[发明专利]基于多状态控制的载波捕获系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字信号传输，特别涉及数字电视地面单载波广播传输系统中对载波的初始捕获过程，通过利用帧结构中的PN序列的扩频增益而可靠、快速地捕获载波。

背景技术

在无线数字通信系统中，接收机中的载波恢复模块是最基础的模块。特别在数字电视地面传输系统中，由于调谐器(高频头)的输出中频信号存在载波频率的不稳定性，以及可能存在的多普勒频差等影响，接收到的射频信号将会存在较严重的载波偏差。载波偏差的存在将导致接收信号的相位模糊，无法解调出正确的发送信号，同时也将导致定时同步、信道估计无法进行。

通常在数字接收机中，在收到信号后一般首先要做的就是载波的捕获。载波恢复的实现方法从实现结构上可以分为开环和闭环这两种；从载波恢复的算法上可以分为数据辅助的(DA)、数据判决(DD)和不依赖数据的(NDA、NDD)算法。

采用利用导频数据辅助的算法实现载波捕获，数据判决的算法实现载波跟踪，结构是闭环实现。

一般在数字电视地面传输系统中，为了信道恢复和帧同步，其帧结构总包括已知数据段(帧头)和净数据段(帧体)，例如在美国ATSC二阶循环结构中，存在已知的828符号的场同步信号(Field)；在ADTB-T系统中的一阶循环结构中，存在已知的1024符号的帧同步信号；在DMB-T的帧结构中，存在已知的420符号的帧同步信号；在DVB-T系统中，虽然不存在已知的信号，但是循环段前缀(CP)循环相等的特性存在同样起到已知信号的作用。同时为了能够快速地捕获载波，在ATSC系统、ADTB-T系统以及DVB-T中设计了导频信号的插入。

对于存在导频的系统(如美国的ATSC系统)，其传统的载波恢复原理是：利用信号频谱中导频固定的发送位置与接收到信号频谱中导频的实际位置的偏差来估计载波偏差；其传统的实现结构是：将接收的信号通过一个窄带滤波器滤出导频信号，再通过COSTAS锁相环路来控制数控振荡器(NCO)来锁定载波。

对于DVB-T多载波系统，其传统的载波恢复原理是：利用循环段前缀(CP)循环相等的特性，即假设两段信号在发送时完全相等，由于载波偏差存在的原因使得接收到的这两段信号存在初始相位的差别，通过将这两段数据作共轭相乘(匹配)，提取相位差可以得到载波偏差的估计。

传统利用导频进行载波恢复算法的缺陷在于：由于多径信道的存在，使得无线信号受到频率选择性衰落，导频有可能被衰落，从而使得恢复载波环路的输入信噪比过低，将更加突出任何锁相环路存在的捕获范围与锁定精度之间的矛盾，而且更恶劣的是在导频被完全打掉的情况下，鉴相输出使得载波频率稳定但残留实际频偏大，即是所谓的载波假锁，此时载波环路系统稳定，但由于残留频偏大导致系统性能差。对于带导频的发送信号，接收信号r(t)可以表示为：

r(t)＝[(pilot(t)+S′(t))·e^j2πΔft ]h(t)+n(t)    (1)

其中pilot(t)为导频信号，S′(t)为发送的调制信号，Δf为载波偏差，h(t)为信道的冲击响应，n(t)为高斯噪声。一般在频域上，导频信号是若干个幅度相等的δ脉冲，则上述(1)式的频域变换为：