专利名称：一种cmmb制式手机电视小数频偏估计方法
技术领域：
本发明属于通信与信息技术中载波频偏估计和补偿领域，特别涉及一种针对CMMB(China Mobile Multimedia Broadcasting,中国移动数字多媒体广播)制式手机电视标准终端设备的小数载波频偏的估计方法。
背景技术：
国家广电总局于06年10月颁布了中国移动多媒体广播行业标准，确定采用我国自主研发的移动电视接收标准STiMi，该标准从06年11月1日起实施。它是国内自主研发的第一套面向手机、PDA (Personal Digital Assistant,个人数字助理)、MP3、 MP4、数码相机、笔记本电脑多种移动终端的系统，利用S波段卫星信号实现"天地" 一体覆盖、全国漫游，支持25套电视节目和30套广播节目。CMMB规定了在广播业务频率范围内，移动多媒体广播系统广播信道传输信号的帧结构、信道编码和调制，该标准适用于30MHz到3000MHz频率范围内的广播业务频率，通过卫星和/或地面无线发射电视、广播、数据信息等多媒体信号的广播系统，可以实现全国漫游。
CMMB标准采用了 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)
技术，它是一种公知的多载波调制技术，其主要原理是将信道分成若干正交子信道，将高速数据转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。OFDM目前已被用于数种无线系统标准中，譬如欧洲数字音频和数字视频广播系统(DAB、 DVB-T、DVB-H)、 5GHz高数据数率无线LAN (IEEE802.11a， HiperLan2， MMAC)系统等。
由于OFDM各子信道带宽较小，对载波频率偏差的敏感程度很高，需要非常精确的频率同步。根据频率偏差和子载波间隔之间的关系可以将其分为小数部分和整数部分，整数部分仅使信息信号在子信道上平移，并不破坏各子载波间的正交性；而小数部分会造成子信道干扰，破坏子载波间的正交性，导致系统的误码率性能严重下降。因此，在接收端先进行时域小数频偏估计和补偿，消除小数部分引起的ICI (子载波间干扰)，随后在频域上进行平移即可消除载波频偏的影响。
一、现有小数频偏估计方法
现有小数频偏估计方法是利用训练符号信息基于时域相关的方法。
如图1所示，它是相隔^^个样值的两个时域重复训练符号示意图。假设发送的两个时域同步符号x,(w)和x2( )之间有个样值的时延，重复符号长度为丄。
当存在4^， A^时，可得接收到的两个训练符号可分别表示为^ (") = = Xj (w) exp(-_/(2;rA/c《+ Ap)) +仏(《)
r2 (") = K" + Wd) = & (") exp(—_/(2;zA/c (" + 7Vrf )7; + Ap)) +仏(("+ Wd )7;)
在接收端定义中间变量(两个训练符号的时域相关)<formula>formula see original document page 4</formula>在不考虑噪声的情况下，并注意到A(")"2(")，"^，l，2，…，i^1，有相关值A的相位为arg(i ') = 2M,^^ 。
可见这种情况下，所得相关值的相位与载波相位偏差A^没有关系，所以有载波频率偏差
arg(i ,) arg(i ,)iVAF
式中载波间隔w二1/^7^ 。
1) 估计范围。对于相关值A的相位而言，^g(^)的变化范围是[—"^)，所以可估计载波频率范围是2 。
2) 估计的准确度。Jan等人已经证明，在AWGN信道中，这种估计是最大似然估计。另外，同样是在AWGN信道中，Schimdl等人分析了该算法的性能，并给出了载波偏差A,估
计值的方差"7^ 。
现有估计方法的实施步骤如下
步骤1:将接收到的信号按照对应顺序分别存入数组"'(")和"2(");i-1
步骤2:使用 "=。 对'1(")和"2(")进行乘累加运算求得相关值^;
步骤3:使用￡ 2;riV" 得出小数频偏估计结果。
二、直流分量对现有小数频偏估计方法的影响
当存在直流分量"=& + 7时，可得接收到的两个训练符号可分别表示为
5 (w) = = X！ (") exp(—_/(2;r + Ap)) + " +仏(《)
r2 (") = r (" + iVrf ) = x2 (") exp("'(2;rA/c (" + 7Vd )7; + △ p》+ + + iVd )7;)
在接收端定义中间变量(两个训练符号的时域相关)<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，<formula>formula see original document page 6</formula>
的期望为0。
arg(i ,):arg(expa2;rA/c^7;)l^(")12 +Zx|"|2)相关值&的相位估计期望为 "』
由此可见，直流分量的引入不仅使得现有小数频偏方法从无偏估计退化为有偏估计，而且估计值的方差也明显增大。
图2是直流分量对现有小数频偏估计方法的影响示意图，它是小数频偏为1/4个子载波且存在直流分量时，CMMB手机电视仿真平台小数频偏估计精度的仿真结果。测试环境为AWGN信道，横坐标是信噪比，纵坐标为估计结果和真实值间的标准偏差。可见，当不存在直流分量时，标准偏差随着信噪比的提高单调快速下降，在SNR;4dB达到0.01， SNR=10dB时接近千分之一。但在接收端引入和有用信号功率相等(0dB)的直流分量后，直接导致现有频偏估计方法崩溃，估计结果错误，且对信噪比变化不敏感。即使直流分量降低到相对于有用信号-10dB，估计偏差也非常大，且性能盆底劣于百分之一，达不到对OFDM高质量解调的要求。仅在直流分量下降到-20dB时，估计性能才能在大部分信噪比区间内满足要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种CMMB制式手机电视小数频偏估计方法，该方法大幅度降低了直流分量对估计精度的影响。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的一种CMMB制式手机电视小数频偏估计方法，包括如下步骤
A:对接收到的基带数字信号进行预处理；B:将经过预处理后的信号按照对应顺序分别存入数组"i'(")和"2(");
及,=' '*
C:使用 对。(")和"2(")进行乘累加运算求得相关值^;
D:使用' 2;riVd 得出小数频偏估计结果。
所述步骤A中预处理为^")_"" —M)形式的差分运算，Z为重复符号长度，"=0,1,--.，丄-1， M为小于丄-l的正整数。
所述歩骤A中预处理为由FIR (Finite Impulse Response,有限长单位脉冲响应)形式的频域特性为高通性质的滤波器处理。
所述步骤A中预处理为由FIR形式的频域特性为带通性质的直流分量不在其通带内的滤波器处理。
本发明与现有方法相比具有以下有益效果本发明增加了对进行小数频偏估计的数据进行预处理的步骤，预处理后再使用现有方法进行小数频偏估计，由于预处理的作用本发明的估计结果不受数据中所含直流分量的影响，较现有方法大幅提高了小数频偏估计的鲁棒性。
图1是相隔^^个样值的两个时域重复训练符号示意图2是直流分量对现有小数频偏估计方法的影响示意图3是存在直流分量情况下本发明和现有方法间的性能比较示意图4是M=2时实现差分运算的硬件装置示意图5是1-Z2的幅频响应示意图6是用频域特性为高通性质的滤波器实现预处理的示意图；图7是图6中滤波器的幅频响应示意图；图8是用频域特性为带通性质的滤波器实现预处理的示意图；图9是图8中滤波器的幅频响应示意图。
具体实施例方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。本发明的CMMB制式手机电视小数频偏估计方法，增加了对进行小数频偏估计的数据进行预处理的步骤，预处理后再使用现有方法进行小数频偏估计，其步骤如下A:对接收到的基带数字信号进行预处理；
B:将经过预处理后的信号按照对应顺序分别存入数组^^")和"2(");i-1 ,
C:使用 对"lO)和"2(")进行乘累加运算求得相关值^;
A/ —arg(i ;)渔F
D:使用￡ 27r7V" 得出小数频偏估计结果。
其步骤A中预处理为一)—一-^)形式的差分运算，丄为重复符号长度，"^，U —、M为小于丄-l的正整数。
求取n(")和^(")为该差分运算预处理的过程，定义
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，"=0,1,…,丄-1, M为小于丄-l的正整数，两个时域同步符号之间有A^个样值的
时延，重复符号长度为丄。
两个信号的时域相关为
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中,<formula>formula see original document page 9</formula>在不考虑噪声的情况下，并注意到<formula>formula see original document page 9</formula>相关值A的相位为<formula>formula see original document page 9</formula>
可见，本发明改进后的估计算法完全消除了直流分量对频偏估计的影响。请参阅图3，其仿真了 M = 2时针对CMMB手机电视系统现有方法和本发明方法的性能比较，仿真结果同样证实了改进算法对直流分量并不敏感，在不同程度的直流分量下都可以得到较为准确的估计结果。
上述差分运算预处理步骤(N^2时)可以采用如图4所示的硬件装置实现，该硬件装置使用了延迟器和加法器这两种器件。两级串联的延迟器401、 402对输入数据进行延迟产生"("_2)数据，加法器403配置为减运算方式，被减数输入端接输入数据"(")，减数输入端接延迟后的数据r(" — 2)，差也即输出端为差分运算结果，连接到现有小数频偏估计装置的输入端。此外，该差分运算预处理步骤同样可以用软件实现。
在实现复杂程度上，该差分运算预处理用<formula>formula see original document page 9</formula>取代了"(")，每个同步符号样点仅增加了一次减法运算，非常适合软硬件实现，且本发明对后续解调用到的接收信号未做任何变动，不会附加引入新的误差，由于后续模块均工作于频域，直流分量对后续模块的影响很小。
上述利用了差分结果依然满足延迟相关条件这一特性来消除直流分量的影响。除了差分
解释外，本发明还可以理解为将同步符号通过i-z"的滤波器进行预处理，由于该滤波器在
2 = 1有一个零点，因此经过预处理后的信号抵消了直流分量。此外，由于同步符号只利用了2048个子载波中频率较低的1536个子载波，高频段没有有用信号，在Z--1处引入另一个零点，可以在一定程度上抑制带外噪声对估计性能的影响，却不用额外增加任何实现复杂度。如图5所示，它是1-"的幅频响应示意图，从图中可以看出该差分运算满足带通滤波器的特性，低、高频段无法通过，只有中间频段才能通过。
步骤A中预处理也可以为由FIR形式的频域特性为高通性质的滤波器进行处理。如图6所示，它是用频域特性为高通性质的滤波器实现预处理的示意图，该滤波器硬件装置使用了延迟器、乘法器和加法器这三种器件，滤波器为10阶，滤波器系数分别为C0=C10=-0.036128128207098237; d=C9= -0.060475430582165868;C2=C8= -0.085696027762971985; C3=C7= -0.10775116816567994;C4=C6= -0.12281831866385055; C5= 0.87182999472165412。图7为该滤波器的幅频响应示意图，低频段无法通过，高频段通过。预处理时，基带数字信号连接到滤波器的输入端，滤波器的输出端连接到现有小数频偏估计装置的输入端即可。
步骤A中预处理还可以为由FIR形式的频域特性为带通性质的滤波器进行处理，该带通性质的滤波器其直流分量不在其通带内。如图8所示，它是用频域特性为带通性质的滤波器实现预处理的示意图，该滤波器硬件装置使用了延迟器、乘法器和加法器这三种器件，滤波器为9阶，滤波器系数分别为C0=C4= -0.117765767330552; C尸C3= -0.21761846811752925;C2= 0.73889497419310113。图9为该滤波器的幅频响应示意图，从图中可以看出低、高频段无法通过，只有中间频段才能通过。预处理时，基带数字信号连接到滤波器的输入端，输出端连接到现有小数频偏估计装置的输入端即可。
本方法对用于运算的数据先通过预处理步骤进行处理后，对其进行相关累加，使用相关累加值的相位求取小数频偏估计的结果，大幅度降低了直流分量对估计精度的影响，大幅提高了小数频偏估计的鲁棒性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，凡是本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种CMMB制式手机电视小数频偏估计方法，其特征在于，包括如下步骤A对接收到的基带数字信号进行预处理；B将经过预处理后的信号按照对应顺序分别存入数组r′1(n)和r′2(n)；C使用<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>R</mi> <mi>t</mi> <mo>′</mo></msubsup><mo>=</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mi>M</mi> </mrow> <mrow><mi>L</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></munderover><msubsup> <mi>r</mi> <mn>1</mn> <mo>′</mo></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow><msubsup> <mi>r</mi> <mn>2</mn> <mrow><mo>′</mo><mo>*</mo> </mrow></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2008100667890002C1.tif" wi="30" he="10" top= "59" left = "43" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>对r′1(n)和r′2*(n)进行乘累加运算求得相关值R′t；D使用<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>Δ</mi><msub> <mi>f</mi> <mi>c</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>arg</mi><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>R</mi><mi>t</mi><mo>′</mo> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mi>NΔF</mi> </mrow> <mrow><mn>2</mn><mi>π</mi><msub> <mi>N</mi> <mi>d</mi></msub> </mrow></mfrac> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2008100667890002C2.tif" wi="32" he="11" top= "75" left = "43" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>得出小数频偏估计结果。
2. 根据权利要求1所述的CMMB制式手机电视小数频偏估计方法，其特征在于，所述步骤A中预处理为K")一一一M)形式的差分运算，丄为重复符号长度，"=0，1,-,￡-1， M为小于丄-l的正整数。
3. 根据权利要求1所述的CMMB制式手机电视小数频偏估计方法，其特征在于，所述步骤A中预处理为由FIR形式的频域特性为高通性质的滤波器处理。
4. 根据权利要求1所述的CMMB制式手机电视小数频偏估计方法，其特征在于，所述步骤A中预处理为由FIR形式的频域特性为带通性质的直流分量不在其通带内的滤波器处理。
全文摘要
本发明公开了一种CMMB制式手机电视小数频偏估计方法。该方法将用于运算的数据先通过预处理步骤进行处理后，对其进行相关累加，使用相关累加值的相位求取小数频偏估计的结果。所述预处理为r(n)-r(n-M)形式的差分运算，L为重复符号长度，n＝0，1，…，L-1，M为小于L-1的正整数；或者为由FIR形式的频域特性为高通性质的滤波器处理，或者为由FIR形式的频域特性为带通性质的直流分量不在其通带内的滤波器处理。本发明增加了对进行小数频偏估计的数据进行预处理的步骤，预处理后再使用现有方法进行小数频偏估计，由于预处理的作用本发明的估计结果不受数据中所含直流分量的影响，较现有方法大幅提高了小数频偏估计的鲁棒性。
文档编号H04H20/53GK101567868SQ200810066789
公开日2009年10月28日 申请日期2008年4月25日 优先权日2008年4月25日
发明者宁 邱 申请人:中兴通讯股份有限公司