一种新型采样频率同步算法制造技术

本发明专利技术公开了一种新型采样频率同步算法，它涉及一种通信算法。它通过迭代的方法使得估计结果能快速收敛到准确值，可以用非常少的符号达到较高的估计精度；通过理论推导对传统算法的采样频偏估计公式进行修正，得出较为精确的捕获值；通过在算法中提出了适用于实际工程中的跟踪阈值，并且通过导频位置的选择与数据处理的优化，达到了精度与复杂度的折中，更加适用于实际工程。本发明专利技术具有复杂度低、精度高和快速估计的优点，能够较好地运用于实际的NG‑DSL系统中。

【技术实现步骤摘要】
一种新型采样频率同步算法
本专利技术涉及的是一种通信算法，具体涉及一种新型采样频率同步算法。
技术介绍
目前，现有技术对于OFDM采样偏差的研究并不多，主要是因为在传统的应用中OFDM的载波数和调制水平不高，而且时钟晶振的精度相对较高，所以采样频偏产生的误差效果不明显，对系统影响不大。但对于具有高水平调制和高载波数特点的NG-DSL系统来说，晶振产生的误差在一个OFDM数据帧中对系统将会有一定的影响，因此有必要及时地对系统的输出信号进行补偿。在传统的采样频偏的估计算法中，主要分为数据辅助型与非数据辅助型两种：数据辅助型算法主要是依靠在OFDM符号中加入导频符号，在接收端通过对导频符号进行相关的运算从而估计出采样频率偏差，这种估计方法缺点是需要占用一定的载波资源作为导频；非数据辅助估计采样偏差的方法主要是通过提取信号本身所含有的信息来进行估计，这样做的缺点就比较明显，那就是算法的复杂度会较高，并且估计精度不如数据辅助型算法。基于此，设计一种新型的采样频率同步算法还是很有必要的。
技术实现思路
针对现有技术上存在的不足，本专利技术目的是在于提供一种新型采样频率同步算法，精度高，运算复杂度低，估计速度快，能够较好地运用于实际的NG-DSL系统中。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：一种新型采样频率同步算法，其算法的估计过程为：在发送端插入一段导频在接收端将对应的导频符号解调出来：将接收端导频符号除以对应位的原始导频符号，即：对式(1)的结果取其角度，令：当子载波数目较大时，式(1)中的第二项可以近似认为服从高斯分布，所以可以将其与信道噪声一起归为加性噪声，这样做不会对结果产生影响，并且影响OFDM信号角度旋转的主要因素是式(1)第一项，式(1)第二项的ICI干扰项只是让解调的频域信号绕着中心标准信号随机的发散。由此可得的值：而为：通过上述推导可以发现式(4)是有问题的，并且会对估计结果产生一定的影响(特别是前几个符号的估计值)，需对其进行修正，因为这将影响到Δf估计值的准确性，分析可知的大小随着载波序号k、符号个数m和归一化采样频偏Δf的增加而增加，接下来，需要对Δf的估计方法进行推导。在同一个OFDM符号中令：可以得到：上式中，Am,k与为观测值，需要估计Δf，对于采样频偏的估计是利用最小二乘法：用最小二乘估计法可以比较准确的估计出Δf，但是要经历多次乘法、加法和除法，这种方法在信噪比较低的信道环境中可以较好地削弱噪声对于每个估计值的影响。但由于NG-DSL系统的输入信噪比会比较高，所以可以将上述估计过程进行简化，降低计算复杂度。将最小二乘估计法改为以导频载波序号k为加权因子的加权平均法。即：式(8)相比于式(7)在计算复杂度上降低很多，并且在NG-DSL环境下仿真发现按照式(8)的做法在精度上并不会下降，所以结合计算复杂度与精度的考虑，将在该算法中利用式(8)对观测值进行处理。为了进一步降低计算复杂度，对导频的位置选取进行优化，当导频位置满足一定条件时可降低算法的计算复杂度，将该算法在NG-DSL系统仿真环境下进行仿真，算法只需要8个导频符号就可以完成较为精确的采样频率同步。根据式(8)需要将观测值除以导频序号之和，因此可以通过选取合适的导频位置，将除法变成位移运算，降低计算复杂度。例如选取8个导频的位置依次为：{505507509511513515517519}，这些导频的子载波序号相加的结果是4096。在计算机中位移运算的运算量要远小于除法运算，如果除数为2的次方的时候，除法运算就可以变成位移运算，例如除数为2，被除数向左移1位；除数为4，被除数向左移2位；依此类推，此时除数为4096，被除数只需向左移12位而不用进行相对复杂的除法运算。这时候的除法运算在计算机内只需要变成位移运算，减少了计算机的反应时间。导频位置的选取也可根据信道估计反馈的结果来进行选取，选取信道响应较好的载波作为导频载波，只需要导频位置满足上述要求即可降低运算复杂度。经过上述步骤，完成了以第一个符号为样本的采样频率同步。从第二个符号开始，首先将接收端导频符号利用前一个符号的估计值进行预校正，这样做的目的是为了抑制采样频率偏差造成的角度旋转随着符号数的增加而造成较大的角度偏差从而影响新的结果估计；再对进行了预校正的导频符号进行采样频偏的估计，就能得到新的估计值，将两次结果相加反馈，作为第三个OFDM导频符号的预校正值，接着重复第二个符号的操作。利用这种迭代的方法得到的估计值将会很快地收敛，并且会非常接近于真实值。通过上述的分析，可将本算法分为两个过程：偏差的捕获与跟踪。这其中捕获过程一般不超过3个符号(在噪声较大的情况下可能会增加捕获符号数)，经过若干个符号的迭代运算，该算法就可以估计出较准确的频偏大小。跟踪过程主要是用新的估计值来对先前的所估计的偏差进行微调。本专利技术的有益效果：该算法相比于其他算法更加准确而且估计更加快速，具有复杂度低、精度高和快速估计的优点，使得该算法能够较好地运用于实际的NG-DSL系统中。附图说明下面结合附图和具体实施方式来详细说明本专利技术；图1为本专利技术的频偏估计曲线图；图2为本专利技术的跟踪阶段的频偏估计曲线图；图3为本专利技术在不同跟踪阈值系数下的频偏估计曲线图；图4为本专利技术的工作流程图。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。参照图1-4，本具体实施方式采用以下技术方案：一种新型采样频率同步算法，其算法的估计过程为：在发送端插入一段导频在接收端将对应的导频符号解调出来：将接收端导频符号除以对应位的原始导频符号，即：对式(1)的结果取其角度，令：当子载波数目较大时，式(1)中的第二项可以近似认为服从高斯分布，所以可以将其与信道噪声一起归为加性噪声，这样做不会对结果产生影响，并且影响OFDM信号角度旋转的主要因素是式(1)第一项，式(1)第二项的ICI干扰项只是让解调的频域信号绕着中心标准信号随机的发散。由此可得的值：而为：通过上述推导可以发现式(4)是有问题的，并且会对估计结果产生一定的影响(特别是前几个符号的估计值)，需对其进行修正，因为这将影响到Δf估计值的准确性，分析可知的大小随着载波序号k、符号个数m和归一化采样频偏Δf的增加而增加，接下来，需要对Δf的估计方法进行推导。在同一个OFDM符号中令：可以得到：上式中，Am,k与为观测值，需要估计Δf，对于采样频偏的估计是利用最小二乘法：用最小二乘估计法可以比较准确的估计出Δf，但是要经历多次乘法、加法和除法，这种方法在信噪比较低的信道环境中可以较好地削弱噪声对于每个估计值的影响。但由于NG-DSL系统的输入信噪比会比较高，所以可以将上述估计过程进行简化，降低计算复杂度。将最小二乘估计法改为以导频载波序号k为加权因子的加权平均法。即：式(8)相比于式(7)在计算复杂度上降低很多，并且在NG-DSL环境下仿真发现按照式(8)的做法在精度上并不会下降，所以结合计算复杂度与精度的考虑，将在该算法中利用式(8)对观测值进行处理。为了进一步降低计算复杂度，对导频的位置选取进行优化，当导频位置满足一定条件时可降低算法的计算复杂度，将该算法在NG-DSL系统仿真环境下进行仿真，算法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型采样频率同步算法，其特征在于，其算法的估计过程为：在发送端插入一段导频

【技术特征摘要】
1.一种新型采样频率同步算法，其特征在于，其算法的估计过程为：在发送端插入一段导频在接收端将对应的导频符号解调出来：将接收端导频符号除以对应位的原始导频符号，即：对式(1)的结果取其角度，令：当子载波数目较大时，式(1)中的第二项可以近似认为服从高斯分布，所以可以将其与信道噪声一起归为加性噪声，这样做不会对结果产生影响，并且影响OFDM信号角度旋转的主要因素是式(1)第一项，式(1)第二项的ICI干扰项只是让解调的频域信号绕着中心标准信号随机的发散，由此可得的值：而为：通过上述推导可以发现式(4)是有问题的，并且会对估计结果产生一定的影响(特别是前几个符号的估计值)，需对其进行修正，因为这将影响到Δf估计值的准确性，分析可知的大小随着载波序号k、符号个数m和归一化采样频偏Δf的增加而增加，接下来，需要对Δf的估计方法进行推导；在同一个OFDM符号中令：可以得到：上式中，Am,k与为观测值，需要估计Δf，对于采样频偏的估计是利用最小二乘法：用最小二乘估计法可以比较准确的估计出Δf，但是要经历多次乘法、加法和除法，这种方法在信噪比较低的信道环境中可以较好地削弱噪声对于每个估计值的影响，但由于NG-DSL系统的输入信噪比会比较高，所以可以将上述估计过程进行简化，降低计算复杂度...

【专利技术属性】
技术研发人员：连帅彬，龚克，张晓丽，郑钢，陈新武，王鹏，
申请(专利权)人：信阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南,41