一种采样频率偏差值估计的方法及装置与流程

1.本发明涉及数字通信领域，具体涉及数字通信采样频率偏差值估计的方法。


背景技术：

2.任何的通信系统都会存在采样频率偏差，这是由晶振的采样频率偏差造成的。采样频率偏差会造成通信系统的通信性能下降，因此必须在接收机里将采样频率偏差估计出来，并补偿掉。目前的非对称频率分布ofdm系统，例如hplc系统，往往先采用一个晶振性能极好(如采样频率偏差《2ppm)的cco设备，让该设备给sta设备发送两帧或多帧数据，sta设备的晶振质量较差；cco发送的报文中包含了这两帧数据之间的时间差，sta设备接收到这两帧数据后，可以计算出sta设备本身接收到这两帧数据的本地的时间差；最后，利用sta本地的时间差和cco发送的报文中的时间差，可以推算出sta的采样频率偏差值。
3.上述方案的缺点是需要发送两帧或多帧数据，对于突发通信系统来说，很难保证两帧数据之间的相互关系，因为突发信号帧之间往往是独立的。


技术实现要素：

4.针对背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种采样频偏估计的方法及装置，用于仅通过单帧数据，即可实现采样频偏的估计。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
6.在通信系统接收端获取连续的第一预设数量个ofdm符号，并通过fft计算得到频域信号；从所述频域信号中提取连续的第二预设数量个有效的子载波数据；计算所述第一预设数量个ofdm符号中相邻符号的所述第二预设数量个子载波数据的相位差；计算所述第一预设数量个ofdm符号的采样频率偏差值。
7.与现有技术相比，本发明提供的采样频偏估计的方法中，利用连续的ofdm符号有连续导频子载波的特征，通过获取连续的ofdm符号，并进行fft计算得到频域信号，从频域信号中提取有效的子载波数据，计算相邻ofdm符号的多个子载波相位差，并对相位差进行差分处理，再对差分值取均值以降低噪声及增益因子的影响，求得采样频偏值，这样实现了仅通过单帧信号就可以求得采样频偏值的技术效果，并且也不需要采用高质量晶振，降低了设备成本。
8.本发明还提供一种采样频偏估计的装置，包括：
9.获取模块：在通信系统接收端获取连续的第一预设数量个ofdm符号，并通过fft计算得到频域信号；从所述频域信号中提取连续的第二预设数量个有效的子载波数据；；
10.相关器模块：所述第一预设数量个ofdm符号中相邻符号的所述第二预设数量个子载波数据做相关运算；
11.取相位模块：对相关器模块获得的相关结果进行取相位差的操作；
12.差分器模块：对取相位模块获得的相位差进行差分操作；
13.后处理模块：对差分器模块获得的差分结果取均值，求得采样频率偏差值。
14.与现有技术相比，本发明提供的采样频偏估计的装置的有益效果与上述技术方案所述的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
15.此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，但并不构成对本发明的限定。
16.图1为采样频率偏差值估计的方法的示意图。
17.图2为hplc前导帧格式。
18.图3为宽带载波通信支持的频段。
19.图4为采样频率偏差值估计的装置的示意图。
具体实施方式
20.为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
21.需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
22.本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
23.在介绍本发明实施例之前首先对本发明实施例中涉及到的相关名词作如下释义：
24.ofdm：(orthogonal frequency division multiplexing)正交频分复用技术，一种将宽的频率分裂成许多小频率(子载波)的技术，并将数据传送到每个子载波上，将一个宽的频率分割成多个小/窄频率，这就是“频分frequency division”的含义。因为每个子载波上的所有数据都是同时传输的，这是一种“复用”技术。
25.ofdm符号：一个ofdm符号是指已经经过调制的子载波在某一个符号周期内的波形。
26.hplc：(highspeed power line communication)高速电力线通信，正交频分复用技术中的一种。
27.cco：(central coordinator，cco)中央协调器，本实施例中为通信系统的发生端。
28.sta：(stattion，sta)站点，本实施例中为通信系统的接收端。
29.ppm：百万分之一，本实施例中表示晶振的稳定程度。
30.fft:快速傅里叶变换。
31.常见的ofdm系统会嵌入导频子载波，用以辅助采样频偏估计；并且，嵌入的导频子载波相对于直流子载波对称，这类系统称为对称频率分布系统。这类系统利用导频子载波的对称性实现采样频率偏差估计。另一类ofdm系统，如hplc系统，其子载波只存在于正频率处，而负频率处的子载波发射功率为0.这类系统称为非对称频率分布系统。这种系统的采样频率偏差估计就无法利用导频子载波的正负频率对称性。
32.目前这类系统，采用一个晶振性能极好(如采样频率偏差《2ppm)的cco设备，让该设备给sta设备发送两帧或多帧数据，sta设备的晶振质量较差；cco发送的报文中包含了这两帧数据之间的时间差，sta设备接收到这两帧后，可以统计出sta设备本身接收到这两帧的本地的时间差；最后，利用sta本地的时间差和cco发送的报文中的时间差，可以推算出sta的采样频率偏差。这种方案的缺点是需要发送两帧或多帧才能完成采样频率偏差估计。
33.为了解决现有技术的问题，本发明提供一种采样频偏估计的方法，用于仅通过单帧信号，即可实现采样频偏的估计。如图1所示，该方法包括：
34.s1:确定ofdm符号。对接收到的信号进行同步后，可以找到每个ofdm符号的起始边界，从而确定每个ofdm符号。
35.本实施例以hplc前导帧为例，如图2所示，该前导帧包含了10.5个syncp符号和2.5个syncm符号。该前导帧格式中的第一部分是半个syncp符号，也就是syncp符号的后半部分；后面跟随的是10个完整的syncp符号，以及2个完整的syncm符号；最后是半个syncm符号，取syncm符号的前半部分。
36.s2:将第一预设数量个ofdm符号转换为频域信号。本实施例只利用syncp符号。共10.5个连续的syncp符号，每个符号有1024个采样点。本实施例取中间9个完整的syncp符号，做1024点的fft操作，获得频域信号。
37.s3:提取连续的第二预设数量个有效的子载波数据。在ofdm符号的频谱信号中，只有部分是有效的，图3为宽带载波通信支持的频段，可以选取表中连续的子载波。本实施例，选取扩展频段1的子载波，即子载波100～230。提取有效子载波数据为z
j,k
，其中j＝0,1,2,...,8,k＝100,101,...,230。
38.s4:将所述第一预设数量个ofdm符号中相邻符号的所述第二预设数量个子载波数据做相关运算。用于采样频率偏差估计的ofdm符号有连续导频子载波的特征，即用于采样频率偏差估计的所有ofdm符号拥有相同的子载波分布，且这些子载波承载的信息相同或经过已知的变换后相同。经过接收端采样和fft计算后，这些子载波数据包含了采样频率偏差信息，可以通过相关计算提取出来。具体方法采用以下公式：
39.x
j,k
＝z
j,k
·
conj(z
j-1,k
)
40.其中，conj()表示取共轭操作，j是ofdm符号编号，k是子载波编号，x是相关结果，z是所述有效的子载波数据；本实施例中j取值1,2,3,...,8,k＝100,101,...,230。
41.s5:相关结果进行取相位差的操作。本步骤作用是提取j个ofdm符号中相邻符号的k个子载波相位差。具体方法采用以下公式：
42.p
j,k
＝angle(x
j,k
)
43.其中，angle()是取相位操作，p表示相位值。
44.本实施例中，j取值1,2,3,...,8,k＝100,101,...,230。
45.s6:对相位差做差分操作。以上求得相邻符号的相位值存在倍率关系，需要用差分操作消除倍率关系，才能算出采样频偏。具体方法采用以下公式：
46.s
j,k,m
＝p
j,k-p
j,m
47.其中，s为差分值，m是子载波编号；
48.本实施例中，j取值1,2,3,...,8,k＝100,101,...,230，m＝k-1。
49.s7：对差分值取均值，求得采样频率偏差值。以上获得的s值已经包含了采样频率偏差值，但也包含了噪声项，以及一些增益因子。本步骤的操作是对获得的所有s值取均值，以尽力消除噪声、增益因子的影响。具体方法采用以下公式：
[0050][0051]
其中，sfo为估计的采样频率偏差值。
[0052]
上述主要从通信系统接收端的角度对本发明实施例提供的方案进行了介绍。可以理解的是，通信系统接收端为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本发明能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0053]
本发明实施例可以根据上述方法示例对通信系统接收端进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。需要说明的是，本发明实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
[0054]
在采用对应各个功能划分各个功能模块的情况下，图4示出了本发明实施例提供的一种采样频率偏差值估计的装置的结构示意图。如图4所示，该采样频率偏差值估计的装置包括：
[0055]
获取模块：在通信系统接收端获取连续的第一预设数量个ofdm符号，并通过fft计算得到频域信号；从所述频域信号中提取连续的第二预设数量个有效的子载波数据；；
[0056]
相关器模块：所述第一预设数量个ofdm符号中相邻符号的所述第二预设数量个子载波数据做相关运算；
[0057]
取相位模块：对相关器模块获得的相关结果进行取相位差的操作；
[0058]
差分器模块：对取相位模块获得的相位差进行差分操作；
[0059]
后处理模块：对差分器模块获得的差分结果取均值，求得采样频率偏差值。
[0060]
本发明方法中的步骤可根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
[0061]
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质包括只读存储器(read-only memory，rom)、随机存储器(random access memory，ram)、可编程只读存储器(programmable read-only memory，prom)、可擦除可编程只读存
储器(erasable programmable read only memory，eprom)、一次可编程只读存储器(one-time programmable read-only memory，otprom)、电子抹除式可复写只读存储器(electrically-erasable programmable read-only memory，eeprom)、只读光盘(compactdisc read-only memory，cd-rom)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
[0062]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。