[发明专利]一种数字通信接收机时间和载波频率同步的跟踪控制方法

说明书

所属技术领域

本发明属于数字通信接收机领域，特别涉及一种符合DRM标准的数字声音广播接收机。

背景技术

DRM数字广播是由欧洲电信联盟(ETSI)制定的一种全球数字声音广播标准。该标准是目前世界上唯一同时支持调幅和调频波段的数字声音广播标准，适用于174MHz频率以下的频段，可用于中短波模拟调幅以及VHF波段模拟调频广播的数字化改造。因为其与传统模拟广播在带宽占用方面具有高度兼容性，并且可以充分利用现有的发射设备，使其发展非常迅速，欧洲多国已经开播各自的DRM广播。

DRM数字声音广播采用的调制方式是OFDM(正交频分复用)。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，是多载波调制(Multi-Carrier Modulation)的一种。OFDM技术的基本原理是将整个信道划分为若干子信道，每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且这些子载波是相互正交的，从而子信道彼此之间也相互正交。这样在整个信道中传输的高速串行数据流变成了在各个子信道中传输的低速并行数据，使得相应数据的码元时间变长。从而增强了抵抗多径干扰的能力，提高了信道传输数据的能力。

OFDM技术的主要优点是：增强信号抵抗多径干扰的能力，提高了带宽的利用率，在有限带宽的情况下，使得数据的传输速率得到极大的提高。OFDM技术的主要缺点包括两方面：极强的频率敏感性和很高的峰均功率比。极强的频率敏感性在数字接收机方面，体现为非常严格的同步要求。

在DRM数字声音广播接收机中，OFDM的同步主要包括如下方面：载波的频率和相位同步；采样频率和采样时间同步；符号时间同步以及DRM传输帧的同步。其中，载波频率和符号时间的同步精确与否对整个DRM数字接收机的性能有着很大的影响。目前的同步估计技术基本上都将载波频率和符号时间的同步分为粗同步和细同步两部分，粗同步又被称为捕获阶段，细同步又被称为跟踪阶段。对于载波频率同步，粗同步主要是为了获得整数倍的子载波间隔频偏，细同步则是为了获取小数倍的子载波间隔频偏。而对于符号时间同步，粗同步是为了获得整数倍的采样时间间隔偏移，细同步是为了获取小数倍的采样时间间隔偏移。

在DRM数字声音广播接收机中，需要获取精确的载波频率和符号时间同步。载波频率和符号时间的同步应该包括偏差估计和跟踪控制两部分。目前的同步技术中，对于整数倍频偏和整数倍采样时间间隔偏移的估计技术已经非常成熟，并且相应的纠正方法也非常简单。但是，对于小数倍频偏和小数倍采样时间间隔偏移的同步方法的研究则不是十分完善，特别是跟踪控制技术存在较大的缺陷。常用的一种跟踪控制技术是将本次的小数倍偏差估计值同上一次同步的纠正值的加权值相减，将得到的差值作为本次同步的纠正值。该技术存在的主要缺陷如下：由于受到多径效应、多普勒效应以及信道的频率选择性衰落等因素的影响，使得接收到的信号很难用精确的数学模型来表示，在这种情况下，权值系数的确定便会变得比较困难，系数过小，会使得同步时间变长，系数过大，则会使纠正值不精确，影响同步的精度，该控制技术会存在难以消除的稳态误差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种能够很好得消除稳态误差的影响，易于实现的数字声音广播接收机的跟踪控制方法。本发明提供的是一种采用PID控制的自动跟踪控制方法，该方法能够很好得消除稳态误差的影响，并且跟踪控制的质量对控制系数的影响不十分敏感，从而使得控制系数得确定变得比较简单，容易实现。本发明的技术方案如下：

一种数字通信接收机时间和载波频率同步的跟踪控制方法，包括下列步骤：

1)根据接收信号的特性，选取PID控制器的三个参数：比例系数K_P、积分系数K_I和微分系数K_D，建立基于PID控制的DRM数字声音广播接收机同步控制器；

2)设OFDM符号的序号为k，对载波频率或者符号时间偏差进行估计，获得载波频率和符号间的小数倍偏差R(k)；

3)计算当前获得的估计偏差R(k)与前一次的偏差纠正值相减，获得经过前一次偏差纠正之后的剩余偏差E(k)；

4)对小数倍偏差R(k)进行如下的临界值调整：