CN102412866A - 载波频偏、帧头相位和细定时联合估计的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种载波频偏、帧头相位和细定时联合估计的方法，包括步骤如下：根据已接收的信号估计整数频偏；根据整数频偏进行整数频偏补偿；进行分数频偏估计；将整数频偏和分数频偏相加得到总载波频偏，根据总载波频偏进行总载波频偏补偿；根据已接收信号进行第一帧帧头相位识别：根据第一帧的帧头相位估计细定时的位置；本发明还提出了与所述方法相对应的系统，所述方法和系统可在保证接收机解调性能的前提下，快速实现载波频偏估计、帧头相位识别和细定时估计。

Description

载波频偏、帧头相位和细定时联合估计的方法和系统

技术领域

本发明涉及地面数字电视技术领域，尤其涉及一种接收机的载波频偏、帧头相位和细定时联合估计的方法和系统。

背景技术

数字地面电视标准DMB-TH采用了一种四层的分级帧结构，从上至下依次为：日帧、分帧、超帧和信号帧。它具有周期性，并且可以和绝对时间同步。

信号帧为帧结构的基本单元，超帧定义为一组信号帧，分帧定义为一组超帧，对应1分钟，日帧为一组分帧，对应24小时。信号帧包括帧头和帧体两部分。帧头填充PN序列，帧体可以是单载波模式的数据，也可以是多载波模式的数据，数据长度为3780点。多载波模式下信号帧采用以PN序列作为保护间隔的正交频分复用调制(OFDM)，IFFT的大小为3780点。为适应不同的应用，标准定义了三种可选的帧头模式，分别称为帧头模式PN420、帧头模式PN595和帧头模式PN945。各种帧头模式由相应的PN序列生成，PN595模式下PN序列的初始相位是固定的，而PN420和PN945模式下PN序列的初始相位可以是固定，也可以是旋转的。

在系统接收机判断出帧头模式并获得帧的粗定时位置后，会面临载波频偏估计、细定时估计和帧头相位识别的问题。接收机对载波频偏很敏感，特别是OFDM系统，载波频偏会使子载波间的正交性遭到破坏，直接影响接收机的解调性能。细定时的位置影响后面信号帧中数据和系统信息的提取，同样也会影响接收机性能。对于帧头模式PN420和帧头模式PN945来说，需要判断帧头PN序列的初始相位是否旋转，并识别出当前帧的相位。传统的方法是将载波频偏和细定时估计完成后，再进行帧头相位的识别。而帧头相位识别对残余载波频偏非常敏感，通常的载波频偏估计方法如利用前后两段相同的部分做滑动自相关，频偏估计范围较小；扫频互相关方法，利用预先存储在接收机中的本地PN序列与接收信号中的PN序列进行滑动互相关，在大频偏时扫频计算量大，扫频的刻度设置较大时，计算量减小，但估计性能会变差。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种载波频偏、帧头相位和细定时联合估计的方法和系统，在保证接收机解调性能的前提下，可以快速实现载波频偏估计、帧头相位识别和细定时估计。

本发明提出了一种接收机载波频偏、帧头相位和细定时联合估计的方法，包括如下步骤：

步骤1：根据已接收的帧的帧头模式产生初始相位固定的第一本地PN序列；在所述已接收的帧的粗定时位置附近开窗作为整数频偏的搜索窗；在所述搜索窗内截取与所述第一本地PN序列等长的序列；将所述与第一本地PN序列等长的序列与所述第一本地PN序列进行共轭相乘；将所述共轭相乘的结果做傅立叶变换；选取所有傅立叶变换结果中的最大值，若所述最大值高于一预定阈值，记录该窗口位置和该窗口下所述最大值的位置，根据所述最大值的位置估计出整数频偏；

步骤2：根据所述整数频偏进行整数频偏补偿；

步骤3：进行分数频偏估计；

步骤4：将整数频偏和分数频偏相加得到总载波频偏，根据所述总载波频偏进行总载波频偏补偿；

步骤5：根据已接收的帧的帧头模式产生初始相位固定的第二本地PN序列；

从所述总载波频偏补偿后的数据中截取连续L帧帧头PN序列；对所述连续L帧帧头PN序列分别进行下采样；将所述第二本地PN序列与所述连续L帧帧头PN序列分别做循环互相关，选取各循环互相关结果中的最大值，并记录L个最大值对应的所述第二本地PN序列循环的位置；对第一帧帧头相位进行初步判别；对连续N帧帧头相位进行初步判别，其中所述L为整数且L≥3；

若连续C帧帧头相位均为0，则相位未旋转，若连续C帧帧头相位连续递增，则相位旋转；根据连续递增的帧头相位计算出第一帧的帧头相位；

步骤6：根据所述第一帧的帧头相位和帧头模式产生与所述第一帧的帧头相位对应的第三本地PN序列；从所述总频偏补偿后的数据中截取第一帧数据；对所述第一帧数据进行下采样；将所述第三本地PN序列与所述第一帧数据做滑动互相关；根据所述滑动互相关结果中的最大值估计出细定时的位置。

优选的，所述帧头模式包括帧头模式PN420和帧头模式PN945，所述帧头模式PN420的帧头长度为420，包括一个前同步、一个PN255序列和一个后同步，其中PN255序列为循环扩展的8阶m序列，生成多项式为G255(x)＝1+x+x5+x6+x8，前同步和后同步为PN255序列的循环扩展，其中前同步长度为82个符号，后同步长度为83个符号，分别是PN255序列尾部和头部的完全复制，所述帧头可采用固定模式和旋转模式；所述帧头模式PN945的帧头长度为945，包括一个前同步、一个PN511序列和一个后同步，其中PN511序列为循环扩展的9阶m序列，生成多项式为G511(x)＝1+x2+x7+x8+x9，前同步和后同步为PN511序列的循环扩展，其中前同步长度为217个符号，后同步长度为217个符号，分别是PN511序列尾部和头部的完全复制，所述帧头可采用固定模式和旋转模式。

优选的，所述步骤3包括：根据已接收的帧的帧头模式产生初始相位固定的第四本地PN序列；从所述整数频偏补偿后数据中截取与所述第四本地PN序列等长的序列；将所述与第四本地PN序列等长的序列与所述第四本地PN序列进行共轭相乘；将共轭相乘的结果做自相关；根据所述自相关结果中的最大值估计出分数频偏。

优选的，在所述步骤1中，在帧头模式PN420下，所述第一本地PN序列的长度len_fft选取为256点；在帧头模式PN945下，所述第一本地PN序列的长度len_fft选取为512点；所述已接收的帧的粗定时位置为pos_corse，在帧头模式PN420下，将所述帧的粗定时位置调整为pos_corse'＝pos_corse+82*oversample；在帧头模式PN945下，将所述帧的粗定时位置调整为pos_corse’＝pos_corse+217*oversample；所述oversample为过采样的倍数；所述搜索窗的窗长len_win为200；所述与本地PN序列等长的序列是长度为len_fft*2-1的序列：r(pos_corse′+i+2*n)，0≤n≤len_fft*2-1，i＝-len_win/2，…len_win/2；所述预定阈值thresh＝15dB。

优选的，在所述步骤5中，在帧头模式PN420下，所述第二本地PN序列的长度len_pn选取为255点；在帧头模式PN945下，所述第一本地PN序列的长度len_pn选取为511点；所述L＝3；所述N＝10，所述C＝5。

优选的，在所述步骤3中，在帧头模式PN420下，所述第四本地PN序列的长度选取为256点；在帧头模式PN945下，所述第四本地PN序列的长度选取为512点。

本发明还提出一种接收机载波频偏、帧头相位和细定时联合估计的系统，包括：

整数频偏估计模块，用于根据已接收的帧的帧头模式产生初始相位固定的第一本地PN序列；在所述已接收的帧的粗定时位置附近开窗作为整数频偏的搜索窗；在所述搜索窗内截取与所述第一本地PN序列等长的序列；将所述与第一本地PN序列等长的序列与所述第一本地PN序列进行共轭相乘；将所述共轭相乘的结果做傅立叶变换；选取所有傅立叶变换结果中的最大值，若所述最大值高于一预定阈值，记录该窗口位置和该窗口下所述最大值的位置，根据最大值的位置估计出整数频偏；

整数频偏补偿模块，用于根据所述整数频偏进行整数频偏补偿；

分数频偏估计模块，用于根据已接收的帧的帧头模式产生初始相位固定的第四本地PN序列；从所述整数频偏补偿后数据中截取与所述第四本地PN序列等长的序列；将所述与第四本地PN序列等长的序列与所述第四本地PN序列进行共轭相乘；将共轭相乘的结果做自相关；根据所述自相关结果中的最大值估计出分数频偏；

总频偏补偿模块，用于将整数频偏和分数频偏相加得到总载波频偏，根据所述总载波频偏进行总载波频偏补偿；

帧头相位识别模块，用于根据已接收的帧的帧头模式产生初始相位固定的第二本地PN序列；从所述总频偏补偿后的数据中截取连续L帧帧头PN序列；对所述连续L帧帧头PN序列分别进行下采样；使用所述第二本地PN序列与所述连续L帧帧头PN序列分别做循环互相关，选取各循环互相关结果中的最大值，并记录L个最大值对应的所述第二本地PN序列循环的位置；对第一帧帧头相位进行初步判别；对连续N帧帧头相位进行初步判别，其中所述L为整数且L≥3；

若连续C帧帧头相位均为0，则相位未旋转，若连续C帧帧头相位连续递增，则相位旋转；根据连续递增的帧头相位计算出第一帧的帧头相位；

细定时估计模块，根据所述第一帧的帧头相位和帧头模式产生与所述第一帧的帧头相位对应的第三本地PN序列；从所述总频偏补偿后的数据中截取第一帧数据；对所述第一帧数据进行下采样；将所述第三本地PN序列与所述第一帧数据做滑动互相关；根据所述滑动互相关结果中的最大值估计出细定时的位置。

优选的，所述帧头模式包括帧头模式PN420和帧头模式PN945，

所述帧头模式PN420的帧头长度为420，包括一个前同步、一个PN255序列和一个后同步，其中PN255序列为循环扩展的8阶m序列，生成多项式为G255(x)＝1+x+x5+x6+x8，前同步和后同步为PN255序列的循环扩展，其中前同步长度为82个符号，后同步长度为83个符号，分别是PN255序列尾部和头部的完全复制，所述帧头可采用固定模式和旋转模式；

所述帧头模式PN945的帧头长度为945，包括一个前同步、一个PN511序列和一个后同步，其中PN511序列为循环扩展的9阶m序列，生成多项式为G511(x)＝1+x2+x7+x8+x9，前同步和后同步为PN511序列的循环扩展，其中前同步长度为217个符号，后同步长度为217个符号，分别是PN511序列尾部和头部的完全复制，所述帧头可采用固定模式和旋转模式。

优选的，在所述整数频偏估计模块中，在帧头模式PN420下，所述第一本地PN序列的长度len_fft选取为256点；在帧头模式PN945下，所述第一本地PN序列的长度len_fft选取为512点；

所述已接收的帧的粗定时位置为pos_corse，在帧头模式PN420下，将所述帧的粗定时位置调整为pos_corse'＝pos_corse+82*oversample；在帧头模式PN945下，将所述帧的粗定时位置调整为pos_corse'＝pos_corse+217*oversample；所述oversample为过采样的倍数；

所述搜索窗的窗长len_win为200；

所述与本地PN序列等长的序列是长度为len_fft*2-1的序列：r(pos_corse′+i+2*n)，0≤n≤len_fft*2-1，i＝-len_win/2，…len_win/2；

所述预定阈值thresh＝15dB。

优选的，在所述分数频偏估计模块中，在帧头模式PN420下，所述第四本地PN序列的长度选取为256点；在帧头模式PN945下，所述第四本地PN序列的长度选取为512点。

优选的，在所述帧头相位识别模块中，在帧头模式PN420下，所述第二本地PN序列的长度len_pn选取为255点；在帧头模式PN945下，所述第一本地PN序列的长度len_pn选取为511点；所述L＝3；所述N＝10，所述C＝5。

本发明可在保证接收机解调性能的前提下，可以快速实现载波频偏估计、帧头相位识别和细定时估计。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为DMB-TH的分级帧结构示意图；

图2为帧头模式PN420的帧结构示意图；

图3为帧头模式PN945的帧结构示意图；

图4为载波频偏估计、帧头相位识别和细定时估计的方法流程图；

图5为整数频偏估计的流程示意图；

图6为分数频偏估计的流程示意图；

图7为帧头相位识别的流程示意图；

图8为细定时估计的流程示意图；

图9为载波频偏估计、帧头相位识别和细定时估计的系统示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。该说明是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。数字地面电视标准DMB-TH采用了分级帧结构，它具有周期性，并且可以和绝对时间同步。如图1所示为DMB-TH的分级帧结构示意图，分级帧结构包括四层，从上至下依次为：日帧、分帧、超帧、信号帧。信号帧为帧结构的基本单元，超帧定义为一组信号帧，分帧定义为一组超帧，对应1分钟，日帧为一组分帧，对应24小时。DMB-TH的信号帧包括帧头和帧体两部分。帧头填充PN序列，帧体可以是单载波模式的数据，也可以是多载波模式的数据，数据长度为3780点。多载波模式下信号帧采用以PN序列作为保护间隔的正交频分复用调制，IFFT的大小为3780点。为适应不同的应用，定义了三种可选的帧头模式，分别称为帧头模式PN420、帧头模式PN595和帧头模式PN945。其中，帧头模式PN420和帧头模式PN945为适应本发明各实施例的帧头模式。

图2为帧头模式PN420的帧结构示意图，帧头模式PN420的帧头长度为420，包括一个前同步、一个PN255序列和一个后同步，其中，PN255序列为循环扩展的8阶m序列，生成多项式为G₂₅₅(x)＝1+x+x⁵+x⁶+x⁸，可由一个线性反馈移位寄存器(LFSR)实现，前同步和后同步定义为PN255序列的循环扩展，其中前同步长度为82个符号，后同步长度为83个符号，分别是PN255序列尾部和头部的完全复制。DMB-TH标准优选了225个LFSR的初始状态，可以产生序号从0到224的225个PN420帧头序列。各个信号帧的帧头可以采用固定模式和旋转模式。固定模式指所有信号帧的帧头使用相同的PN序列。旋转模式指各信号帧的帧头按照序号的顺序循环使用225个PN序列中的任一个。

图3为帧头模式PN945的帧结构示意图，帧头模式PN945的帧头长度为945，包括一个前同步、一个PN511序列和一个后同步，其中，PN511序列为循环扩展的9阶m序列，生成多项式为G₅₁₁(x)＝1+x²+x⁷+x⁸+x⁹，可由一个LFSR实现，前同步和后同步为PN511序列的循环扩展，其中前同步长度为217个符号，后同步长度为217个符号，分别是PN511序列尾部和头部的完全复制。DMB-TH标准优选了200个LFSR的初始状态，可以产生序号从0到199的200个PN945帧头序列。各个信号帧的帧头可以采用固定模式和旋转模式。固定模式指所有信号帧的帧头使用相同的PN序列。旋转模式指各信号帧的帧头按照序号的顺序循环使用200个PN序列中的任一个。

请参照图4，是本发明实施例提供的载波频偏、帧头相位识别和细定时联合估计的方法流程图。本实施例以2倍速率的时域采样数据流为例进行说明，但是本领域技术人员可以了解，本实施例也可以应用到其他速率的时域采样数据流，该方法包括以下步骤：

参看图5所示的整数频偏估计的流程示意图，步骤1：根据已接收的帧的帧头模式产生初始相位固定的第一本地PN序列；在所述已接收的帧的粗定时位置附近开窗作为整数频偏的搜索窗；在所述搜索窗内截取与所述第一本地PN序列等长的序列；将所述与第一本地PN序列等长的序列与所述第一本地PN序列进行共轭相乘；将所述共轭相乘的结果做傅立叶变换；选取所有傅立叶变换结果中的最大值，若所述最大值高于一预定阈值，记录该窗口位置和该窗口下所述最大值的位置，根据所述最大值的位置估计出整数频偏。

其中，各种帧头模式下PN序列的长度记作len_fft可以相同，也可以不同。作为一个优选例，帧头模式PN420下的PN序列的长度选取为256点，帧头模式PN945下的PN序列的长度选取为512点。若为帧头模式PN420，将255点本地PN序列扩展为256点；若为帧头模式PN945，将511点本地PN序列扩展为512点。

当已接收的帧的粗定时位置为pos_corse，若为帧头模式PN420，将粗定时位置调整为pos_corse'＝pos_corse+82*oversample；若为帧头模式为PN945，将粗同步位置调整为pos_corse'＝pos_corse+217*oversample。在粗定时位置附近开窗作为整数频偏的搜索窗，其窗长len_win为200，其中oversample为下采样的倍数。

在所述搜索窗内滑动取出长度为len_fft*2-1的序列：r(pos_corse′+i+2*n)，0≤n≤len_fft*2-1，i＝-len_win/2，…len_win/2；对窗内数据做2倍下采样，即oversample＝2，得到与第一本地PN序列等长的序列s(n)，0≤n≤len_fft-1；

将第一本地PN序列与s(n)共轭相乘：

s′(n)＝s(n)×PN^*(n)，0≤n≤len_fft-1                        (1)

将所述共轭相乘的结果做傅立叶变换：

p(k)＝FFT(s′(n))，0≤n≤len_fft-1，0≤k≤len_fft-1          (2)

并对p(k)进行序列位置调整为q(k)

$q\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}p(k+\mathrm{len}\_\mathrm{fft}/2),& 0\≤k\≤\mathrm{len}\_\mathrm{fft}/2-1\\ p(k-\mathrm{len}\_\mathrm{fft}/2),& \mathrm{len}\_\mathrm{fft}/2\≤k\≤\mathrm{len}\_\mathrm{fft}-1\end{array}\right.---\left(3\right)$

逐点求q(k)的功率，取最大值和平均值，计算峰均比ratio_pa。

随窗口滑动，在所述搜索窗中可得到len_win*len_fft个功率值。取功率最大值max，并记录取得最大值时窗口的位置I_win和该滑窗下len_fft个功率值中的最大值位置I。

所述最大值对应窗口位置的峰均比若大于预定阈值thresh，可设为15dB，则认为检测到了PN序列，从而估计出整数载波频偏为：

foe_int＝(I-len_fft/2)×f_s/len_ff                             (4)

步骤2：根据所述整数频偏进行整数频偏补偿；

从I_win位置取一帧数据，进行整数频偏补偿。整数载波频偏补偿方式为

$x\left(n\right)=s\left(n\right)e^{-j2\mathrm{\πn}\×{\mathrm{foe}}_{\mathrm{int}}}---\left(5\right)$

参见图6所示的分数频偏估计的流程示意图，步骤3：根据已接收的帧的帧头模式产生初始相位固定的第四本地PN序列；从所述整数频偏补偿后数据中截取与所述第四本地PN序列等长的序列；将所述与第四本地PN序列等长的序列与所述第四本地PN序列进行共轭相乘；将共轭相乘的结果做自相关；根据所述自相关结果中的最大值估计出分数频偏。

其中，各种帧头模式下PN序列的长度可以相同，也可以不同。作为一个优选例，帧头模式PN420下的PN序列的长度选取为256点，帧头模式PN945下的PN序列的长度选取为512点。若为帧头模式PN420，将255点本地PN序列扩展为256点；若为帧头模式PN945，将511点本地PN序列扩展为512点。

在所述整数频偏补偿后的数据中，从I_win位置取511或1023点，以每2点取出1点的方式取出256或512点数据，即为与所述第四本地PN序列等长的序列。

将所述与第四本地PN序列等长的序列与第四本地PN序列共轭相乘，即

$\stackrel{\‾}{x}\left(i\right)=x(i*2)\×{\mathrm{PN}}^{*}\left(i\right),0\≤i\≤255\mathrm{or}511---\left(6\right)$

对共轭相乘后的结果进行窗内前后自相关，自相关长度len_corr＝128或256：

$\mathrm{corr}={\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{\mathrm{len}\_\mathrm{corr}-1}\stackrel{\‾}{x}(i+\mathrm{len}\_\mathrm{corr})\×{\stackrel{\‾}{x}}^{*}\left(i\right)---\left(7\right)$

通过所述自相关结果估计出分数频偏：

${\mathrm{for}}_{\mathrm{frac}}={\tan }^{-1}(\mathrm{imag}\left(\mathrm{corr}\right),\mathrm{real}\left(\mathrm{corr}\right))\×\frac{f_{\mathrm{sys}}}{2\mathrm{\π}*2*\mathrm{len}\_\mathrm{corr}}---\left(8\right)$

步骤4：将整数频偏和分数频偏相加得到总载波频偏，根据所述总载波频偏进行总载波频偏补偿；

将整数频偏和分数频偏两者相加得到总载波频偏：

foe＝foe_frac+foe_int                                        (9)

根据所述总载波频偏进行总载波频偏补偿；

y(n)＝s(n)e^-j2πn×foe                                      (10)

参看图7所示的帧头相位识别的流程示意图，步骤5：根据已接收的帧的帧头模式产生初始相位固定的第二本地PN序列；

从所述总载波频偏补偿后的数据中截取连续L帧帧头PN序列；对所述连续L帧帧头PN序列分别进行下采样；将所述第二本地PN序列与所述连续L帧帧头PN序列分别做循环互相关，选取各循环互相关结果中的最大值，并记录L个最大值对应的所述第二本地PN序列循环的位置；对第一帧帧头相位进行初步判别；对连续N帧帧头相位进行初步判别，所述L为整数且L≥3；

若连续C帧帧头相位均为0，则相位未旋转，若连续C帧帧头相位连续递增，则相位旋转；根据连续递增的帧头相位计算出第一帧的帧头相位，

其中，各种帧头模式下PN序列的长度可以相同，也可以不同。作为一个优选例，帧头模式PN420下的PN序列的长度选取为255点，帧头模式PN945下的PN序列的长度选取为511点，记为len_pn。

优选的，所述L＝3，即从所述总频偏补偿后的数据y(n)中连续取三帧帧头PN序列，每个序列的长度为len_pn*2-1：

recv_i(n)＝y[(indx_frame+i)*l+I_win+n]，

i＝0：2，l＝(len_framehead+3780)*2，n＝0：len_pn*2-1

其中，len_framehead为帧头的长度，帧头模式PN420和帧头模式PN945下的len_framehead分别为420和945。

对recv₀(n)、recv₁(n)和recv₂(n)分别进行2倍下采样，得到3个长度为len_pn的序列r₀(n)、r₁(n)和r₂(n)：r₀(n)＝recv₀(2n)，r₁(n)＝recv₁(2n)，r₂(n)＝recv₂(2n)，n＝0：len_pn-1。

将所述第二本地PN序列与所述连续三帧帧头PN序列分别做循环互相关，

$\mathrm{cross}\_\mathrm{corr}\left(k\right)={\mathrm{\Σ}}_{f=0}^{254}{r}_0\left(j\right)\×{\mathrm{pn}}^{*}((k+j)\mathrm{mod}\mathrm{len}\_\mathrm{pn}),k=0:\mathrm{len}\_\mathrm{pn}-1$

在所有的循环互相关结果中找最大值，记录最大值对应的第二本地PN序列循环的位置k1、k2和k3。将k1、k2和k3两两相减，得到Δk_{1_2}＝k₁-k₂和Δk_{1_3}＝k₁-k₃，根据Δk_{1_2}和Δk_{1_3}，对第一帧帧头相位进行初步判别。

对连续N帧帧头相位进行初步判别，作为一个优选例，N取值为10。若中间有连续C帧均为0，则相位未旋转；若有连续C帧相位连续递增(若中间含有254或199，判断差值是否为254或199)，则相位旋转，根据连续递增的帧头相位计算出第一帧的帧头相位；作为一个优选例，C取值为5。

其中，帧头模式PN420下的判别标准用伪代码描述为：

帧头模式PN945下的判别标准用伪代码描述为：

参看图8所示的细定时估计的流程示意图，步骤6：根据所述第一帧的帧头相位和帧头模式产生与所述第一帧的帧头相位对应的第三本地PN序列；从所述总频偏补偿后的数据中截取第一帧数据；对所述第一帧数据进行下采样；将所述第三本地PN序列与所述第一帧数据做滑动互相关；根据所述滑动互相关结果中的最大值估计出细定时的位置。

其中，从总载波频偏补偿后的数据y(n)中截取第一帧数据：r(n)＝y(I_win+n)，其中，I_win为整数频偏估计步骤中输出的。对r(n)进行2倍下采样，得到单倍采样接收信号r₀(n)。

将所述第三本地PN序列与所述第一帧数据做255或511点滑动互相关。

在所述滑动互相关结果找出最大值，将最大值减去82*2或217*2即为细定时的位置。

本发明的方法可在保证接收机解调性能的前提下，快速实现载波频偏估计、帧头相位识别和细定时估计。

参看图5，为本发明所提出了一种接收机载波频偏、帧头相位和细定时联合估计的系统示意图，包括：

整数频偏估计模块51，用于根据已接收的帧的帧头模式产生初始相位固定的第一本地PN序列；在所述已接收的帧的粗定时位置附近开窗作为整数频偏的搜索窗；在所述搜索窗内截取与所述第一本地PN序列等长的序列；将所述与第一本地PN序列等长的序列与所述第一本地PN序列进行共轭相乘；将所述共轭相乘的结果做傅立叶变换；选取所有傅立叶变换结果中的最大值，若所述最大值高于一预定阈值，记录该窗口位置和该窗口下所述最大值的位置，根据最大值的位置估计出整数频偏。

整数频偏补偿模块52，用于根据所述整数频偏进行整数频偏补偿。

分数频偏估计模块53，用于根据已接收的帧的帧头模式产生初始相位固定的第四本地PN序列；从所述整数频偏补偿后数据中截取与所述第四本地PN序列等长的序列；将所述与第四本地PN序列等长的序列与所述第四本地PN序列进行共轭相乘；将共轭相乘的结果做自相关；根据所述自相关结果中的最大值估计出分数频偏。

总频偏补偿模块54，用于将整数频偏和分数频偏相加得到总载波频偏，根据所述总载波频偏进行总载波频偏补偿。

帧头相位识别模块55，用于根据已接收的帧的帧头模式产生初始相位固定的第二本地PN序列；从所述总频偏补偿后的数据中截取连续L帧帧头PN序列；对所述连续L帧帧头PN序列分别进行下采样；使用所述第二本地PN序列与所述连续L帧帧头PN序列分别做循环互相关，选取各循环互相关结果中的最大值，并记录L个最大值对应的所述第二本地PN序列循环的位置；对第一帧帧头相位进行初步判别；对连续N帧帧头相位进行初步判别，所述L为整数且L≥3；

若连续C帧帧头相位均为0，则相位未旋转，若连续C帧帧头相位连续递增，则相位旋转；根据连续递增的帧头相位计算出第一帧的帧头相位。

细定时估计模块56，根据所述第一帧的帧头相位和帧头模式产生与所述第一帧的帧头相位对应的第三本地PN序列；从所述总频偏补偿后的数据中截取第一帧数据；对所述第一帧数据进行下采样；将所述第三本地PN序列与所述第一帧数据做滑动互相关；根据所述滑动互相关结果中的最大值估计出细定时的位置。

其中，在所述整数频偏估计模块51中，在帧头模式PN420下，所述第一本地PN序列的长度len_fft选取为256点；在帧头模式PN945下，所述第一本地PN序列的长度len_fft选取为512点；

所述已接收的帧的粗定时位置为pos_corse，在帧头模式PN420下，将所述帧的粗定时位置调整为pos_corse'＝pos_corse+82*oversample；在帧头模式PN945下，将所述帧的粗定时位置调整为pos_corse'＝pos_corse+217*oversample；所述oversample为过采样的倍数，在此实施例中oversample＝2；

所述搜索窗的窗长len_win为200；

所述与本地PN序列等长的序列是长度为len_fft*2-1的序列：r(pos_corse′+i+2*n)，0≤n≤len_fft*2-1，i＝-len_win/2，…len_win/2；

所述预定阈值thresh＝15dB。

其中，在所述分数频偏估计模块53中，在帧头模式PN420下，所述第四本地PN序列的长度选取为256点；在帧头模式PN945下，所述第四本地PN序列的长度选取为512点。

其中，在所述帧头相位识别模块55中，在帧头模式PN420下，所述第二本地PN序列的长度len_pn选取为255点；在帧头模式PN945下，所述第一本地PN序列的长度len_pn选取为511点；所述L＝3；所述N＝10，所述C＝5。

由于本发明进行了接收机载波频偏、帧头相位和细定时联合估计的改进，达到了快速准确实现载波频偏估计、帧头相位识别和细定时估计的效果。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (11)

1.一种接收机载波频偏、帧头相位和细定时联合估计的方法，包括如下步骤：

步骤1：根据已接收的帧的帧头模式产生初始相位固定的第一本地PN序列；在所述已接收的帧的粗定时位置附近开窗作为整数频偏的搜索窗；在所述搜索窗内截取与所述第一本地PN序列等长的序列；将所述与第一本地PN序列等长的序列与所述第一本地PN序列进行共轭相乘；将所述共轭相乘的结果做傅立叶变换；选取所有傅立叶变换结果中的最大值，若所述最大值高于一预定阈值，记录该窗口位置和该窗口下所述最大值的位置，根据所述最大值的位置估计出整数频偏；

步骤2：根据所述整数频偏进行整数频偏补偿；

步骤3：进行分数频偏估计；

步骤4：将整数频偏和分数频偏相加得到总载波频偏，根据所述总载波频偏进行总载波频偏补偿；

步骤5：根据已接收的帧的帧头模式产生初始相位固定的第二本地PN序列；

从所述总载波频偏补偿后的数据中截取连续L帧帧头PN序列；对所述连续L帧帧头PN序列分别进行下采样；将所述第二本地PN序列与所述连续L帧帧头PN序列分别做循环互相关，选取各循环互相关结果中的最大值，并记录L个最大值对应的所述第二本地PN序列循环的位置；对第一帧帧头相位进行初步判别；对连续N帧帧头相位进行初步判别，其中所述L为整数且L≥3；

若连续C帧帧头相位均为0，则相位未旋转，若连续C帧帧头相位连续递增，则相位旋转；根据连续递增的帧头相位计算出第一帧的帧头相位；

步骤6：根据所述第一帧的帧头相位和帧头模式产生与所述第一帧的帧头相位对应的第三本地PN序列；从所述总频偏补偿后的数据中截取第一帧数据；对所述第一帧数据进行下采样；将所述第三本地PN序列与所述第一帧数据做滑动互相关；根据所述滑动互相关结果中的最大值估计出细定时的位置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述帧头模式包括帧头模式PN420和帧头模式PN945，

所述帧头模式PN420的帧头长度为420，包括一个前同步、一个PN255序列和一个后同步，其中PN255序列为循环扩展的8阶m序列，生成多项式为G255(x)＝1+x+x5+x6+x8，前同步和后同步为PN255序列的循环扩展，其中前同步长度为82个符号，后同步长度为83个符号，分别是PN255序列尾部和头部的完全复制，所述帧头可采用固定模式和旋转模式；

所述帧头模式PN945的帧头长度为945，包括一个前同步、一个PN511序列和一个后同步，其中PN511序列为循环扩展的9阶m序列，生成多项式为G511(x)＝1+x2+x7+x8+x9，前同步和后同步为PN511序列的循环扩展，其中前同步长度为217个符号，后同步长度为217个符号，分别是PN511序列尾部和头部的完全复制，所述帧头可采用固定模式和旋转模式。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：

根据已接收的帧的帧头模式产生初始相位固定的第四本地PN序列；从所述整数频偏补偿后数据中截取与所述第四本地PN序列等长的序列；将所述与第四本地PN序列等长的序列与所述第四本地PN序列进行共轭相乘；将共轭相乘的结果做自相关；根据所述自相关结果中的最大值估计出分数频偏。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，在帧头模式PN420下，所述第一本地PN序列的长度len_fft选取为256点；在帧头模式PN945下，所述第一本地PN序列的长度len_fft选取为512点；

所述已接收的帧的粗定时位置为pos_corse，在帧头模式PN420下，将所述帧的粗定时位置调整为pos_corse'＝pos_corse+82*oversample；在帧头模式PN945下，将所述帧的粗定时位置调整为pos_corse'＝pos_corse+217*oversample；所述oversample为过采样的倍数；

所述搜索窗的窗长len_win为200；

所述与本地PN序列等长的序列是长度为len_fft*2-1的序列：r(pos_corse′+i+2*n)，0≤n≤len_fft*2-1，i＝-len_win/2，…len_win/2；

所述预定阈值thresh＝15dB。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤5中，在帧头模式PN420下，所述第二本地PN序列的长度len_pn选取为255点；在帧头模式PN945下，所述第一本地PN序列的长度len_pn选取为511点；

所述L＝3；

所述N＝10，所述C＝5。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤3中，在帧头模式PN420下，所述第四本地PN序列的长度选取为256点；在帧头模式PN945下，所述第四本地PN序列的长度选取为512点。

7.一种接收机载波频偏、帧头相位和细定时联合估计的系统，包括：

整数频偏估计模块，用于根据已接收的帧的帧头模式产生初始相位固定的第一本地PN序列；在所述已接收的帧的粗定时位置附近开窗作为整数频偏的搜索窗；在所述搜索窗内截取与所述第一本地PN序列等长的序列；将所述与第一本地PN序列等长的序列与所述第一本地PN序列进行共轭相乘；将所述共轭相乘的结果做傅立叶变换；选取所有傅立叶变换结果中的最大值，若所述最大值高于一预定阈值，记录该窗口位置和该窗口下所述最大值的位置，根据最大值的位置估计出整数频偏；

整数频偏补偿模块，用于根据所述整数频偏进行整数频偏补偿；

分数频偏估计模块，用于根据已接收的帧的帧头模式产生初始相位固定的第四本地PN序列；从所述整数频偏补偿后数据中截取与所述第四本地PN序列等长的序列；将所述与第四本地PN序列等长的序列与所述第四本地PN序列进行共轭相乘；将共轭相乘的结果做自相关；根据所述自相关结果中的最大值估计出分数频偏；

总频偏补偿模块，用于将整数频偏和分数频偏相加得到总载波频偏，根据所述总载波频偏进行总载波频偏补偿；

帧头相位识别模块，用于根据已接收的帧的帧头模式产生初始相位固定的第二本地PN序列；从所述总频偏补偿后的数据中截取连续L帧帧头PN序列；对所述连续L帧帧头PN序列分别进行下采样；使用所述第二本地PN序列与所述连续L帧帧头PN序列分别做循环互相关，选取各循环互相关结果中的最大值，并记录L个最大值对应的所述第二本地PN序列循环的位置；对第一帧帧头相位进行初步判别；对连续N帧帧头相位进行初步判别，其中所述L为整数且L≥3；

若连续C帧帧头相位均为0，则相位未旋转，若连续C帧帧头相位连续递增，则相位旋转；根据连续递增的帧头相位计算出第一帧的帧头相位；

细定时估计模块，根据所述第一帧的帧头相位和帧头模式产生与所述第一帧的帧头相位对应的第三本地PN序列；从所述总频偏补偿后的数据中截取第一帧数据；对所述第一帧数据进行下采样；将所述第三本地PN序列与所述第一帧数据做滑动互相关；根据所述滑动互相关结果中的最大值估计出细定时的位置。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述帧头模式包括帧头模式PN420和帧头模式PN945，

所述帧头模式PN420的帧头长度为420，包括一个前同步、一个PN255序列和一个后同步，其中PN255序列为循环扩展的8阶m序列，生成多项式为G255(x)＝1+x+x5+x6+x8，前同步和后同步为PN255序列的循环扩展，其中前同步长度为82个符号，后同步长度为83个符号，分别是PN255序列尾部和头部的完全复制，所述帧头可采用固定模式和旋转模式；

所述帧头模式PN945的帧头长度为945，包括一个前同步、一个PN511序列和一个后同步，其中PN511序列为循环扩展的9阶m序列，生成多项式为G511(x)＝1+x2+x7+x8+x9，前同步和后同步为PN511序列的循环扩展，其中前同步长度为217个符号，后同步长度为217个符号，分别是PN511序列尾部和头部的完全复制，所述帧头可采用固定模式和旋转模式。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，在所述整数频偏估计模块中，在帧头模式PN420下，所述第一本地PN序列的长度len_fft选取为256点；在帧头模式PN945下，所述第一本地PN序列的长度len_fft选取为512点；

所述已接收的帧的粗定时位置为pos_corse，在帧头模式PN420下，将所述帧的粗定时位置调整为pos_corse'＝pos_corse+82*oversample；在帧头模式PN945下，将所述帧的粗定时位置调整为pos_corse'＝pos_corse+217*oversample；所述oversample为过采样的倍数；

所述搜索窗的窗长len_win为200；

所述与本地PN序列等长的序列是长度为len_fft*2-1的序列：r(pos_corse′+i+2*n)，0≤n≤len_fft*2-1，i＝-len_win/2，…len_win/2；

所述预定阈值thresh＝15dB。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，在所述分数频偏估计模块中，在帧头模式PN420下，所述第四本地PN序列的长度选取为256点；在帧头模式PN945下，所述第四本地PN序列的长度选取为512点。

11.如权利要求8所述的系统，其特征在于，在所述帧头相位识别模块中，在帧头模式PN420下，所述第二本地PN序列的长度len_pn选取为255点；在帧头模式PN945下，所述第一本地PN序列的长度len_pn选取为511点；所述L＝3；所述N＝10，所述C＝5。

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