一种基于导频的采样时钟同步方法与流程

本发明涉及可见光通信技术领域，尤其涉及一种基于导频的采样时钟同步方法。

背景技术：

ofdm技术因为能够有效的对抗衰落和符号间干扰而被广泛应用于通信系统中，但是ofdm技术的缺点中众所周知的是对同步很敏感。

可见光ofdm系统中，接收机和发射机需要dac(digital-to-analogconverter)和adc(analog-to-digitalconverter)，信号在可见光ofdm系统的发射机通过ifft调制后，形成数字信号，然后通过dac转化成模拟信号，信号经过光信道到达接收机再由接收机的adc模块把模拟信号转换成数字信号，最后fft解调。发射机的dac模块和接收机的adc模块的时钟无法做到完美同步，接收机的信号将会发生相位旋转和信道间干扰ici(inter-carrierinterference),可见光系统的性能将被严重破坏。

采样时钟同步(scs,samplingclocksynchronization)是把接收机的采样时钟与发射机同步。scs分为两种类型：同步采样时钟同步和异步采样时钟同步。在同步时钟系统中，同步算法用来控制压控振荡器(vcxo，voltage-controlcrystaloscillator)的频率和相位，使接收机的采样时钟与发射机一致。在异步时钟系统中，发射机和接收机的vcxo独立，同步算法用来精确检测发射机和接收机时钟偏移，进而在数字域进行补偿。

相比于异步采样系统，同步时钟系统由相位噪声引起的定时抖动更大，收敛时间更长，不适合突发传输模式。异步时钟系统主要包括时域内插和频域补偿两种方法。非理想内插将引起周期性的追踪误差，且时域内插计算复杂性大，需要较长的处理时间。无线系统中在频域利用导频信号，进行采样时钟偏移(sco)估计和相位补偿的方法，较时域内插方法，实现复杂性小。

技术实现要素：

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种基于导频的采样时钟同步方法，复杂度更低，硬件实现简单。

技术方案：本发明所述的基于导频的采样时钟同步方法包括：

(1)从接收机接收的ofdm符号上提取出导频信号集合其中，yl表示从ofdm符号l上提取出的导频信号集合，表示从ofdm符号l上提取出的第ks个子载波上的导频信号，m为ofdm符号l上插入的导频总数，ks表示插入的导频的位置；

(2)根据信道频域响应观测值和提取的导频信号集合yl计算所有导频上的相位旋转值，其中，

式中，表示的相位旋转值，表示对应的信道频域响应观测值，表示第ks个子载波上的导频信号的信号功率，*号表示取共轭，angle()表示求相位角；

(3)根据所有导频上的相位旋转值计算ofdm符号的相位旋转因子，其中，

式中，sl表示ofdm符号l的相位旋转因子；

(4)根据ofdm符号的相位旋转因子计算该符号的所有子载波上信号的相位旋转值，其中，

ψl,k＝slk,k＝1,…,n

ψl,k表示ofdm符号l的子载波k上信号的相位旋转值，n表示子载波的个数；

(5)对ofdm符号l进行相位补偿并输出补偿后的数据，其中，子载波k上信号的相位补偿值为ψl,k。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本申请提出了一种改进的基于导频的采样时钟同步方案。该方案的复杂度较低，易于实现，可以在较低复杂度情形下修正由于采样时钟偏差引起的相位旋转。

附图说明

图1是本发明的硬件实现结构图。

具体实施方式

1、问题分析

技术问题存在的场景如下：可见光ofdm通信系统中，发射机和接收机之间的振荡器不匹配，会引起发射机和接收机之间的采样时钟偏差。当存在采样时钟偏差时，在每一个ofdm符号中采样时钟偏差有可能不同。令yl,k表示接收信号，xl,k表示发射信号，hl,k为对应的频域的信道频响，wl,k为噪声。δf为载波频率偏差，nsym为ofdm符号长度，ng为循环前缀长度，η为采样时钟偏差，t为发送端的采样时钟间隔，l是ofdm符号的标号,k是子载波的标号，则接收端的接收信号模型可以表示为：

旋转的相位可以表示为：

因为可见光dco-ofdm系统中不需要考虑载波频率偏差,所以δf＝0,上式可以化简为：

对每个子载波上信号的相位旋转ψl,k的估计，可以转换成对某一ofdm符号的相位旋转因子sl的估计，再乘以子载波编号就得到了各个子载波上信号的相位旋转角度，来对其进行相位旋转补偿。

假设一个ofdm符号里插入m个导频，标号为ks(s＝1,2,...,m)，那么接收到的第l个符号第ks个子载波上的导频信号为：

那么旋转的相位可以计算为：

m个导频就构成了一个线性方程组：

ψl＝kssl

其中ks＝(k1,k2,...,km)^t，这是一个方程组个数大于未知数个数的超定方程，其最优解可以通过最小二乘(ls)法得到：

因为导频的位置是确定的，所以可以提前将计算出来保存，但是计算相位旋转因子sl的时候仍然需要做(m+1)次乘法和m次加法，硬件实现复杂度高。为了降低硬件的实现复杂度，在这里考虑将ls算法用计算平均值来代替，那么可以化简为：

2、技术方法

根据上述技术问题分析，本发明提出了一种改进的基于导频的采样时钟同步方法，包括：

(1)从接收机接收的ofdm符号上提取出导频信号集合其中，yl表示从ofdm符号l上提取出的导频信号集合，表示从ofdm符号l上提取出的第ks个子载波上的导频信号，m为ofdm符号l上插入的导频总数，ks表示插入的导频的位置；

(2)根据信道频域响应观测值和提取的导频信号集合yl计算所有导频上的相位旋转值，其中，

式中，表示的相位旋转值，表示对应的信道频域响应观测值，表示第ks个子载波上的导频信号的信号功率，*号表示取共轭，angle()表示求相位角；

(3)根据所有导频上的相位旋转值计算ofdm符号的相位旋转因子，其中，

式中，sl表示ofdm符号l的相位旋转因子；

(4)根据ofdm符号的相位旋转因子计算该符号的所有子载波上信号的相位旋转值，其中，

ψl,k＝slk,k＝1,…,n

ψl,k表示ofdm符号l的子载波k上信号的相位旋转值，n表示子载波的个数；

(5)对ofdm符号l进行相位补偿并输出补偿后的数据，其中，子载波k上信号的相位补偿值为ψl,k。

本发明硬件实现比较简单，如图1所示，硬件实现时的装置由导频提取与数据缓存、导频旋转角度计算、频偏估计和频偏补偿四个部分组成。

数据在采样时钟同步模块的处理流程的概况是：接收机收到的数据经过信道均衡后以串行的形式进入到采样时钟同步模块，首先将一个ofdm符号的数据写入到数据缓存模块，同时导频数据的位置是已知的将其提取出来，然后计算导频上数据的相位旋转数值，以此来估计该ofdm符号上的相位旋转因子sl，最后对缓存的数据根据其子载波的位置进行相位补偿并输出采样时钟偏差补偿后的数据。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。