专利名称：正交频分多路信号载波频率偏差估计与纠正的方法
技术领域：
本发明涉及正交频分多路信号，尤其涉及数字音频广播信号，特别是对于正交频分多路信号载波频率偏差的估计与纠正，属于电子通讯技术领域。
背景技术：
载波方式传输的信号在传输过程中，不可避免地会出现载波频率偏移。载波频率偏移对信号的正确接收有很大影响，特别是对正交频分多路(OFDM)信号，这种影响尤为严重。由于数字音频广播(DAB)信号属于OFDM信号，因此在处理接收到的DAB信号时，需要估算出载波频率的偏差，并对信号的频率进行校正，从而达到正确接受DAB信号的目的。
传统的对OFDM信号的频偏估算法，可以在时域或频域中进行估计。这种算法是利用OFDM信号的构造进行频偏估计，即利用OFDM信号在时域或频域前后两段信号的相似性而估计载波频率偏差(简称“频偏”)。由于有些OFDM信号的符号延续很长时间，所以当频偏相当大时，不能直接估计出角频率大于2π的情况，这是因为三角函数的周期性造成的。此时，利用这种传统方法将无法正确估计OFDM信号的频偏，从而无法正常地进行信号接受。有些频域的频偏估计算法可以估计出一定范围内的2π整数倍的频偏，但仍然无法对大频偏的情况下的信号进行处理。这将大大降低对复杂信号的处理能力，从而降低相关产品在市场上的竞争能力。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种针对正交频分多路信号载波频率偏差进行估计与纠正的方法，该方法支持对大频偏OFDM信号的估计与纠正，具有准确性、易实现性。
本发明的目的通过以下技术方案来实现正交频分多路信号载波频率偏差估计与纠正的方法，其特征在于根据Δ＝(I+D)*2π，将全频偏Δ分成2π的整数倍和不足2π的一倍两个部分，其小数部分的参数D在时域估计，而整数部分的参数I在频域估计，频偏纠正在时域实行。
本发明的目的还可通过以下技术方案来进一步实现上述的正交频分多路信号载波频率偏差估计与纠正的方法，其中，时域估计采用宽带低通滤波的方法进行，以便同时保证时域频偏估计的参数跟踪速度和稳定性。
更进一步地，上述的正交频分多路信号载波频率偏差估计与纠正的方法，其中，频域估计采用能量法和/或相关法进行；尤其是，当|I|≤64kHz时，采用相关法进行频域估计，当|I|＞64kHz时，采用能量法进行频域估计。
更进一步地，上述的正交频分多路信号载波频率偏差估计与纠正的方法，其中，频域估计采用多个步骤进行，每个步骤获得的参数I供时域进行频偏纠正时使用，纠正后的信号经过傅立叶变换之后再进行新的频域估计以确定参数I新的值。起始阶段可以设定参数I的值为0，以后步骤当中根据判断接收到的频谱信号的正确性，而对频域估计的参数I的值进行固定。
再进一步地，上述的正交频分多路信号载波频率偏差估计与纠正的方法，其中，所述的正交频分多路信号尤其是采用DAB、DVB-T或者DVB-H标准的信号。当所述的正交频分多路信号是DAB信号时，时域估计对DAB信号帧的第1到76符号进行，频域估计对于由PRS序列组成的参照符号进行，并且采用多个步骤进行不断调整以保证估计的准确性，提高方法的适应性，实现对频偏大于64KHz的DAB信号进行正确估计。
本发明提供了一种正交频分多路信号载波频率偏差估计与纠正的方法，其技术效果主要体现在以下几方面(1)本发明技术方案通用性强，适用于DAB、DVB-T、DVB-H等多种OFDM信号，针对具体类型的信号，在做频域频偏估计时只需对算法稍加改动即可；(2)本发明提供的载波中心频率偏差估计在频域做频偏估计时，由于采用了能量法和相关法相结合，克服了仅采用相关法时对频偏估计的局限性。如对DAB信号用相关法做频偏估计时，频偏估计的范围是64KHz，而采用能量法则可突破此限制；(3)本发明提供的载波中心频率偏差估计在时域做频偏估计时，每帧重新估计后采用一阶宽带低通滤波对D进行光滑处理，既能保证信号处理的平稳性，又能快速跟踪由于移动造成的频偏；(4)本发明提供的载波中心频率偏差估计在频域做频偏估计时，无论采用能量法还是相关法，都可避免乘法运算，因而能很方便地在集成电路设计中实现。
图1DAB信号的OFDM符号图；图2OFDM信号频谱图，其中(a)无频偏、(b)向左偏移中心频率、(c)向右偏移中心频率；图3OFDM信号按中心频率表示的频谱图，其中(a)无频偏、(b)向左偏移中心频率、(c)向右偏移中心频率；图4本发明对OFDM信号频偏估计和纠正流程图；图5、图6采用相关法对DAB的Mode I信号的频偏估计图；图7、图8采用相关法对DAB的Mode II信号的频偏估计图；
图9、图10采用相关法对DAB的Mode III信号的频偏估计图；图11、图12采用相关法对DAB的Mode IV信号的频偏估计图；图13采用能量法对DAB的Mode I信号的大频偏估计图；图14采用能量法对DAB的Mode II信号的大频偏估计图；图15采用能量法对DAB的Mode III信号的大频偏估计图；图16采用能量法对DAB的Mode IV信号的大频偏估计图。
具体实施例方式
下面以DAB信号为例，对本发明技术方案作进一步详细说明。
一、DAB信号的时域频偏估计对于数字音频广播信号，接收端在经过去载波和下变频处理之后得到的信号是2.048MHz采样率的OFDM信号，其OFDM符号如图1所示每个OFDM符号A都包括两部分，即保护间隔B和FFT长度C。保护间隔B均为FFT长度C后端部分序列的复制。
在OFDM符号A的前端保护间隔B当中取一段信号G=rkejαk,]]>在FFT长度C的后端与保护间隔B相同的部分另取一段信号G′=rk′ejβk,]]>作数量积G·G^′=Σrkr′kej(αk-βk),]]>其中 为G′的共轭。在理想无干扰情况下，G＝G′。根据共轭复数的性质，G·G^′=|G|2,]]>但实际上由于各种干扰因素的存在，使得G≠G′。如果仅仅考虑载波频率的偏差，则得到αk-βk＝δ为常数，即G·G^′=ejδΣrk2.]]>假设全频偏Δ＝(I+D)*2π，I为整数，D为小数，根据三角函数的周期性知，δ＝D*2π便是相隔长度为FFT长度C的两采样点之间的频率偏差的分数部分，因此“λ＝δ/FFT长度”即为相邻的两采样点之间的频率偏差的分数部分。这样，通过时域频偏估计获得DAB信号频偏的分数部分。
二、DAB信号的时域频偏纠正按照上述方法对时域信号进行频偏纠正，此时频偏整数部分I为零，x^(n)=x(n)e-jnλ.]]>三、DAB信号的频域频偏估计信号经过时域频偏纠正之后，经过傅立叶变换得到的频谱如图2所示，其中(a)为无频偏时的频谱、(b)为当中心频率向左偏移时的频谱、(c)为当中心频率向右偏移时的频谱。图3是为OFDM信号按中心频率表示的频谱，其中(a)为无频偏时的频谱、(b)为当中心频率向左偏移时的频谱、(c)为当中心频率向右偏移时的频谱。
信号频域的频偏估计可以采用能量法或相关法，两者可以有机结合起来使用，当|I|≤64kHz时，宜于采用相关法进行频域估计；当|I|＞64kHz时，则可以采用能量法进行频域估计。
采用能量法就是比较和计算特定位置子载频的能量就能估计出信号的载波频率偏移。根据OFDM信号的特性，当频谱偏移一子载波单位时，角频率将偏移2π的整数单位。对DAB而言载四种传输模式下(Mode I/II/III/IV)，相邻子载波之间的间隔是不一样的。由此可见，频谱偏移的子载波个数n便等于的2π的整倍数I，于是问题便转换成对频谱偏移的子载波个数的估计。
相关法则是利用DAB信号的PRS符号的周期特性，使用标准频域PRS信号段对接收到的PRS信号作相关计算，然后寻找相关计算绝对值的最大值的位置，从而确定信号的频谱偏移。和能量法一样，频谱偏移的子载波个数便等于前面提到的2π的整倍数I。
四、DAB信号的时域频偏纠正在进行了频域频偏估计后，用式Δ＝(I+D)*2π更新时域的频偏纠正。此后将固定I值，仅在时域重新估计D时用一阶宽带低通滤波对D进行光滑处理。
上述过程可以用图4来形象表示，即对时域基带信号先进行时域频偏估计，经过光滑处理之后与频域频偏估计的结果叠加起来进行频偏恢复，所得信号经过傅立叶变换之后即可获得比较准确的频谱信号。其中频域估计一般采用多个步骤进行，每个步骤获得的参数I供时域进行频偏纠正时使用，纠正后的信号再进行新的频域估计以确定参数I新的值，如此不断调整以保证估计的准确性，提高这种方法对于大频偏信号的适应性。对于DAB信号而言，频偏大于64KHz时也可以正确估计和纠正。
本发明的关键是对于大频偏信号的正确估计与纠正，也就是对于参数I的正确获得。图5～图16是针对数字音频广播信号的四种传输模式Mode I/II/III/IV，在信号采样率2.048MHz、信号信噪比10dB、分数频偏D为0.35*2π的条件下进行频域估计的结果。其中——图5、图6为相关法对Mode I信号进行频偏估计的示意图，分别表示整数频偏I为0、±1、±5、±10KHz时的相关计算结果。零整数频偏的位置在64，最大估计范围为±64KHz，计算得出每采样频偏为δ＝(I+D)*2π/2048；图7、图8为相关法对Mode II信号进行频偏估计的示意图，分别表示整数频偏I为0、±4、±20、±40KHz时的相关计算结果。零整数频偏的位置在16，最大估计范围为±64KHz，计算得出每采样频偏为δ＝(I+D)*2π/512；图9、图10为相关法对Mode III信号进行频偏估计的示意图，分别表示整数频偏I为0、±8、±24、±40KHz时的相关计算结果。零整数频偏的位置在8，最大估计范围为±64KHz，计算得出每采样频偏为δ＝(I+D)*2π/256；图11、图12为相关法对Mode IV信号进行频偏估计的示意图，分别表示整数频偏I为0、±2、±10、±20KHz时的相关计算结果。零整数频偏的位置在32，最大估计范围为±64KHz，计算得出每采样频偏为δ＝(I+D)*2π/1024；图13为利用能量法对Mode I信号进行大频偏估计的示意图，分别表示整数频偏I为±80KHz时的计算结果，计算得出每采样频偏为δ＝(I+D)*2π/2048；图14为利用能量法对Mode II信号进行大频偏估计的示意图，分别表示整数频偏I为±80KHz时的计算结果，计算得出每采样频偏为δ＝(I+D)*2π/512；图15为利用能量法对Mode III信号进行大频偏估计的示意图，分别表示整数频偏I为±80KHz时的计算结果，计算得出每采样频偏为δ＝(I+D)*2π/256；图16为利用能量法对Mode IV信号进行大频偏估计的示意图，分别表示整数频偏I为±80KHz时的计算结果，计算得出每采样频偏为δ＝(I+D)*2π/1024。
总之，本发明通过时域与频域相结合的办法，对采用DAB、DVB-T、DVB-H等标准的OFDM信号的载波频率偏差进行估计和纠正。该方法支持大频偏OFDM信号的估计与纠正，其技术措施易于实现，技术效果比较准确，可以大大提高对复杂信号的处理能力。相比于传统的OFDM频偏估计方法，本发明具有实质性技术特点和显著的技术进步，其应用前景非常广阔。
权利要求
1.正交频分多路信号载波频率偏差估计与纠正的方法，其特征在于根据Δ＝(I+D)*2π，将全频偏Δ分成2π的整数倍和不足2π的一倍两个部分，其小数部分的参数D在时域估计，而整数部分的参数I在频域估计，频偏纠正在时域实行。
2.根据权利要求1所述的正交频分多路信号载波频率偏差估计与纠正的方法，其特征在于时域估计采用宽带低通滤波的方法进行。
3.根据权利要求1所述的正交频分多路信号载波频率偏差估计与纠正的方法，其特征在于频域估计采用能量法和/或相关法进行。
4.根据权利要求3所述的正交频分多路信号载波频率偏差估计与纠正的方法，其特征在于当|I|≤64kHz时，采用相关法进行频域估计；当|I|＞64kHz时，采用能量法进行频域估计。
5.根据权利要求3或4所述的正交频分多路信号载波频率偏差估计与纠正的方法，其特征在于频域估计采用多个步骤进行，每个步骤获得的参数I供时域进行频偏纠正时使用，纠正后的信号经过傅立叶变换之后再进行新的频域估计以确定参数I新的值。
6.根据权利要求5所述的正交频分多路信号载波频率偏差估计与纠正的方法，其特征在于起始阶段设定参数I的值为0，以后步骤当中根据判断接收到的频谱信号的正确性，而对频域估计的参数I的值进行固定。
7.根据权利要求1所述的正交频分多路信号载波频率偏差估计与纠正的方法，其特征在于所述的正交频分多路信号是采用DAB、DVB-T或者DVB-H标准的信号。
8.根据权利要求7所述的正交频分多路信号载波频率偏差估计与纠正的方法，其特征在于所述的正交频分多路信号是DAB信号，时域估计对DAB信号帧的第1到76符号进行，频域估计对于由PRS序列组成的参照符号进行。
全文摘要
本发明公开一种对采用DAB、DVB－T、DVB－H等标准的正交频分多路(OFDM)信号的载波频率偏差进行估计和纠正的方法。该方法将全频偏Δ分成2π的整数倍和不足2π的一倍两个部分，其小数部分的参数D在时域估计，而整数部分的参数I在频域估计，频偏纠正在时域实行。其中频域估计采用能量法与相关法相结合的方法分成多个步骤进行，每个步骤获得的参数I供时域进行频偏纠正时使用，纠正后的信号经过傅立叶变换之后再进行新的频域估计。该方法支持大频偏OFDM信号的估计与纠正，其技术措施易于实现，技术效果比较准确，可以大大提高对复杂信号的处理能力。
文档编号H04J11/00GK101056291SQ200610039559
公开日2007年10月17日 申请日期2006年4月14日 优先权日2006年4月14日
发明者刘一京, 葛建明 申请人:威望科技(苏州)有限公司