專利名稱：多載波系統(tǒng)中的殘余子載波相偏糾正系統(tǒng)及其方法
多載波系統(tǒng)中的殘余子載波相偏糾正系統(tǒng)及其方法技術(shù)領(lǐng)域木發(fā)明屬于數(shù)字信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于分組復(fù)用鑒相環(huán)路的殘余 子載波相偏糾正系統(tǒng)和實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
在多載波傳輸系統(tǒng)中，除了振蕩器相位的隨機變化和頻率起伏引起的載波相 位噪聲之外，由于信道估計誤差、頻偏估計誤差、殘余定時相位誤差等的影響， 導(dǎo)致采用頻域均衡處理后得到的星座點存在相偏不一致的問題，即不同子載波的 殘余相偏不同，而且，相同子載波上的殘余相偏隨著時間變化緩慢變化。對于正 交幅度調(diào)制QAM，這些殘余相偏會使得星座圖出現(xiàn)圓形模糊，造成符號判決錯 誤，直接降低系統(tǒng)的誤比特概率性能。消除上述殘余相偏的最直接的方法是采用鎖相環(huán)。傳統(tǒng)的糾正相偏的鎖相環(huán) 處理方法是基于OFDM符號中的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)，但當系統(tǒng)中不存在頻域?qū)ьl數(shù)據(jù)或 者導(dǎo)頻數(shù)據(jù)不可靠時，這類方法不可行。如中國數(shù)字地面電視傳輸標準GB 20600-2006中，其多載波模式采用時域同步OFDM結(jié)構(gòu)，OFDM符號長度為 3780，開始和最后各18個子載波數(shù)據(jù)定義為已知的TPS信息。清華大學(xué)在中國 專利局公開了一種"時域同步正交頻分復(fù)用接收機去除相位噪聲的方法及系統(tǒng)"， 就是利用幀體中插入的TPS信息，借助頻域時域轉(zhuǎn)換實現(xiàn)時域相位噪聲估計并 相位補償，但要求TPS信息以近似間隔均勻的規(guī)則插入幀體載波，該插入方式 與國標中的TPS信息插入方式有著根本不同，國標中導(dǎo)頻數(shù)據(jù)量小且位置過于 集中，因此，這種方^在類似國標的接收機系統(tǒng)中效果不佳。 '對于導(dǎo)頻信息量過少或者不便利用的系統(tǒng)，可以采用單載波系統(tǒng)中常用的基 于星座判決的相位噪聲消除方法。典型的如美國數(shù)字地面電視ATSC系統(tǒng)，采用 單載波實現(xiàn)，通常使用一個基于判決數(shù)據(jù)的一階反饋環(huán)來跟蹤載波鎖定后剩余的 相位噪聲。對基于星座點判決的鑒相器， 一般的鑒相公式可以表示為<formula>formula see original document page 4</formula>式中，4表示對應(yīng)解旋轉(zhuǎn)后的接收數(shù)據(jù)。的判決星座符號點，"*"表示取共軛，Im(.)表示取虛部，A0表示鑒相器輸出的估計相偏值。上述基于數(shù)據(jù)判決的方法可以設(shè)計在多載波系統(tǒng)中采用，但是， 一般單載波 系統(tǒng)的整個糾偏系統(tǒng)可以通過一個鑒相環(huán)路實現(xiàn)，而多載波系統(tǒng)中每個子載波的 殘余相偏不同，必要時應(yīng)針對每一個子載波設(shè)計獨立的鑒相反饋環(huán)，這樣，系統(tǒng) 的復(fù)雜度會成比例增加，如國標系統(tǒng)中，需要3780個并行反饋環(huán)路；同時，因 為每一幀數(shù)據(jù)至多有一個數(shù)據(jù)提供鑒相信息，每一路反饋環(huán)路的輸入有效數(shù)據(jù)量 大幅減小，影響糾偏系統(tǒng)的收斂速度等指標。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述己有技術(shù)的不足，提供一種多載波系統(tǒng)中的殘余 子載波相偏糾正系統(tǒng)及方法，通過子載波分組復(fù)用降低復(fù)雜度，提高系統(tǒng)的收斂 性能。實現(xiàn)木發(fā)明目的的殘余子載波相偏糾正系統(tǒng)，包括 相位旋轉(zhuǎn)器，用于對輸入數(shù)據(jù)解旋轉(zhuǎn)；復(fù)用鑒相器，用于提取相位旋轉(zhuǎn)器輸出的當前星座點的相偏信息； 低通濾波器，用于對不同分組于載波的相偏信息濾波； 計數(shù)器，用于計算當前輸入數(shù)據(jù)的子載波位置； 狀態(tài)存儲控制器，用于控制低通濾波器的寄存器讀寫；所述相位旋轉(zhuǎn)器的輸入端分別與輸入實部數(shù)據(jù) 、虛部數(shù)據(jù)r,、及低通濾波 器的輸出端連接，相位旋轉(zhuǎn)器的輸出端與復(fù)用鑒相器輸入連接，復(fù)用鑒相器的輸 出通過低通濾波器反饋給相位旋轉(zhuǎn)器；所述計數(shù)器的輸入端與輸入幀頭指示信號連接，輸出端與狀態(tài)存儲控制器輸 入端連接，狀態(tài)存儲控制器與低通濾波器雙向連接。上述殘余子載波相偏糾正系統(tǒng)，其中所述的復(fù)用鑒相器包括判決器、加法器 和移位乘法器，判決器對輸入的實部數(shù)據(jù)"^和虛部數(shù)據(jù)Q,w進行判決，輸出判 決后的實部數(shù)據(jù)/^e和虛部數(shù)據(jù)&^分別給移位乘法器與加法器，加法器將虛部 數(shù)據(jù)",^和判決后的虛部數(shù)據(jù)&，^相減后輸出給移位乘法器，通過移位乘法器輸 出相位估計信息傳輸給低通濾波器。實現(xiàn)本發(fā)明目的的殘余子載波相偏糾正方法，是基于分組復(fù)用鑒相環(huán)路實 現(xiàn)，具體步驟如下-(1)相位旋轉(zhuǎn)器對輸入的數(shù)據(jù)r進行解旋轉(zhuǎn)，得到初步糾正的數(shù)據(jù)。輸入復(fù) 用鑒相器，即Q = M， * (; + o +來-;△。，式中，^表示接收數(shù)據(jù)r的實部，^表示接收數(shù)據(jù)r的虛部，A0表示濾波后 的相偏信息，該濾波后的相偏信息的初始值為零；(2) 復(fù)用鑒相器通過鑒相公式""提取當前子載波組星座點的相。,e偏信息A&,并發(fā)送給低通濾波器，式中，&表示對應(yīng)旋轉(zhuǎn)器輸出。的判決星座符號點，& 表示判決點&的實部，4冊表示判決點4的虛部，、^表示旋轉(zhuǎn)器輸出。的虛部；(3) 低通濾波器通過狀態(tài)存儲控制器的控制對當前子載波組的相偏信息AA 進行濾波，得到濾波后的相偏信息A^，并送入相位旋轉(zhuǎn)器形成閉環(huán)實，相位糾 正。本發(fā)明具有如下優(yōu)點1) .由于采用子載波分組，增加了每子載波組可提供的有效運算數(shù)據(jù)，提高 環(huán)路收斂速度；2) .由于復(fù)用了基于相位旋轉(zhuǎn)器、鑒相器以及低通濾波器的鑒相環(huán)路，成倍 減少了所需的鑒相環(huán)路個數(shù)，從而大幅降低了系統(tǒng)實現(xiàn)復(fù)雜度；3) .由于采用簡化的復(fù)用鑒相器和相位旋轉(zhuǎn)器設(shè)計，減少了需要的乘法器， 進一步降低了環(huán)路復(fù)雜度；4) .由于采用狀態(tài)存儲控制器統(tǒng)一實現(xiàn)環(huán)路控制，只需要修正狀態(tài)存儲控制 器就可以修正不同子載波的相位鑒相分辨率，提高了系統(tǒng)兼容性。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明系統(tǒng)中相位旋轉(zhuǎn)器的電路原理圖；圖3是本發(fā)明方法的流程圖。
具體實施方式
參照圖I，本發(fā)明的系統(tǒng)包括相位旋轉(zhuǎn)器、復(fù)用鑒相器、低通濾波器、計 數(shù)器、狀態(tài)存儲控制器。其中相位旋轉(zhuǎn)器的實現(xiàn)參照圖2，它是由兩個乘法器和 兩個加法器組成，但不限于這種結(jié)構(gòu)；復(fù)用鑒相器由判決器、加法器和移位選擇 乘法器組成，但不限于這種結(jié)構(gòu)；低通濾波器采用通常的一階或二階環(huán)路低通濾 波器實現(xiàn)；狀態(tài)存儲控制器由存儲器、寄存器和選擇器組成，也可通過軟件實現(xiàn)。 相位旋轉(zhuǎn)器的輸入端分別與輸入實部數(shù)據(jù)；、虛部數(shù)據(jù)/^及低通濾波器的輸 出端AS連接，相位旋轉(zhuǎn)器的輸出端與復(fù)用鑒相器輸入連接。接收數(shù)據(jù)實部^和 低通濾波器反饋的濾波后相偏值A(chǔ)0為第一乘法器A的兩個輸入，輸出為實部乘 積數(shù)據(jù)《。同時，虛部^和A0為第二乘法器B的兩個輸入，輸出為虛部乘積數(shù) 據(jù)〈；第一加法器1的輸入為虛部^和實部乘積數(shù)據(jù)《，輸出為解旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)虛部&J第二加法器2的輸入為實部/^和虛部乘積數(shù)據(jù)《,，輸出為解旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)實 部。"。復(fù)用鑒相器中判決器的輸入端為解旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。的實部。^和虛部。一，輸 出端為判決后的實部和虛部，解旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)虛部與判決后虛部為第 三加法器3的兩個輸入，第三加法器3的輸出作為移位乘法器的一個輸入，移位 乘法器的另一個輸入為判決值的實部4#，移位乘法器的輸出為估計相偏結(jié)果 △ &。估計相偏信息A&通過低通濾波器反饋給相位旋轉(zhuǎn)器構(gòu)成閉環(huán)；計數(shù)器的 輸入端與輸入幀頭指示信號連接，輸出端的子載波位置c與狀態(tài)存儲控制器輸入 端連接，狀態(tài)存儲控制器與低通濾波器雙向連接，狀態(tài)存儲控制器通過子載波位 置c控制低通濾波器的寄存器讀寫。本發(fā)明系統(tǒng)的工作原理是相位旋轉(zhuǎn)器旨先對輸入的數(shù)據(jù)r進行解旋轉(zhuǎn)，接 收數(shù)據(jù)r的實部；和低通濾波器反饋的濾波后相偏值A(chǔ)^相乘得到實部乘積數(shù)據(jù) 《，接收數(shù)據(jù)r的虛部^和所述的A^相乘得到虛部乘積數(shù)據(jù)^;接收數(shù)據(jù)虛部^減去實部乘積數(shù)據(jù)《得到解旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)虛部。,^ ，接收數(shù)據(jù)實部；加上虛部乘積數(shù)據(jù)^得到解旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)實部。,K 。該解旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)實部。,w和解旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)虛部^^作為初步糾正的數(shù)據(jù)輸入到復(fù)用鑒相器；復(fù)用鑒相器接收到相位旋轉(zhuǎn)后的復(fù)數(shù)數(shù) 據(jù)的實部。^和虛部0一后，首先通過判決器進行判決，判決前后的虛部。加與 ^. ,相減的結(jié)果作為移位乘法器的一個輸入，移位乘法器的另一個輸入為判決值的實部^w 。移位乘法器根據(jù)6w選擇相應(yīng)的移位相加計算得到佔計相偏結(jié)果 。低通濾波器通過狀態(tài)存儲控制器的控制對當前子載波組的相偏信息A^進 行濾波，得到濾波后的相偏信息A0，并送入相位旋轉(zhuǎn)器形成閉環(huán)實現(xiàn)相位糾正。 幀頭指示信號和輸入數(shù)據(jù)同步，為一個l比特表示信號，當為高電平時表示數(shù)據(jù) 幀的起始，可以持續(xù)一個數(shù)據(jù)周期。狀態(tài)存儲控制器根據(jù)輸入的子載波位置" 控制低通濾波器的寄存器讀寫。子載波位置c由計數(shù)器根據(jù)幀頭指示信號產(chǎn)生， 當計數(shù)器檢測到接收數(shù)據(jù)的幀頭位置后，將c清零后開始計數(shù)；如果丄選擇為 16，狀態(tài)存儲控制器就需要保存16組不同的寄存器值，狀態(tài)存儲控制器根據(jù)輸 入的子載波位置c，判斷是否將當前低通濾波器寄存器值保存到指定分組寄存器， 并選擇相應(yīng)的分組寄存器替換低通濾波器寄存器值。參照圖3，本發(fā)明利用上述基于分組復(fù)用鑒相環(huán)路系統(tǒng)，進行殘余相偏糾正的步驟如下步驟l:相位旋轉(zhuǎn)器對輸入的數(shù)據(jù)r進行解旋轉(zhuǎn)，得到初步糾正的數(shù)據(jù)。輸 入復(fù)用鑒相器，即0 = f "+ C來乂A" , (1) 式中，^表示接收數(shù)據(jù)r的實部，^表示接收數(shù)據(jù)r的虛部，A^表示濾波 后的相偏信息，該濾波后的相偏信息的初始值為零；上述式(1)利用了當AP較小時，cosAP《1，而sinA^aA0，其構(gòu)建基于的是比較典型的復(fù)數(shù)相位旋轉(zhuǎn)器的糾偏公式，=(rre +)(c。s M - sin A。 (。 =(rre cos A(9 + sin A<9) + (rim cos A61 _ rre sin A(9)式(1)實現(xiàn)時僅需要兩個加法器和兩個實數(shù)乘法器，比式(2)的實現(xiàn)節(jié)省 了一個sin/cos查找表和兩個乘法器。步驟2:復(fù)用鑒相器通過如下鑒相公式提取當前子載波組星座點的相偏信息 A^，并發(fā)送給低通濾波器，式(3)中，4表示對應(yīng)旋轉(zhuǎn)器輸出/^的判決星座符號點，&^表示判決點&的實部，&，表示判決點&的虛部，^^表示旋轉(zhuǎn)器輸出。的虛部，該鑒相公式(3)的構(gòu)建過程如下~ = ," + = + A,,m ) (cos e + sin 。 =(G,re cos P _ " sin 0) + (5 re sin ^+^ cos= sin P + cos 6 ^ re<9 + ^ ,.m (5)對式(5)變換得到。,e式中，^表示對應(yīng)^的實際發(fā)送星座符號點，^^和^^分別表示其對應(yīng)的實 部和虛部，如果判決不發(fā)生錯誤，則&=^， ^表示對應(yīng)。的實際相偏，A^為0 的估計值。根據(jù)鑒相公式(3)得到的鑒相器僅需要一個加法器和一個移位乘法 器，移位乘法器利用了判決值為固定值，而原來的鑒相器需要三個實數(shù)乘法器和 一個加法器。由于判決點的實部&w的取值為非常小的固定集合，即便對 64QAM，不考慮符號位，其取值僅為l, 3, 5，7四種，因此通過選擇移位即可完 成乘法操作。步驟3:低通濾波器通過狀態(tài)存儲控制器的控制對當前子載波組的相偏信息A^進行濾波，得到濾波后的相偏信息A0，并送入相位旋轉(zhuǎn)器形成閉環(huán)實現(xiàn)相位糾正，具體過程如下(3a)計數(shù)器檢測到接收數(shù)據(jù)的幀頭位置后，清零并開始計數(shù)，輸出當前輸入 數(shù)據(jù)所處的子載波位置c;(3b)根據(jù)子載波位置c進行分組選擇，第/組分配的子載波為<formula>formula see original document page 0</formula>(7)式中，/ = 1,2, — 7V/Z， 7V為子載波總數(shù)，丄為分組數(shù)。上述子載波分配方法根據(jù)相鄰子載波的相偏相近且FFT處理的對稱特性提 出，每組可以利用的子載波數(shù)為AVi:個，通常選擇丄可以近似整除iV。改變分組 數(shù)Z可以改變糾偏系統(tǒng)的子載波相偏估計分辨率。當丄為數(shù)據(jù)幀長7V時，每個 子載波對應(yīng)一個佔計相偏值，但此時方案復(fù)雜度最高，并且環(huán)路收斂速度過慢， 因為每一幀數(shù)據(jù)至多有一個數(shù)據(jù)提供鑒相信息。當丄取最小值l時，環(huán)路簡化為 基于星座的公共相位糾正，雖然復(fù)雜度低，但僅限于糾正公共相偏。通過分析， 本發(fā)明選擇丄=16，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜度與跟蹤速度的折中。以7\^=3780為例，每個環(huán) 路處理的連續(xù)子載波數(shù)據(jù)長度約為118X2，即對分組/=1時，分配子載波數(shù)據(jù)為 1-118和3663-3780;對分組/=2時，分配子載波數(shù)據(jù)為119-236和3545-3662; 依次類推。(3c)狀態(tài)存儲控制器根據(jù)選擇的分組/，控制低通濾波器中寄存器讀寫，完成對當前子載波組/的相偏信息A^的濾波。(3d)濾波后的相偏信息A^輸出到相位旋轉(zhuǎn)器形成閉環(huán)實現(xiàn)相位糾正。 上述步驟描述了本發(fā)明的優(yōu)選實例，顯然本領(lǐng)域技術(shù)人員通過參考本發(fā)明的優(yōu)選實例和附圖可以對本發(fā)明做出各種修改和替換，這些修改和替換都應(yīng)落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于分組復(fù)用鑒相環(huán)路的殘余子載波相偏糾正系統(tǒng)，包括相位旋轉(zhuǎn)器，用于對輸入數(shù)據(jù)解旋轉(zhuǎn)；復(fù)用鑒相器，用于提取相位旋轉(zhuǎn)器輸出的當前星座點的相偏信息；低通濾波器，用于對不同分組子載波的殘余相偏信息濾波；計數(shù)器，用于計算當前輸入數(shù)據(jù)的子載波位置；狀態(tài)存儲控制器，用于控制低通濾波器的寄存器讀寫；所述相位旋轉(zhuǎn)器的輸入端分別與輸入實部數(shù)據(jù)rre、虛部數(shù)據(jù)rim及低通濾波器的輸出端連接，相位旋轉(zhuǎn)器的輸出端與復(fù)用鑒相器輸入連接，復(fù)用鑒相器的輸出通過低通濾波器反饋給相位旋轉(zhuǎn)器；所述計數(shù)器的輸入端與輸入幀頭指示信號連接，輸出端與狀態(tài)存儲控制器輸入端連接，狀態(tài)存儲控制器與低通濾波器雙向連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的相偏糾正系統(tǒng)，其特征在于復(fù)用鑒相器包括判決 器、加法器和移位乘法器，判決器對輸入的實部數(shù)據(jù)。^和虛部數(shù)據(jù)^^進行判 決，輸出判決后的實部數(shù)據(jù)&^和虛部數(shù)據(jù)&，^分別給移位乘法器與加法器，加 法器將虛部數(shù)據(jù)。,,.m和判決后的虛部數(shù)據(jù)相減后輸出給移位乘法器，通過移 位乘法器輸出相位估計信息傳輸給低通濾波器。
3. —種基于分組復(fù)用鑒相環(huán)路的相偏糾正方法，包括如下步驟(1) 相位旋轉(zhuǎn)器對輸入的數(shù)據(jù)r進行解旋轉(zhuǎn)，得到初步糾正的數(shù)據(jù)。輸入復(fù) 用鑒相器，即<formula>formula see original document page 2</formula>式中，^表示接收數(shù)據(jù)r的實部，^表示接收數(shù)據(jù)A"的虛部，A^表示濾波 后的相偏信息，該濾波后的相偏信息的初始值為零；(2) 復(fù)用鑒相器通過鑒相公式蘭^^提取當前子載波組星座點的相偏信息A^，并發(fā)送給低通濾波器，式中，4表示對應(yīng)旋轉(zhuǎn)器輸出^的判決星座符號點，&， 表示判決點&的實部，^m表示判決點&的虛部，；,^表示旋轉(zhuǎn)器輸出。的虛部；(3 )低通濾波器通過狀態(tài)存儲控制器的控制對當前子載波組的相偏信息 進行濾波，得到濾波后的相偏信息A^，并送入相位旋轉(zhuǎn)器形成閉環(huán)實現(xiàn)相位糾 正。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的相偏糾正方法，其中步驟(3)所述的低通濾波器 通過狀態(tài)存儲控制器的控^1對當前子載波組的相偏信息AA進行濾波，按照如 下過程進行(3a)計數(shù)器檢測到接收數(shù)據(jù)的幀頭位置后，清零并開始計數(shù)，輸出當前輸 入數(shù)據(jù)所處的子載波位置"(3b)根據(jù)子載波位置c進行分組選擇，第/組分配的子載波為<formula>formula see original document page 3</formula>式中，/勻,2，…JV/丄，iV為子載波總數(shù)，丄為分組數(shù)； (3c)狀態(tài)存儲控制器根據(jù)選擇的分組/，控制低通濾波器中寄存器，完成對 當前子載波組/的相偏信息A6>d的濾波。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多載波系統(tǒng)中的殘余子載波相偏糾正系統(tǒng)及方法，主要解決不同頻域子載波數(shù)據(jù)的殘余相偏問題。本發(fā)明系統(tǒng)由相位旋轉(zhuǎn)器、復(fù)用鑒相器、低通濾波器、計數(shù)器和狀態(tài)存儲控制器構(gòu)成分組復(fù)用鑒相環(huán)路實現(xiàn)載波相偏糾正。其步驟為相位旋轉(zhuǎn)器根據(jù)接收信號和低通濾波器輸出的相位濾波信息進行相位初步糾正，并送入復(fù)用鑒相器；復(fù)用鑒相器提取當前低通濾波器輸出星座點的相偏信息后發(fā)送至低通濾波器；狀態(tài)存儲控制器根據(jù)計數(shù)器輸出的子載波位置，控制低通濾波器讀寫，低通濾波器計算當前子載波組的相位濾波信息，并送入相位旋轉(zhuǎn)器形成閉環(huán)實現(xiàn)殘余相偏糾正。本發(fā)明具有復(fù)雜度低、兼容性強、收斂速度可調(diào)的優(yōu)點，適合數(shù)字無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)。
文檔編號H04L27/227GK101404641SQ20081023221
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月10日
發(fā)明者宮豐奎, 靖 李, 勇 王, 葛建華, 明 高 申請人:西安電子科技大學(xué)