专利名称：基于块传输的单载波系统的载波跟踪方法
技术领域：
本发明设计通讯技术领域，尤其涉及一种基于块传输的单载波系统的载波跟踪方法。
背景技术：
SC-FDE(单载波频域均衡)是宽带无线传输中一种很有前途的抗多径干扰的方法，和OFDM一样采取分快传输，并且采用循环前缀Cyclic Prefix(CP)方式，这样就可以把信号于信道脉冲响应的线性卷积转化为循环卷积，并且消除了多径引起的数据块的干扰。在接收端采用简单的频域均衡技术就可以消除符号间干扰。
数字通信技术领域中的一个最核心问题就是同步问题，从技术上说分为载波同步与定时同步。在经过无线移动信道后的接收端获取的基带采样信号中存在着载波频率偏差，相位偏差，定时偏差，这些偏差一般来源于发射机和接收机之间晶振的不匹配和无线移动信道中多普勒效应和频率选择性这几个方面，即便是在信道相对平坦的室内环境，也会存在这些偏差。
使用块传输技术的SC-FDE系统对这些同步的偏差提出了更高的要求。SC-FDE系统的同步技术分为载波同步和定时同步，其接收端的同步主要有以下几个任务 帧到达检测，用于判定是否检测到信号，这是同步的第一步，只有判定接收到的是有效信号才能进行后面的处理； 载波频偏捕获； 载波频率跟踪； 符号起始位置估计(块同步)，即在均衡之前准确知道起始位置(起始的傅立叶变换FFT位置)；为获取更精确的位置，需要定时估计。
采样时钟频率的跟踪。
SC-FDE系统的信号沿着时间轴顺序到来的，分块传输的SC-FDE信号每个数据块由数据段和循环前缀组成。SC-FDE射频信号在解调到基带信号的过程中由于晶振的不匹配会产生非常大的频率偏差，频偏对纯粹的单载波系统造成的误差相当于造成了信号旋转和衰减；当这个频偏出现在SC-FDE系统时，还会造成码间干扰ISI，载波间干扰ICI，影响到SC-FDE系统的频域均衡算法的准确性，因此在接收端下变频后得到的基带采样信号的频偏必须先进行捕获和补偿，将本地载波的频偏锁定在一个较小的范围内，使系统能够正常工作。补偿后剩余的频偏又称之为残留频偏。随着时间的推移，残留频偏造成的相位偏移差随着时间的积累，会使得接收码元旋转一个角度，导致无法正确的解调出符号；同时相位的累积偏差也会导致错误的信道估计和频域均衡。为了维持较好的同步性能，必须进行载波跟踪。载波跟踪即跟踪载波相位偏差的变化，防止频偏造成的相位累积效应。
一般SC-FDE系统中，数据流被分块传输，每块数据流经过一定编码处理和星座映射之后形成一个长度为N的时域数据段向量
在数据段
之后加上长度为L的循环前缀——UW序列(独特字序列，一般为chu、frank、PN序列)，得到长度为M＝L+N的向量
称其为数据块。数据块通过信道传输之后在接收端得到与其对应的信号流
再经过均衡补偿得到软判决数据
最后进行解码。
目前，一般的载波追踪方法利用SC-FDE中相邻数据块中的循环前缀的信息得到当前块的频偏，或是利用频域均衡后的软判决信息或是重构恢复后的信息估计当前块的频偏，以此达到频率追踪的效果，然后再进行相位补偿，实现载波追踪。这些解决方案大都是从OFDM的相关同步算法中借鉴而来的。
对于直接利用接收端相邻数据块中的UW的相位差进行频偏跟踪的这类算法，由于此时算法利用的接收数据是经过无线移动信道后没有经过均衡补偿的信息，因此得到的载波频偏误差较大，精度低，无法达到追踪的目的。而现有的另一类利用均衡后的软判决数据或是重构恢复后的数据进行频偏追踪的算法，利用得到的当前块频偏去补偿当前数据块，算法复杂，实现起来延时大。同时这些算法都是在完成频偏追踪后，再进行相位补偿，进一步加大了实现上的复杂度。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明目的在于提供一种基于块传输的单载波系统的载波跟踪方法，用以解决现有技术中的载波追踪方法误差大、精度低或复杂度大的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的 本发明提供了一种基于块传输的单载波系统的载波跟踪方法，所述方法包括 步骤A将当前帧中经过相位补偿的数据块进行均衡处理，并从均衡补偿后得到的软判决码元数据中选取循环前缀对应的软判决数据； 步骤B利用最大似然相位估计算法对所述软判决数据进行计算，得到当前数据块的相位估计； 步骤C将得到的估计相位进行累加平滑处理，并将累加平滑输出作为下一个数据块的相位估计值，用于补偿下一个数据块； 重复执行步骤A到步骤C，直到当前帧的所有数据块传输结束。
进一步地，所述步骤B具体包括 先求出已知循环前缀与其对应的软判决数据的相关值，然后对该相关值求幅角，得到当前数据块的估计相位； 或者，所述步骤B具体包括 利用软判决数据的解码判决输出与软判决数据进行相关求得当前数据块的估计相位。
进一步地，所述步骤C具体包括 将得到的估计相位通过一个预定义的累加平滑器进行累加平滑处理，累加平滑器的时域表达式为其中S(1)＝0，i表示第i块数据，est(i)为第i块的平滑器输入，即上一步求得的相位估计值
S(i+1)为第i块的累加平滑输出，累加平滑输出作为下一个数据块的相位估计值，用于补偿下一个数据块。
本发明有益效果如下 本发明解决了原有算法的缺点，直接通过相位估计来达到频率追踪，在追踪的过程中同时进行着相位补偿，降低了实现的复杂度；同时算法不仅精度高，并且复杂度很低，整个算法并没有构成真正意义上的环路结构，延时很小，有很高的实用价值。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
图1为为单载波频域均衡系统的数据块的结构示意图； 图2为本发明实施例所述方法的流程示意图。
具体实施例方式 下面结合附图来具体描述本发明的优先实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
考虑到在载波追踪之前已经进行了载波捕获，此时的频偏已经被锁定在一个较小的范围内了，同时SC-FDE相比OFDM对载波同步不是特别敏感，因此利用经过均衡后的当前数据块中循环前缀，即UW序列(独特字序列，一般为IEEE802.16a标准规定的chu序列、frank-zadaff序列、PN序列)对应的软判决数据r，根据ML(最大似然，Maximum Likelihood)相位估计算法估计出当前数据块的相位；再将估计出的相位通过一个累加平滑器；将经过累加平滑处理后得到的相位值去补偿下一数据块，以此递推下去，以达到载波追踪的目的。
SC-FDE系统是按帧传输，每帧共n个数据块，分块传输的SC-FDE信号每块数据由有用数据和循环前缀组成，循环前缀取为Chu序列(L个码元长度)，得到长度为M＝L+N的向量
如图1所示，第i个数据块对应的
通过信道传输之后在接收端得到与其对应的信号流
再经过均衡补偿得到软判决码元数据最后进行解码。
具体可以包括以下步骤 步骤200相位补偿；相位补偿的表达式为 步骤201将当前帧第一个有效数据块通过均衡补偿后得到软判决码元数据选取Chu序列对应的软判决数据[z(N+1)，…，z(M)]，用向量符号表示[z(N+1)，…，z(M)]。这里，均衡补偿在现有技术中已有成熟解决方案，此处不再赘述。
步骤202由于固定的频偏造成的是线性相位偏差，残留载波频偏在一个数据块里造成的累积相位很小，将载波频偏对每块数据的相位影响看成是一个累积的固定相片偏差，即可以将载波频偏对一个数据块中的每个数据的相位影响近似看成是一个固定值，因此可以利用SC-FDE的每个块数据结构中的一段已知的循环前缀，结合数据辅助算法中的ML(最大似然)相位估计算法得到当前数据块的相位估计。具体可以利用ML相位估计算法得到第一个数据块的相位估计值，此算法是先求出已知Chu序列U＝[U(1)，…，U(L)]与其对应的软判决数据的相关值(k是序列中的序号，即第i个数据块中的第k个数据)；再对相关值求幅角，即得到当前数据块的估计相位本发明实施例中的ML相位估计算法也可以选择利用软判决数据的解码判决输出A＝〔a(1)，...，a(N)〕与软判决数据z＝[z(1)，…，z(N)]进行相关求得相位估计
但是这样在信噪比较低的情况下由于判决的不可靠会降低追踪精度，同样也可以利用软判决数据利用无数据辅助的相位估计算法，例如V&V(A.J.Viterbi and A.M.Viterbi)算法进行相位估计，这样的估计结果精度较低，但是在信噪比低的情况下相比上一种方案效果较好。
步骤203将得到的估计相位
通过一个预定义的累加平滑器进行累加平滑处理得到φ(1)，累加平滑器的时域表达式为其中S(1)＝0，i表示第i块数据，est(i)为第i块的平滑器输入，即上一步求得的相位估计值
S(i+1)为第i块的累加平滑输出φ(1)。由于此时处理的是第一块数据，因此求得的是S(2)。
原有的算法都是估计出频偏再进行相位补偿，考虑到经过载波捕获后的残留频偏对一个数据块中的每个数据的相位影响近似看成是一个固定值，即残留频偏形成的相位偏移可以看成是基于数据块为变量的线性相位变化；因此理论上第i块的累积相位αi＝α1+k(i-1)(k＝2πfMT为斜率)，表示每块理论上的累积变量。因此设计的累积平滑器就是根据这个式子设计的，由于是利用前一块的估计相位估计下一块，因此每个数据块的相位估计值就对应理论上的斜率k的一个观测值，通过平滑滤波器对已有的观测值求平均来降低噪声带来的影响，更准确的得到的k的估计值
利用累加滤波器可以达到载波追踪的目的，因此设计的累加平滑滤波器的时域表达式即为累加平滑器的累加功能解决频偏造成的数据块之间的相位累积，达到了载波频偏追踪的目的；平滑功能解决了由噪声引起的相位估计结果抖动的影响平滑累积的效果，进一步提高了追踪精度。当然，累加平滑器也可以有其他形式，必须有累加功能和平滑功能才可达到目的，但是本发明实施例设计的累加平滑器性能比较好。
转到步骤200，将得到的累加平滑输出φ(1)，即步骤203中的累加平滑输出s(2)，补偿下一个接收数据块相位补偿的表达式为 补偿后的数据再经过步骤201的均衡处理得到第二个数据块对应的软判决数据
依次求得
φ(2)，再利用φ(2)去补偿第三个数据块，以此递推直到当前帧的所有数据块传输结束。
这里，本发明实施例仅以UW序列中的Chu序列为例进行了说明，但本发明所述技术领域的技术人员应该知道，UW序列两种格式(frank-zadaff序列和PN序列)同样可以适用于本发明实施例，只是与长度L的大小有关系，即frank-zadaff序列的长度必须为n的平方，PN序列必须为2的n次方减1。
综上所述，本发明实施例提供了一种基于块传输的单载波系统的载波跟踪方法，由于算法采用的是经过均衡补偿后的软判决数据，利用均衡算法可以补偿固定相位偏差和必须进行分块处理的两个特点，将当前块的相位估计结果用于补偿下一个待处理块，这样整个算法并没有形成真正的环路处理，但是达到了环路的效果，达到了追踪的目的，相比原有算法解决了通常追踪算法中的环路延时大，稳定性差，精度低的问题。
并且本发明实施例一个累加平滑滤波器，累加平滑器的累加功能解决频偏造成的数据块之间的相位累积，达到了载波频偏追踪的目的；平滑功能解决了由噪声引起的相位估计结果抖动的影响平滑累积的效果，进一步提高了追踪精度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1、一种基于块传输的单载波系统的载波跟踪方法，其特征在于，所述方法包括
步骤A将当前帧中经过相位补偿的数据块进行均衡处理，并从均衡补偿后得到的软判决码元数据中选取循环前缀对应的软判决数据；
步骤B利用最大似然相位估计算法对所述软判决数据进行计算，得到当前数据块的相位估计；
步骤C将得到的估计相位进行累加平滑处理，并将累加平滑输出作为下一个数据块的相位估计值，用于补偿下一个数据块；
重复执行步骤A到步骤C，直到当前帧的所有数据块传输结束。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B具体包括
先求出已知循环前缀与其对应的软判决数据的相关值，然后对该相关值求幅角，得到当前数据块的估计相位；
或者，所述步骤B具体包括
利用软判决数据的解码判决输出与软判决数据进行相关求得当前数据块的估计相位。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤C具体包括
将得到的估计相位通过一个预定义的累加平滑器进行累加平滑处理，累加平滑器的时域表达式为其中S(1)＝0，i表示第i块数据，est(i)为第i块的平滑器输入，即上一步求得的相位估计值
S(i+1)为第i块的累加平滑输出，累加平滑输出作为下一个数据块的相位估计值，用于补偿下一个数据块。
全文摘要
本发明公开了一种基于块传输的单载波系统的载波跟踪方法，所述方法包括步骤A将当前帧中经过相位补偿的数据块进行均衡处理，并从均衡补偿后得到的软判决码元数据中选取循环前缀对应的软判决数据；步骤B利用相位估计算法对所述软判决数据进行计算，得到当前数据块的相位估计；步骤C将得到的估计相位进行累加平滑处理，并将累加平滑输出下一个数据块的相位估计值用于补偿下一个数据块；重复执行步骤A到步骤C，直到当前帧的所有数据块传输结束；本发明解决了原有算法的缺点，直接通过相位估计来达到频率追踪，在追踪的过程中同时进行着相位补偿，降低了实现的复杂度；同时算法不仅精度高，并且复杂度很低。
文档编号H04L25/03GK101404633SQ20081018004
公开日2009年4月8日 申请日期2008年11月20日 优先权日2008年11月20日
发明者吴南润, 郑波浪, 立 方 申请人:北京韦加航通科技有限责任公司