專利名稱：低復雜度通用采樣恢復方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種采樣恢復方法及裝置，尤其涉及一種在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的方法及裝置，可應用于所有OFDM傳輸系統和擴頻傳輸系統及其對應的MIMO 系統，本發明在DTMB，ATSC, CMMB, DVBT, ISDBT, WIFI，WIMAX，CDMA，4G等等通信系統中都有著非常好的應用價值。
背景技術：
有線和無線通信系統都普遍存在著采樣鐘偏差這個問題，采樣鐘偏差包括采樣相位偏差和采樣頻率偏差，采樣相位偏差是指實際采樣時刻偏離了最優采樣時刻，采樣頻率偏差是指通信系統收發兩端晶體振蕩器的頻率不一致導致的采樣漂移，對數字系統來說表現為時域上在相同的時長內采樣點個數的增加或者減少，且這種采樣點的增加或者減少會隨著時間逐步累積。采樣恢復是采樣相位恢復和采樣頻率恢復的統稱。對OFDM接收機來說，如果僅僅存在采樣相位偏差，只會造成各個子載波信號的相位旋轉，通過信道補償操作對系統接收的信噪比影響不大。但是采樣頻率偏差一方面會造成FFT(快速傅里葉變換，fast Fourier transform)窗口起始時刻發生漂移，另一方面會破壞子載波之間的正交性從而引起載波間干擾，造成系統信噪比的下降。對擴頻通信系統而言，無論是采樣相位偏差還是采樣頻率偏差，都意味著最佳匹配時刻的不準確，從而影響匹配之后的相關峰值，更為嚴重的是，采樣頻率偏差會導致最優采樣時刻不停漂移，最終導致系統無法正常解調信號。早遲門(Early-Late-Gate)是采樣恢復中最基本最重要的算法思想，早遲門算法通過檢測最佳時刻采樣點及其前后時刻采樣點來提取采樣相位偏差的信息，并通過不斷地跟蹤采樣相位偏差的變化來調整采樣頻率偏差。擴頻通信系統通常都是在高倍速率上實現早遲門來提取采樣偏差的信息，這需要系統工作在高倍速率上，增加了系統實現的復雜度。OFDM系統通常采用將前后兩個OFDM符號相同子載波位置上的導頻共軛相乘來獲得采樣相位偏差的信息，這種方法基于前后兩個OFDM符號信道相應基本不變的假設，因此在移動環境下這種算法效果不佳，并且為了保證傳輸效率，導頻的個數通常非常有限，這使得算法的性能也受到很大的限制。2000年發表的IEEE文獻”Timing recovery for OFDM transmission. ”中提出了一種利用本地生成的超前和滯后導頻來進行采樣恢復的方法，這種方法本質上也是一種早遲門思想，但是有兩個缺點，首先由于本質上還是利用導頻子載波來估計，所以會受到導頻個數的影響；其次算法需要提供一個參考路徑以供鎖相環最終鎖定采樣相位和采樣頻率，但是由于移動環境下每個路徑都可能經歷衰落甚至消失，所以該算法在移動接收時會出現無法鎖定的現象。專利申請號為” 200910201841. 8”發明名稱為”定時偏差和采樣頻偏聯合跟蹤方法”及申請號為” 200810043166. 6”發明名稱為”采樣頻偏估計方法”的專利申請文件分別針對CMMB和DTMB系統提出了采樣恢復方法，基本思想都是在符號速率上通過跟蹤最強徑的漂移來不斷地糾正采樣頻偏，這種方法有兩個缺點，首先算法本身設計時只考慮糾正采樣頻率偏差而沒有考慮糾正采樣相位偏差；其次由于調整間隔時間太長，因此會受到移動環境和多徑分布的影響，在移動環境下多徑不停發生變化或者多徑分布特別復雜時會無法提取出定時信息。專利申請號為” 200410003485. 6”發明名稱為”時域同頻正交頻分復用接收機的定時恢復方法及系統”的專利申請提出一種針對DTMB系統的采樣恢復方法，以及專利申請號為”200810118034. 5”發明名稱為”對接收信號進行同步跟蹤的方法和系統”的專利申請提出了一種提取采樣誤差的方法，這兩種方法都是針對傳輸信道中最強徑提取采樣誤差信息，然后利用鎖相環來進行采樣恢復。這種方法具備一定對抗多徑信道和移動信道的能力， 但是仍然存在以下問題，首先鎖相環的工作存在延時效應，通常需要經過一定的時間才能達到穩定狀態，這對于突發通信模式比較不利；其次當多徑變化劇烈時，算法需要來回跟蹤和鎖定不同的徑，這將會導致鎖相環在捕獲模式和跟蹤模式之間來回切換，非常不利于算法的最終穩定；此外為了保證采樣恢復的精度，要求系統工作在高采樣速率上，但是數據解調本身不需要這么高的處理速率，這樣在增加系統實現復雜度的同時也浪費了硬件資源和處理時間。

發明內容
為了克服現有技術的上述缺陷，本發明所要解決技術問題是提供了一種在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的方法及裝置，該方法及裝置具有普遍適用性，只需要較少的硬件資源工作在較低的采樣速率上就可以快速實現高精度采樣相位的鎖定以及采樣頻率偏差的糾正。為了解決上述技術問題，本發明提供的一種在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的裝置，包括采樣率轉換模塊、用于將接收信號從原始采樣率轉換至所需采樣率；時域脈沖響應估計模塊、用于根據采樣率轉換模塊輸出的數據估計傳輸信道的時域脈沖響應；高倍內插模塊、用于得到時域脈沖響應后對某一條或某幾條選定的傳輸路徑做高倍內插；采樣誤差信息的提取模塊、用于根據高倍內插模塊的插值結果以及相鄰兩次插值結果的漂移來提取采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息；所述采樣率轉換模塊根據提取的采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息對采樣相位和采樣頻率進行補償從而獲得所需的采樣率。進一步地，所述的在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的裝置，還包括一數控振蕩器，用于對采樣相位和采樣頻率進行補償從而獲得所需的采樣率。進一步地，所述的時域脈沖響應估計模塊包括去CP模塊；FFT模塊，用于對OFDM符號進行FFT運算，得到頻域上的OFDM符號；頻域信道估計模塊，用于采用頻域離散導頻來估計信道的頻域響應；IFFT模塊，用于將頻域信道響應做IFFT變換到時域來獲得信道時域的脈沖響應。進一步地，所述的在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的裝置，還包括一平滑濾波器，用于對采樣頻率偏差信息進行平滑濾波，以降低噪聲的影響。進一步地，所述時域脈沖響應估計模塊包括相關器，用于將接收到的序列與本地 PN序列進行匹配相關。同時，本發明還提供一種在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的方法，包括采樣率轉換步驟、將接收信號從原始采樣率轉換至所需采樣率；時域脈沖響應估計步驟、根據采樣率轉換模塊輸出的數據估計傳輸信道的時域脈沖響應；高倍內插步驟、得到時域脈沖響應后對某一條或某幾條選定的傳輸路徑做高倍內插；采樣誤差信息的提取步驟，根據高倍內插模塊的插值結果以及相鄰兩次插值結果的漂移來提取采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息；補償步驟、根據提取的采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息對采樣相位和采樣頻率進行補償從而獲得所需的采樣率。進一步地，所述的時域脈沖響應估計步驟包括去CP步驟； FFT步驟，其對OFDM符號進行FFT運算，得到頻域上的OFDM符號；頻域信道估計步驟，其采用頻域離散導頻來估計信道的頻域響應；IFFT步驟，將頻域信道響應做IFFT變換到時域來獲得信道時域的脈沖響應。進一步地，所述高倍內插步驟中，所述的傳輸路徑的選擇方法是同時跟蹤若干個較強的多徑分量。進一步地，所述的采樣相位偏差的提取方法為MaxPos-IntPos = FracPos (-1 < FracPos < 1)，其中，IntPos 為內插之前的強徑位置，表示低分辨率下的當前采樣時刻，MaxPos為高倍內插之后對應的強徑位置，表示通過高倍內插提高分辨率得到的最佳采樣時刻，二者之差所表示就是當前幀的采樣相位誤差 FracPos0進一步地，所述的采樣頻率偏差信息的計算公式為Rs* (MaxPos2-MaxPoSl) /FrmLen (Hz)，其中，MaxPos1 和 MaxPos2 分別為間隔若干個信號幀前后兩次高倍內插后同一條強徑的最佳采樣時刻，二者之差胞計082-|^計081就是由于采樣頻偏的存在而導致的偏移采樣點的個數，Rs是基帶速率，FrmLen是不存在采樣偏差時前后所統計的兩個信號幀之間的樣點個數。進一步地，高倍內插步驟中只對選定的傳輸路徑及其周圍若干點進行高倍內插， 所述的傳輸路徑為傳輸環境中一條或若干條較強的徑。進一步地，在采樣頻率偏差信息的計算中，間隔若干個信號幀來獲得最佳采樣時刻。進一步地，所述進行采樣頻率偏差計算后，將計算結果經過平滑濾波器來降低噪
聲的影響。進一步地，根據新的采樣率來獲得新的信號輸出結果
權利要求
1.一種在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的裝置，其特征在于，包括 采樣率轉換模塊、用于將接收信號從原始采樣率轉換至所需采樣率；時域脈沖響應估計模塊、用于根據采樣率轉換模塊輸出的數據估計傳輸信道的時域脈沖響應；高倍內插模塊、用于得到時域脈沖響應后對某一條或某幾條選定的傳輸路徑做高倍內插；采樣誤差信息的提取模塊、用于根據高倍內插模塊的插值結果以及相鄰兩次插值結果的漂移來提取采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息；所述采樣率轉換模塊根據提取的采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息對采樣相位和采樣頻率進行補償從而獲得所需的采樣率。
2.根據權利要求1所述的在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的裝置，其特征在于，所述的采樣率轉換模塊還包括一數控振蕩器，用于對采樣相位和采樣頻率進行補償從而獲得所需的采樣率。
3.根據權利要求1所述的在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的裝置，其特征在于，時域脈沖響應估計包括去CP模塊；FFT模塊，用于對OFDM符號進行FFT運算，得到頻域上的OFDM符號；頻域信道估計模塊，用于采用頻域離散導頻來估計信道的頻域響應；IFFT模塊，用于將頻域信道響應做IFFT變換到時域來獲得信道時域的脈沖響應。
4.根據權利要求1所述的一種在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的裝置，其特征在于，還包括一平滑濾波器，用于對采樣頻率偏差信息進行平滑濾波，以降低噪聲的影響。
5.根據權利要求1所述的一種在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的裝置，其特征在于，所述時域脈沖響應估計模塊包括相關器，用于將接收到的序列與本地PN序列進行匹配相關。
6.一種在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的方法，包括 采樣率轉換步驟、將接收信號從原始采樣率轉換至所需采樣率；時域脈沖響應估計步驟、根據采樣率轉換模塊輸出的數據估計傳輸信道的時域脈沖響應；高倍內插步驟、得到時域脈沖響應后對某一條或某幾條選定的傳輸路徑做高倍內插； 采樣誤差信息的提取步驟，根據高倍內插模塊的插值結果以及相鄰兩次插值結果的漂移來提取采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息；補償步驟、根據提取的采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息對采樣相位和采樣頻率進行補償從而獲得所需的采樣率。
7.根據權利要求6所述的一種在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的方法，其特征在于，所述時域脈沖響應估計步驟包括去CP步驟；FFT步驟，其對OFDM符號進行FFT運算，得到頻域上的OFDM符號； 頻域信道估計步驟，其采用頻域離散導頻來估計信道的頻域響應； IFFT步驟，將頻域信道響應做IFFT變換到時域來獲得信道時域的脈沖響應。
8.根據權利要求6所述的一種在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的方法，其特征在于，高倍內插步驟中，所述的傳輸路徑的選擇方法是同時跟蹤若干個較強的多徑分量。
9.根據權利要求6所述的在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的方法，其特征在于，所述的采樣相位偏差的提取方法為MaxPos-IntPos = FracPos (-1 < FracPos < 1),其中，IntPos 為內插之前的強徑位置，表示低分辨率下的當前采樣時刻，MaxPos為高倍內插之后對應的強徑位置，表示通過高倍內插提高分辨率得到的最佳采樣時刻，二者之差所表示就是當前幀的采樣相位誤差 FracPos0
10.根據權利要求6所述的在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的方法，其特征在于，所述的采樣頻率偏差信息的計算公式為RS* (Maxpos2-MaxPos1) /FrmLen (Hz)，其中， MaxPos1和MaxPos2分別為間隔若干個信號幀前后兩次高倍內插后同一條強徑的最佳采樣時刻，二者之差MaxP0s2-MaxP0si就是由于采樣頻偏的存在而導致的偏移采樣點的個數，Rs 是基帶速率，FrmLen是不存在采樣偏差時前后所統計的兩個信號幀之間的樣點個數。
11.根據權利要求6所述的一種在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的方法，其特征在于，高倍內插步驟中只對選定的傳輸路徑及其周圍若干點進行高倍內插，所述的傳輸路徑為傳輸環境中一條或若干條較強的徑。
12.根據權利要求10所述的一種在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的方法，其特征在于，在采樣頻率偏差信息的計算中，間隔若干個信號幀來獲得最佳采樣時刻。
13.根據權利要求10所述的一種在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的方法，其特征在于，所述進行采樣頻率偏差計算后，將計算結果經過平滑濾波器來降低噪聲的影響。
14.根據權利要求6所述的一種在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的方法，其特征在于根據新的采樣率來獲得新的信號輸出結果y(kT-j = — lik)Ti] = ^t=L- iKlhIiii — utKl其中mk為內插濾波器的基準點，uk為實際插值點與基準點的距離，I2-IJl為每次插值運算所需要的樣點數。
15.根據權利要求6所述的一種在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的方法，其特征在于，所述時域脈沖響應估計步驟中對于偽隨機序列擴頻系統，可以直接在時域上用偽隨機序列對接收序列進行相關匹配。
全文摘要
本發明提供了一種在較低采樣速率上實現高精度采樣恢復的方法及裝置，所述裝置包括采樣率轉換模塊、用于將接收信號從原始采樣率轉換至所需采樣率；時域脈沖響應估計模塊、用于根據采樣率轉換模塊輸出的數據估計傳輸信道的時域脈沖響應；高倍內插模塊、用于得到時域脈沖響應后對某一條或某幾條選定的傳輸路徑做高倍內插；采樣誤差信息的提取模塊、用于根據高倍內插模塊的插值結果以及相鄰兩次插值結果的漂移來提取采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息；所述采樣率轉換模塊根據提取的采樣相位偏差和采樣頻率偏差信息對采樣相位和采樣頻率進行補償從而獲得所需的采樣率。該裝置具有普遍適用性，只需要較少的硬件資源工作在較低的采樣速率上就可以快速實現高精度采樣相位的鎖定以及采樣頻率偏差的糾正。
文檔編號H04L25/02GK102255864SQ20111025348
公開日2011年11月23日 申請日期2011年8月30日 優先權日2011年8月30日
發明者張赟 申請人:豪威科技(上海)有限公司