DVB—T2中一种基于P1符号的改进同步算法

％爨蕊 2012耳第6期 文章编号：1009—2552(2012)06—0116—05中图分类号：TP301．6文献标识码：A DVB—T2中一种基于P1符号的改进同步算法 张博，徐友云，林成浴 (上海交通大学电子工程系，上海200240) 摘要：DVB一12系统中使用P1符号用于系统同步，但是DVB—T2标准中所推荐的基于P1符 号的相关同步算法的定时度量函数峰值较为平坦，存在定时精度较低的问题。在分析已有同步 算法的基础上，提出了一种基于Pl符号的改进同步算法。改进算法以Schmidl&Cox算法为基础， 根据P1符号的结构设计了一种新的同步 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。新算法的定时度量函数峰值尖锐，解决了原算法 中定时度量函数峰值平坦的问题，明显提高了定时精度。仿真结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，新算法无论是在 AWGN信道还是R丑yteish信道都拥有较好的定时性能，在较低信噪比的情况下，与相关同步算 法相比，文中提出的改进同步算法最多可以提升正确同步概率20％，提高定时精确度20％一 30％，并且在所有信噪比情况下，改进同步算法的同步概率和定时精度都要优于相关同步算法。 关键词：DVB—T2；同步；PI符号；Schmicll&Cox同步算法 SynchronizationalgorithmbasedonP1symbolinDVB—T2 ZHANGBo，XUYou—yun。UNCheng-yu (DelmrtmentofHeetronlcEnOneering，瓿a呜hai,Jhoto呜University，shanghai200240，China) Abstract：TheDVB-T2designsthePIsymboltoachieveagoodsynchronizationperformance，butthe synchronizationalgorithmproposedinDVB．3"2hasaproblemofflatpeakoftimingmeasumment function．Thispaperanalyzesthepresentsynchronizationalgorithmandpwpo孵allimproved syrIchIonizationmethodbasedontheP1symb01．Thetimingmeasurementfunctionoftheimproved synchronizationmethodhasasteeppeakandthusimprovesthesynchmnizafionprecision．Thesimulations showtheproposedmethodhasa bettersynchronizationperformancecomparedwiththemethods， improvmgthepIobabilityofcorrectsynchronizationbyabout20％andtheprecisionofsynchronizationby about20％一30％．Theperformanceof出epmposedsynchronizationmethodisbetterthantheoriginal 0110inallCase$ofSNR． Keywords：DVB—T2；synchronization；P1symbol；Schmidl&Coxalgorithm 0 引言 基于正交频分复用(OFDM)的调制技术已被广 泛应用于现在的元线广播标准中，例如数字音频广 播(DAB)，第一代数字地面广播电视(DVB—T)⋯， 以及新近的第二代数字地面广播电视(DVB— T2)[2-31。 由于OFDM系统对时间以及频率的偏差非常 敏感H]，在DVB一3"2这样的基于OFDM的系统中， 同步技术是一项非常关键的技术，同步不准确会造 成符号间干扰(ISI)和载波问干扰(ICI)口]，接收机 一116一 必须在时间和频率上都获得同步，才能准确地提取 发射的信息。在初始同步后，接收机在后续的处理 过程中要持续进行同步跟踪。 OFDM中的同步算法一般可以分为数据辅助型 和非数据辅助型两类：数据辅助型的同步算法通常 利用前导信号或者训练符号进行同步参数的估计； 非数据辅助的同步算法又称为盲同步，利用OFDM 收稿日期：2011—12—26 作者简介：张博(1984一)，男，在读硕士研究生，主要从事DVB一 呓标准中的关键技术研究，包括同步技术，星座旋转技 术。MISO技术等。 万方数据 信号本身的特点实习同步。DVB—T2系统中提供 的P1符号就是一种训练符号，可以应用数据辅助 型的同步算法，在接收端快速地完成信号搜索以及 同步工作。 1 DVB一他同步帧结构 1．1 DVB—T2帧结构 DVB一"12系统的帧结构是一种三层分级的结 构，基本的元素为，12帧。若干个．12帧和未来扩展 帧(FutureExtensionFrame，FEF)组成一个12超级 帧。每个T2帧由一个Pl符号、多个P2符号以及 多个数据符号组成。每个-12帧或者FEF帧的持续 时间最长可达250ms。超级帧的最长持续时间在不 包含FEF时，可达64s；当包含FEF时，可达128s。 图1 DVB一1"2的帧结构 1．2 P1符号 P1符号处于DVB一1"2，系统的每一个-12帧或 者FEF帧的开始，用来标记每一个r12帧和未来扩 展帧，并用于系统同步等作用。Pl符号的设计主要 有以下四个目的： ①使接收机能够快速判断RF信道中是否有 DVB一1"2信号。 ②携带一些传输参数。 ③区分r12帧和FEF帧。 ④使接收机快速正确地进行频率和时间同步。 Pl的长度是固定的，与数据OFDM符号的FFT 模式以及保护间隔配置无关，这种设计非常有利于 接收机进行快速侦测。Pl符号由主体部分以及主 体部分的频移重复构成，Pl符号的结构如图2所 示。其中主体部分A是一个lk的OFDM符号。Pl 符号的第一部分c是主体部分A的前542个采样 点A，的复制频移，最后部分B是主体部分A的后 482个采样点A：的复制频移。 一般来说，lk的OFDM符号应该有853个发射 子载波，然而在Pl符号中只用到了384个，其余的 置零。用到的子载波按规律的分布在853个发射子 载波中，在一个8MHz带宽的系统中，P1符号用到 的载波占据正常7．61MHz信号带宽的中间的 6．83MHz部分。 PI符号的结构设计保证了它强大的抗干扰能 542个采样点482个采样点 图2 PI符号的结构 力，即使在恶劣条件下接收机也可以完成对Pl的 侦测、同步以及译码。P1符号中携带的信令经过补 码序列集合编码以及DBPSK调制，这种设计使得系 统在即使负SNR的情况下仍能够顺利恢复P1中的 信令信息。 Pl符号所含的信令编码了7个比特。前3个 比特，从[000]到[111]，组成称为sl的子序列，指 示传输模式。后4比特组成S2，携带FFT大小的信 息。这样一共有128种可能的S1和S2的组合，对 应128种不同的长度为384的2进制补码序列 MSS旧o。MSS的自相关函数是一个delta函数，而不 同MSS之间的互相关函数为0。MSS经过DBPSK 调制和扰码形成lk个OFDM符号砟。P1符号生 成 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 如图3所示，其中CDS表示载波分布序列。 图3 PI符号生成流程 耳经过OFDM调制形成时域P1符号的主体粉： 1023 p(i)=∑耳(n)扩磁，i=[o一1023](1) 其中，[m一／7,]表示从／／／,到n的系数序列。 在时域中，Pl符号的前542以及后482个采样 的复制频移分别加在前后端，相应地组成了发射的 P1符号x： X(i)= i“0—541] iE[542—1565](2) i∈[1566—2047] 其中，fs．=1／1024T，T为时域采样间隔。 经过无线信道传输，接收端收到的数据r为： r=冤}h+r／, (3) 其中，木表示卷积，h为信道响应。在AWGN信道 中，h为1。在多径Rayleigh信道中，h服从高斯分 布。Ⅳ是均值为0，方差为or2的复高斯白噪声。 一117一 纽Ⅲ豁动扩 水躐 刎 D卜 m ““ 一fL 万方数据 2 同步算法 2．1 DVB—T2同步算法 针对P1符号的特殊结构，DVB—T2标准中推 荐了一种基于相关的同步算法H1。算法流程图如 图4所示，其中Ⅳc、Ⅳ^和％分别表示Pl符号中c 块、A块以及B块的长度。该算法分两路对接收序 列进行频移延迟和共轭相乘，然后经过滑动平均滤 波器，最后进行延迟相乘。 该算法的输出示意波形如图5所示，其中左侧 为两个相关器的输出经过滤波器后的波形，右侧为 两路的结果移位相乘后的输出。由图5可见，该同 步算法的输出序列峰值比较平坦，容易引起同步 误差。 [翠匿驻军珥阐n符号■■工疆翠霸瑁盼支■耳口霉翠甄弭盼支 ／ N 一札一 !f叱一肛!l 一众■ ＼． ．NI一、璺fNLj一Ⅳ-一 Delay 心 Delay 嵋 图4相关同步算法流程 I／—1 ／ ：＼ ／： ： ＼ I I l I 厅’ —7＼ ／： ：＼ I I 厂] 刀 ：＼ ／： ：＼I ＼ —!k一 一ⅣI一．％一 一 图5相关同步算法输出示意图 2．2 Schmidl&Cox算法 $cl俯dl和Cox提出的Schmidl&Cox算法是一 种具有良好同步性能的OFDM同步算法¨J。该算 法的训练序列由两个特殊的训练符号构成，用于联 合完成符号定时以及载波同步。训练符号的结构如 图6所示。第一个训练符号用于符号定时和小数频 偏估计，第二个训练符号用于整数倍频偏估计。第 一个符号又分为时域上完全相同的前后两部分，经 过信道传输，除了由于载波频率偏移造成的相位变 化，前后两部分仍然保持一致。 CP ^ ^ 数据符号 训练符号l 训练符号2 图6 Schmidl&CoK算法训练符号结构 删)=黜 其中， 譬一， P(d)=∑(‘。_．4) 为对采样点的乘积之和。 一118一 (4) (5) 必 御tpn叫×卜· 式(4)中Ⅳ表示训练符号长度，d表示一个有Ⅳ 个采样点滑动窗的第一个采样点的时间索引，该滑 动窗在时域搜寻第一4-曾II练符号。 譬-， R(d)=∑Ih⋯粤12 (6) 为接收端半个符号的能量。 Sehmidl和Cox同步定时点为： ^ d=argma洲(d) (7) 2．3 改进的同步算法 DVB—T2中P1符号中的C和B部分分别为A 的前半部分A。和后半部分A：的频移重复。可以看 作是上述Schmidl&Cox算法中第一个符号结构的两 次重复，但是两部分序列之间存在一定频移偏差。 针对P1的特殊结构，结合Schmidl&Cox算法，文中 提出适用于DVB—T2的改进算法对P1中的C部 分和B部分进行频移后，再分别对P1的前半部分 c—以l和后半部分A2一日应用Schmidl&Cox算法。 B、C两路的相关函数分别为： (8) 篆肛lT一．舍1令 ％斛“k|‘¨∑删 =∞CP 万方数据 (9) 半符号能量函数为： _】vC一1 ＆(d)=∑h。+¨12 (10) m2U 儿一1 ％(d)=∑Ird⋯Ⅳ日f2 (11) 将式(8)一(11)分别对应带入式(6)得到度量 函数： 删=嬲 (12) 驯)=器 (13) 上述的两个定时度量函数类似于冲击函数，在 时域上有一定偏差。可以计算，偏差的大小为符号 A的长度M，因此，将％(d)延迟Ⅳ^与收(d)相乘 可以得到新的度量函数： JIlf(d)=肘。(d一Ⅳ^)％(d) P。(d一％)12IP。(d)12 (Rc(d一Ⅳ^))2(屁B(d))2 (14) 则同步定时点为： ^ d=argmaxM(d) (15) o 改进后算法的计算流程如图7所示。 Input 莲ZZ生Delay]怦 刚累铲Ho甯’ 能量l lDelayl 塑二些H竺1 4羼弭艘仉—1_．1归一化HxP一 图7改进同步算法流程 将改进后的同步算法的流程图与原有的相关同 步算法流程图进行比较可以发现，本文提出的算法 一方面将滑动平均滤波器的长度从Ⅳ^分别降到了 Ⅳc和％，以减少相关序列的平坦度；另一方面使用 能量归一化降低不同信噪比对度量函数的影响。 3 仿真结果 文中进行的仿真，涉及到的AWGN信道和Ray- leig}l信道分别选取为DVB—f12标准中规定的 AWGN信道和DVBT—P信道。OFDM数据符号的 HT大小选取为8k，保护问隔1／8。 3．1定时度量函数 首先在AWGN信道下，对相关同步算法以及改 进算法进行仿真，观察定时度量函数，仿真结果如图 8—9所示。图8为相关同步算法的定时度量函数， 图9为改进同步算法的定时度量函数。 图8相关同步算法的定时度量函数 c路相关输出 B路相关输出 ——移位相乘后输出 4 l ／．＼ 滗； ji 3。 ＼ jf I媳 l }＼z；『繇 时域采样 图9改进同步算法的定时度量e目效 观察图8—9，可以发现相关同步算法的定时度 量函数存在峰值平台；而改进算法的定时度量函数 的峰值十分尖锐，有利于提高定时精度。另外，也可 发现相关同步算法中相关之后的两路输出峰值都小 于I，移位相乘之后得到的定时度量函数的峰值变 得更低；而改进同步算法中，由于经过能量归一的步 骤，无论是相关输出的峰值还是移位相乘后定时度 量函数的峰值都接近于1，这样可以降低不同信噪 比对定时度量函数的影响，提高定时精度。 3．2同步概率 本小节分析比较改进算法与原算法在不同信道 情况下的正确同步概率。由于P1符号是用于粗定 时，本文定义正确同步概率为定位结果与实际偏差 在±250个采样时钟以内的概率。在AWGN信道 和Rayleigh信道下，相关同步算法与改进同步算法 一1】9一 讲mhm唛¨∑脚 =力8P 陵翌卧蜷湘陌 万方数据 的正确同步概率分别如图10一11所示。 篓 叁 蓬 I—且一相关同步算法I 参夕‘1÷改进同步算法f 苫 )。， } } { } ?‘07’ l ◆1≮ 锣 SNIl 图10AWGN信道下相关同步算法与改进同步 算法的正确同步概率 l十改进同步算法l ，7r‘。一’1．号’相关同步算法l j ， 7 ／J彳 ≯ ／ ／ ／ 7’。≯ I 钞?∥ 图11 P“y]dgh倌遁下相关同步算法与改进同步 算法的正确同步概率 观察仿真结果可以发现：改进同步算法的同步 性能曲线比原算法更为陡峭；不管是在AWGN信道 中还是在Rayleigh信道中，改进同步算法都可以在 SNR=一6dB左右时实现对DVB—T2系统中Pl符号的无误侦测及同步。在SNR=⋯9dB7dB时。 相比相关同步算法，改进同步算法可以获得约20％ 的性能提升。而当信噪比在其他范围时，两种算法 的性能相近，但是改进同步算法的性能始终好于相 关同步算法。 3．3定时精度 本文定义定时精度为定时结果的均方误差。在 AWGN信道下，相关同步算法与改进同步算法的定 时精度如图12所示。 观察仿真结果可以发现改进同步算法与相关同 步算法相比在所有信噪比的情况下均方误差都比较 小，拥有较高的定时同步精度，可以获得20％一 ．-——120．-—— 图12均方误差比较30％的性能提升。在SNR=⋯8dB6dB的情况 下内，改进同步算法的定时精度相对效果最好，提升 约30％的性能；而当信噪比进一步降低，两种算法 的性能将趋近；但是改进同步算法的性能始终好于 相关同步算法。 4 结束语 本文提出了一种针对DVB一3"2中Pl符号的改 进的同步算法，相比原算法解决了定时度量函数峰 值过于平坦的问题。仿真结果表明，相比原有的相 关同步算法，改进后的同步算法不管是在AWGN信 道中还是Rayleigh信道中都获得了性能提升：在较 低信噪比情况下提升正确同步概率约20％，提升定 时精度20％～30％。 参考文献： [1]DigitalVideoBroadcmfing(DVB)；FramingsUllcture．ehanndCO ai=gandmo&dationfordigitalterr∞trlaltelevision[s]．European Telecomm．StandardsImt．(zrsl)ETS300744，Jun．2004． 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