CN106572041A - 采样频率偏差的计算方法及装置 - Google Patents

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CN106572041A CN201510645397.4A CN201510645397A CN106572041A CN 106572041 A CN106572041 A CN 106572041A CN 201510645397 A CN201510645397 A CN 201510645397A CN 106572041 A CN106572041 A CN 106572041A
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赵艳艳
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Abstract

本发明实施例公开了一种采样频率偏差值的计算方法，所述方法包括：接收至少两段完全相同的前导序列；获取所述每段前导序列的信道频域响应；根据所述每段前导序列的信道频域响应计算出所述至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值；根据所述平均相位偏移值得到采样频率偏差值。本发明实施例同时还公开了一种采样频率偏差值的计算装置。

Description

采样频率偏差的计算方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种采样频率偏差的计算方法及装置。
背景技术
在正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)数字通信系统中，发射机将OFDM调制信号通过数模转换器(Digital-to-AnalogConverter，DAC)转换为时域上的连续信号；接收机将接收到的时域连续信号通过模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)采样变为数字信号；发射机的DAC和接收机的ADC晶振产生的时钟周期和相位不可能相同，这将导致两者之间的采样间隔偏差会越来越大，从而对整个系统的性能带来严重影响，因此，需要对这一采样频率偏差进行补偿，而前提就是先将采样频率偏差准确计算出来。
传统的采样频率偏差计算方法是，在前导序列中设置专门的导频子载波Pm，m为特定的子载波标号，则接收到的信号可以表示为Ym＝H·Pm，其中H为信道频域响应；对信道频域响应和导频子载波分别取共轭，则有Ym·H*·Pm *＝H·Pm·H*·Pm *＝|H|2·|Pm|2·eθ，由于共轭计算结果必为实数，因而θ则是由采样频率偏差引入的相位旋转，通过相位计算得到θ后，再由公式计算出采样频率偏差δ。Nμ为时域经过的点数，N为前导序列的点数，fk为子载波的频率。
可以看出传统的采样频率偏差计算方法在计算完信道频域响应H之后，还需要计算其共轭H*，并对发出的导频子载波做共轭求Pm *，以及接收到的信号做傅里叶变换得到Ym后，三者相乘再做相位计算，其计算量大，实现复杂，资源消耗大。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种采样频率偏差的计算方法及装置，以降低计算量，减少资源消耗。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种采样频率偏差值的计算方法，所述方法包括：
接收至少两段完全相同的前导序列；
获取所述每段前导序列的信道频域响应；
根据所述每段前导序列的信道频域响应计算出所述至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值；
根据所述平均相位偏移值得到采样频率偏差值。
上述方法中，所述根据所述平均相位偏移值得到采样频率偏差值之后，所述方法还包括：
将所述采样频率偏差值通过噪声滤除机制和历史统计平均机制处理，得到均衡后的采样频率偏差值。
上述方法中，所述接收至少两段完全相同的前导序列，包括：
接收至少两段完全相同的前导序列，其中，如果所述至少两段完全相同的前导序列不是连续发送，则发送端在所述至少两段完全相同的前导序列之间插入其余序列，所述其余序列的长度为所述前导序列长度的整数倍。
上述方法中，所述获取所述每段前导序列的信道频域响应，包括：
通过计算所述前导序列经过信道后的频域信息与所述前导序列未经过信道前的频域信息的商，得到所述前导序列的信道频域响应。
上述方法中，所述根据所述每段前导序列的信道频域响应计算出所述至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值，包括：
根据所述每段前导序列的信道频域响应，通过坐标旋转数字计算方法CORDIC计算出所述每段前导序列的子载波频率点所对应的相位偏移值；
确定第一前导序列与第二前导序列，将所述第一前导序列与第二前导序列的子载波频率点所对应的相位偏移值依次求差后取绝对值，得到所述第一前导序列与第二前导序列的子载波频率点所对应的相位差值；
将所述相位差值逐次叠加后取平均，得到所述至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值。
上述方法中，所述根据所述平均相位偏移值得到采样频率偏差值，包括：
通过计算所述平均相位偏移值与采样信号角速度的商，得到所述采样频率偏差值。
本发明还提供一种采样频率偏差值的计算装置，所述装置包括：
接收模块，用于接收至少两段完全相同的前导序列；
获取模块，用于获取所述每段前导序列的信道频域响应；
平均相位偏移值计算模块，用于根据所述每段前导序列的信道频域响应计算出所述至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值；
采样频率偏差值计算模块，用于根据所述平均相位偏移值得到采样频率偏差值。
上述装置中，所述装置还包括：
处理模块，用于将所述采样频率偏差值通过噪声滤除机制和历史统计平均机制处理，得到均衡后的采样频率偏差值。
上述装置中，所述接收模块，具体用于接收至少两段完全相同的前导序列，其中，如果所述至少两段完全相同的前导序列不是连续发送，则发送端在所述至少两段完全相同的前导序列之间插入其余序列，所述其余序列的长度为所述前导序列长度的整数倍。
上述装置中，所述获取模块，具体用于通过计算所述前导序列经过信道后的频域信息与所述前导序列未经过信道前的频域信息的商，得到所述前导序列的信道频域响应。
上述装置中，所述平均相位偏移值计算模块，包括：
第一计算单元，用于根据所述每段前导序列的信道频域响应，通过坐标旋转数字计算方法CORDIC计算出所述每段前导序列的子载波频率点所对应的相位偏移值；
第二计算单元，用于确定第一前导序列与第二前导序列，将所述第一前导序列与第二前导序列的子载波频率点所对应的相位偏移值依次求差后取绝对值，得到所述第一前导序列与第二前导序列的子载波频率点所对应的相位差值；
第三计算单元，用于将所述相位差值逐次叠加后取平均，得到所述至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值。
上述装置中，所述采样频率偏差值计算模块，具体用于通过计算所述平均相位偏移值与采样信号角速度的商，得到所述采样频率偏差值。
本发明实施例提供的采样频率偏差值的计算方法及装置，采样频率偏差的计算装置首先接收至少两段完全相同的前导序列，其中，每段前导序列中不设置任何导频子载波(导频符号)；然后，获取每段前导序列的信道频域响应；其次，根据每段前导序列的信道频域响应计算出所述至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值；接着，根据计算得到的平均相位偏移值得到采样频率偏差值；最后，在得到采样频率偏差值之后，通过噪声滤除机制和历史统计平均机制处理，得到均衡后的采样频率偏差值；由于使用至少两段完全相同的前导序列，而且每段前导序列中不设置任何导频子载波(导频符号)，无需对导频子载波进行计算处理，根据每段前导序列的信道频域响应计算出至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值，不仅提高了采样频率偏差值的计算精度，而且还降低了计算量，减少了资源消耗。
附图说明
图1为本发明采样频率偏差的计算方法实施例的流程图；
图2为本发明采样频率偏差值的计算装置的结构示意图。
具体实施方式
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，这里需要说明的是，本发明方案是基于OFDM技术下实现的。
图1为本发明采样频率偏差的计算方法实施例的流程图，如图1所示，本方法可以包括如下步骤：
步骤101、接收至少两段完全相同的前导序列。
采样频率偏差的计算装置设置在接收端一侧，用于接收发送端发送的至少两段完全相同的前导序列。
在本发明实施例中，在每段前导序列中不设置任何导频子载波(导频符号)，只要输出端发出两段、三段、或者多段完全相同的前导序列即可，具体发出的前导序列的数量可以根据实际需求进行设置，在此不加以限定；下面仅以输出端发出两段完全相同的前导序列来举例说明。
例如，在单向通信过程中，由发送侧向接收侧发出两段完全一致的前导序列。
又例如，在双向通信过程中，基于电力线载波通信协议HomePlug GreenPHY的站点A与站点B之间的通信；站点A向站点B发送10段384点前导序列，其中第2段与第4段的前导序列完全一致，用于进行采样频率偏差值的计算，因此在站点B侧的接收端接收这10段384点前导序列时，仅让第2段与第4段的前导序列进入设置在站点B侧的采样频率偏差值的计算装置中进行处理。同样地，当站点B向站点A发送数据时，也使用10段384点前导序列，其中第2段与第4段前导是完全一致的，用于采样频率偏差值的计算，此时仅让第2段与第4段的前导序列进入设置在站点A侧的采样频率偏差值的计算装置中进行处理。
在基于802.11a的无线通信协议的基站A与基站B之间的通信情况下，由于802.11a协议有专门规定格式的前导序列，依靠对前导序列插入特定的子载波导频来进行相应的采样频率偏差值的计算，这时，可以先对前导序列中相同长度且相同内容的两段前导进行采样频率偏差值的计算，再将计算结果提供参考，供给依据子载波导频计算出的频偏估计结果以进行校正。
在本步骤中，发送端使用傅里叶逆变换得到一段前导序列，该前导序列的频域信息为已知的，在生成的前导序列尾部截取一段添加至前导序列首部构成循环前缀，复制这段前导序列，构成两段完全相同的已知前导序列并发送；这两段完全相同的前导序列可以连续发送，也可以不连续发送，如果这两段完全相同的前导序列不是连续发送，则在这两段完全相同的前导序列之间插入其余序列，该其余序列的长度为所述前导序列长度的整数倍，用公式可以表示为：L＝mG，其中，L为所述其余序列的长度，G为所述前导序列的长度，m为自然数。
由于使用两个完全相同的前导序列来进行采样频率偏差值的计算，可以有足够多的采样点数据可用于计算，因而频率偏差的计算结果比较精确，利于后续频率偏差的恢复。
步骤102、获取所述每段前导序列的信道频域响应。
采样频率偏差的计算装置在接收到这两段完全相同的前导序列后，利用常用的快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)算法计算这两个完全相同的前导序列经过信道后的频域信息；FFT算法是快速计算离散傅里叶变换的方法，通过利用离散傅里叶变换的周期性和对称性，使得整个离散傅里叶变换变成一系列迭代运算，可大幅加快运算过程和缩减运算量。
在得到两个完全相同的前导序列经过信道后的频域信息后，通过计算每个前导序列经过信道后的频域信息与每个前导序列未经过信道前的频域信息的商，得到的商值即为每个前导序列的信道频域响应，用公式可以表示为：其中，H为所述前导序列的信道频域响应，Y为所述前导序列未经过信道前的频域信息，YR为所述前导序列经过信道后的频域信息；这里的所述前导序列未经过信道前的频域信息可以通过信道响应技术获得，在此不加以赘述。
最终得到这两段前导序列各自的信道频域响应。
步骤103、根据所述每段前导序列的信道频域响应计算出所述至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值。
具体的，在本步骤中，采样频率偏差的计算装置，首先会根据计算后得到的所述每段前导序列的信道频域响应，通过坐标旋转数字计算方法(CoordinateRotation Digital Computer，CORDIC)计算出所述每段前导序列的子载波频率所对应的相位偏移值；CORDIC算法主要用于三角函数、双曲线、指数、对数的计算，该算法通过基本的加和移位运算代替乘法运算，使得矢量的旋转和定向的计算不再需要三角函数、乘法、开方、反三角函数、指数等复杂运算。
用CORDIC算法计算出所述每段前导序列的子载波频率点所对应的相位偏移值可以表示为：θ(f1)，θ(f2)，θ(f3)，……，θ(fN)，其中，fN为子载波的频率点，N为所述前导序列的点数，N为自然数。
接着，采样频率偏差的计算装置会从这些完全相同的前导序列中确定出第一前导序列与第二前导序列，将所述第一前导序列与第二前导序列的子载波频率所对应的相位偏移值依次求差后取绝对值，得到所述第一前导序列与第二前导序列的子载波频率所对应的相位差值；需要说明的是，无论接收到多少段完全相同的前导序列，最终都要确定出两段前导序列来用于计算，下面对如何确定第一前导序列与第二前导序列来具体说明。
这里可以按照预设规则来确定第一前导序列与第二前导序列，其中，预设规则为：如果当前接收到两段完全相同的前导序列，那么可以将这两段定义为第一前导序列和第二前导序列；如果当前接收到三段或三段以上完全相同的前导序列，那么可以将这三段或三段以上中任意两段定义为第一前导序列和第二前导序列，也可以将这三段或三段以上中任意两段相减后得到的两段不同的前导序列定义为第一前导序列和第二前导序列。
例如，如果当前接收到三段完全相同的前导序列分别为a段、b段、c段，可以将a段、b段、c段中任意两段定义为第一前导序列和第二前导序列，也可以将|c-a|段定义为第一前导序列、将|c-b|段定义为第二前导序列，还可以将|b-a|段定义为第一前导序列、将|b-c|段定义为第二前导序列，再可以将|a-b|段定义为第一前导序列、将|a-c|段定义为第二前导序列；上面仅以接收到三段完全相同的前导序列来举例说明，对于实际应用中接收到完全相同的前导序列的段数以及确定第一前导序列和第二前导序列并不加以限定。
利用公式可以表示成：
所述第一前导序列的子载波频率点所对应的相位偏移值可以为θ1(f1)，θ1(f2)，θ1(f3)，……，θ1(fN)；
所述第二前导序列的子载波频率点所对应的相位偏移值为θ2(f1)，θ2(f2)，θ2(f3)，……，θ2(fN)；
根据公式△θ(fN)＝|θ1(fN)-θ2(fN)|得到所述第一前导序列与第二前导序列的子载波频率点所对应的相位差值为△θ(f1)，△θ(f2)，△θ(f3)，……，△θ(fN)。
其次，采样频率偏差的计算装置将所述相位差值逐次叠加后取平均，得到所述至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值。
具体的，采样频率偏差的计算装置将所述相位差值逐次叠加后取平均，得到所述至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值为其中，θS为所述平均相位偏移值。
在本步骤中，削减了大多数复杂的乘法除法计算，而更多采用加法减法计算，降低了计算的复杂度和资源消耗。
步骤104、根据所述平均相位偏移值得到采样频率偏差值。
采样频率偏差的计算装置通过计算所述平均相位偏移值与采样信号角速度的商，来得到所述采样频率偏差值。
通过公式可以得到采样频率偏差值，其中，δS为所述采样频率偏差值，θS为所述平均相位偏移值，k为采样频率。
因为第一前导序列的相位偏移值为第二前导序列的相位偏移值为其中Nμ为时域经过的点数，N为前导序列的点数，所以可以得到△θ(k)＝|θ1(k)-θ2(k)|＝2πkδ，如果前导序列不是连续发送时，则有△θ(k)＝|θ1(k)-θ2(k)|＝2πkmδ，即如果前导序列不是连续发送时，则有
步骤105、将所述采样频率偏差值通过噪声滤除机制和历史统计平均机制，得到均衡后的采样频率偏差值。
采样频率偏差的计算装置在得到采样频率偏差值之后，通过噪声滤除机制和历史统计平均机制处理，得到均衡后的采样频率偏差值。
具体的，可以按照预设比例将当前的采样频率偏差值和历史采样频偏值综合得到一个新的采样频率偏差值，这个预设比例是由整个系统性能和噪声性能所共同决定的；这样可以消除噪声影响并且不断地自适应调节采样频率偏差值，使得随着时间推进计算出的结果更具有统计意义、使其更加精确。
本发明实施例提供的采样频率偏差值的计算方法，由于使用至少两段完全相同的前导序列，而且每段前导序列中不设置任何导频子载波(导频符号)，无需对导频子载波进行计算处理，根据每段前导序列的信道频域响应计算出至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值，不仅提高了采样频率偏差值的计算精度，而且还降低了计算量，减少了资源消耗。
图2为本发明采样频率偏差值的计算装置的结构示意图，如图2所示，本采样频率偏差值的计算装置02包括：接收模块021、获取模块022、平均相位偏移值计算模块023、采样频率偏差值计算模块024；其中，
所述接收模块021，用于接收至少两段完全相同的前导序列；
所述获取模块022，用于获取所述每段前导序列的信道频域响应；
所述平均相位偏移值计算模块023，用于根据所述每段前导序列的信道频域响应计算出所述至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值；
所述采样频率偏差值计算模块024，用于根据所述平均相位偏移值得到采样频率偏差值。
进一步的，所述装置还包括：处理模块025；其中，
所述处理模块025，用于将所述采样频率偏差值通过噪声滤除机制和历史统计平均机制处理，得到均衡后的采样频率偏差值。
进一步的，所述接收模块021，具体用于接收至少两段完全相同的前导序列，如果所述至少两段完全相同的前导序列不是连续发送，则发送端在所述至少两段完全相同的前导序列之间插入其余序列，所述其余序列的长度为所述前导序列长度的整数倍。
进一步的，所述获取模块022，具体用于通过计算所述前导序列经过信道后的频域信息与所述前导序列未经过信道前的频域信息的商，得到所述前导序列的信道频域响应。
进一步的，所述平均相位偏移值计算模块023可以包括：第一计算单元0231、第二计算单元0232、第三计算单元0233。
所述第一计算单元0231，用于根据所述每段前导序列的信道频域响应，通过坐标旋转数字计算方法CORDIC计算出所述每段前导序列的子载波频率点所对应的相位偏移值；
所述第二计算单元0232，用于确定第一前导序列与第二前导序列，将所述第一前导序列与第二前导序列的子载波频率点所对应的相位偏移值依次求差后取绝对值，得到所述第一前导序列与第二前导序列的子载波频率点所对应的相位差值；
所述第三计算单元0233，用于将所述相位差值逐次叠加后取平均，得到所述至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值。
进一步的，所述采样频率偏差值计算模块024，具体用于通过计算所述平均相位偏移值与采样信号角速度的商，得到所述采样频率偏差值。
本实施例的装置，可以用于执行上述所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
在实际应用中，所述接收模块021、获取模块022、平均相位偏移值计算模块023、采样频率偏差值计算模块024、处理模块025可由位于终端上的中央处理器(CPU)、微处理器(MPU)、数字信号处理器(DSP)或现场可编程门阵列(FPGA)等器件实现。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种采样频率偏差值的计算方法，其特征在于，所述方法包括：
接收至少两段完全相同的前导序列；
获取所述每段前导序列的信道频域响应；
根据所述每段前导序列的信道频域响应计算出所述至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值；
根据所述平均相位偏移值得到采样频率偏差值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述平均相位偏移值得到采样频率偏差值之后，所述方法还包括：
将所述采样频率偏差值通过噪声滤除机制和历史统计平均机制处理，得到均衡后的采样频率偏差值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收至少两段完全相同的前导序列，包括：
接收至少两段完全相同的前导序列，其中，如果所述至少两段完全相同的前导序列不是连续发送，则发送端在所述至少两段完全相同的前导序列之间插入其余序列，所述其余序列的长度为所述前导序列长度的整数倍。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述每段前导序列的信道频域响应，包括：
通过计算所述前导序列经过信道后的频域信息与所述前导序列未经过信道前的频域信息的商，得到所述前导序列的信道频域响应。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述每段前导序列的信道频域响应计算出所述至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值，包括：
根据所述每段前导序列的信道频域响应，通过坐标旋转数字计算方法CORDIC计算出所述每段前导序列的子载波频率点所对应的相位偏移值；
确定第一前导序列与第二前导序列，将所述第一前导序列与第二前导序列的子载波频率点所对应的相位偏移值依次求差后取绝对值，得到所述第一前导序列与第二前导序列的子载波频率点所对应的相位差值；
将所述相位差值逐次叠加后取平均，得到所述至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述平均相位偏移值得到采样频率偏差值，包括：
通过计算所述平均相位偏移值与采样信号角速度的商，得到所述采样频率偏差值。
7.一种采样频率偏差值的计算装置，其特征在于，所述装置包括：
接收模块，用于接收至少两段完全相同的前导序列；
获取模块，用于获取所述每段前导序列的信道频域响应；
平均相位偏移值计算模块，用于根据所述每段前导序列的信道频域响应计算出所述至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值；
采样频率偏差值计算模块，用于根据所述平均相位偏移值得到采样频率偏差值。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
处理模块，用于将所述采样频率偏差值通过噪声滤除机制和历史统计平均机制处理，得到均衡后的采样频率偏差值。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述接收模块，具体用于接收至少两段完全相同的前导序列，其中，如果所述至少两段完全相同的前导序列不是连续发送，则发送端在所述至少两段完全相同的前导序列之间插入其余序列，所述其余序列的长度为所述前导序列长度的整数倍。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述获取模块，具体用于通过计算所述前导序列经过信道后的频域信息与所述前导序列未经过信道前的频域信息的商，得到所述前导序列的信道频域响应。
11.根据权利要求7至10任一项所述的装置，其特征在于，所述平均相位偏移值计算模块，包括：
第一计算单元，用于根据所述每段前导序列的信道频域响应，通过坐标旋转数字计算方法CORDIC计算出所述每段前导序列的子载波频率点所对应的相位偏移值；
第二计算单元，用于确定第一前导序列与第二前导序列，将所述第一前导序列与第二前导序列的子载波频率点所对应的相位偏移值依次求差后取绝对值，得到所述第一前导序列与第二前导序列的子载波频率点所对应的相位差值；
第三计算单元，用于将所述相位差值逐次叠加后取平均，得到所述至少两段完全相同的前导序列的平均相位偏移值。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述采样频率偏差值计算模块，具体用于通过计算所述平均相位偏移值与采样信号角速度的商，得到所述采样频率偏差值。
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