CN104283824B

CN104283824B - Ofdm符号同步位置搜索方法

Info

Publication number: CN104283824B
Application number: CN201310291951.4A
Authority: CN
Inventors: 王薇漪; 龙必起; 陈小元
Original assignee: SHANGHAI BWAVE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI BWAVE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2017-08-15
Anticipated expiration: 2033-07-12
Also published as: CN104283824A

Abstract

本发明公开了一种OFDM符号同步位置搜索方法，包括：P1符号检测，根据输入信号的相关运算结果，检测相关值，得到P1符号的同步位置，该同步位置为粗同步位置；P1符号确认，通过比较P1符号确认相关峰值和预定门限TH_valid确认P1符号后进行同步位置搜索，得到P1符号精确的同步位置；P1符号译码，使用P1符号确认估计出来的整数频率偏差对输入信号频率偏差补偿后进行P1符号译码，用S1译码相关峰值和S2译码相关峰值分别与其各自对应的预定门限TH1和预定门限TH2进行比较，完成P1符号捕捉。本发明的方法,采用同步位置搜索的方法改进了同步误差，降低了P1符号译码的误码率，从而降低了P1符号捕捉时间和***捕捉时间。

Description

OFDM符号同步位置搜索方法

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是涉及第二代欧洲地面数字电视（DVB-T2）的OFDM（正交频分复用）符号同步位置搜索方法。

背景技术

OFDM技术广泛应用于现代通信***中。作为欧洲的第二代地面数字电视标准，DVB-T2（“Digital Video Broadcasting(DVB);Frame structure channel coding andmodulation for a second generation digital terrestrial televisionbroadcasting system(DVB-T2),”ETSI EN302755），继承了第一代标准DVB-T的OFDM技术，其数据的基本单元称为T2帧。如图1所示为T2帧的结构图，每帧包含P1前导符号，P2前导符号以及紧随其后的数据符号。DVB-T2***的P1符号同步是DVB-T2***同步的第一步。P1符号每帧出现一次，并在每帧的起始部位，它标志着每个T2帧或每个FEF帧的开始。P1符号同步主要可以完成：

(1)接收机迅速确定接收到的是否是DVB-T2信号；

(2)确认当前帧是T2帧还是FEF帧；

(3)信令消息S1，S2译码，得到如FFT长度、可能GI组合等参数，方便后续模块接收处理；

(4)检测出并补偿初始载波频率偏差。

如图2所示为P1符号的构成图，P1符号包括三个部分：A部分，为1K的OFDM符号；C部分，由A部分的前542个采样点经过频移f_SH得到；B部分，由A部分的后482个采样点经过频移得到。P1符号长度固定，不受FFT长度或GI长度影响。而且由于P1符号自身的结构特点，即P1符号的前端C部分和后端B部分分别由P1符号的A部分频移得到，这种经过频移的数据重复，可以使P1符号即便是在大频偏下也很容易被检测出来。

如图3所示，为通常接收机示意图。其包括P1符号检测（P1_DET），FFT窗口调整器，FFT，P1符号确认（P1_VALID）和P1符号译码器（P1_DEC）。其中，P1_DET计算输入P1符号的相关峰值；如果相关峰值大于预定门限，即表明P1符号的存在，接着在预定的范围内搜索最大相关峰值的位置，该位置即为P1符号同步位置。更进一步，根据所得到的最大相关峰值，估计出小数频率偏差，并进行频率补偿。根据P1符号同步位置，确定FFT窗口的起始，再进行FFT变换。由于P1符号在多个子载波中携带信息，P1_VALID识别输入符号是否符合载波分布。通过将接收到的信号的子载波分布与理想的CDS（Carrier-Distribution Sequence，载波分布序列）做相关计算，如果得到的相关值大于预定门限，表明确实存在P1符号。同时，根据输入信号的子载波序列和理想子载波序列的相对位置，计算出输入信号中的整数载波频率偏差。用此频率偏差对FFT后的信号进行频率补偿后，送入P1_DEC进行译码，最后得到P1符号所携带的信令消息S1和S2。

上述P1符号检测的相关峰值方法，可以抵抗各种严重的干扰和噪声，但其缺点是：同步位置的误差很大。J.G.Doblado（“Coarse time synchronization for DVB-T2,”IEEElec.letters,Vol.46,No.11,May2010）和M.Rotoloni,（“On correlation-basedsynchronization for DVB-T2,”IEEE Comm.Letters,vol.14,No.3,pp.248-250,Mar.2010）分别提出了了改进同步误差的方法，但在严重干扰信道，特别是两径信道干扰为0dB的情况下，仍然具有很大的同步误差。

另一方面，从P1符号的结构可以看出，P1符号没有采用通常的循环前缀保护技术，当有同步误差时，FFT从错误的位置开始，有着同步误差长度的信号全部为噪声（非循环信号）。当同步误差较大时，过多的噪声使得S1和S2译码的误码率高。其后果是，P1符号捕捉时间被延长，加大了***捕捉时间。

如何解决P1符号同步时间误差大时，***捕捉时间过长的问题，仍然是一个有待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种改善P1符号译码的误码性能从而改善***捕捉性能的OFDM符号同步位置搜索方法。

为解决上述技术问题，本发明的OFDM符号同步位置搜索方法，包括以下步骤：

1）P1符号检测，根据输入信号的相关运算结果（相关运算，为本行业一种公知运算，采用P1相关器进行），检测相关值，得到P1符号的同步位置，该同步位置为粗同步位置；其具体操作采用：对输入信号及其f_SH频移信号进行相关运算，对得到的P1符号相关值进行检测，当P1符号相关值大于预定门限TH_det时，再按照预定的搜索范围进行P1符号相关峰值搜索，搜索得到的峰值位置，即对应P1符号的同步位置，该同步位置为粗同步位置；

2）P1符号确认，根据P1符号检测得到的P1符号的同步位置，将对应的接收信号的子载波分布与理想的CDS（Carrier-Distribution Sequence，载波分布序列）做相关计算，如果得到的相关峰值即P1符号确认相关峰值大于预定门限TH_valid，则表明该同步位置是可靠的，同时，根据输入信号的子载波序列和理想子载波序列的相对位置，计算出输入信号中的整数载波频率偏差，并进入下一步的P1符号译码；如果小于预定门限TH_valid，则表明该同步位置是虚假的，返回P1符号检测，重新进行P1符号检测；

3）P1符号译码，使用P1符号确认估计出来的整数频率偏差对输入信号进行频率偏差补偿进行P1符号译码，用S1译码相关峰值和S2译码相关峰值分别与其各自对应的预定门限TH1和预定门限TH2进行比较；如果均大于各自对应的预定门限，则表明译码是可靠的，完成P1捕捉；否则，再以搜索步长Srch_Stp进行Z字形同步位置搜索，搜索P1符号的下一个同步位置，进行整数频率偏差估计，进行整数频率偏差补偿后再进行P1符号译码，如此循环；如果到了预定时间，S1译码相关峰值和S2译码相关峰值仍然无法通过预定门限检测，则返回P1符号检测，重新进行P1符号检测，即同步位置搜索Timeout机制，防止死循环；

其中，预定门限TH_det取值范围：0.002-0.03，预定的搜索范围的取值范围：1-8192，预定门限TH_valid取值范围：1-128，S1译码相关值的取值范围：0-64，S2译码相关值的取值范围：0-256，预定门限TH1的取值范围：1-64，预定门限TH2的取值范围：1-256，搜索步长Srch_Stp取值范围：0-256。

进一步改进所述方法，P1符号译码，当首次S2译码相关峰值大于其对应预定门限TH2，但S1译码相关峰值小于等于其对应预定门限TH1时，表明同步误差已经收敛到比较小的范围内，这时，把当前同步位置重新设置为Z字形搜索的中心位置，并且把搜索步长变小，若已经调整过Z字形搜索的中心位置，并使用小步长搜索，则不再调整Z字形搜索的中心位置，当前位置设置为中心点进行同步位置搜索，按照变小后的步长进行搜索P1符号下一个同步位置，进行整数频率偏差估计，进行整数频率偏差补偿后再进行P1符号译码，如此循环；如果到了预定时间，S1译码相关峰值和S2译码相关峰值仍然无法通过预定门限检测，则返回P1符号检测，重新进行P1符号检测，即同步位置搜索Timeout机制，防止死循环。

P1符号确认后进行同步位置搜索，在预定范围内，按照一定间隔进行P1符号确认相关峰值计算，在这些相关峰值中选取最大值，最大相关峰值对应的位置，即为精确的同步位置，进入下一步的整数频率偏差补偿及P1符号译码，所述预定范围的取值范围为1-8192，所述一定时间间隔取值范围为0-256。

其中，P1符号确认采用进行同步位置搜索，以当前同步位置为中心点，以步长Val_Srch_Stp，计算左，中，右三个同步位置的P1符号确认相关峰值，其中步长Val_Srch_Stp取值范围为0-256；

在左，中，右同步位置的三个相关峰值中选取最大值，如果中心点为最大值，则表明该同步位置为最佳位置，搜索完成，进入下一步的整数频率偏差补偿和P1符号译码；

如果右边同步位置为最大值，则右进一步，并求得新同步位置的相关峰值；同时，中心点变为左边点，右边点变为中心点，新相关峰值变为右边点，即从4个点中舍去最左边点；并返回选取最大值；

如果左边同步位置为最大值，则左进一步，并求得新同步位置的相关峰值；同时，中心点变为右边点，左边点变为中心点，新相关峰值变为左边点，即从4个点中舍去最右边点；并返回选取最大值；如此反复，直至中心点为最大相关峰值，此时的同步位置为最佳同步位置，进入下一步的整数频率偏差补偿和P1符号译码。

P1符号确认采用进行同步位置搜索，以Val_Srch_Stp1为步长，进行第一次搜索，当第一次搜索完成后，以一个更小的步长Val_Srch_Stp2，进行第二次搜索，第二次搜索完成后，再以一个更小的步长Val_Srch_Stp3，进行第三次搜索，如此循环，直到第k次搜索完成，这里搜索步长满足Val_Srch_Stp1>Val_Srch_Stp2>…Val_Srch_Stpk，此时的同步位置为最佳同步位置，进入下一步的整数频率偏差补偿和P1符号译码，其中k取值范围为1-64。

其中，能采用峰值噪声比代替P1符号确认的相关峰值；

具体计算过程为：

A）计算噪声，把相关旁瓣进行绝对值累加并进行平均；

B）用相关峰值除以噪声，得到峰值噪声比。

由于同步位置误差大，尤其是两径信道干扰为0dB的情况下，极大的制约了P1符号检测的性能。本发明的方法,采用同步位置搜索的方法改进了同步误差，降低了P1符号译码的误码率，从而降低了P1符号捕捉时间和***捕捉时间。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是T2帧结构示意图；

图2是P1符号构成示意图图；

图3是一种接收机结构示意图。

图4是本发明第一实施例处理流程图。

图5是本发明第二实施例处理流程图。

图6是本发明第三实施例处理流程图。

图7是本发明第四实施例处理流程图。

图8是本发明第五实施例处理流程图。

图9是同步误差与P1符号确认环节相关值关系示意图。

具体实施方式

如图4所示，本发明实施例第一实施例流程图,包括：1）P1符号检测，根据输入信号的相关运算结果，检测相关值，得到P1符号的同步位置，该同步位置为粗同步位置；其具体操作采用：对输入信号及其f_SH频移信号进行相关运算，对得到的P1符号相关值进行检测，当P1符号相关值大于预定门限TH_det时，再按照预定的搜索范围进行P1符号相关峰值搜索，搜索得到的峰值位置，即对应P1符号的同步位置，该同步位置为粗同步位置；

其中，预定门限TH_det取值范围：0.002-0.03，其优选为：0.002、0.016或0.03；预定的搜索范围的取值范围：1-8192，其优选为：1、4096或8192；预定门限TH_valid取值范围：1-128，其优选为：1、64或128；S1译码相关值的取值范围：0-64，其优选为：0、32或64；S2译码相关值的取值范围：0-256，其优选为：0、128或256；预定门限TH1的取值范围：1-64，其优选为：1、32或64；预定门限TH2的取值范围：1-256，其优选为：1、128或256；搜索步长Srch_Stp取值范围：0-256其优选为：0、128或256；。

如图5所示，本发明实施例第二实施例流程图，其与第一实施例相同部分不再赘述，其主要区别在于P1符号译码，当首次S2译码相关峰值大于其对应预定门限TH2，但S1译码相关峰值小于等于其对应预定门限TH1时，表明同步误差已经收敛到比较小的范围内，这时，把当前同步位置重新设置为Z字形搜索的中心位置，并且把搜索步长变小，若已经调整过Z字形搜索的中心位置，并使用小步长搜索，则不再调整Z字形搜索的中心位置，当前位置设置为中心点进行同步位置搜索，按照变小后的步长进行搜索P1符号下一个同步位置，进行整数频率偏差估计，进行整数频率偏差补偿后再进行P1符号译码，如此循环；如果到了预定时间，S1译码相关峰值和S2译码相关峰值仍然无法通过预定门限检测，则返回P1符号检测，重新进行P1符号检测，即同步位置搜索Timeout机制，防止死循环。

如图9所示,P1符号确认相关峰值与同步误差的关系,从图9可以得出，同步误差越小，P1符号确认相关峰值越大，那么按照一定间隔计算P1符号确认环节的相关峰值，搜索最大相关峰值得到的位置，即为精确的同步位置；

如图6所示，本发明实施例第三实施例流程图，对输入信号进行P1符号检测，在P1符号粗同步位置的基础上，作一定间隔的搜索，得到P1符号的同步位置；其具体操作采用：对输入信号及其f_SH频移信号进行相关运算，对得到的P1符号相关值进行检测，当P1符号相关值大于预定门限TH_det时，再按照预定的搜索范围进行P1符号相关峰值搜索，搜索得到的峰值位置，即对应P1符号的同步位置；其中，预定门限TH_det取值范围：0.002-0.03，其优选为：0.002、0.016或0.03；预定的搜索范围的取值范围：1-8192，其优选为：1、4096或8192。

P1符号确认，根据P1符号检测得到的P1符号的同步位置，将对应的接收信号的子载波分布与理想的CDS（Carrier-Distribution Sequence，载波分布序列）做相关计算，如果得到的相关峰值即P1符号确认相关峰值大于预定门限TH_valid，则表明该同步位置是可靠的，同时，根据输入信号的子载波序列和理想子载波序列的相对位置，计算出输入信号中的整数载波频率偏差，并进入下一步的同步位置搜索；如果小于预定门限TH_valid，则表明该同步位置是虚假的，返回P1符号检测，重新进行P1符号检测，其中，预定门限TH_valid取值范围：1-128，其优选为：1、64或128；

P1符号确认后进行同步位置搜索，在预定范围内，按照一定间隔进行P1符号确认相关峰值计算，在这些相关峰值中选取最大值，最大相关峰值对应的位置，即为精确的同步位置，进入下一步的整数频率偏差补偿及P1符号译码，所述预定范围的取值范围为1-8192，其优选为：1、4096或8192；所述一定时间间隔取值范围为0-256，其优选为：0、128或256；

如图7所示，本发明实施例第四实施例流程图，对输入信号进行P1符号检测，在P1符号粗同步位置的基础上，作Z字形搜索，得到P1符号的同步位置；其具体操作采用：对输入信号及其f_SH频移信号进行相关运算，对得到的P1符号相关值进行检测，当P1符号相关峰值大于预定门限TH_det时，再按照预定的搜索范围进行P1符号相关峰值搜索，搜索得到的峰值位置，即对应P1符号的同步位置；其中，预定门限TH_det取值范围：0.002-0.03，其优选为：0.002、0.016或0.03；预定的搜索范围的取值范围：1-8192，其优选为：1、4096或8192。

P1符号确认后进行同步位置搜索，以当前同步位置为中心点，以Val_Srch_Stp为步长，计算左，中，右三个同步位置的P1符号确认相关峰值，其中步长Val_Srch_Stp取值范围为0-256，其优选为：0、128或256；

如图8所示，本发明实施例第五实施例流程图，其与第四实施例相同部分不再赘述，其主要区别在于：同步位置搜索时，以Val_Srch_Stp1为步长，进行第一次搜索，当第一次的搜索完成后，以一个更小的步长Val_Srch_Stp2，进行第二次搜索，第二次搜索完成后，再以一个更小的步长Val_Srch_Stp3，进行第三次搜索，如此循环，直到第k次搜索完成。图8中的步长，满足（Val_Srch_Stp1>Val_Srch_Stp2>…Val_Srch_Stpk），此时的同步位置为最佳同步位置，进入下一步的整数频率偏差补偿和P1符号译码，其中k取值范围为1-64，其优选为：1、64或128。

上述各实施例中，还可以采用峰值噪声比（PNR:Peak-Noise-Ratio）来代替P1符号确认环节的相关峰值。具体计算过程为：A）计算噪声。把相关旁瓣进行绝对值累加并进行平均；B）用相关峰值除以噪声，得到PNR。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种OFDM符号同步位置搜索方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)P1符号检测，根据输入信号的相关运算结果，检测相关值，得到P1符号的同步位置，该同步位置为粗同步位置；

2)P1符号确认，如果确认P1符号确认相关峰值大于预定门限TH_valid，则表明该同步位置是可靠的，根据输入信号的子载波序列和理想子载波序列的相对位置，计算出输入信号中的整数载波频率偏差，并进入下一步的P1符号译码；如果小于预定门限TH_valid，则表明该同步位置是虚假的，返回P1符号检测，重新进行P1符号检测；P1符号确认后进行同步位置搜索，通过搜索P1符号确认的最大相关峰值，得到P1符号精确的同步位置；

3)P1符号译码，使用P1符号确认估计出来的整数频率偏差对输入信号进行频率偏差补偿进行P1符号译码，用S1译码相关峰值和S2译码相关峰值分别与其各自对应的预定门限TH1和预定门限TH2进行比较；如果均大于各自对应的预定门限，则表明译码是可靠的，完成P1捕捉；否则，再以搜索步长Srch_Stp进行Z字形同步位置搜索，搜索P1符号的下一个同步位置，进行整数频率偏差估计，进行整数频率偏差补偿后再进行P1符号译码，如此循环；如果到了预定时间，S1译码相关峰值和S2译码相关峰值仍然无法通过预定门限检测，则返回P1符号检测，重新进行P1符号检测，即同步位置搜索Timeout机制，防止死循环；

其中，预定门限TH_valid取值范围：1-128，S1译码相关值的取值范围：0-64，S2译码相关值的取值范围：0-256，预定门限TH1的取值范围：1-64，预定门限TH2的取值范围：1-256，搜索步长Srch_Stp取值范围：0-256。

2.如权利要求1所述OFDM符号同步位置搜索方法，其特征在于：P1符号译码，当首次S2译码相关峰值大于其对应预定门限TH2，但S1译码相关峰值小于等于其对应预定门限TH1时，表明同步误差已经收敛到比较小的范围内，这时，把当前同步位置重新设置为Z字形搜索的中心位置，并且把搜索步长变小，若已经调整过Z字形搜索的中心位置，并使用小步长搜索，则不再调整Z字形搜索的中心位置，当前位置设置为中心点进行同步位置搜索，按照变小后的步长进行搜索P1符号下一个同步位置，进行整数频率偏差估计，进行整数频率偏差补偿后再进行P1符号译码，如此循环；如果到了预定时间，S1译码相关峰值和S2译码相关峰值仍然无法通过预定门限检测，则返回P1符号检测，重新进行P1符号检测，即同步位置搜索Timeout机制，防止死循环。

3.如权利要求1所述OFDM符号同步位置搜索方法，其特征在于：P1符号确认后进行同步位置搜索，在预定范围内，按照一定间隔进行P1符号确认相关峰值计算，在这些相关峰值中选取最大值，最大相关峰值对应的位置，即为精确的同步位置，进入下一步的整数频率偏差补偿及P1符号译码；

其中，所述预定范围取值范围为1-8192，所述一定间隔取值范围为0-256。

4.如权利要求1所述OFDM符号同步位置搜索方法，其特征在于：P1符号确认后进行同步位置搜索，以当前同步位置为中心点，以步长Val_Srch_Stp，计算左，中，右三个同步位置的P1符号确认相关峰值，其中步长Val_Srch_Stp取值范围为0-256；

5.如权利要求1所述OFDM符号同步位置搜索方法，其特征在于：P1符号确认后进行同步位置搜索，以Val_Srch_Stp1为步长，进行第一次搜索，当第一次搜索完成后，以一个更小的步长Val_Srch_Stp2，进行第二次搜索，第二次搜索完成后，再以一个更小的步长Val_Srch_Stp3，进行第三次搜索，如此循环，直到第k次搜索完成，这里搜索步长满足Val_Srch_Stp1>Val_Srch_Stp2>…Val_Srch_Stpk，此时的同步位置为最佳同步位置，进入下一步的整数频率偏差补偿和P1符号译码，其中k取值范围为1-64。

6.如权利要求1至5任意一项所述OFDM符号同步位置搜索方法，其特征在于：采用峰值噪声比代替P1符号确认的相关峰值进行OFDM符号同步位置搜索；

具体计算过程为：

A)计算噪声，把相关旁瓣进行绝对值累加并进行平均；

B)用相关峰值除以噪声，得到峰值噪声比。