述的一种广播定位系统的粗略频偏估计方法，其特征在于：所述一帧数据中传输电文的扩频码位置处的一段信号，其长度是小于传输电文的扩频码位置信号的长度，且为扩频码周期长度的整数倍。

3.根据权利要求1所述的一种广播定位系统的粗略频偏估计方法，其特征在于：所述步骤30中对接收到的广播定位基带信号中最强路径的扩频码进行粗的码相位计算，具体方法如下：将所述一帧数据中传输电文的扩频码位置处的一段信号与预先存储的所有接收到的扩频码在该段信号长度内逐一进行循环移位相关，将所有循环移位相关的值计算模值后取一最大值，其最大值对应的路径即为最强路径，对应的扩频码即为最强路径的扩频码，预先存储的扩频码的移位点数即为该路径的粗的码相位。

4.根据权利要求3所述的一种广播定位系统的粗略频偏估计方法，其特征在于：所述步骤30中对接收到的广播定位基带信号中最强路径的扩频码进行粗的码相位计算，可以用FFT的快速算法进行优化，其步骤如下：

步骤34、将步骤33相乘的结果进行IFFT，得到第三序列，并将得到的第三序列的各个元素取模值，并求出各模值中的一最大值及其对应的码相位，进入步骤35；

步骤35、将步骤34的最大值与所述最强路径模值最大值比较，如果该最大值大于等于最强路径模值最大值，则将该最大值赋值给最强路径模值最大值，并将对应的码相位和扩频码ID赋值给最强路径的码相位和扩频码ID，跳转到步骤32。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种广播定位系统的粗略频偏估计方法，其特征在于：所述的模值是用模值的平方或实部和虚部的绝对值和来代替。