一种CMMB接收机中的载波频偏跟踪估计的实现

其中，△f是归一化到子载波间隔（1/Ts）后的频偏，△ψ为相位偏差，n（m）是AWGN.频偏表示为△f=△fi+△ff,△fi是△f小数部分四舍五入后的整数，△ff∈[-0.5,0.5]是其小数部分。本文所要提出的是在接收系统进入跟踪阶段后的小数倍频偏△f的估计算法。

　　2 小数倍子载波频偏估计

　　频偏分为整数倍频偏和小数倍频偏，接收机首先在时域中对小数倍子载波频偏进行估计，以恢复子载波间正交性，在此基础上再进行FFT变化后到频域中进行整数倍子载波频偏估计。至此系统就可完成频偏捕获，然后进入跟踪阶段。本阶段再由导频处理模块进行小数倍子载波频偏跟踪估计，本文主要对导频处理模块进行研究。图1所示是粗载波频偏估计及恢复结构图。

　　2.1 算法分析及硬件实现

　　OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation,多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI .每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。

　　由于OFDM系统中同一个时隙（timeslot）内的各个OFDM符号的连续导频的内容和其所处的子载波位置都是相同的，故可利用FFT之后前后相邻的两个OFDM符号内的连续导频来进行频偏估计。

　　现在对相邻的两个频域OFDM符号（即第l和第l+1个符号）进行分析。通常第l个OFDM符号可以表示为：

式（6）表示由于ICI的存在，第l个OFDM符号的第K个子载波所受到其它子载波信号的影响。

　　对于相邻的第l和第l+1个频域OFDM符号（且这两个OFDM符号在同一个时隙中）中的连续导频，应有如下关系：

其中，Np表示OFDM符号中连续导频的个数。这样，当频偏△F较小时，ICI影响值Il.k可以忽略。若不考虑噪声影响，那么，根据式（5），其接收端收到的相邻的第l和第l+1个频域OFDM符号中的连续导频则有如下关系，

再对该两个符号中的连续导频取共轭相关，即：

由于该算法是利用前后相邻的频域OFDM符号的连续导频序列来进行频偏估计，所以，该算法可以消除频率选择性衰落信道的影响。

　　由式（10）可以看出，该算法的估计范围为。但是，从上面的推导过程可以看到，该算法是在忽略ICI影响值Il.k的情况下得出的。而当频偏增大到接近-N/（2Ns）或者N/（2Ns）时，即接近-0.5或者0.5时，ICI的影响就会变大。导频信号是在频域内插入OFDM符号的，由于前后相邻的两个OFDM符号数据不同，那么，根据式（6），就会使得这两个相邻的OFDM符号内对应的导频所受到的ICI不一样，从而导致式（8）约等号两边的值的误差很大，而这又将导致由式（10）表示的频偏估计会出现较大误差，所以，该算法比较适用于跟踪模式，而不适用于捕获模式。

　　在CMMB帧结构中，每个OFDM符号均插入了连续导频，且每一个时隙内的53个OFDM符号中的连续导频数据均对应相同，则式（10）中有：

　　因此，其连续导频的个数Np=82.

　　CMMB中每个时隙有53个OFDM符号，因此，每个时隙可以计算52次频偏，这样就可以更好地进行载波频率跟踪。图2所示是载波频偏跟踪模块的硬件结构图。

图2中的SRAM大小为82x20bit,可用于存储前一个OFDM符号内的82个导频数据。载波频偏跟踪模块用于接收连续导频数据。它针对第一个OFDM符号不作运算，82个连续导频可直接存入SRAM.当接收到下一个OFDM符号的导频时，可将该导频与SRAM中相对应的导频做共轭相乘，同时更新，即用新的导频数据覆盖掉SRAM中相对应的导频；然后再将乘积进行累加。当累加次数达到82次时，可对该和求相位，再乘上系数4096/（9264π），从而得到小数倍频偏估计值。由于每个时隙一共执行52次小数倍频偏估计，因而，将有利于纠正频偏，以达到跟踪的效果。

　　2.2 系统级联仿真

　　图3所示是码率下CMMB接收机的最终性能曲线。信噪比SNR越大，误比特率BER越小。实际上，根据CMMB协议的要求，在星座映射方式为QPSK的情况下，当SNR≥2.7 dB时，需满足BER≤3x10-6;而在星座映射方式为16QAM的情况下，在SNR≥8.6 dB时，需满足BER≤3x10-6.

　　由图3可知，将导频跟踪模块级联到CMMB接收机后，其性能即可满足协议对系统的要求。

　　3 结束语

本文提出了一种针对CMMB接收机解调芯