專利名稱：利用分析音的用于ofdm系統(tǒng)的定時和頻率偏移系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中使用分析音來計(jì)算定時和頻率偏移的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
公知的OFDM(正交頻分復(fù)用)的現(xiàn)有技術(shù)復(fù)用方法已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在高速率數(shù)字傳輸中，諸如數(shù)字音頻/TV廣播和無線LAN。現(xiàn)有技術(shù)的OFDM接收機(jī)必須在合理的成本下在諸如速度、溫度和濕度之類變化的條件下正確地工作。因?yàn)榻庹{(diào)對頻偏是敏感的，并且由于相對于受抑制的載波頻偏將導(dǎo)致接收頻譜的移動，因此存在控制頻偏的需要。在現(xiàn)有技術(shù)的OFDM系統(tǒng)中，快速富利葉變換(FFT)技術(shù)已經(jīng)被用于確定頻偏。
由于上述現(xiàn)有技術(shù)的OFDM技術(shù)對改變著的條件和同步誤差是非常敏感的，所以已經(jīng)提出用于OFDM系統(tǒng)的頻率同步的現(xiàn)有技術(shù)方法，該方法包括由粗同步和細(xì)同步組成的兩步處理。粗同步補(bǔ)償副載波間距的一整數(shù)的頻率偏移，而細(xì)同步校正小于副載波間距的1/2的頻率偏移。對于現(xiàn)有技術(shù)的頻率同步而言，粗同步和細(xì)同步必須分別地進(jìn)行，因?yàn)榧?xì)同步的最大估算范圍是副載波間距的1/2。粗同步的現(xiàn)有技術(shù)算法的例子包括GIB(以保護(hù)間隔為基礎(chǔ)的)和PB(以導(dǎo)頻為基礎(chǔ)的)。
粗同步可以利用比較接收的譜線位置與原始參考峰值位置(即，所期望的位置)來實(shí)現(xiàn)。粗同步提供數(shù)據(jù)載波的0.5頻率間距的精度。但是，當(dāng)FFT窗口未填充接收信號的整數(shù)周期時，產(chǎn)生各種漏泄分量(例如，不希望的諧波)。因此，要求細(xì)同步補(bǔ)償這個問題，從而要求粗同步和細(xì)同步兩者解決上述的問題。
將Timothy M.Schmidl和Donald C.Cox的文章“Robust Frequncy andTiming Synchronization for OFDM”(IEEE Trans.on Communication，Vol.45，No.12，pp.161 3-1621，December 1997，)援引在這里，以供參考，Schmidl和Cox提出一種現(xiàn)有技術(shù)的用于同步的碼元，在單一的OFDM碼元中，該用于同步的碼元重復(fù)相同的模式兩次，以通過一個副載波間距增加估算范圍。另外，將文獻(xiàn)IEEE，Supplement to Standard for Telecommunicationand Information Exchange Between Systems-LAN/MAN SpecificRequirements-Part 11Wireless MAC and PHY SpecificationHigh SpeedPhysical Layer in the 5-Ghz Band，P802.11a/D7.0，July 1999也援引在這里，以供參考，該文獻(xiàn)定義進(jìn)行訓(xùn)練的OFDM碼元，使得重復(fù)周期為有用數(shù)據(jù)間隔的1/4，這以兩倍的系數(shù)增加了副載波間距。但是，仍然要求兩步同步處理(即，粗同步和細(xì)同步)。
上述兩步同步序列要求通常在一幀的開始的兩個碼元訓(xùn)練序列。每個碼元有一個在先的涉及多徑效應(yīng)的保護(hù)間隔，和每個幀由數(shù)個系統(tǒng)碼元開始，包括一個用于幀同步和確定信道特性的零碼元，和一個用于初始相位參考的訓(xùn)練碼元。
通過搜索在時域前一半與后一半相同的一個碼元找到碼元/幀定時。然后，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的粗同步和細(xì)同步，校正載波頻率偏移。如上所述，在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中要求兩個碼元，以估算頻率偏移，并且每個碼元具有兩個等分部分，含有從前半部分到后半部分復(fù)制的每個訓(xùn)練碼元的部分，如圖8所示。
圖8表示根據(jù)IEEE補(bǔ)充建議，按照現(xiàn)有技術(shù)OFDM系統(tǒng)的一種用于無線局域網(wǎng)(WLAN)的信號結(jié)構(gòu)。在每個訓(xùn)練碼元R1、R2、R3、R4和數(shù)據(jù)碼元D1的開始設(shè)置保護(hù)間隔G1、G2、G3、G4、G5。第一訓(xùn)練碼元R1用于信號檢測和增益控制，第二訓(xùn)練碼元R2用于細(xì)和粗頻率同步，第三訓(xùn)練碼元R3用于定時同步和第四訓(xùn)練碼元R4用于信道估算。然后，接著數(shù)據(jù)碼元D1。例如，在每個碼元中，保護(hù)間隔是N/4，其中N＝64，使得保護(hù)碼元的長度是16，對于第一和第二訓(xùn)練碼元，該模式將按如上所述的和在Schmidl和Cox的文章中的方式重復(fù)10次。
圖9表示根據(jù)T.Keller和L.Hanzo的文章“用于無線局域網(wǎng)的正交頻分復(fù)用同步技術(shù)”(Proc.OF PIMRC’96，pp.963-967)第二現(xiàn)有技術(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該文章援引在這里，以資參考。與第一碼元一樣，設(shè)置沒有信號的零碼元N0，和接著用于定時和粗、細(xì)頻率同步的第一訓(xùn)練碼元R1，接著用于信道估算的第二訓(xùn)練碼元R2，和然后是數(shù)據(jù)碼元D1。在每個數(shù)據(jù)碼元和第二訓(xùn)練碼元的開始設(shè)置保護(hù)間隔G。但是，零碼元N0和第一訓(xùn)練碼元R1沒有保護(hù)間隔G。
圖10表示用于如圖8和9所示的現(xiàn)有技術(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)OFDM系統(tǒng)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)。細(xì)同步發(fā)生在FFT前的B點(diǎn)，和粗同步發(fā)生在FFT后的A點(diǎn)。在發(fā)生在B點(diǎn)的細(xì)同步以后，通過計(jì)數(shù)檢測每個碼元的開始點(diǎn)，從每個碼元去掉保護(hù)間隔G，并且無保護(hù)間隔的剩余各碼元經(jīng)受一系列并行變換，并且然后進(jìn)行FFT處理。接下來，這些碼元在A點(diǎn)通過粗頻率同步，和進(jìn)一步的處理，在接收機(jī)的輸出端產(chǎn)生串行數(shù)據(jù)。
圖11表示在圖10的B點(diǎn)上的現(xiàn)有技術(shù)OFDM系統(tǒng)的定時和細(xì)頻率偏移估算。在模數(shù)變換(ADC)51以后，由延遲器5 3和共扼器(conjugator)55實(shí)現(xiàn)的用于細(xì)同步的頻率偏移在混合器57中與ADC的輸出信號進(jìn)行混合。然后，運(yùn)動取和器(moving sum)59進(jìn)行計(jì)算并輸出到頻率偏移計(jì)算器61和定時偏移計(jì)算器63。然后檢測定時偏移的最大值，并根據(jù)定時偏移的估算計(jì)算頻率偏移。但是，在細(xì)同步中已經(jīng)估算定時和頻率偏移以后，現(xiàn)有技術(shù)OFDM系統(tǒng)要求附加的粗同步，如圖10在A點(diǎn)所示。
現(xiàn)有技術(shù)OFDM系統(tǒng)和方法存在各種問題和缺點(diǎn)。例如，為了克服估算范圍不足而需要粗和細(xì)同步步驟。另外，現(xiàn)有技術(shù)OFDM系統(tǒng)必須處理用于定時和頻率同步的所有副載波。如上所述，需要粗和細(xì)同步來同步該頻率。再有，定時偏移估算取決于頻率偏移的估算。
現(xiàn)有技術(shù)OFDM系統(tǒng)還必須在一OFDM碼元中重復(fù)兩次相同的模式，以利用一個副載波間隔增加估算范圍。例如，需要1/4有用的數(shù)據(jù)間隔的以增加2個副載波間隔。但是，這些估算范圍還是不足以克服需要粗和細(xì)同步步驟。增加的間隔具有降低和長度的附加的缺點(diǎn)，因此降低了性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的各個問題和缺點(diǎn)。
本發(fā)明的另一個目的是消除在頻率同步處理中需要的粗同步，并簡化了計(jì)算頻率偏移估算所要求的數(shù)學(xué)計(jì)算。
本發(fā)明的還另一個目的是不依賴于頻率偏移估算來計(jì)算定時偏移估算。
本發(fā)明的還再一個目的是利用分析信號作為位于數(shù)據(jù)分組的額外部分的單一副載波中的訓(xùn)練碼元進(jìn)行頻率同步。
為了實(shí)現(xiàn)上述各個目的，提供一種在正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中用于估算頻率偏移的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括滑動窗口相關(guān)取和裝置，該裝置根據(jù)訓(xùn)練碼元接收輸入信號和產(chǎn)生一個滑動窗口相關(guān)和；和頻率偏移估算器，該估算器連接到所述滑動窗口相關(guān)取和裝置并接收所述滑動窗口相關(guān)和并且根據(jù)定時偏移估算計(jì)算頻率偏移估算，其中所述訓(xùn)練碼元包括位于所述訓(xùn)練碼元的僅僅一個副信道中的分析音。
提供一種另用于正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中的估算頻率偏移的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括滑動窗口相關(guān)取和裝置，該裝置根據(jù)一個碼元接收一個輸入并產(chǎn)生滑動窗口相關(guān)和；和頻率偏移估算器，該估算器連接到所述滑動窗口相關(guān)取和裝置并接收所述滑動窗口相關(guān)和，并且根據(jù)定時偏移估算計(jì)算頻率偏移估算。頻率偏移估算器包括分析音-相位補(bǔ)償裝置，該裝置接收所述滑動窗口相關(guān)和并且進(jìn)行相位補(bǔ)償操作以產(chǎn)生經(jīng)相位補(bǔ)償?shù)妮敵?；和頻率偏移估算器，該估算器接收所述經(jīng)相位補(bǔ)償?shù)妮敵霾⒂?jì)算所述頻率偏移估算，其中一分析音被用在一個相關(guān)函數(shù)中。該系統(tǒng)還包括定時偏移估算器，該估算器接收所述輸入信號并產(chǎn)生不取決于所述頻率偏移估算的所述定時偏移估算，其中通過調(diào)節(jié)各個樣值之間的相關(guān)間隔可以擴(kuò)展估算范圍，所述分析音具有至少一個均勻的幅度和均勻相位旋轉(zhuǎn)，并且不要求粗同步。
另外，提供一種用于正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中估算頻率偏移的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括滑動窗口相關(guān)取和裝置，該裝置根據(jù)訓(xùn)練碼元接收一個輸入信號并產(chǎn)生滑動窗口相關(guān)和；和頻率偏移估算器，該估算器連接到所述滑動窗口相關(guān)取和裝置并且接收所述滑動窗口相關(guān)和，根據(jù)定時偏移估算計(jì)算頻率偏移估算，其中分析音被用在相關(guān)函數(shù)中。
另外，提供一種用于頻率偏移估算的方法，該方法包括以下步驟(a)根據(jù)輸入信號產(chǎn)生僅位于訓(xùn)練碼元的一個副載波上的分析音；(b)根據(jù)所述分析音產(chǎn)生滑動窗口相關(guān)和；和(c)根據(jù)定時偏移估算計(jì)算所述滑動窗口相關(guān)和的頻率偏移估算，其中調(diào)節(jié)相關(guān)間隔，使得不要求粗同步。
還有，提供一種頻率偏移估算方法，包括以下步驟(a)根據(jù)輸入信號產(chǎn)生僅位于訓(xùn)練碼元的一個副載波的分析音，和(b)根據(jù)所述分析音產(chǎn)生滑動窗口相關(guān)和。所述步驟(b)包括根據(jù)頻率偏移間隔延遲所述輸入信號，產(chǎn)生第一延遲輸出，執(zhí)行有關(guān)所述第一延遲輸出操作以產(chǎn)生共扼輸出信號，和所述共扼輸出與所述輸入混合產(chǎn)生混合輸出信號。
另外，該方法包括根據(jù)定時偏移估算，計(jì)算所述滑動窗口相關(guān)和的頻率偏移估算，所述計(jì)算步驟包括(a)對所述滑動窗口相關(guān)和進(jìn)行相位補(bǔ)償操作以產(chǎn)生相位補(bǔ)償輸出；(b)進(jìn)行第一數(shù)學(xué)運(yùn)算以產(chǎn)生第一計(jì)算的輸出信號；和(c)接收所述第一計(jì)算的輸出和產(chǎn)生所述頻率偏移估算。另外，該方法包括通過調(diào)整各個樣值之間的相關(guān)間隔擴(kuò)展估算范圍，其中調(diào)整相關(guān)間隔，使得不要求粗定時。


包括提供對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)一步理解的各個附圖，這些附圖包括在這里并構(gòu)成本說明書的一部分，與用作解釋各附圖的原理的說明一起來說明本發(fā)明的各實(shí)施例。
圖1(a)表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的對于分析音的復(fù)數(shù)和實(shí)數(shù)輸入樣值；圖1(b)表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的對于分析音的連續(xù)輸出樣值串和樣值指數(shù)；圖1(c)表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的對于分析音的幅度圖；圖1(d)表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的對于分析音的相位圖；圖2表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的用于計(jì)算定時偏移估算和頻率偏移估算的裝置的方框圖；圖3表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的用于計(jì)算定時偏移估算和頻率偏移估算的裝置的詳細(xì)圖；圖4表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的用于計(jì)算定時偏移估算和頻率偏移估算的方法；圖5(a)-5(c)表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用于定時偏移估算性能的模擬結(jié)果的圖；圖6(a)-6(e)表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用于頻率偏移估算性能的模擬結(jié)果的圖；圖7(a)-7(b)表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖；圖8表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的第一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；圖9表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的第二數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；圖10表示現(xiàn)有技術(shù)的接收和發(fā)送系統(tǒng)；和圖11表示現(xiàn)有技術(shù)的細(xì)頻率同步和定時估算系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
下面將對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作出詳細(xì)的描述，各個實(shí)施例的例子是參照各附圖進(jìn)行描述的。在本發(fā)明中，一些術(shù)語的意思是提供在說明書中進(jìn)行的定義，而其它的不受說明書的限制。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例利用分析信號作為訓(xùn)練碼元，用于OFDM系統(tǒng)的幀同步和定時和頻率偏移估算算法。分析信號是具有僅正或負(fù)頻率的復(fù)數(shù)函數(shù)。因?yàn)榉治鲂盘杻H利用一個副載波，下文被稱為分析音。利用反向快速富利葉變換(IFFT)很容易產(chǎn)生分析音，并具有均勻幅度和固定相位旋轉(zhuǎn)特性，并且取決于所使用的頻率指數(shù)。因此，分析信號不受各種其它因素(例如，幅度的非線性)的影響。另外，通過改變產(chǎn)物相關(guān)間隔，對于頻率偏移的最大估算范圍在單步可以擴(kuò)展到N/2。因此，消除了現(xiàn)有技術(shù)所需要的兩步同步處理。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例為了同步將分析音應(yīng)用到訓(xùn)練碼元。由于OFDM技術(shù)已經(jīng)使用IFFT/FFT，所以很容易產(chǎn)生分析音。但是，本發(fā)明僅利用一個副載波用于分析音。表1表示利用11個副載波的IFFT的輸入產(chǎn)生分析音。
表1.產(chǎn)生一個分析音的IFFT的輸入 實(shí)例1-2以及比較實(shí)例C1以下實(shí)例示出了在自由纖維上噴射水來增加品質(zhì)因子的有利效果。實(shí)例1-2以及比較實(shí)例C1的樣品均含有濃度為重量0.5％的ChimassorbTM944，以增強(qiáng)充電效果。實(shí)例1的樣品是使用單一空氣霧化噴管制成的，該霧化噴管具有6個單獨(dú)的噴嘴，這些噴霧嘴安裝在模具中心線下約17.8cm(7英寸)以及模具尖端下游約5.08cm(2英寸)處。該噴管是伊利諾斯州的Wheaton的SprayingSystems生產(chǎn)的1/4J型噴管。每一個噴嘴具有一個流體蓋(型號2850)以及一個空氣蓋(型號73320)，以對水進(jìn)行霧化，這兩種蓋都是由Spraying Systems生產(chǎn)的。在噴射器中的水壓約為344.7kPa(50psi)，而噴射器中的氣壓約為344.7kPa(50psi)。噴射到纖維上的水量應(yīng)足以使收集的網(wǎng)潤濕。收集器定位在離模具的端部下游約35.6cm(14英寸)處。通過將該網(wǎng)在分批式烘箱中以約54.5℃(130°F)進(jìn)行干燥處理，將水分從收集的網(wǎng)上去除。
實(shí)例2的樣品是使用兩個空氣霧化噴管噴制的。實(shí)例1的噴管用作頂部噴管。頂部噴管安裝在模具中心線上方約17.8cm(7英寸)處，而底部噴管安裝在中心線下方約17.8cm(7英寸)處。底部噴管是一種帶有15個型號為SDC035H的噴嘴的霧化音速噴射系統(tǒng)，這是由新澤西州的Sonic Environmental公司生產(chǎn)的。這兩個噴管均位于模具尖端的下游約5.08cm(2英寸)處。在每一個噴管上的水壓和氣壓均約為344.7kPa(50psi)。該網(wǎng)明顯比實(shí)例1中的網(wǎng)更加濕潤。通過將網(wǎng)在分批式烘箱中以約54.5℃(130°F)進(jìn)行干燥處理，可以去除水分。比較實(shí)例C1與實(shí)例1或2類似，但未噴射水。表1中給出了結(jié)果。
表1在自由纖維上噴射水的效果

表1中的數(shù)據(jù)表明在擠壓之后以及在收集之前對自由纖維噴上有效量的水可以明顯地增加QFi，該數(shù)據(jù)表明收集的網(wǎng)從氣流中過濾微粒的能力增強(qiáng)了。Rn,a(x)=A2·ejaφb=Ra(x).---(3)]]>方程(3)表示乘積的結(jié)果不依賴于樣值指數(shù)n。
對于具有定時偏移θ(各個樣值)和歸一化頻率偏移ε的第n個接收樣值zn由方程(4)表示zn＝xn-θ·ej2πεn/N，(4)其中歸一化頻率偏移是由方程(5)給出的頻率偏移與副載波間隔的比ϵ=Δffsub.---(5)]]>因此，具有其間隔為a樣值的兩個接收樣值的復(fù)數(shù)乘積由方程(6)表示Rn,a(z)=Rn-8,0(x)·ej2πϵa/N.---(6)]]>類似于方程(3)，如果在分析音中有兩個樣值，則乘積的結(jié)果可以由方程(7)表示；Rn,a(z)=Ra(x)·ej2πϵa/N=A2·ejaφb·ej2πϵa/N.---(7)]]>由于接收機(jī)已經(jīng)具有關(guān)于幅度A和相位旋轉(zhuǎn)ejaΦb的補(bǔ)償?shù)男畔?，所以利用這種特性在單一步驟中可以估算定時偏移和頻率偏移。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括利用上述分析音計(jì)算定時偏移和頻率偏移的一種算法。利用方程(7)的和的功率(或幅度)計(jì)算定時偏移的方法由方程(8)給出θ^=MAXn|Σi=0N+G-a-1Rn+i,a(z)|2orMAXn|Σi=0N+G-a-1Rn+i,a(z)|,---(8)]]>其中G是保護(hù)間隔的長度和意味著該函數(shù)是一種估算。因?yàn)樵撍惴ɡ弥笖?shù)冪，所以該算法不受頻率偏移的影響。另外，a值增加降低了和的長度。
計(jì)算頻率偏移估算的算法利用方程(7)的相位和，如方程(9)所示ϵ^=N2πa×tan-1{e-jaφb·Σi=0N-a-1Rθ^+c+i,a(z)}.---(9)]]>在估算頻率偏移之前、要求定時偏移 和相位旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償ejaΦb。另外，c是低于保護(hù)間隔G的長度的整數(shù)值。通過利用與保護(hù)間隔不同的有效數(shù)據(jù)間隔將用于頻率偏移估算的ISI(碼元間干擾)的影響降低到最小。
估算范圍取決于一對信號之間的間隔a。根據(jù)方程(10)，例如，當(dāng)a是N/2個樣值時，估算范圍約為有用數(shù)據(jù)間隔的一半，最大估算范圍等于±1個副載波間隔，和當(dāng)a是1個樣值時，最大估算范圍等于±N/2個副載波間隔|ϵ^|≤N2a.---(10)]]>對于定時偏移和頻率偏移，一對信號之間的間隔a可以具有不同的值a1、a2，而不是基本相同的間隔a。
圖2表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的計(jì)算頻率偏移估算的裝置。模-數(shù)變換器(ADC)1接收輸入信號并將輸入信號從模擬信號變換到數(shù)字信號?；瑒哟翱谙嚓P(guān)求和裝置3從ADC 1接收信號，并產(chǎn)生由頻率朋友估算/分析音相位補(bǔ)償裝置5接收的輸出，裝置5根據(jù)分析音計(jì)算頻率偏移估算 。定時偏移估算器7還從ADC接收信號并利用頻率偏移估算器5不依賴于頻率偏移估算ε的計(jì)算來計(jì)算定時偏移估算 。在開關(guān)9中接收定時偏移估算 ，這樣就可使用定時偏移估算 在單一步驟中計(jì)算頻率偏移估算 圖3表示按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例計(jì)算頻率偏移估算 的裝置的更詳細(xì)的圖。用于定時和頻率偏移估算的相應(yīng)的間隔分別是a1和a2。
圖2的滑動窗口相關(guān)求和裝置3被表示在圖3為彼此串聯(lián)的和并聯(lián)在ADC1和混合器14的輸出端之間的延遲器11和共扼器13?；旌掀?4對ADC 1經(jīng)延遲的實(shí)數(shù)輸出與ADC 1的共扼(即復(fù)數(shù))輸出求和以產(chǎn)生滑動窗口相關(guān)。施加上面討論的頻率偏移估算 。另外，移動求和裝置27計(jì)算對于(N-a2)的移動和。
頻率偏移估算/分析音-相位補(bǔ)償裝置5包括連接到移動求和裝置27的輸出端的分析音-相位補(bǔ)償器29。分析音-相位補(bǔ)償器29接收移動和并提供相位補(bǔ)償。頻率偏移估算計(jì)算器33包括連接到產(chǎn)生對應(yīng)于 數(shù)學(xué)輸出的分析音-相位補(bǔ)償器29的數(shù)學(xué)運(yùn)算器31，并且該運(yùn)算器被連接到頻率偏移計(jì)算器33，該計(jì)算器根據(jù)方程(9)按照從定時偏移估算器7接收的定時偏移估算 計(jì)算頻率偏移估算 正如圖3所示，定時偏移估算器7包括通過(a1-a2)樣值差進(jìn)行延遲的第一延遲器15，并發(fā)送一個輸出到第二延遲器17，該延遲器17根據(jù)定時偏移間隔延遲a1樣值，和一個混合器20。延遲器17和共扼器19被互相串聯(lián)連接并且被并聯(lián)在第一延遲器15和接收第一延遲器15和共扼器19輸出的混合器20之間。
混合器20的輸出在一移動求和裝置21中被接收，裝置21對(N+G-a1)個樣值計(jì)算移動和，并發(fā)送一個輸出到數(shù)學(xué)運(yùn)算器23，該運(yùn)算器根據(jù)方程(8)計(jì)算一個輸出。數(shù)學(xué)計(jì)算器的輸出在一最大值檢測器25中被接收，該檢測器檢測最大值，產(chǎn)生定時偏移估算 。最大值檢測器25還產(chǎn)生一個輸出到開關(guān)9，使得在單一步驟并根據(jù)定時偏移估算 計(jì)算頻率偏移估算 圖4表示按照如圖2和3所示的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的單一步驟中計(jì)算頻率偏移估算 的方法。在第一步驟S1，在ADC 1中接收輸入信號，并產(chǎn)生數(shù)字化的輸出。同時第二和第三步驟S2、S3，計(jì)算滑動窗口相關(guān)和及定時偏移估算 。例如，定時偏移估算 的計(jì)算可以要求延遲(a1-a2)的間隔，接著延遲和共扼(a1)個樣值，以便在混合器20接收經(jīng)第一和第二延遲、共扼的樣值。然后計(jì)算移動和，并且根據(jù)方程(8)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，使得檢測和輸出用于計(jì)算頻率偏移估算 的最大值。
再有，在步驟S2的滑動窗口相關(guān)和的計(jì)算可以要求延遲和共扼(a2)個樣值，使得混合器14接收經(jīng)延遲和共扼的輸出和ADC 1的輸出。在由混合器14進(jìn)行處理以后，計(jì)算出對于(N-a2)個樣值的移動和。
在第四步驟S4，分別根據(jù)第二和第三步驟S2、S3的輸出，計(jì)算頻率偏移估算 。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，頻率偏移估算 的計(jì)算可以包含相位旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償，并且根據(jù)方程(9)執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，如上所述，使得根據(jù)定時偏移估算 計(jì)算頻率偏移估算 在第五步驟S5，確定是否要擴(kuò)展估算范圍。如果要擴(kuò)展估算范圍，則在第六步驟S6調(diào)整各樣值之間的相關(guān)間隔，然后將經(jīng)調(diào)整的相關(guān)間隔用于計(jì)算下一個頻率偏移估算 和定時偏移估算 。如果不擴(kuò)展估算范圍，則計(jì)算下一個頻率偏移估算 和定時偏移估算 ，并且該方法返回第一步驟S1。
圖5(a)-5(c)和圖6(a)-6(e)分別表示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的頻率偏移估算 和定時偏移估算 的模擬結(jié)果。信道是AWGN信道，所有非分析音OFDM碼元使用64個副載波的52個，并且分析音使用如上所述在表1的情況2中的由 調(diào)制的第二副載波。相鄰樣值之間的相位差是π/16(弧度)，并且保護(hù)間隔G的長度是16個樣值，是OFDM碼元中有用數(shù)據(jù)間隔的1/4。
圖5(a)表示對于等于32個樣值的a1和10dB信噪比(SNR)的相關(guān)結(jié)果。圖5(b)表示對于等于32個樣值的a1的估算的定時的概率分布。對于0、10、20和30dB的SNR值，集中的概率分布范圍高于99％，分別包括25、3、2和2個樣值。另外，如果SNR大于20dB，估算性能略微改善。
圖5(c)表示對于3個間隔的估算誤差值對SNR的關(guān)系。如果在低SNR范圍間隔增加，則和的長度降低，并且估算的性能變壞。但是，在SNR大于5dB時，性能上的差別不很明顯。
圖6(a)表示在0和10dB情況下，SNR分別對于1個樣值和4個樣值間隔的頻率估算的特性曲線。估算范圍通過間隔的長度變化，如方程(10)所表示的那樣。例如，當(dāng)a2是1個樣值時，最大估算范圍變成±32個副載波間隔。圖6(b)、(c)和(d)表示對于32、4、和1個樣值間隔情況下，RMS頻率誤差相對頻率偏移估算 的關(guān)系。當(dāng)間隔的長度降低時，估算的范圍增加了。但是，由于相位分辨率而使RMS的誤差增加了。圖6(e)表示RMS頻率誤差相對于SNR的關(guān)系。
圖7(a)和(b)表示按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在表示在圖7(a)的第一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，設(shè)置第一訓(xùn)練碼元R1用于信號檢測和增益控制，和設(shè)置第二訓(xùn)練碼元，包含保護(hù)間隔G，用于按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行頻率和定時估算。設(shè)置第三訓(xùn)練碼元，用于信道估算，接著是數(shù)據(jù)碼元D1、D2。
在如圖7(b)所示的第二數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，第一訓(xùn)練碼元R1用于信號檢測、增益控制和頻率與定時同步。設(shè)置第二訓(xùn)練碼元R2用于信道估算，接著是數(shù)據(jù)碼元D1、D2。
在OFDM碼元的處理期間，由于接收機(jī)利用現(xiàn)有技術(shù)的GIB或PB算法保持跟蹤殘余頻率偏移，所以在分析音中的估算誤差必須低于副載波間隔的一半。但是，為了在數(shù)據(jù)碼元之前快速糾正殘余頻率偏移，該殘余頻率偏移小于副載波間隔的0.1。因此，考慮到估算范圍和RMS誤差兩者，在AWGN信道中SNR大于10dB的情況下，一種4樣值的間隔提供了頻率偏移的正確估算。
本發(fā)明具有克服現(xiàn)有技術(shù)的問題和缺點(diǎn)的各種優(yōu)點(diǎn)。例如，本發(fā)明不要求包括在現(xiàn)有技術(shù)頻率同步處理所要求的粗同步步驟的兩步的現(xiàn)有技術(shù)的處理。另外，執(zhí)行頻率同步所要求的復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算由簡單的處理分析音來代替，這就提供了降低要求的數(shù)學(xué)運(yùn)算的復(fù)雜性的優(yōu)點(diǎn)。再有，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例排除了對于定時偏移估算 的計(jì)算需要頻率偏移估算 的缺點(diǎn)，以至于可以不依賴于頻率偏移估算 來計(jì)算定時偏移估算 本專業(yè)的技術(shù)人員將清楚，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明的實(shí)施例作出各種修改和各種變化。因此，我們認(rèn)為本發(fā)明將覆蓋與后附的權(quán)利要求書及其等效物的范圍相一致的所有修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種在正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中用于估算頻率偏移的系統(tǒng)，包括一個滑動窗口相關(guān)求和裝置，該裝置接收一輸入，并根據(jù)一個參考碼元產(chǎn)生滑動窗口相關(guān)和；一個頻率偏移估算器，連接到所述滑動窗口相關(guān)求和裝置，并且接收和處理所述滑動窗口相關(guān)和以計(jì)算頻率偏移估算，其中所述參考碼元包括僅位于所述參考碼元的一個子信道的分析音。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括定時偏移估算器，接收所述輸入信號并不依賴于所述頻率偏移估算來產(chǎn)生所述定時偏移估算。
3.權(quán)利要求2的系統(tǒng)，所述定時偏移估算器包括一個第一延遲器，根據(jù)第一間隔和第二間隔，延遲所述輸入，并且產(chǎn)生第一延遲輸出；一個第二延遲器，連接到所述第一延遲器并根據(jù)所述第一間隔延遲所述第一延遲輸出，產(chǎn)生第二延遲輸出；一個共扼器，連接到所述第二延遲器并對所述第二延遲輸出執(zhí)行第一操作以產(chǎn)生共扼的輸出；一個混合器，連接到所述共扼器和所述第一延遲器，并混合所述共扼的輸出與所述第一延遲的輸出以產(chǎn)生一個混合輸出；一個定時偏移計(jì)算器，連接到所述混合器并響應(yīng)于所述混合器的輸出計(jì)算多個定時偏移估算；和一個最大值檢測器，連接到所述定時偏移計(jì)算器，檢測自所述定時偏移計(jì)算器計(jì)算的所述多個定時偏移的最大值并且輸出所述定時偏移估算。
4.權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述第一間隔和所述第二間隔具有不同的值，所述第一間隔是定時偏移估算間隔和所述第二間隔是頻率偏移估算間隔。
5.權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述定時偏移計(jì)算器對(N+G-a1)個樣值計(jì)算所述多個定時偏移，其中N代表副載波的總數(shù)，G代表保護(hù)間隔長度，和a1代表定時偏移估算器間隔。
6.權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中通過對各個樣值選擇最大值計(jì)算所述定時偏移估算，所述定時偏移計(jì)算器對每個所述樣值執(zhí)行包括 的第二操作。
7.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述滑動窗口相關(guān)和包括一個第一延遲器，根據(jù)頻率偏移估算間隔延遲所述輸入信號以產(chǎn)生第一延遲的輸出；一個共扼器，對所述第一延遲輸出執(zhí)行第一操作以產(chǎn)生共扼輸出；和一個混合器，混合所述共扼的輸出和所述輸入信號以產(chǎn)生混合輸出。
8.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中根據(jù)所述混合器的輸出按移動和產(chǎn)生(N-a2)個樣值，并且N代表副載波的總數(shù)和a2代表頻率偏移估算間隔。
9.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述頻率偏移估算器包括一個分析音-相位補(bǔ)償裝置，接收所述滑動窗口相關(guān)和并執(zhí)行相位補(bǔ)償操作以產(chǎn)生相位補(bǔ)償輸出；和一個頻率偏移估算器，連接到所述分析音相位補(bǔ)償裝置，并接收所述相位補(bǔ)償輸出并且計(jì)算所述頻率偏移估算。
10.權(quán)利要求9的系統(tǒng)，所述頻率偏移計(jì)算器包括一個第一計(jì)算器，執(zhí)行第一操作以產(chǎn)生第一計(jì)算輸出；和一個第二計(jì)算器，接收所述第一計(jì)算輸出并產(chǎn)生所述頻率偏移估算。
11.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中所述第一操作包括計(jì)算 和所述頻率偏移估算包括由N/2na乘以所述第一計(jì)算輸出，其中N是總副載波數(shù)和a是樣值數(shù)。
12.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括一個開關(guān)，根據(jù)所述定時偏移估算輸出所述頻率偏移估算。
13.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)的估算范圍可以通過調(diào)整各個樣值之間的相關(guān)間隔進(jìn)行擴(kuò)展。
14.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中分析音具有至少一個均勻幅度和均勻相位旋轉(zhuǎn)，并且不要求粗同步。
15.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述頻率偏移估算小于或等于(N/2a)，其中N代表副載波數(shù)和a代表樣值數(shù)。
16.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中估算的最大估算范圍是根據(jù)所述樣值數(shù)確定的。
17.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中當(dāng)N具有等于1的值時，所述最大估算范圍是±32個副載波間隔。
18.一種在正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中用于估算頻率偏移的系統(tǒng)，包括一個滑動窗口相關(guān)求和裝置，接收一輸入并根據(jù)一個碼元產(chǎn)生滑動窗口相關(guān)和；一個頻率偏移估算器，連接到所述滑動窗口相關(guān)求和裝置，并接收所述滑動窗口相關(guān)和，并且根據(jù)定時偏移估算計(jì)算頻率偏移估算，所述頻率偏移估算器包括一個分析音-相位補(bǔ)償裝置，接收所述滑動窗口相關(guān)和并執(zhí)行相位補(bǔ)償操作以產(chǎn)生相位補(bǔ)償?shù)妮敵?；和一個頻率偏移估算計(jì)算器，接收所述相位補(bǔ)償輸出并計(jì)算所述頻率偏移估算，其中在相關(guān)函數(shù)中使用分析音；和定時偏移估算器，接收所述輸入信號并不依賴于所述頻率偏移估算來產(chǎn)生所述定時偏移估算，其中通過調(diào)整各個樣值之間的相關(guān)間隔可以擴(kuò)展估算范圍，所述分析音具有至少一個均勻幅度和均勻相位旋轉(zhuǎn)，并且不要求粗同步。
19.一種在正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中用于估算頻率偏移的系統(tǒng)，包括一個滑動窗口相關(guān)求和裝置，接收一輸入并根據(jù)一個參考碼元產(chǎn)生滑動窗口相關(guān)和；和一個頻率偏移估算器，連接到所述滑動窗口相關(guān)求和裝置并接收所述滑動窗口相關(guān)和以計(jì)算頻率偏移估算，其中在相關(guān)函數(shù)中使用分析音。
20.權(quán)利要求19的系統(tǒng)，還包括定時偏移估算器，接收所述輸入并不依賴于所述頻率偏移估算產(chǎn)生所述定時偏移估算，包括一個第一延遲器，根據(jù)第一間隔和第二間隔延遲所述輸入以產(chǎn)生第一延遲輸出；一個第二延遲器，連接到所述第一延遲器和根據(jù)所述第一間隔延遲所述第一延遲輸出以產(chǎn)生第二延遲輸出；一個共扼器，連接到所述第二延遲器并對所述第二延遲輸出執(zhí)行計(jì)算以產(chǎn)生共扼輸出；一個混合器，連接到所述共扼器和所述第一延遲器并且相加所述共扼輸出與所述第一延遲輸出以產(chǎn)生一個和；一個定時偏移計(jì)算器，連接到所述混合器并響應(yīng)于所述和計(jì)算多個定時偏移估算；和一個最大值檢測器，連接到所述定時偏移計(jì)算器，并從所述多個定時偏移估算中選擇一個最大值以輸出所述定時偏移估算。
21.一種頻率偏移估算方法，包括以下步驟(a)檢測位于輸入信號的參考碼元的僅一個副載波上的分析音；(b)根據(jù)所述分析音產(chǎn)生滑動窗口相關(guān)和；和(c)計(jì)算所述滑動窗口相關(guān)和的頻率偏移估算。
22.權(quán)利要求21的方法，其中還包括不依賴于所述頻率偏移估算來產(chǎn)生所述定時偏移估算的步驟，該步驟包括(a)根據(jù)第一間隔和第二間隔延遲所述輸入信號以產(chǎn)生第一延遲輸出；(b)根據(jù)所述第一間隔延遲所述第一延遲輸出以產(chǎn)生第二延遲輸出；(c)對所述第二延遲輸出進(jìn)行操作以產(chǎn)生共扼輸出；(d)混合所述共扼輸出與所述第一延遲輸出以產(chǎn)生混合輸出；(e)響應(yīng)于所述混合輸出產(chǎn)生對應(yīng)的多個樣值的多個定時偏移估算；和(f)檢測所述多個定時偏移計(jì)算的最大值以輸出所述定時偏移估算。
23.權(quán)利要求22的方法，還包括；(a)按照定時估算間隔產(chǎn)生所述第一間隔；和(b)按照頻率偏移估算間隔產(chǎn)生所述第二間隔。
24.權(quán)利要求22的方法，所述產(chǎn)生步驟包括對于(N+G-a1)個樣值產(chǎn)生所述多個定時偏移估算，其中N代表副載波的總數(shù)，G代表保護(hù)間隔的長度，個a1代表定時偏移估算間隔。
25.權(quán)利要求22的方法，其中所述檢測步驟包括對各個樣值選擇最大值，所述產(chǎn)生步驟包括對每個所述樣值執(zhí)行包括 的操作。
26.權(quán)利要求25的方法，所述步驟(b)包括根據(jù)頻率偏移間隔延遲所述輸入信號以產(chǎn)生第一延遲輸出；對所述第一延遲輸出執(zhí)行一操作以產(chǎn)生共扼輸出；和混合所述共扼輸出與所述輸入信號以產(chǎn)生混合輸出。
27.權(quán)利要求26的方法，包括根據(jù)所述混合輸出在移動和中產(chǎn)生(N-a2)個樣值，其中N代表副載波的總數(shù)和a2代表頻率偏移估算間隔。
28.權(quán)利要求21的方法，所述計(jì)算步驟包括對所述滑動窗口相關(guān)和執(zhí)行相位補(bǔ)償操作以產(chǎn)生相位補(bǔ)償?shù)妮敵觯缓徒邮账鱿辔谎a(bǔ)償輸出并計(jì)算所述頻率偏移估算。
29.權(quán)利要求21的方法，所述計(jì)算步驟包括執(zhí)行一運(yùn)算產(chǎn)生一個計(jì)算的輸出；和接收所述計(jì)算的輸出并產(chǎn)生所述頻率偏移估算。
30.權(quán)利要求29的方法，其中執(zhí)行的所述運(yùn)算包括 并且估算所述頻率偏移包括利用N/2na乘以所述第一計(jì)算輸出，其中N是總的副載波數(shù)和a是樣值數(shù)。
31.權(quán)利要求21的方法，還包括通過調(diào)整各個樣值之間的相關(guān)間隔擴(kuò)展估算范圍。
32.權(quán)利要求21的方法，其中產(chǎn)生的所述分析音具有至少一個均勻幅度和均勻相位。
33.權(quán)利要求21的方法，其中所述頻率偏移估算小于或等于(N/2a)，其中N代表副載波數(shù)和a代表樣值數(shù)。
34.權(quán)利要求21的方法，還包括根據(jù)所述樣值數(shù)改變估算的最大估算范圍。
35.權(quán)利要求34的方法，其中當(dāng)N等于1值時，所述最大估算范圍是±32個副載波間隔。
36.一種頻率偏移估算方法，包括以下步驟(a)檢測位于輸入信號的參考碼元的僅一個副載波上的分析音；(b)根據(jù)所述分析音產(chǎn)生滑動窗口相關(guān)和，所述步驟(b)包括，根據(jù)頻率偏移間隔延遲所述輸入以產(chǎn)生第一延遲輸出，對所述第一延遲輸出執(zhí)行運(yùn)算以產(chǎn)生共扼輸出，和混合所述共扼輸出與所述輸入信號以產(chǎn)生混合輸出，和(c)根據(jù)定時偏移估算，計(jì)算滑動窗口相關(guān)和的頻率偏移估算，所述計(jì)算步驟包括(a)對所述滑動窗口相關(guān)和執(zhí)行相位補(bǔ)償操作以產(chǎn)生相位補(bǔ)償輸出，(b)執(zhí)行第一數(shù)學(xué)運(yùn)算，產(chǎn)生所述第一計(jì)算輸出，和(c)接收所述第一計(jì)算輸出并產(chǎn)生所述頻率偏移估算；和(d)通過調(diào)整各個樣值之間的相關(guān)間隔擴(kuò)展估算范圍，其中調(diào)整相關(guān)間隔，使得不要求粗調(diào)諧。
37.權(quán)利要求36的方法，其中還有不依賴于所述頻率偏移估算來產(chǎn)生所述定時偏移估算的步驟包括(a)根據(jù)定時偏移間隔和頻率偏移估算間隔延遲所述輸入信號以產(chǎn)生第一延遲輸出；(b)根據(jù)所述定時估算間隔延遲所述第一延遲輸出以產(chǎn)生第二延遲輸出；(c)對所述電二延遲輸出執(zhí)行計(jì)算以產(chǎn)生共扼輸出；(d)相加所述共扼輸出與所述第一延遲輸出以產(chǎn)生一個和；(e)按照在定時偏移估算器中對應(yīng)的多個樣值和響應(yīng)于所述和來計(jì)算多個定時偏移估算；和(f)從所述定時偏移計(jì)算器中檢測所述多個定時偏移計(jì)算的最大值，輸出所述定時偏移估算，其中所述檢測步驟包括選擇各個樣值的最大值，所述計(jì)算步驟包括對每個所述樣值執(zhí)行包含 的數(shù)學(xué)運(yùn)算，并且根據(jù)所述定時偏移估算所述頻率偏移估算器進(jìn)行輸出。
38.權(quán)利要求37的方法，其中執(zhí)行的所述運(yùn)算包括計(jì)算 ，并且估算所述頻率偏移包括利用N/2na乘以所述第一計(jì)算輸出，其中N/2na是總的副載波數(shù)和a是樣值數(shù)。
39.權(quán)利要求37的方法，其中產(chǎn)生的所述分析音具有至少一個均勻幅度和均勻相位。
40.一種頻率偏移估算方法，包括以下步驟(a)檢測輸入信號的分析音，其中所述分析音具有至少一個均勻幅度和均勻相位旋轉(zhuǎn)；(b)根據(jù)所述分析音產(chǎn)生滑動窗口相關(guān)和；和(c)計(jì)算所述滑動窗口相關(guān)和的頻率偏移估算。
全文摘要
一種在計(jì)算定時偏移估算和頻率偏移估算中利用一分析音的用于OFDM的定時和頻率偏移估算方法。分析音包括僅含在副載波中的一個信號并且具有均勻幅度和均勻相位旋轉(zhuǎn)的特性。利用分析音的估算算法是基于相關(guān)函數(shù)。通過改變在相關(guān)中的兩個樣值之間的間隔,用于頻率偏移的最大估算范圍可以被擴(kuò)展到±N/2副載波間隔,其中N是總的副載波數(shù)。因此,對于OFDM系統(tǒng)的頻率同步方案具有較寬的范圍并且比傳統(tǒng)的要求分別進(jìn)行細(xì)同步和粗同步的復(fù)雜的同步方案更簡單。
文檔編號H04L7/00GK1361519SQ0112247
公開日2002年7月31日 申請日期2001年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月29日
發(fā)明者金東奎 申請人:三星電子株式會社