專利名稱：數(shù)字通信系統(tǒng)中載頻同步方法和通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通信系統(tǒng)，具體涉及該系統(tǒng)中的載頻同步方法和實(shí)施該方法的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。
背景技術(shù)：
在數(shù)字通信系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的本地振蕩器的頻偏或多譜勒效應(yīng)引起的載頻偏移，會導(dǎo)致通信質(zhì)量下降。尤其在正交頻分復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)中，對頻率偏移相當(dāng)敏感，如果不進(jìn)行頻率同步，OFDM通信系統(tǒng)將無法通信。為了解決此問題，頻率同步是關(guān)鍵，現(xiàn)有頻率同步的方案中最常用的是，在一端通信裝置的發(fā)射機(jī)，隨同通信信號發(fā)送相同的兩個訓(xùn)練符號，然后在另一端通信裝置的接收機(jī)，通過比較先后發(fā)送的兩個訓(xùn)練符號的相位差來估計(jì)出頻率偏移。當(dāng)估計(jì)出頻率偏移后，將頻偏信息通過環(huán)路濾波器，然后去控制振蕩器來調(diào)整本地載波的頻率，以便讓本地載波頻率與發(fā)送端載波頻率同步。該技術(shù)方案存在的缺點(diǎn)是需要兩個相同的訓(xùn)練符號，系統(tǒng)開銷較大，而且采用一般差分方法的精度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述問題，其目的在于提供一種系統(tǒng)開銷小、精度高、能有效對抗頻率選擇性衰落影響的數(shù)字通信系統(tǒng)中載頻同步的方法和實(shí)施該方法的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。
本發(fā)明的再一目的提供一種頻率偏移估算系統(tǒng)開銷小的數(shù)字通信系統(tǒng)中載頻同步的方法和實(shí)施該方法的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。
本發(fā)明的再一目的提供一種計(jì)算復(fù)雜度低精度高的載頻同步的方法和實(shí)施該方法的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。
本發(fā)明數(shù)字通信系統(tǒng)中載頻同步的方法包含以下步驟a在發(fā)送端，每隔一段數(shù)字調(diào)制后的通信信號插入訓(xùn)練符號并加以發(fā)送，該訓(xùn)練符號在頻域中由間隔的沖擊函數(shù)序列構(gòu)成；b在接收端，從接收到的信號中提取訓(xùn)練符號，通過快速傅立葉變換將接收到的訓(xùn)練符號變換到頻域；
c將所述頻域內(nèi)的所述訓(xùn)練符號乘以訓(xùn)練符號的共軛符號后，劃分為相同長度的多段，對每段賦予相應(yīng)的加權(quán)因子，將所述多段疊加為一段；d對所述一段中的數(shù)據(jù)做Chirp-Z變換和插值運(yùn)算，獲得最大幅值位置；e由最大幅值位置根據(jù)等式fe=fs(ΩΛ-K/2)/N]]>估算出頻率偏移，其中，fe為頻率偏移，fs為采樣頻率，K為所述段內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，N為訓(xùn)練符號對應(yīng)的長度， 為最大幅值的位置；f利用e步驟獲得的頻率偏移，控制高頻振蕩器的振蕩頻率，使高頻振蕩器的振蕩頻率跟隨所述頻率偏移變化，達(dá)到載頻同步。
本發(fā)明的數(shù)字通信系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)，包含對通信信號進(jìn)行數(shù)字調(diào)制的數(shù)字調(diào)制器和對調(diào)制后的通信信號進(jìn)行發(fā)送的無線前端，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)還包含產(chǎn)生頻域中間隔沖擊函數(shù)序列構(gòu)成的訓(xùn)練符號的訓(xùn)練符號產(chǎn)生裝置；和連接在所述數(shù)字調(diào)制器與所述無線前端之間每隔一段調(diào)制后的通信信號插入所述訓(xùn)練符號的復(fù)接裝置。
本發(fā)明的數(shù)字通信系統(tǒng)中的接收機(jī)，包含對接收信號進(jìn)行下變頻的下變頻器，對變頻后信號進(jìn)行定時(shí)同步的定時(shí)同步器，產(chǎn)生高頻振蕩供所述下變頻器變頻用的高頻振蕩器，其特征在于，還包含從與接收信號關(guān)聯(lián)的包含有訓(xùn)練符號的信號中提取訓(xùn)練符號的訓(xùn)練符號提取裝置；將所述訓(xùn)練符號變換到頻域的快速傅立葉變換裝置；將頻域內(nèi)的所述訓(xùn)練符號劃分為相同長度的多段、對每段賦予相應(yīng)的加權(quán)因子、將所述多段疊加成一段的加權(quán)疊加裝置；對加權(quán)疊加后的所述一段進(jìn)行Chirp-Z變換和插值、獲得最大幅值位置的最大幅值位置運(yùn)算裝置；利用最大幅值位置按照等式fe=fs(ΩΛ-K/2)/N]]>估算出頻率偏移的頻率偏移估算裝置，該頻率偏移估算裝置輸出頻率偏移，控制高頻振蕩器的振蕩頻率，使高頻振蕩器的振蕩頻率跟隨該頻率偏移變化，達(dá)到載頻同步，式中，fe為頻率偏移，fs為采樣頻率，K為所述段內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，N為訓(xùn)練符號的長度， 為最大幅值的位置。
如上構(gòu)成的本發(fā)明方法和通信裝置，具有開銷小、精度高等優(yōu)點(diǎn)。此外，還能方便地用于信道估計(jì)、定時(shí)同步，計(jì)算復(fù)雜度也相對較低。
附圖簡要說明

圖1示出本發(fā)明一實(shí)施例的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的部分結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
參見圖1，圖1中虛線上半部分示出本發(fā)明一實(shí)施例的數(shù)字通信系統(tǒng)中通信裝置發(fā)射機(jī)的部分結(jié)構(gòu)圖，這里僅示出本發(fā)明的改進(jìn)結(jié)構(gòu)部分和其與已有技術(shù)相關(guān)聯(lián)的部分。發(fā)射機(jī)的其它組成部分屬已有技術(shù)，因而省略其圖示和說明。該發(fā)射機(jī)包含對通信信號進(jìn)行數(shù)字調(diào)制的數(shù)字調(diào)制器1和對調(diào)制后的通信信號進(jìn)行發(fā)送的無線前端4，它們屬已有技術(shù)。本發(fā)明的特征在于，還包含產(chǎn)生頻域中間隔沖擊函數(shù)序列構(gòu)成的訓(xùn)練符號的訓(xùn)練符號產(chǎn)生裝置3和連接在數(shù)字調(diào)制器1與無線前端4之間、每隔一段經(jīng)數(shù)字調(diào)制器1調(diào)制后的通信信號插入訓(xùn)練符號的復(fù)接裝置2。
該數(shù)字通信系統(tǒng)可以是正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)，數(shù)字調(diào)制是正交頻分復(fù)用調(diào)制，所述“每隔一段經(jīng)數(shù)字調(diào)制器1調(diào)制后的通信信號”是一個或若干個正交頻分復(fù)用符號。
在一實(shí)施例中，上述訓(xùn)練符號的頻域中間隔沖擊函數(shù)序列由每段中一個沖激函數(shù)，共M段組成，1≤M≤N，N為發(fā)送通信信號用的子載波數(shù)。
在一具體實(shí)施例中本發(fā)明可采用下式表達(dá)的訓(xùn)練符號在頻域中p[k]=A(k)Σr=0M-1δ[k-rK-K/2],0kN-1,K=N/M]]>其中A(k)對應(yīng)每個沖激的幅度。
滿足該表達(dá)式的訓(xùn)練符號的特點(diǎn)是，它在頻域中由K個正、負(fù)相間的沖擊函數(shù)組成。這里列出的訓(xùn)練符號表達(dá)式是為了說明本發(fā)明的可實(shí)施性，并不是唯一的結(jié)構(gòu)，訓(xùn)練符號的最基本特征是由頻域中間隔的沖擊函數(shù)序列構(gòu)成。
參見圖1中虛線的下半部分，示出了本發(fā)明一實(shí)施例的對端通信裝置中接收機(jī)的部分結(jié)構(gòu)原理圖。該對端通信裝置與虛線上半部分的通信裝置相互通信。該下半部分僅示出本發(fā)明改進(jìn)部分和與改進(jìn)部分相關(guān)聯(lián)的已有技術(shù)部分，其余已有技術(shù)部分未圖示并省略其說明。
本發(fā)明一實(shí)施例的數(shù)字通信系統(tǒng)中的接收機(jī)，包含對接收信號進(jìn)行下變頻的下變頻器6，對變頻后信號進(jìn)行定時(shí)同步的定時(shí)同步器5，產(chǎn)生高頻振蕩供所述下變頻器6變頻用的高頻振蕩器14。本發(fā)明的特征在于還包含從定時(shí)同步器5定時(shí)同步后的接收信號中提取訓(xùn)練符號的訓(xùn)練符號提取裝置7，雖然本實(shí)施例中訓(xùn)練符號提取裝置7是從定時(shí)同步器5的輸出信號中提取訓(xùn)練符號的，但也可從接收機(jī)中包含有訓(xùn)練符號的任何地方輸出的信號中加以提取；將訓(xùn)練符號提取裝置7輸出的訓(xùn)練符號變換到頻域的快速傅立葉變換裝置8；將快速傅立葉變換裝置8輸出的頻域內(nèi)的訓(xùn)練符號乘以訓(xùn)練符號的共軛符號后劃分為相同長度的多段、對每段賦予相應(yīng)的加權(quán)因子、將多段疊加成一段的加權(quán)疊加裝置9；對加權(quán)疊加后的一段進(jìn)行Chirp-Z變換和插值、獲得最大幅值位置的最大幅值位置運(yùn)算裝置10；利用最大幅值位置按照等式fe=fs(ΩΛ-K/2)/N]]>估算出頻率偏移的頻率偏移估算裝置12，該頻率偏移估算裝置12輸出頻率偏移，控制高頻振蕩器14的振蕩頻率，使高頻振蕩器14的振蕩頻率跟隨該頻率偏移變化，達(dá)到載頻同步，式中，fe為頻率偏移，fs為采樣頻率，K為所述段內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，N為訓(xùn)練符號的長度， 為最大幅值的位置。
為了便于理解，下面演算一下對疊加后的一段進(jìn)行Chirp-Z變換、插值、獲得最大幅值位置的過程。
設(shè)疊加后的K點(diǎn)數(shù)據(jù)為yi，0≤i≤K-11、找到頻域內(nèi)的最大幅值的粗略位置Ω0，Ω0=argmaxi|yi|,0≤i≤K-1;]]>2、通過K點(diǎn)IFFT變換將序列y＝(y0，y1，…，yK-1)變換到時(shí)域，D＝(d0，d1，…dK-1)＝IFFT(y0，y1，…，yK-1)3、將Ω0-1到Ω0+1區(qū)間的頻譜劃分為2M段，利用Chirp-Z算法搜索該區(qū)域內(nèi)的最大幅值的位置增量信息。
3.1選擇L＝2m＞P+2M，W=ej2πN·M,]]>產(chǎn)生序列hL(n) 3.2H(k)＝FFT[hL(n)]，0≤k≤L-1 3.4Y(k)＝FFT[y(n)]，0≤k≤L-13.5V(n)＝IFFT[Y(k)·H(k)]，0≤n≤L-1
3.6X(k)=V(k)·Wk2/2,0≤k≤2M-1]]>3.7找到該區(qū)間內(nèi)最大幅值的位置增量信息Ω1=argmaxk|X(K)|,0≤k≤2M-1]]>4、通過二次插值得到該區(qū)間內(nèi)最大幅值的精確位置增量 Ω^1=Ω1+[3·|X(Ω1-1)|-4·|X(Ω1)|+|X(Ω1+1)|2·|X(Ω1-1)|-4·|X(Ω1)|+2·|X(Ω1+1)|-1]]]>從而獲得出在整個頻譜上最大幅值的精確位置ΩΛ=ΩΛ1+Ω0.]]>在上述實(shí)施例中，數(shù)字通信系統(tǒng)可采用正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)。
在加權(quán)疊加裝置9中，可將訓(xùn)練符號分為M段，每段有K點(diǎn)，滿足等式K＝N/M，其中，訓(xùn)練符號長度N等于子載波數(shù)，M為小于N的正整數(shù)。
在高頻振蕩器14與頻率偏移估算裝置12之間可接有對該頻率偏移估算裝置12輸出的頻率偏移進(jìn)行環(huán)路濾波的環(huán)路濾波器13。
在加權(quán)疊加裝置9中，加權(quán)因子按照受信道影響小的段加權(quán)因子大、受信道影響大的加權(quán)因子小，使得受信道影響小的段對頻率估計(jì)作出大的貢獻(xiàn)。
在加權(quán)疊加裝置9中，各段的加權(quán)因子可取相應(yīng)段內(nèi)的平均能量，也可取相應(yīng)段內(nèi)峰值的幅值。
以上描述的本發(fā)明方法及發(fā)射機(jī)和接收機(jī)不僅適用于正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)，也適用于任一種數(shù)字通信系統(tǒng)。
在快速傅立葉變換裝置8中，進(jìn)行快速傅立葉變換是一種已知手段。
以上結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說明對本發(fā)明作出種種變化例。因而，實(shí)施例中的某些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字通信系統(tǒng)中載頻同步的方法，其特征在于，包含以下步驟a在發(fā)送端，每隔一段數(shù)字調(diào)制后的通信信號插入訓(xùn)練符號并加以發(fā)送，該訓(xùn)練符號在頻域中由間隔的沖擊函數(shù)序列構(gòu)成；b在接收端，從與接收信號關(guān)聯(lián)的包含有訓(xùn)練符號的信號中提取訓(xùn)練符號，通過快速傅立葉變換將接收到的訓(xùn)練符號變換到頻域；c將所述頻域內(nèi)的所述訓(xùn)練符號乘以訓(xùn)練符號的共軛符號后，劃分為相同長度的多段，對每段賦予相應(yīng)的加權(quán)因子，將所述多段疊加為一段；d對所述一段中的數(shù)據(jù)做Chirp-Z變換和插值運(yùn)算，獲得最大幅值位置；e由最大幅值位置根據(jù)等式fe=fs(ΩΛ-K/2)/N]]>估算出頻率偏移，其中，fe為頻率偏移，fs為采樣頻率，K為所述段內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，N為訓(xùn)練符號對應(yīng)的長度， 為最大幅值位置；f利用e步驟獲得的頻率偏移，控制高頻振蕩器的振蕩頻率，使高頻振蕩器的振蕩頻率跟隨所述頻率偏移變化，達(dá)到載頻同步。
2.、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述數(shù)字通信系統(tǒng)是正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)，步驟a中的所述數(shù)字調(diào)制是正交頻分復(fù)用調(diào)制，所述一段數(shù)字調(diào)制后的通信信號是一個或若干個正交頻分復(fù)用符號。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a中所述訓(xùn)練符號在頻域中的間隔沖擊函數(shù)序列由每段中一個沖激函數(shù)，共M段組成。
4.如權(quán)利要求1，2或3所述的方法，其特征在于，所述步驟c中所述訓(xùn)練符號分為M段，每段有K點(diǎn)，滿足等式K＝N/M，其中，所述訓(xùn)練符號長度N等于子載波數(shù)，M為小于N的正整數(shù)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述訓(xùn)練符號表達(dá)如下在頻域中p[k]=A(k)Σr=0M-1δ[k-rK-K/2],0kN-1,K=N/M]]>其中A(k)對應(yīng)每個沖激的幅度。
6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟c中的加權(quán)因子按照受信道影響小的段加權(quán)因子大、受信道影響大的加權(quán)因子小，使得受信道影響小的段對頻率估計(jì)作出大的貢獻(xiàn)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述段的加權(quán)因子取該段內(nèi)的平均能量。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述段的加權(quán)因子取該段內(nèi)峰值的幅值。
9.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟f之前還包含對所述頻率偏移進(jìn)行環(huán)路濾波的步驟。
10.一種數(shù)字通信系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)，包含對通信信號進(jìn)行數(shù)字調(diào)制的數(shù)字調(diào)制器和對調(diào)制后的通信信號進(jìn)行發(fā)送的無線前端，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)還包含產(chǎn)生頻域中間隔沖擊函數(shù)序列構(gòu)成的訓(xùn)練符號的訓(xùn)練符號產(chǎn)生裝置；和連接在所述數(shù)字調(diào)制器與所述無線前端之間每隔一段調(diào)制后的通信信號插入所述訓(xùn)練符號的復(fù)接裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述數(shù)字通信系統(tǒng)是正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)，所述數(shù)字調(diào)制是正交頻分復(fù)用調(diào)制，所述一段數(shù)字調(diào)制后的通信信號是一個或若干個正交頻分復(fù)用符號。
12.如權(quán)利要求10所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述訓(xùn)練符號的間隔沖擊函數(shù)序列由每段中一個沖激函數(shù)，共M段組成，1≤M≤N，N為子載波數(shù)。
13.如權(quán)利要求10或11所述的發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述訓(xùn)練符號表達(dá)如下在頻域中p[k]=A(k)Σr=0M-1δ[k-rK-K/2],0kN-1,K=N/M]]>其中A(k)對應(yīng)每個沖激的幅度。
14.一種數(shù)字通信系統(tǒng)中的接收機(jī)，包含對接收信號進(jìn)行下變頻的下變頻器，對變頻后信號進(jìn)行定時(shí)同步的定時(shí)同步器，產(chǎn)生高頻振蕩供所述下變頻器變頻用的高頻振蕩器，其特征在于，還包含從與接收信號關(guān)聯(lián)的包含有訓(xùn)練符號的信號中提取訓(xùn)練符號的訓(xùn)練符號提取裝置；將所述訓(xùn)練符號變換到頻域的快速傅立葉變換裝置；將頻域內(nèi)的所述訓(xùn)練符號乘以訓(xùn)練符號的共軛符號后劃分為相同長度的多段、對每段賦予相應(yīng)的加權(quán)因子、將所述多段疊加成一段的加權(quán)疊加裝置；對加權(quán)疊加后的所述一段進(jìn)行Chirp-Z變換和插值、獲得最大幅值位置的最大幅值位置運(yùn)算裝置；利用最大幅值位置按照等式fe=fs(ΩΛ-K/2)/N]]>估算出頻率偏移的頻率偏移估算裝置，該頻率偏移估算裝置輸出頻率偏移，控制高頻振蕩器的振蕩頻率，使高頻振蕩器的振蕩頻率跟隨該頻率偏移變化，達(dá)到載頻同步，式中，fe為頻率偏移，fs為采樣頻率，K為所述段內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，N為訓(xùn)練符號的長度， 為最大幅值的位置。
15.如權(quán)利要求14所述的接收機(jī)，其特征在于，所述訓(xùn)練符號提取裝置與定時(shí)同步器的輸出相連，從定時(shí)同步器輸出信號中提取訓(xùn)練符號。
16.如權(quán)利要求14所述的接收機(jī)，其特征在于，所述數(shù)字通信系統(tǒng)是正交頻分復(fù)用通信系統(tǒng)。
17.如權(quán)利要求14或16所述的接收機(jī)，其特征在于，所述訓(xùn)練符號分為M段，每段有K點(diǎn)，滿足等式K＝N/M，其中，所述訓(xùn)練符號長度N等于子載波數(shù)，M為小于N的正整數(shù)。
18.如權(quán)利要求14或16所述的接收機(jī)，其特征在于，在所述高頻振蕩器與所述頻率偏移估算裝置之間接有對該頻率偏移估算裝置輸出的頻率偏移進(jìn)行環(huán)路濾波的環(huán)路濾波器。
19.如權(quán)利要求14或16所述的接收機(jī)，其特征在于，所述加權(quán)因子按照受信道影響小的段加權(quán)因子大、受信道影響大的加權(quán)因子小，使得受信道影響小的段對頻率估計(jì)作出大的貢獻(xiàn)。
20.如權(quán)利要求19所述的接收機(jī)，其特征在于，所述段的加權(quán)因子取該段內(nèi)的平均能量。
21.如權(quán)利要求20所述的接收機(jī)，其特征在于，所述段的加權(quán)因子取該段內(nèi)峰值的幅值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在數(shù)字通信系統(tǒng)中載頻同步方法和裝置，其主要是在發(fā)送端，每隔一段數(shù)字調(diào)制后的通信信號插入訓(xùn)練符號并加以發(fā)送，該訓(xùn)練符號由頻域中間隔的沖擊函數(shù)序列構(gòu)成；在接收端，通過快速傅立葉變換將接收到的訓(xùn)練符號變換到頻域；將該頻域內(nèi)的訓(xùn)練符號乘以訓(xùn)練符號的共軛符號后劃分為相同長度的多段，對每段賦予相應(yīng)的加權(quán)因子，將多段疊加為一段；對該段中的數(shù)據(jù)做Chirp－Z變換和插值運(yùn)算，獲得最大幅值位置；由最大幅值位置根據(jù)等式fe＝fs(－K/2)/N估算出頻率偏移；利用獲得的頻率偏移，控制高頻振蕩器的振蕩頻率，使高頻振蕩器的振蕩頻率跟隨所述頻率偏移變化，達(dá)到載頻同步。
文檔編號H04L7/00GK1520082SQ03115109
公開日2004年8月11日 申請日期2003年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月23日
發(fā)明者黎光潔, 陶云南 申請人:上海貝爾阿爾卡特股份有限公司