高载波数ofdm采样频率快速同步方法
【专利摘要】本发明涉及一种高载波数OFDM采样频率快速同步方法。其包括步骤：S1.在发送端插入导频符号；S2.利用前一个符号的捕获估计值对当前符号进行采样频偏预校正；S3.获得对应位导频相位差；S4.利用导频相位差进行当前符号的采样频偏捕获值估计，将当前符号捕获值与前一个符号捕获估计值进行累加获得新估计值；S6.当新的捕获值大于设定的捕获阈值时，基于频域校正方法利用当前符号的捕获估计值对当前符号进行采样频偏校正输出；当新的捕获值小于设定的捕获阈值时输出步骤S2中的预校正信号；下一个符号更新为当前符号继续执行S2-S4。本发明可对每个OFDM符号进行实时的高精度的采样频偏纠正。
【专利说明】高载波数OFDM采样频率快速同步方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信【技术领域】，更具体地，涉及一种高载波数0FDM采样频率快速同步 方法。
【背景技术】
[0002] 随着互联网技术的迅猛发展，像高清网络电视、大型网络游戏和在线视频会议等 应用正在慢慢普及，但是我国现阶段的网络速度还远远不够，我们需要更加高速的接入技 术来满足人们对于未来带宽的需求。下一代数字用户线技术（NG-DSL，Next Generation Digital Subscriber Line)技术将是未来最重要的高速有线接入技术，这种接入技术的带 宽将超过100M，传输速率将超过lGbps，能够很好地和光纤网相结合，大幅度地提升网络速 度。
[0003] 在物理层上，NG-DSL技术采用的是高水平的正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术。OFDM技术是一种频带利用率极高的多载波调 制技术，在有线和无线接入网中有着广泛的应用。不同于传统的数字用户线技术（DSL， Digital Subscriber Line)技术，NG-DSL技术使用的0FDM调制方式具有高载波数与高正 交振幅调制（QAM, Quadrature Amplitude Modulation)两大特点，因为这两大特点使得 NG-DSL技术有着很高的带宽和传输速率，但也正是因为这两大特点使得NG-DSL技术对于 信号同步的要求比以往任何一种接入技术都高。因此，同步技术在NG-DSL技术中显得尤为 重要。
[0004] 在NG-DSL系统中，我们将产生的0FDM基带信号在发送端利用D/A转换器将其变 成模拟信号，经过信道传输在接收端收到的模拟信号通过A/D转换器将模拟信号采样成数 字信号。最理想的情况是在收发两端的A/D、D/A设备时钟频率完全同步，则在接收端采样 出来的信号就是无偏信号，但两个设备的时钟往往不可能做到完全相同，时钟晶振存在一 定的频率漂移现象，这样就会造成收发两端信号不一致，造成载波间干扰，从而降低系统的 信噪比。我们就需要最大限度地估计收发两端晶振频率的偏差，并且由此来校正接收端的 信号，提升系统的输出信噪比。在有线0FDM信号之中，影响系统的同步性能的主要是采样 频率同步（同步还包括符号定时同步，但是这种同步对于系统影响较容易解决），特别是在 像NG-DSL这种高载波、高速率的0FDM系统，采样频偏对系统产生的偏差尤为重要，不能很 好地估计采样频偏系统的高速传输将无从谈起。
【发明内容】
[0005] 本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种提高采样频 偏估计值的精度的高载波数0FDM采样频率快速同步方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
[0007] -种高载波数0FDM采样频率快速同步方法，包括如下步骤：
[0008] S1.在发送端插入多位导频符号；
[0009] S2.利用前一个符号的捕获估计值对当前符号进行采样频偏预校正；
[0010] S3.在接收端获得预校正后对应位导频的相位信息，与发送端对应位导频相位信 息求差从而获得对应位导频相位差；
[0011] S4.利用导频相位差进行当前符号的采样频偏估计得到当前符号的捕获值，将当 前符号的捕获值与前一个符号的捕获估计值进行累加获得当前符号的捕获估计值；
[0012] S5.当当前符号的捕获值大于设定的捕获阈值时，基于频域校正方法利用当前符 号的捕获估计值对当前符号进行采样频偏校正输出，且下一个符号更新为当前符号继续执 行S2-S4;当当前符号的捕获值小于设定的捕获阈值时输出步骤S2中的预校正信号，且下 一个符号更新为当前符号继续执行S2-S4。
[0013] 在一种优选的方案中，步骤S5中，当当前符号的捕获值小于设定的捕获阈值时下 一个符号不执行S2-S4,而执行采样频偏的跟踪过程，具体如下：
[0014] S6.下一个符号更新为当前符号进入跟踪过程，在跟踪过程再次执行步骤S1-S3 得到导频相位差；
[0015] S7.利用导频相位差进行当前符号的采样频偏跟踪值估计得到当前符号的跟踪值 并将当前符号的跟踪值与跟踪阈值相比较，当当前符号的跟踪值超过跟踪阈值时，将当前 符号的跟踪值与前一个符号的跟踪估计值进行累加作为当前符号的跟踪估计值，并利用当 前符号的跟踪估计值对当前符号进行频域校正输出，当新的跟踪值低于跟踪阈值时，前一 个符号的跟踪估计值作为当前符号的跟踪估计值，输出步骤S6中执行步骤S2时的预校正 信号；
[0016] S8.下一个符号执行跟踪过程。
[0017] 在一种优选的方案中，所述步骤S4中利用导频相位差进行新的采样频偏估计得 到当前符号的捕获值，具体为：
[0018] 设在发送端插入的导频'
【权利要求】
1. 一种高载波数OFDM采样频率快速同步方法，其特征在于，包括如下步骤：
51. 在发送端插入多位导频符号；
52. 利用前一个符号的捕获估计值对当前符号进行采样频偏预校正；
53. 在接收端获得预校正后对应位导频的相位信息，与发送端对应位导频相位信息求 差从而获得对应位导频相位差；
54. 利用导频相位差进行当前符号的采样频偏估计得到当前符号的捕获值，将当前符 号的捕获值与前一个符号的捕获估计值进行累加获得当前符号的捕获估计值；
55. 当当前符号的捕获值大于设定的捕获阈值时，基于频域校正方法利用当前符号的 捕获估计值对当前符号进行采样频偏校正输出，且下一个符号更新为当前符号继续执行 S2-S4 ;当当前符号的捕获值小于设定的捕获阈值时输出步骤S2中的预校正信号，且下一 个符号更新为当前符号继续执行S2-S4。
2. 根据权利要求1所述的高载波数OFDM采样频率快速同步方法，其特征在于，步骤S5 中，当当前符号的捕获值小于设定的捕获阈值时下一个符号不执行S2-S4,而执行采样频偏 的跟踪过程，具体如下：
56. 下一个符号更新为当前符号进入跟踪过程，在跟踪过程再次执行步骤S1-S3得到 导频相位差；
57. 利用导频相位差进行当前符号的采样频偏跟踪值估计得到当前符号的跟踪值并 将当前符号的跟踪值与跟踪阈值相比较，当当前符号的跟踪值超过跟踪阈值时，将当前符 号的跟踪值与前一个符号的跟踪估计值进行累加作为当前符号的跟踪估计值，并利用当前 符号的跟踪估计值对当前符号进行频域校正输出，当新的跟踪值低于跟踪阈值时，前一个 符号的跟踪估计值作为当前符号的跟踪估计值，输出步骤S6中执行步骤S2时的预校正信 号；
58. 下一个符号执行跟踪过程。
3. 根据权利要求2所述的高载波数OFDM采样频率快速同步方法，其特征在于，所述步 骤S4中利用导频相位差进行新的采样频偏估计得到当前符号的捕获值，具体为： 设在发送端插入的导频
，在接收端将对应的导频 符号解调得到
，则得出对应位的导频的相位差为： 其中
为对应位的导频相除： (1)
在公式（1)与（2)中，N为OFDM符号数据位长度，Λ f表示归一化采样频偏，L为循环 前缀长度，m代表第m个OFDM符号，m= 1，2,3，…，k代表第k个子载波，k = 0，1，2,3… N-l，j代表复数，Xm，s代表的是发送端的数据，s与k含义相同，代表载波数的序号； 公式（2)中的第二项为载波间干扰项，当子载波数目较大时，载波间干扰项的相位值 近似服从均值为〇的高斯分布，因此得出的值为：
根据公式（3)中的m与k的值以及观测到的心,*来估计系统的归一化采样频偏Af，即 为当前符号的捕获值。
4. 根据权利要求3所述的高载波数OFDM采样频率快速同步方法，其特征在于，在进行 当前符号捕获值获取时还采用以导频载波序号k为加权因子的加权平均法来进行数据处 理，具体为： ⑷ 其中Am为频偏估计常数项，SP :
根据公式（4)和（5)中的m、k、N、L的值以及观测到的来估计系统的归一化采样频 偏Λ f，即为当前符号的捕获值。
5. 根据权利要求4所述的高载波数OFDM采样频率快速同步方法，其特征在于，步骤S7 中采用公式（4)和公式（5)计算得到的Λ f作为当前符号的跟踪值。
6. 根据权利要求5所述的高载波数OFDM采样频率快速同步方法，其特征在于，所述步 骤S2进行预校正的公式为：
(6); 其中#为前一个符号的估计值。
7. 根据权利要求6所述的高载波数OFDM采样频率快速同步方法，其特征在于，步骤S7 中的跟踪阈值根据先验知识设定： (9) 10 其中Δ为跟踪估计值，m为符号数，P为跟踪阈值系数，-为跟踪阈值。 mp
8.根据权利要求1-7任一项所述的高载波数OFDM采样频率快速同步方法，其特征在 于，所述步骤S1中插入的导频信号为8位。
【文档编号】H04L27/26GK104052707SQ201410217150
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】戴宪华, 符超 申请人:广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院, 中山大学