CN105610547B - 一种帧头数据频偏恢复方法及系统 - Google Patents

一种帧头数据频偏恢复方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种帧头数据频偏恢复方法和系统，所述方法包括：根据帧头的起始标志数据和导频数据计算帧头频偏粗估计值；采用帧头频偏粗估计值对帧头数据进行频偏粗恢复；根据频偏粗恢复后的起始标志数据和本地数据计算帧头频偏细估计值；采用帧头频偏细估计值对帧头数据进行频偏细恢复。上述方案，利用少量数据对频偏进行估计，采用两次频偏恢复技术，首先在较大的估计范围内采用频偏粗估计和恢复，之后为提高准确度在频偏粗恢复之后，再通过高准确度的频偏细估计对帧头数据进行恢复。该方案能够精确的去除帧头数据的频偏，减少导致译码出现的错误、可以正确定位下一帧的起始位置，从而减少失步的缺陷。

Description

一种帧头数据频偏恢复方法及系统
技术领域
本发明属于卫星通信领域，尤其是涉及一种帧头数据频偏恢复方法及系统。
背景技术
DVB-S2是在DVB-S基础上提出的新一代卫星数字广播标准，是当前最先进的卫星广播标准，它的编码方式采用了接近了香农极限的低密度奇偶校验码(LDPC)，使得DVB-S2接收机工作信噪比门限可降低到-2.35dB。
在低信噪比高频差的情况下，对接收机的帧同步性能影响较大。在变编码速率模式下，接收到的每一帧数据的长度都是可变的，因此需要对每一帧的帧头数据进行译码，根据译码后得到的信息才能推断出本帧的长度。从而确定下一帧的起始位置。一旦由于频偏恢复不好导致译码出现错误，就会导致无法正确定位下一帧的起始位置，从而造成失步。因此，如何更好的去除帧头数据的频偏亟待解决的重要技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种帧头数据频偏恢复方法及系统，以解决现有技术中难以精确的进行频偏恢复、去除帧头数据的频偏，导致译码出现错误、无法正确定位下一帧的起始位置，从而造成失步的缺陷。
本发明提供了一种帧头数据频偏恢复方法，包括：
根据帧头的起始标志数据和导频数据计算帧头频偏粗估计值；
采用帧头频偏粗估计值对帧头数据进行频偏粗恢复；
根据频偏粗恢复后的起始标志数据和本地数据计算帧头频偏细估计值；
采用帧头频偏细估计值对帧头数据进行频偏细恢复。
较佳的，所述计算帧头频偏粗估计值，包括：
将帧头的起始标志数据和导频数据分别和本地数据进行相关运算；
分别对相关运算得到的结果进行快速傅立叶变换运算；
分别对起始标志数据和导频数据的快速傅立叶变换运算结果的最大值进行搜索，得到各自最大值的位置；
分别根据所述各自最大值的位置和符号速率计算出起始标志数据频偏粗估计值和导频数据频偏粗估计值；
根据所述起始标志数据频偏粗估计值和导频数据频偏粗估计值的平均值得到帧头频偏粗估计值。
较佳的，所述计算帧头频偏细估计值，包括：
对频偏粗恢复后的起始标志数据和本地数据进行相关运算，并对相关运算结果再进行自相关运算；
对自相关运算的结果进行累加，并根据累加结果得到帧头频偏细估计值。
较佳的，所述的帧头数据频偏恢复方法中：
所述起始标志数据为26比特；
所述导频数据为帧头数据中的第一个导频数据，包括36个比特。
较佳的，根据帧头的起始标志数据和导频数据计算帧头频偏粗估计值之前，还包括：
将接收到的数据中帧头的起始标志数据和第一个导频数据缓存到本地。
相应于上述方法，本发明还提供了一种帧头数据频偏恢复系统，包括：
帧头频偏粗估计模块，用于根据帧头的起始标志数据和导频数据计算帧头频偏粗估计值；
频偏粗恢复模块，用于采用帧头频偏粗估计值对帧头数据进行频偏粗恢复；
帧头频偏细估计模块，用于根据频偏粗恢复后的起始标志数据和本地数据计算帧头频偏细估计值；
频偏细恢复模块，用于采用帧头频偏细估计值对帧头数据进行频偏细恢复。
较佳的，所述帧头频偏粗估计模块，包括：
第一相关运算单元，用于将帧头的起始标志数据和导频数据分别和本地数据进行相关运算；
快速傅立叶变换运算单元，用于分别对相关运算得到的结果进行快速傅立叶变换运算；
最大值位置获取单元，用于分别对起始标志数据和导频数据的快速傅立叶变换运算结果的最大值进行搜索，得到各自最大值的位置；
第一频偏粗估计单元，用于分别根据所述各自最大值的位置和符号速率计算出起始标志数据频偏粗估计值和导频数据频偏粗估计值；
帧头频偏粗估计单元，用于根据所述起始标志数据频偏粗估计值和导频数据频偏粗估计值的平均值得到帧头频偏粗估计值。
较佳的，所述帧头频偏细估计模块，包括：
第二相关运算单元，用于对频偏粗恢复后的起始标志数据和本地数据进行相关运算，并对相关运算结果再进行自相关运算；
帧头频偏细估计单元，用于对自相关运算的结果进行累加，并根据累加结果得到帧头频偏细估计值。
较佳的，所述的帧头数据频偏恢复系统中:
所述起始标志数据为26比特；
所述导频数据为帧头数据中的第一个导频数据，包括36个比特。
较佳的，所述的帧头数据频偏恢复系统中，还包括：
缓存模块，用于将接收到的数据中帧头的起始标志数据和第一个导频数据缓存到本地。
本发明提供的帧头数据频偏恢复方法和系统，利用少量数据对频偏进行估计，采用两次频偏恢复技术，首先在较大的估计范围内采用频偏粗估计和恢复，之后为提高准确度在频偏粗恢复之后，再通过高准确度的频偏细估计对帧头数据进行恢复。一方面实现了较大范围的频偏估计恢复，同时也实现了高准确性的频偏估计恢复。该方案能够精确的去除帧头数据的频偏，减少导致译码出现的错误、可以正确定位下一帧的起始位置，从而减少失步的缺陷。
附图说明
图1为本申请实施例一提供的帧头数据频偏恢复方法流程示意图；
图2为本申请实施例一提供的帧头频偏粗估计方法流程示意图；
图3为本申请实施例二提供的帧头数据频偏恢复系统架构示意图。
具体的实施方式
本发明实施例提供了一种帧头数据频偏恢复方法及系统，以解决现有技术中难以精确的进行频偏恢复、去除帧头数据的频偏，导致译码出现错误、无法正确定位下一帧的起始位置，从而造成失步的缺陷。
以DVB-S2帧结构为例，其包括帧头、有效载荷和导频数据。帧头有26比特的帧起始标志(SOF)和64比特的物理层信令码(PLSC)构成。其中PLSC是由包含相关信令的7个比特经过Reed-Muller编码后，再经固定的扰码序列进行加扰后形成的64比特。若需要插入导频数据，则每隔16个时隙插入一个包含36个比特的导频。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本实施例提供了一种帧头数据频偏恢复方法，如图1所示为该方法的一种流程示意图，其具体包括以下步骤：
步骤S101，根据帧头的起始标志数据和导频数据计算帧头频偏粗估计值；
本步骤中，可以利用少量数据对帧头频偏进行粗估计。具体的，所述起始标志数据为26比特；所述导频数据为帧头数据中的第一个导频数据，包括36个比特。只在每一帧到来时计算一次，每一帧头的频偏计算各自独立，不会受上一帧头数据影响，计算量小。
上述步骤中可以采用FFT(Fast Fourier Transformation、快速傅立叶变换)运算计算帧头频偏粗估计值，具体的如图2所示的帧头频偏粗估计方法流程示意图，所述步骤S10根据帧头的起始标志数据和导频数据计算帧头频偏粗估计值，具体可以包括以下步骤：
步骤S101a，将帧头的起始标志数据和导频数据分别和本地数据进行相关运算；其中运算公式如下式(1)所示：
x(i)＝s(i)c*(i)，(1)；
其中s(i)为输入数据，c(i)为本地数据。
步骤S101b，分别对相关运算得到的结果进行快速傅立叶变换运算；
由于FFT运算点数为1024点，因此要对首先对进行FFT运算的数据进行补0。之后还可以将运算结果存储到缓存中。
步骤S101c，分别对起始标志数据和导频数据的快速傅立叶变换运算结果的最大值进行搜索，得到各自最大值的位置；
本步骤中寻找FFT运算结果中最大值位置，并记录所述最大值在1024个点中的位置。
步骤S101d，分别根据所述各自最大值的位置和符号速率计算出起始标志数据频偏粗估计值和导频数据频偏粗估计值；
本步骤中根据各自最大值的位置和符号速率按照下公式(2)计算出各自的频偏粗估计的值；
Figure GDA0000941676710000061
其中symbolrate为符号速率。
步骤S101e，根据所述起始标志数据频偏粗估计值和导频数据频偏粗估计值的平均值得到帧头频偏粗估计值。
步骤S102，采用帧头频偏粗估计值对帧头数据进行频偏粗恢复；
利用得到的帧头频偏粗估计值对整个帧头数据进行频偏粗补偿，完成对帧头数据的频偏粗恢复。
步骤S103，根据频偏粗恢复后的起始标志数据和本地数据计算帧头频偏细估计值；
本步骤中，可以通过L&R算法进行帧头频偏细估计。首先读取本地帧起始标志数据和频偏粗恢复后的起始标志数据进行相关运算，对运算结果进行累加，利用累加后的值计算出帧头频偏细估计值。
具体的实现方式举例如下：
步骤S103a，对频偏粗恢复后的起始标志数据和本地数据进行相关运算，如下公式(3)所示；并对相关运算结果再进行自相关运算，如下公式(4)所示；
x(i)＝s(i)c*(i) 1≤i≤L，(3)；
Figure GDA0000941676710000062
其中s(i)为输入数据，c(i)为本地数据，L值为26。
步骤S103b，对自相关运算的结果进行累加，并根据累加结果得到帧头频偏细估计值。
具体的，根据累加结果按下公式(5)得到帧头频偏细估计值：
Figure GDA0000941676710000063
其中N值为25。
步骤S104，采用帧头频偏细估计值对帧头数据进行频偏细恢复。
利用得到的帧头频偏细估计值对整个帧头数据进行频偏细补偿，完成对帧头数据的频偏细恢复。
本实施例提供的上述方法中，在步骤S101根据帧头的起始标志数据和导频数据计算帧头频偏粗估计值之前，还可以包括：
将接收到的数据中帧头的起始标志数据和第一个导频数据缓存到本地。该方案可以通过少量数据对帧头频偏进行估计和恢复，无需缓存全部的数据，可以提高处理效率，减少系统开销。
本实施例提供的帧头数据频偏恢复方法，利用少量数据对频偏进行估计，采用两次频偏恢复技术，首先在较大的估计范围内采用频偏粗估计和恢复，之后为提高准确度在频偏粗恢复之后，再通过高准确度的频偏细估计对帧头数据进行恢复。一方面实现了较大范围的频偏估计恢复，同时也实现了高准确性的频偏估计恢复。该方案能够精确的去除帧头数据的频偏，减少导致译码出现的错误、可以正确定位下一帧的起始位置，从而减少失步的缺陷。
实施例二：
相应于实施例一提供的方法，本实施例还提供了一种帧头数据频偏恢复系统，如图3所示的系统架构示意图，该系统具体包括：
帧头频偏粗估计模块301，用于根据帧头的起始标志数据和导频数据计算帧头频偏粗估计值；具体的，所述起始标志数据为26比特；所述导频数据为帧头数据中的第一个导频数据，包括36个比特。只在每一帧到来时计算一次，每一帧头的频偏计算各自独立，不会受上一帧头数据影响，计算量小。
频偏粗恢复模块302，用于采用帧头频偏粗估计值对帧头数据进行频偏粗恢复；
帧头频偏细估计模块303，用于根据频偏粗恢复后的起始标志数据和本地数据计算帧头频偏细估计值；
频偏细恢复模块304，用于采用帧头频偏细估计值对帧头数据进行频偏细恢复。
上述系统中，可以采用快速傅立叶变换运算计算帧头频偏粗估计值，具体的所述帧头频偏粗估计模块301，可以包括：
第一相关运算单元，用于将帧头的起始标志数据和导频数据分别和本地数据进行相关运算；
快速傅立叶变换运算单元，用于分别对相关运算得到的结果进行快速傅立叶变换运算；由于FFT运算点数为1024点，因此要对首先对进行FFT运算的数据进行补0。之后还可以将运算结果存储到缓存中。
最大值位置获取单元，用于分别对起始标志数据和导频数据的快速傅立叶变换运算结果的最大值进行搜索，得到各自最大值的位置；
第一频偏粗估计单元，用于分别根据所述各自最大值的位置和符号速率计算出起始标志数据频偏粗估计值和导频数据频偏粗估计值；
帧头频偏粗估计单元，用于根据所述起始标志数据频偏粗估计值和导频数据频偏粗估计值的平均值得到帧头频偏粗估计值。
上述系统中，可以通过L&R算法进行帧头频偏细估计，对应的所述帧头频偏细估计模块303，可以包括：
第二相关运算单元，用于对频偏粗恢复后的起始标志数据和本地数据进行相关运算，并对相关运算结果再进行自相关运算；
帧头频偏细估计单元，用于对自相关运算的结果进行累加，并根据累加结果得到帧头频偏细估计值。
同时，所述的帧头数据频偏恢复系统中，还可以包括：
缓存模块，用于将接收到的数据中帧头的起始标志数据和第一个导频数据缓存到本地。该系统可以通过少量数据对帧头频偏进行估计和恢复，无需缓存全部的数据，可以提高处理效率，减少系统开销。
本实施例提供的帧头数据频偏恢复系统，利用少量数据对频偏进行估计，采用两次频偏恢复技术，首先在较大的估计范围内采用频偏粗估计和恢复，之后为提高准确度在频偏粗恢复之后，再通过高准确度的频偏细估计对帧头数据进行恢复。一方面实现了较大范围的频偏估计恢复，同时也实现了高准确性的频偏估计恢复。该方案能够精确的去除帧头数据的频偏，减少导致译码出现的错误、可以正确定位下一帧的起始位置，从而减少失步的缺陷。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本实施例为方法实施例一对应的系统实施例，其中各个模块功能的实现方式(如具体计算的公式等)可以参见上述方法实施例，其类同之处相互参见即可，不再赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种帧头数据频偏恢复方法，其特征在于，包括：
根据帧头的起始标志数据和导频数据计算帧头频偏粗估计值；
采用帧头频偏粗估计值对帧头数据进行频偏粗恢复；
根据频偏粗恢复后的起始标志数据和本地数据计算帧头频偏细估计值；
采用帧头频偏细估计值对帧头数据进行频偏细恢复；
其中，所述计算帧头频偏粗估计值，包括：
将帧头的起始标志数据和导频数据分别和本地数据进行相关运算；
分别对相关运算得到的结果进行快速傅立叶变换运算；
分别对起始标志数据和导频数据的快速傅立叶变换运算结果的最大值进行搜索，得到各自最大值的位置；
分别根据所述各自最大值的位置和符号速率计算出起始标志数据频偏粗估计值和导频数据频偏粗估计值；
根据所述起始标志数据频偏粗估计值和导频数据频偏粗估计值的平均值得到帧头频偏粗估计值。
2.根据权利要求1所述的帧头数据频偏恢复方法，其特征在于，所述计算帧头频偏细估计值，包括：
对频偏粗恢复后的起始标志数据和本地数据进行相关运算，并对相关运算结果再进行自相关运算；
对自相关运算的结果进行累加，并根据累加结果得到帧头频偏细估计值。
3.根据权利要求1所述的帧头数据频偏恢复方法，其特征在于:
所述起始标志数据为26比特；
所述导频数据为帧头数据中的第一个导频数据，包括36个比特。
4.根据权利要求3所述的帧头数据频偏恢复方法，其特征在于，根据帧头的起始标志数据和导频数据计算帧头频偏粗估计值之前，还包括：
将接收到的数据中帧头的起始标志数据和第一个导频数据缓存到本地。
5.一种帧头数据频偏恢复系统，其特征在于，包括：
帧头频偏粗估计模块，用于根据帧头的起始标志数据和导频数据计算帧头频偏粗估计值；
频偏粗恢复模块，用于采用帧头频偏粗估计值对帧头数据进行频偏粗恢复；
帧头频偏细估计模块，用于根据频偏粗恢复后的起始标志数据和本地数据计算帧头频偏细估计值；
频偏细恢复模块，用于采用帧头频偏细估计值对帧头数据进行频偏细恢复；
其中，所述帧头频偏粗估计模块，包括：
第一相关运算单元，用于将帧头的起始标志数据和导频数据分别和本地数据进行相关运算；
快速傅立叶变换运算单元，用于分别对相关运算得到的结果进行快速傅立叶变换运算；
最大值位置获取单元，用于分别对起始标志数据和导频数据的快速傅立叶变换运算结果的最大值进行搜索，得到各自最大值的位置；
第一频偏粗估计单元，用于分别根据所述各自最大值的位置和符号速率计算出起始标志数据频偏粗估计值和导频数据频偏粗估计值；
帧头频偏粗估计单元，用于根据所述起始标志数据频偏粗估计值和导频数据频偏粗估计值的平均值得到帧头频偏粗估计值。
6.根据权利要求5所述的帧头数据频偏恢复系统，其特征在于，所述帧头频偏细估计模块，包括：
第二相关运算单元，用于对频偏粗恢复后的起始标志数据和本地数据进行相关运算，并对相关运算结果再进行自相关运算；
帧头频偏细估计单元，用于对自相关运算的结果进行累加，并根据累加结果得到帧头频偏细估计值。
7.根据权利要求5所述的帧头数据频偏恢复系统，其特征在于:
所述起始标志数据为26比特；
所述导频数据为帧头数据中的第一个导频数据，包括36个比特。
8.根据权利要求7所述的帧头数据频偏恢复系统，其特征在于，还包括：
缓存模块，用于将接收到的数据中帧头的起始标志数据和第一个导频数据缓存到本地。
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