[发明专利]低复杂度通用采样恢复方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种采样恢复方法及装置，尤其涉及一种在较低采样速率上实现高精度采样恢复的方法及装置，可应用于所有OFDM传输系统和扩频传输系统及其对应的MIMO系统，本发明在DTMB，ATSC，CMMB，DVBT，ISDBT，WIFI，WIMAX，CDMA，4G等等通信系统中都有着非常好的应用价值。

背景技术

有线和无线通信系统都普遍存在着采样钟偏差这个问题，采样钟偏差包括采样相位偏差和采样频率偏差，采样相位偏差是指实际采样时刻偏离了最优采样时刻，采样频率偏差是指通信系统收发两端晶体振荡器的频率不一致导致的采样漂移，对数字系统来说表现为时域上在相同的时长内采样点个数的增加或者减少，且这种采样点的增加或者减少会随着时间逐步累积。采样恢复是采样相位恢复和采样频率恢复的统称。

对OFDM接收机来说，如果仅仅存在采样相位偏差，只会造成各个子载波信号的相位旋转，通过信道补偿操作对系统接收的信噪比影响不大。但是采样频率偏差一方面会造成FFT(快速傅里叶变换，fast Fourier transform)窗口起始时刻发生漂移，另一方面会破坏子载波之间的正交性从而引起载波间干扰，造成系统信噪比的下降。对扩频通信系统而言，无论是采样相位偏差还是采样频率偏差，都意味着最佳匹配时刻的不准确，从而影响匹配之后的相关峰值，更为严重的是，采样频率偏差会导致最优采样时刻不停漂移，最终导致系统无法正常解调信号。

早迟门(Early-Late-Gate)是采样恢复中最基本最重要的算法思想，早迟门算法通过检测最佳时刻采样点及其前后时刻采样点来提取采样相位偏差的信息，并通过不断地跟踪采样相位偏差的变化来调整采样频率偏差。扩频通信系统通常都是在高倍速率上实现早迟门来提取采样偏差的信息，这需要系统工作在高倍速率上，增加了系统实现的复杂度。

OFDM系统通常采用将前后两个OFDM符号相同子载波位置上的导频共轭相乘来获得采样相位偏差的信息，这种方法基于前后两个OFDM符号信道相应基本不变的假设，因此在移动环境下这种算法效果不佳，并且为了保证传输效率，导频的个数通常非常有限，这使得算法的性能也受到很大的限制。2000年发表的IEEE文献”Timing recovery for OFDM transmission.”中提出了一种利用本地生成的超前和滞后导频来进行采样恢复的方法，这种方法本质上也是一种早迟门思想，但是有两个缺点，首先由于本质上还是利用导频子载波来估计，所以会受到导频个数的影响；其次算法需要提供一个参考路径以供锁相环最终锁定采样相位和采样频率，但是由于移动环境下每个路径都可能经历衰落甚至消失，所以该算法在移动接收时会出现无法锁定的现象。

专利申请号为”200910201841.8”发明名称为”定时偏差和采样频偏联合跟踪方法”及申请号为”200810043166.6”发明名称为”采样频偏估计方法”的专利申请文件分别针对CMMB和DTMB系统提出了采样恢复方法，基本思想都是在符号速率上通过跟踪最强径的漂移来不断地纠正采样频偏，这种方法有两个缺点，首先算法本身设计时只考虑纠正采样频率偏差而没有考虑纠正采样相位偏差；其次由于调整间隔时间太长，因此会受到移动环境和多径分布的影响，在移动环境下多径不停发生变化或者多径分布特别复杂时会无法提取出定时信息。

专利申请号为”200410003485.6”发明名称为”时域同频正交频分复用接收机的定时恢复方法及系统”的专利申请提出一种针对DTMB系统的采样恢复方法，以及专利申请号为”200810118034.5”发明名称为”对接收信号进行同步跟踪的方法和系统”的专利申请提出了一种提取采样误差的方法，这两种方法都是针对传输信道中最强径提取采样误差信息，然后利用锁相环来进行采样恢复。这种方法具备一定对抗多径信道和移动信道的能力，但是仍然存在以下问题，首先锁相环的工作存在延时效应，通常需要经过一定的时间才能达到稳定状态，这对于突发通信模式比较不利；其次当多径变化剧烈时，算法需要来回跟踪和锁定不同的径，这将会导致锁相环在捕获模式和跟踪模式之间来回切换，非常不利于算法的最终稳定；此外为了保证采样恢复的精度，要求系统工作在高采样速率上，但是数据解调本身不需要这么高的处理速率，这样在增加系统实现复杂度的同时也浪费了硬件资源和处理时间。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决技术问题是提供了一种在较低采样速率上实现高精度采样恢复的方法及装置，该方法及装置具有普遍适用性，只需要较少的硬件资源工作在较低的采样速率上就可以快速实现高精度采样相位的锁定以及采样频率偏差的纠正。