CN101207594B - 一种利用能量检测技术实现频率粗同步的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用能量检测技术实现频率粗同步的方法，该方法包括如下步骤：步骤1：测量子载波能量，确定整数倍频偏范围；步骤2：根据所述整数倍频偏范围，相关器利用相位参考码元相关特性寻找并确定精确的整数倍频偏，完成频率粗同步。本发明利用了相位参考码元的相关特性，对频率粗同步进行了改进，达到了简化算法，提高性能的目的。

Description

一种利用能量检测技术实现频率粗同步的方法

技术领域

本发明涉及数字音频广播(DAB，Digital Audio Broadcasting)系统，特别是涉及一种数字音频广播系统中的频率粗同步方法。

背景技术

数字音频广播系统是由ETSI(European TelecommunicationsStandards Institute，欧洲电信标准协会)提出的一种数字音频广播系统，它采用了OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术)与DQPSK(差分正交相移键控调制)相结合的调制方式。对于载波频率同步，由于OFDM各子信道带宽较小，对载波频率偏差的敏感程度非常高，因此需要非常精确的载波同步。目前的载波同步过程分为两种模式：粗同步和细同步。在粗同步模式中，同步器将参数的较大初始偏差减小到一个较小的范围；在细同步模式中，同步器将参数的剩余误差进一步减小，提高估计的精度。

在OFDM系统中，频率偏差实际上可分解为两部分：整数部分和小数部分，这里的整数部分和小数部分是相对于子载波间隔而言的。所谓整数部分是等于子载波间隔的整数倍的那一部分频率偏差；小数部分是指小于子载波间隔的那一部分频率偏差。

作为通信系统，同步是获取信息前非常重要的步骤，同步算法设计的优劣直接影响到产品的功耗和性能，特别是现在产品多以集成电路的方式实现，所以这个问题更加突出。

DAB系统的频率同步是首要的过程。在频率同步中，频率的粗同步又是其中非常重要的部分。现有的频率粗同步方法有以下2种：

1.将接收到的相位参考码元(Phase Reference Symbol，PRS)做FFT(快速傅立叶变换)后，与本地产生的PRS共轭相乘，然后将相乘的结果做IFFT变换。当相位参考码元与本地PRS严格对齐的时候，会有峰值出现。

2.将接收到的相位参考码元PRS与本地产生的经过IFFT变换后的PRS相关。如果接收信号已经时域同步了，相关后会有峰值出现。

以上两种频率粗同步的方法都存在各自的缺点，具体如下：

方法一：运算量过大。每一次峰值检测都需要做共轭相乘并做IFFT。而且只有当相位参考码元与本地PRS严格对齐的时候，才有峰值出现。所以必须遍历所有的可能频偏，而不能大步进搜索。所以这种方法功耗较大，不适合硬件实现。

方法二：算法有效的前提条件苛刻。由于这种方法是在时域上检测频偏信息，因此前提条件是必须先在时域上要精确同步。这增加了时域同步的难度。从系统的角度上来讲是简化了某方面的算法，却大大增加了另一方面的算法难度。得不偿失。

虽然以上方法对于通用的OFDM系统都是可行的，但都忽略了DAB系统的特殊性。在DAB系统中，如图1所示：一个OFDM信号是由处于中间的信号子载波与处于边缘的空子载波组成，因此信号子载波的边缘能够通过类似能量检测的方法来获得，从而得到载波偏差的范围。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供了一种利用能量检测技术实现频率粗同步的方法。通过该方法可以快速锁定频偏范围并进而进一步确定精确的整数倍频偏。

本发明的技术方案如下：

一种利用能量检测技术实现频率粗同步的方法，包括如下步骤：

步骤1：测量子载波能量，确定整数倍频偏范围；

步骤2：根据所述整数倍频偏范围，相关器利用相位参考码元相关特性寻找并确定精确的整数倍频偏，完成频率粗同步。

进一步地，该方法还具有以下特点，所述步骤1具体包括如下步骤：

步骤1.1：从左到右测量经快速傅立叶变换的子载波能量；

步骤1.2：当检测到信号子载波边缘时，经能量计算器计算，若前面32个子载波的能量之和小于门限1所设值，且后面32个子载波的能量之和大于门限2所设值，则

步骤1.3：整数倍频偏的范围被确定在前面32个子载波的最后一个子载波以及后面32个子载波的第一个子载波，及其相邻子载波的3～5个子载波内。

进一步地，该方法还具有以下特点，所述步骤2具体包括如下步骤：

步骤2.1：根据信号子载波边缘被检测到的指示，门限判断器输出使能信号，打开相关器；

步骤2.2：相关器将接收的相位参考码元32点子载波与本地相位参考码元的32点子载波进行滑动相关，则得到相关峰值时的窗口位置即为精确的整数倍频偏。

由上可知，本发明方法搜索速度快，通过对子载波的能量值的测定，用2个门限值快速锁定频偏范围，而且算法有效的前提条件容易满足，其只需要在频域而不是在时域进行频偏检测，这样对时间同步的要求就不是那么严格。另外，算法比较精确，更容易搜索到频偏的频率。

具体有益效果如图2所示：图2显示了32点相位参考码元的相关值，其中存在4个相关峰，除了最大相关峰在0点以外，其余相关峰都在±16点以外。但是通过前面边缘检测的算法，不会对这些范围进行PRS相关，因此将边缘检测与PRS相关相结合的方法在理论上只有一个相关峰出现，这不仅节约了运算量，而且降低了误同步的概率。故本发明利用了PRS的特性，对频率粗同步进行了改进，达到了简化算法，提高性能的目的。

附图说明

图1是现有技术中OFDM帧信号结构示意图；

图2是本发明方法中32点相位参考码元相关值的数据示意图；

图3是本发明方法的步骤流程图；

图4是本发明方法的原理图；

图5是本发明方法中确定整数倍频偏范围的说明示意图；

图6是本发明实施例的实施原理图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的核心思想和各较佳实施例进行进一步详细的描述与说明。

本发明提供了一种利用能量检测技术实现频率粗同步的方法，其核心思想是：通过对子载波的能量值的测定，用2个门限值快速锁定频偏范围的基础上，将接收到的32点相位参考码元与本地32点相位参考码元进行相关，在得到相关峰值时的窗口位置后进一步确定整数倍频偏，完成粗同步过程。

以下将结合图3、图4和图5对本发明的核心思想进一步阐述。

图3是本发明方法的步骤流程图，如图3所示，该方法包括两个步骤：步骤1：测量子载波能量，确定整数倍频偏范围；步骤2：根据所述整数倍频偏范围，相关器利用相位参考码元相关特性寻找并确定精确的整数倍频偏，完成频率粗同步。

图4是本发明方法的原理图，如图4所示：窗口选择器用于接收相位参考码元及由门限判断器反馈的滑动窗口指示信号；能量计算器用于计算载波能量并将结果输入给门限判断器与设定的门限进行比较，门限判断器根据判断结果使能相关器工作或者将滑动窗口指示信号反馈给窗口选择器；相关结果经峰值检测器检测输出频偏。

图5是本发明方法中确定整数倍频偏的说明示意图，如图5所示：分别示出了门限1、门限2同前面32个子载波和后面32个子载波的能量关系；同时示出了整数倍频偏的范围被确定在前后两组子载波的范围内。

根据图3、图4和图5，本发明方法具体描述如下：从左到右测量经快速傅立叶变换的子载波能量；当检测到信号子载波的边缘时，经能量计算器计算，如果前面32个子载波的能量之和小于所设定的门限1，而后面32个子载波的能量之和大于门限2，则整数倍频偏的范围被确定在前面32个子载波的最后一个子载波以及后面32个子载波的第一个子载波，及其相邻子载波的3～5个子载波内，即图5双竖线显示的区域内；在整数倍频偏被确定之后，门限判断器将输出使能信号，将相关器打开，相关器就会在整数倍频偏被确定的范围内，利用PRS的相关特性寻找精确的整数倍频偏。同时，为了节约计算时间和能量，只需要用接收PRS的32点子载波与本地PRS的32点子载波相关就可以了，得到相关峰值时的窗口位置即为整数倍频偏，完成粗同步过程。

图6是本发明实施例的实施原理图，如图6所示，具体实施过程如下：首先，将寄存器中的1～32号寄存器的值取模相加，同时将33～64号寄存器的值取模相加。然后将1～32号寄存器的模值和与门限1的设定值进行比较，若小于门限1，输出1，否则输出0；将33～64号寄存器的值取模相加，若大于门限2的设定值，输出1，否则输出0。根据比较器之后的乘法器输出结果，若为0，则PRS窗口向右移1位，方框1内器件停止工作，否则窗口不动，方框1内器件开始工作。若下面方框1内器件开始工作，则将33～64号寄存器与本地PRS的前32个符号的共轭相关并检测相关峰，若大于设定门限，则此时的PRS窗口位置即为整数倍频偏。如果小于门限，则调整PRS窗口位置，重复上述将33～64号寄存器与本地PRS的前32个符号共轭相关并检测相关峰是否大于设定门限的步骤，直到找到相关峰，完成粗同步。

应当理解的是，上述针对具体实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种利用能量检测技术实现频率粗同步的方法，包括如下步骤：

步骤1：测量子载波能量，确定整数倍频偏范围；

步骤2：根据所述整数倍频偏范围，相关器利用相位参考码元相关特性寻找并确定精确的整数倍频偏，完成频率粗同步；

其中，步骤1具体包含步骤：

步骤1.1：从左到右测量经快速傅立叶变换的子载波能量；

步骤1.2：当检测到信号子载波边缘时，经能量计算器计算，若前面32个子载波的能量之和小于门限1所设值，且后面32个子载波的能量之和大于门限2所设值，则

步骤1.3：整数倍频偏的范围被确定在前面32个子载波的最后一个子载波以及后面32个子载波的第一个子载波，及其相邻子载波的3～5个子载波内。

2.根据权利要求1所述的一种利用能量检测技术实现频率粗同步的方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括：

步骤2.1：根据信号子载波边缘被检测到的指示，门限判断器输出使能信号，打开相关器；

步骤2.2：相关器将接收的相位参考码元32点子载波与本地相位参考码元的32点子载波进行滑动相关，则得到相关峰值时的窗口位置即为精确的整数倍频偏。

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