專利名稱：在無線通信系統(tǒng)的接收機中估計和補償載波頻率偏移的設(shè)備及數(shù)據(jù)接收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)，更具體地，涉及一種用于在才艮據(jù)正
交頻分多址(OFDMA)的無線通信系統(tǒng)的接收機中估計和補償初 始載波頻率偏移的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
為實現(xiàn)第四代(4G)移動通信而正在各領(lǐng)域開展大量研究。在 根據(jù)IEEE 802.16d/e、 WiBro、 WiMAX等的4G移動通信中，無線 LAN網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字音頻及4見頻廣播網(wǎng)絡(luò)等、以及衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)-故結(jié)合 為一個網(wǎng)絡(luò)以系統(tǒng)地一起運4亍。因此，在4G移動通信網(wǎng)全各中，對 用戶的"良務(wù)可以是平穩(wěn)、且最優(yōu)的。
通過處理從基站系統(tǒng)接收到的前導(dǎo)信號以使系統(tǒng)同步，移動裝 置(便攜式用戶站)可以與基站(無線接入站)進行通信。在每幀 的第一個符號位置處從基站系統(tǒng)發(fā)送下行鏈路(DL )前導(dǎo)信號。因 此，移動裝置基于該前導(dǎo)信號使系統(tǒng)同步，搜索小區(qū)，以及解調(diào)在 從基站系統(tǒng)發(fā)送的前導(dǎo)信號之后的數(shù)據(jù)。
圖1是示出傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)100的框圖。在傳統(tǒng)無線通信系 統(tǒng)100中，在發(fā)射機的調(diào)制器110中根據(jù)預(yù)定方法對發(fā)送數(shù)據(jù)進行 調(diào)制。經(jīng)調(diào)制的數(shù)據(jù)被載入載波信號并經(jīng)由發(fā)射機(Tx)電路120 通過信道發(fā)送。通過信道發(fā)送的信號在接收機的接收機(Rx)電路150中被接收并受到加性白高斯噪聲(AWGN)的影響。Rx電路 150將接收到的信號轉(zhuǎn)換為基帶信號，并且解調(diào)器160解調(diào)該基帶 信號以獲得發(fā)送數(shù)據(jù)。
在OFDMA系統(tǒng)中，例如，解調(diào)器160根據(jù)來自下行鏈3各(DL ) 的第 一個符號位置的前導(dǎo)信號使系統(tǒng)同步，搜索小區(qū)并解調(diào)在前導(dǎo) 信號之后的數(shù)據(jù)?？梢圆捎靡环N用于在頻域內(nèi)估計初始載波頻率偏 移的方法來使移動裝置系統(tǒng)同步并接收乂人基站系統(tǒng)發(fā)送的凝:據(jù)。然 而，由于在頻域內(nèi)的未知快速傅立葉變換(FFT)定時，可以在初 始同步過禾呈之后4吏用頻域內(nèi)的頻率偏移估計方法，其可以通過4吏用 導(dǎo)頻符號來估計細樣i的頻率偏移。
因此，應(yīng)該在時域內(nèi)4丸4亍初始載波頻率偏移估計。即，如果在 時域內(nèi)在重復(fù)才羊本中存在相同的頻率偏移，則可以通過使用 OFDMA前導(dǎo)的訓(xùn)練符號的重復(fù)圖案特4正來估計相應(yīng)的偏移。
圖2是示出傳統(tǒng)載波頻率偏移估計器200的框圖。在圖2中， 當(dāng)接收到的信號r(t)被采樣并被存儲在寄存器210中時，每隔N個 的重復(fù)4言號才羊本，例i。， r(n)禾口 r(n+N)， r(n+l)和r(n+N+l),…，r(n+d) 和r(n+N+d)等，在復(fù)共輒器211、213、…、215和乘法器212、214、…、 216中一皮處理。相力口/平均計算單元220將乘法器212、 214、…、216 的輸出相加并進行平均，從而獲得結(jié)果。計算器230對來自相加/ 平均計算單元220的結(jié)果進行反正切運算并產(chǎn)生相位偏移值。因此， 乘法器240通過將相位偏移值乘以-l/( 2兀N )而獲得頻率偏移^直Df。
例如，在根據(jù)IEEE 802.16d/e標(biāo)準(zhǔn)頭見范的OFDMA系統(tǒng)中，如 圖3所示，在CP (循環(huán)前綴)間隔之后，才艮據(jù)下行鏈路(DL)的 第一個符號位置的前導(dǎo)符號，發(fā)送/接收的信號在時域內(nèi)具有3個重 復(fù)周期的特征。在圖4中，IEEE 802.16d/e規(guī)范中的前導(dǎo)符號的1024 個子載波具有除包括86個子載波的保護間隔(GI)外的852個子載波被分為3個段(segment)并被發(fā)送/接收的結(jié)構(gòu)。此處，1024 個子載波具有每隔341.3個子載波的重復(fù)周期特征。因此，由于1024 個子載波以一個非零子載波與兩個零子載波的方式發(fā)送，所以當(dāng)對 1024個子載波進行采樣時，經(jīng)采樣的子載波根據(jù)段號彼此周期性地 經(jīng)歷相4立偏移。
因此，如圖2所示，在根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的頻率偏移估計器200(其 根據(jù)平均機制和相位補償方法來計算頻率偏移)中，由于不考慮在 平均機制中4吏用的樣本數(shù)量，所以估計出的頻率偏移是不精確的。 同樣，頻率偏移估計器200需要^^艮多硬件和軟件資源，諸如復(fù)共軛 凄t運算器211, 213,…，215，乘法器212， 214, ".216，對目力口/平 均計算單元220等，從而降低了鏈接性能。因此，需要一種使用較 少資源估計關(guān)于每個段號的精確頻率偏移并使移動裝置系統(tǒng)同步 的設(shè)備
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
為了解決在傳統(tǒng)才支術(shù)中出現(xiàn)的前述問題而作出了本發(fā)明，本發(fā) 明的目的在于^是供一種用于OFDMA無線ii/f言系統(tǒng)的4妻收4幾的初始 同步器，該初始同步器具有用于估計并補償初始載波頻率偏移的i殳 備，其可以與基于用于^青確J4估計頻率偏移的簡實現(xiàn)方法的初始 幀邊界4企測處理和有效可擴展共享結(jié)構(gòu)兼容。
本發(fā)明的另 一 目的在于提供了 一種用于估計和補償初始載波 頻率偏移的方法，其通過使用平均方案有效處理下行鏈^各的前導(dǎo)來 估計和補償提供小區(qū)搜索的基礎(chǔ)，該下行鏈路的前導(dǎo)表示根據(jù) OFDM子載波的,殳號的4皮it匕相〗立偏移的4爭4正以及OFDM子栽波的 非整數(shù)重復(fù)樣本圖案的特征。才支術(shù)方案
為實3E見以上目的，才艮據(jù)本發(fā)明的一個方面，4是供了一種用于在
正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中估計并補償載波頻率偏移的設(shè)備， 包括第一裝置，使接收到的信號和該接收到的信號的預(yù)定周期的 延遲信號在相關(guān)窗內(nèi)相關(guān)；以及第二裝置，將相關(guān)值轉(zhuǎn)換為相位值， 根據(jù)前導(dǎo)段號補償轉(zhuǎn)換結(jié)果的相位，并估計初始載波頻率偏移值， 其中，相關(guān)窗基于循環(huán)前綴(CP )和從根據(jù)接收到信號的初始幀邊 界確定的位置的前導(dǎo)重復(fù)長度而設(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 方面，還提供了 一種用于無線通信系統(tǒng)的接 收機的初始同步器，包括幀邊界檢測器，累加接收到的信號的當(dāng) 前樣本值與反映了前導(dǎo)重復(fù)的接收到的信號的前一樣本的復(fù)共軛 值的乘積值，并基于累加值計算相關(guān)值的最大值的位置作為初始幀 邊界標(biāo)記(index,也稱索引)；以及載波頻率偏移估計器，基于在 初始幀邊界標(biāo)記處的最大相關(guān)值的反正切值來估計關(guān)于3個段號的
相4立偏移<直，乂十估計出的相^f立偏移j直進^f亍歸一4b,并產(chǎn)生關(guān)于每個
段號的初始載波頻率偏移值。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 方面，還提供了 一種無線通信系統(tǒng)的接收 機，包括接收機電路，接收基于OFDM的射頻(RF)信號并將 接收到的信號轉(zhuǎn)換為基帶信號；以及同步器，基于基帶信號的樣本 值計算表示前導(dǎo)的最后位置的初始幀邊界標(biāo)記，基于在初始幀邊界 標(biāo)記處的相位偏移值來估計關(guān)于3個,殳號的相位偏移值，從估計出 的相位偏移值來計算關(guān)于每個段號的始載波頻率偏移值，并產(chǎn)生同 步信號，其中，根據(jù)該同步信號來使基帶信號同步并且對同步的基 帶信號進行解調(diào)以獲得對應(yīng)于發(fā)送信號的信號。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種用于在正交頻分復(fù)用 (OFDM)系統(tǒng)中估計并補償載波頻率偏移的方法，該方法包4舌以下步驟使接收到的信號和從該接收到的信號延遲了預(yù)定周期的信 號在相關(guān)窗內(nèi)相關(guān)，相關(guān)窗基于循環(huán)前綴(CP )和從根據(jù)接收到的 信號的初始幀邊界確定的位置的前導(dǎo)重復(fù)長度而設(shè)置；以及將相關(guān) 結(jié)果轉(zhuǎn)換為相位值，根據(jù)前導(dǎo)段號補償轉(zhuǎn)換結(jié)果的相位，并估計初 始載波頻率偏移值。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，還提供了 一種用于無線通信系統(tǒng)的數(shù) 據(jù)接收方法，該方法包括以下步驟接收基于OFDM的射頻(RF ) 信號并將接收到的信號轉(zhuǎn)換為基帶信號；基于該基帶信號產(chǎn)生表示 前導(dǎo)的最后位置的初始幀邊界標(biāo)記；基于在初始幀邊界標(biāo)記處的相 位偏移來估計關(guān)于3個,殳號的相位偏移值；乂人估計出的相位偏移值 來計算關(guān)于每個段號的初始載波頻率偏移值，并產(chǎn)生同步信號；根 據(jù)該同步信號使基帶信號同步并對同步的基帶信號進行解調(diào)以獲 得對應(yīng)于發(fā)送信號的信號。
有益效果
從以上描述可以明顯看出，在無線通信系統(tǒng)的接收機中用于估 計并補償載波頻率偏移的設(shè)備及數(shù)據(jù)接收方法中，由于在時域內(nèi)獨 立于4殳號對下4亍鏈路間隔內(nèi)的前導(dǎo)進4亍有效地處理并精確地估計 初始載波頻率偏移，可以在諸如IEEE 802.16d/e、 WiBro、 WiMAX 等的系統(tǒng)中通過簡單的小區(qū)搜索來提高數(shù)據(jù)接收性能和服務(wù)質(zhì)量。 同樣，由于^f艮據(jù)本發(fā)明的初始同步器基于可擴展共享結(jié)構(gòu)，所以能 夠使用少量的硬件和軟件資源而容易地實現(xiàn)該初始同步器。


圖1是示出傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)的框圖2是示出傳統(tǒng)載波頻率偏移估計器的框圖；圖3是示出在時域內(nèi)的前導(dǎo)符號的視圖；圖4是示出前導(dǎo)載波組的^L圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的接收機的框圖；圖6是示出圖5所示的初始同步單元的詳細才匡圖；圖7是示出圖6所示的幀邊界4企測器和載波頻率偏移估計器的 詳細框圖；圖8是示出圖6所示的幀邊界檢測器和載波頻率偏移估計器的 才喿作的流禾呈圖；以及圖9是示出載波頻率偏移誤差與SNR的關(guān)系以說明根據(jù)本發(fā) 明實施例的接收機的性能的曲線圖。
具體實施方式
現(xiàn)在將詳細參考本發(fā)明的實施例，其實例在附圖中示出，其中， 在全文中相同的參考標(biāo)號是指相同的元件。以下將通過參考附圖來 描述這些實施例以闡述本發(fā)明。如上所述，在才艮據(jù)IEEE 802.16d/e標(biāo)準(zhǔn)頭見范的OFDMA系統(tǒng)中， 如圖3所示，在CP (循環(huán)前綴)持續(xù)時間之后，根據(jù)下行鏈路(DL ) 的第一個符號位置的前導(dǎo)符號，發(fā)送/接收的信號在時域內(nèi)具有3 個重復(fù)周期的特征?？梢詫FDM前導(dǎo)的訓(xùn)練符號的重復(fù)圖案特征 用于初始載波頻率偏移的估計。即，如果在時域內(nèi)在重復(fù)樣本中存 在相同的頻率偏移，則可以估計相應(yīng)的偏移。在圖4中，1024個子栽波具有每341.3個子載波的重復(fù)周期特 4i。此處，由于以一個非零載波與兩個零載波的方式發(fā)送該1024 個子載波，所以當(dāng)1024個子載波被順序采樣時，采樣得到的重復(fù) 樣本按照段號彼此經(jīng)歷相位偏移。在如關(guān)于每個段號的相位偏移的 才羊本特4i中，可以通過估計并^青確i也^卜償初始載波頻率偏移以及在 小區(qū)搜索過程中精確地估計小區(qū)ID和小區(qū)號來使移動裝置系統(tǒng)同 步。例如，關(guān)于接收到的信號r(t)的定時標(biāo)記n的樣本信號r(n)和定 時標(biāo)記(n+N)的樣本信號r(n+N)如公式1所示。在7>式1中，Df是 頻率偏移以及x()是信號幅度。公式1<formula>formula see original document page 15</formula>此處，如/>式2,通過4吏用第N個重復(fù)樣本r(n+N)的復(fù)共軛來 獲得相位偏移值2兀DfN。即，基于從公式2中的實值Re()和虛值Im{} 之間的關(guān)系導(dǎo)出的-tan(2兀DfN)，如公式3可以導(dǎo)出頻率偏移值Df。公式2<formula>formula see original document page 15</formula>公式3<formula>formula see original document page 15</formula>此處，前導(dǎo)子載波在時域內(nèi)4安照^殳號相對;波此具有相位偏移，并且具有如圖3所示的非整數(shù)重復(fù)樣本圖案的特征。在本發(fā)明中，在基站的移動裝置中的用于下行鏈路前導(dǎo)的非整數(shù)重復(fù)樣本圖案的平均技術(shù)中，通過使用為整數(shù)811的相關(guān)窗長度來估計初始幀邊 界標(biāo)記1。即，布i定接收到的信號r(t)的樣本每隔341個樣本重復(fù)， 如下面的7>式4,使用延遲的樣本r(l+n)與當(dāng)前樣本r(l+n+341)的復(fù) 共軛。在這種情況下，沖艮據(jù)r(l+n)和r(l+n+341)的811個乘積的累加 的輻角的相關(guān)值來估計初始幀邊界標(biāo)記1和相位偏移。因此，當(dāng)估 計出的相4立偏移;故a歸一4b時，可以獲4尋載波頻率偏移e0。載波頻 率偏移0o對應(yīng)于段號為0的情況。此處，為整數(shù)811的相關(guān)窗長度 是CP間隔的128個樣本、OFDM前導(dǎo)的前341個樣本和接著的342 個樣本相加的長度，從而避免樣本圖案的非整數(shù)重復(fù)特征以及適當(dāng) i也4吏用平均才幾制?？梢匀缦旅嫠镜?>式5來補償載波頻率偏移0q，以獲4尋對應(yīng)于段號1和2的其他各初始載波頻率偏移e2。公式4<formula>formula see original document page 16</formula>
公式5<formula>formula see original document page 16</formula>
圖5中示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的接收機500，其可以基于載 波頻率偏移估計來^f吏系統(tǒng)同步。參考圖5, -接收才幾500包括Rx電路510、循環(huán)前綴(CP)去除單元520、快速傅立葉變換(FFT) 單元530、信道估計和補償單元540、解調(diào)器550、解交織器560、 解碼器570、以及初始同步單元580。從信道經(jīng)由天線接收可能被加性白高斯噪聲(AWGN)影響的 基于OFDM的射頻(RF )信號，并且接收到的RF信號在Rx電路 510中被下變頻并被變換為基帶信號r(t)。初始同步單元580處理從 Rx電路510輸出的基帶信號r(t)與前導(dǎo)信號以產(chǎn)生同步信號SYNC 以使系統(tǒng)同步。同步信號SYNC在表示從基站到移動裝置的下行鏈 ^各的開始的定時^f立置處祐j敫活，并且CP去除單元520可以基于同 步信號SYNC去除附加在前導(dǎo)信號之前的循環(huán)前綴(CP)。因此，接收到的基帶信號r(t)可以與同步信號SYNC同步，在 這種情況下，可以通過后處理器(即，F(xiàn)FT單元530、信道估計和 4卜償單元540、解調(diào)器550、解交織器560、解石馬器570、以及初始 同步單元580 )從接收到的基帶信號r(t)中獲得從發(fā)射機發(fā)送的原始 信號。除此過程之外，包括在初始同步單元580中的小區(qū)搜索器可 以確定小區(qū)標(biāo)識才尋(.ID)和基本的^殳號。由于在本領(lǐng)域中已知，所以對于后處理器、對接收到的符號執(zhí) 行FFT運算的FFT單元530、補償相位偏移以及估計良好信道的信 道估計和補償單元540、以及才艮據(jù)解調(diào)方案(例如，QAM、 QPSK 等)對接收到的符號進行解調(diào)的解調(diào)器550,省略了詳細闡述?？梢栽?4居IEEE 802.16d/e標(biāo)準(zhǔn)^見范的基于OFDMA的無線通 信系統(tǒng)中采用接收才幾500。同樣，除此系統(tǒng)之外，接收機500還可 以用于才艮據(jù)WiBro或WiMAX標(biāo)準(zhǔn)失見范的其他系統(tǒng)、第4代移動通乂二具體地，才艮據(jù)本發(fā)明的實施例，可以在時分雙工(TDD)方案 (其在從基站到移動裝置的下行鏈路和從移動裝置到基站的上行 鏈路之間發(fā)送/接收非同步數(shù)據(jù))的移動互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中采用初始同步 單元580，從而提高傳輸速度以確?？煽康母咚俣炔⒛軌蛲ㄟ^初始 同步發(fā)送和接收大量數(shù)據(jù)，從而提高了服務(wù)質(zhì)量。由于對硬件和l欠件資源的高要求，才艮據(jù)傳統(tǒng)」技術(shù)的類似于圖2 的頻率偏移估計器200具有退化的鏈接性能。然而，初始同步單元 580基于可以由低速系統(tǒng)到高速系統(tǒng)共享的可擴展共享結(jié)構(gòu)，簡化 了實現(xiàn)，與初始幀邊界檢測過程等兼容地估計初始載波頻率偏移， 并4吏系統(tǒng)同步。即，初始同步單元580基于轉(zhuǎn)換為基帶信號的接收到的信號r(t) 的樣本值來計算表示前導(dǎo)的最后位置的初始幀邊界標(biāo)記，并基于初 始幀邊界標(biāo)記處的相位偏移值PHO估計關(guān)于3個,殳號的相位偏移 值。此外，初始同步單元58(M人估計出的相位偏移值計算關(guān)于每個 段號的初始載波頻率偏移值(eG， 02)，并產(chǎn)生同步信號SYNC。圖6是示出圖5所示的同步單元580的詳細4匡圖。參考圖6， 同步單元580包括幀邊界4企測器581、載波頻率偏移估計器582、 以及小區(qū)4叟索器583。幀邊界檢測器581將接收到的信號r(t)的當(dāng)前樣本值(例如， r(342))和在前導(dǎo)重復(fù)期間^皮延遲了 (例如)多達341個才羊本的4妻 收到的信號的前一樣本(例如，r(l))的復(fù)共輒值的乘積值累加， 并基于累加的乘積值計算相關(guān)值的最大值的位置作為初始幀邊界 標(biāo)記1。載波頻率偏移估計器582使用基于811個最近乘積值的累 加值的絕對值或該絕對值的平方的相關(guān)值。即，當(dāng)才妄收到的4言號r(t)的前導(dǎo)結(jié)束時，基于811個最近乘積 值的累加值的絕對值或該絕對值的平方的相關(guān)值被最大化，并且獲 得表示該時間的初始幀邊界標(biāo)記1。以下在圖7的說明中詳細描述 了幀邊界檢測器581。同時，載波頻率偏移估計器582基于由幀邊界檢測器581獲得 的初始幀邊界標(biāo)記處的相應(yīng)最大相關(guān)值的反正切值pho來對3個 基于ofdm的段號估計相位偏移值，將估計出的相位偏移值歸一化為其他值，并產(chǎn)生關(guān)于每個段號的初始載波頻率偏移值(e。，e2 )。即，載波頻率偏移估計器582可以產(chǎn)生^f吏最大相關(guān)^i(例如，C(l)) 的反正切值pho被歸一化為第一段(例如，段0 )的初始載波頻率 偏移值的值。載波頻率偏移估計器582可以產(chǎn)生^f吏比最大相關(guān)值c (1 )的反正切值pho高2兀/3的相位被歸一化為第二段(例如，段 1 )的初始載波頻率偏移值的值。載波頻率偏移估計器582可以產(chǎn) 生使比最大相關(guān)值c ( 1 )的反正切值pho低2兀/3的相位被歸一化 為第三段(例如，段2)的初始載波頻率偏移值的值。此處，可以在小區(qū)搜索器583中識別對應(yīng)于初始載波頻率偏移值(eo, e" e2) 的基本且精確的段號。小區(qū)搜索器583基于根據(jù)載波頻率偏移估計器582的歸一化獲得的初始載波頻率偏移值(e0， e,， e2)產(chǎn)生同步信號sync。即， 初始幀邊界標(biāo)記i表示獲得初始載波頻率偏移^直(0q， eP e2)的定時標(biāo)記，以及表示4秦收到的信號r(t)的前導(dǎo)結(jié)束的時間。此外，可以4艮纟居初始載波頻率偏移j直(e。， e15 e2)和初始幀邊界標(biāo)記1使接收到的信號r(t)同步，小區(qū)搜索器583可以從接收 到的信號r(t)中搜索小區(qū)標(biāo)識符和精確的段號。從載波頻率偏移估計器582獲得的各個初始載波頻率偏移值(e。， e2)是對應(yīng)于段號的值。在這種情況下，小區(qū)搜索器583參考初始載波頻率偏移值 (00, e!， 02)根據(jù)預(yù)定算法對接收到的信號r(t)的前導(dǎo)進行處理，將處理結(jié)果與預(yù)定前導(dǎo)值進行比較，并確定基本且精確的段號SEGNO 0、 1、 2。此外，小區(qū)4叟索器583參考初始載波頻率偏移^f直(e0, el5 e2)分析接收到的信號r(t)并識別小區(qū)id,例如，基站、扇區(qū)(sector)等。如果以這種方式通過小區(qū)搜索器583的操作將相 應(yīng)的基站與移動裝置連4姿，則后處理器520至570解調(diào)在前導(dǎo)之后 的數(shù)據(jù)并輸出經(jīng)解調(diào)的數(shù)據(jù)?？梢栽谄渌幚砥髦袑獯a器570的 輸出進4亍處理。經(jīng)其他處理器處理的凄史據(jù)可以一皮輸出至播》丈音頻或 視頻的用戶，或以壓縮形式(例如MPEG)存儲在存儲器中。圖7是示出圖6所示的幀邊界才企測器581和載波頻率偏移估計 器582的詳細框圖。參考圖7，幀邊界檢測器581包括濾波器710、 累加器720、相關(guān)輸出單元730、以及最大值計算單元740。此外， 載波頻率偏移估計器582包括反正切計算器760、相位偏移估計器 770、乘法器780、以及解復(fù)用器790。參考圖8所示的流,呈圖來闡 述幀邊界^r測器581和載波頻率偏移估計器582的詳細操作。首先，在圖8的步驟S810中，濾波器710 ^^妄收基帶信號r(t) 或接收到的信號r(t)的樣本值。接下來，在圖8的步驟S820中，濾 波器710計算接收到的信號r(t)的當(dāng)前樣本(例如，r(342))值以及 接收到的信號r(t)的前一樣本(例如，r(l))的復(fù)共扼值的乘積值， 其中，反映了 (例如，341個樣本的持續(xù)時間)前導(dǎo)重復(fù)。對于此纟喿作，濾波器710包括移位寄存器711、共軛器712、 以及乘法器713。移位寄存器711存儲并延遲接收到的信號r(t)的樣 本值。移位寄存器711可以通過使用能夠記錄相應(yīng)大小的數(shù)據(jù)的緩 沖器來存儲342個樣本。共軛器712計算復(fù)共軛值，例如，被延遲 并從移位寄存器711輸出的樣本r(l)、 r(2)、 r(3)…的復(fù)共軛值r承(l)、 r*(2)、 r*(3)...。乘法器713將接收到的信號r(t)的當(dāng)前樣本值(例 如，r(342))乘以/人共4厄器712輸出的復(fù)共輒值(例如，r*(l))。接下來，在圖8的步驟S830中，累加器720順序累加從乘法 器713輸出的乘積值。累加器720包括累加值計算單元721、第一 寄存器722和第二寄存器723。在圖8的步驟S830中，累加^直計算單元721將/人濾波器710 豐餘出的當(dāng)前乘積j直與在前一周期期間所累加的l直相力口 ，并/人相加結(jié) 果中減去乂人濾波器71(H俞出的在811個才羊本之前的乘積zf直。在這種 情況下，第一寄存器722將累加值計算單元721的輸出延遲一個樣 本并將在前一采樣時間累加的值反々貴至累加值計算單元721,以摘二 供在前一周期期間所累加的值。第二寄存器將從濾波器710輸出的 乘積值延遲811個樣本并將811個樣本之前的乘積值提供給累加值 計算單元721,以允許累加值計算單元721減去從濾波器710輸出 的在811個樣本之前的乘積值。此處，第一寄存器722和第二寄存 器723可以是根據(jù)預(yù)定時鐘信號進行操作的移位寄存器。接下來，在圖8的步驟S840中，相關(guān)輸出單元730計算多達 811個樣本的最近累加值的絕對值、或該絕對值的平方，并將計算 出的值作為相關(guān)值輸出至最大值計算單元740中。在圖8的步驟 S850中，最大值計算單元740可以產(chǎn)生相關(guān)值被最大化的定時位置 作為初始幀邊界標(biāo)記1。相關(guān)值被最大化的位置對應(yīng)于接收到的信 號r(t)的前導(dǎo)結(jié)束的時間。同時，在圖8的步驟S860中，包4舌在載波頻率偏移估計器582 中的反正切計算器760計算在初始幀邊界標(biāo)i己1處的最大相關(guān)^(直的 反正切值PHO。緩沖器750可以用于輸出在初始幀邊界標(biāo)記1處的 最大相關(guān)值C(l),如圖7所示。或者，當(dāng)在初始幀邊界標(biāo)記l處 的最大相關(guān)值C ( 1 )被輸出至最大值計算單元740時，最大相關(guān) 值C( 1 )可以從相關(guān)輸出單元730被直接輸入至反正切計算器760。相位偏移估計器770 乂人計算出的反正切J直PHO估計關(guān)于3個 段號的相位偏移值。對于此#:作，相位偏移估計器770包括減法器 771、力口法器772、以及復(fù)用器773。減法器771 /人反正切值PHO 中減去2兀/3。加法器772將2兀/3和反正切值PHO相力。。在這種情 況下，在圖8的步驟S870中，復(fù)用器773選4奪反正切值PHO、減 法器771的輸出、以及加法器772的輸出中的一個，并輸出對應(yīng)于 段號的相位偏移值。此處，復(fù)用器773根據(jù)從小區(qū)搜索器583輸入 的控制信號SEGNO 0、 1、 2來選4奪相應(yīng)的相位偏移。同時，在圖8的步驟S880中，包括在載波頻率偏移估計器582 中的乘法器780將來自相位偏移估計器770的估計出的相位偏移值 中的每一個都乘以預(yù)定值以進行歸一化，類似于/>式6。在7>式6 中，F(xiàn)s是采樣頻率。公式6歸一化值二Fs/ (2兀*341 )在圖8的步驟S890中，解復(fù)用器790根據(jù)來自小區(qū)搜索器583 的控制信號SEGNO 0、 1、 2將來自解復(fù)用器780的各個輸出輸出 至小區(qū)搜索器583。如上所述，載波頻率偏移估計器582基于最大相關(guān)值C ( 1 ) 的反正切1直PHO估計3個相^f立偏移^直，對估計出的3個相4立偏移值進行歸一化，并產(chǎn)生關(guān)于每個段號的初始載波頻率偏移值(e。， eP e2)。幀邊界檢測器581對應(yīng)于用于使接收到的信號r(t)和被延遲了 接收到的信號r(t)的預(yù)定周期的信號在相關(guān)窗內(nèi)相關(guān)的裝置?；?循環(huán)前綴(CP)和從根據(jù)接收到的信號r(t)的初始幀邊界1確定的位置開始的前導(dǎo)重復(fù)長度來設(shè)置相關(guān)窗。例如，基于OFDM的前導(dǎo) 序列重復(fù)長度不是整數(shù)。因此，在本發(fā)明中，相關(guān)窗被設(shè)置為811 個樣本的長度，其中，將CP間隔的128個樣本、OFDM前導(dǎo)的前 341個才羊本和4妄著的342個才羊本相加以對其進4亍平均。同樣，載波頻率偏移估計器582對應(yīng)于用于將來自幀邊界4企測 器581的相關(guān)值轉(zhuǎn)換為相位值、根據(jù)前導(dǎo)段號補償轉(zhuǎn)換結(jié)果的相位、并估計初始載波頻率偏移值(eQ， 015 92)的裝置。此處，對于段號 1 SEGNO 1將轉(zhuǎn)換結(jié)果的相位補償2兀/3，以及對于辜史號2 SEGNO 2 將轉(zhuǎn)換結(jié)果的相位補償-2兀/3。圖9是示出載波頻率偏移誤差與信噪比(SNR)的關(guān)系以說明 根據(jù)本發(fā)明實施例的接收機的性能的曲線圖。參考圖9，示出了根 據(jù)上述處理的仿真結(jié)果。此處，假設(shè)從3-抽頭多徑衰落(3-tap multi-fading)信道接收到信號并且信號的初始頻率偏移是1 KHZ。 在仿真結(jié)果中，示出了在各個l殳號SEGNO 0、 1、 2中載波頻率偏 移誤差從SNR-IO dB減小到SNR+20 dB。具體地，SNR大于3dB 的載波頻率偏移誤差非常小，因此期望改進數(shù)據(jù)/信號接收性能和服 務(wù)質(zhì)量。如上所述，在根據(jù)本發(fā)明實施例的OFDMA無線通信系統(tǒng)的接 收機500的初始同步器580中，幀邊界^r測器581基于通過使用接 收到的信號r(t)的延遲樣本的復(fù)共軛而獲得的811個累加值來檢測 相關(guān)值的最大值的位置作為初始幀邊界標(biāo)記1。載波頻率偏移估計 器582估計在初始幀邊界標(biāo)記1處的最大相關(guān)值C ( 1 )的反正切 值PHO作為關(guān)于第一4殳號SEGNO 0的相位偏移值，估計具有與反 正切^直PHO不同的±2兀/3相4立的關(guān)于第二和第三,殳號SEGNOl、 2 的相位偏移值，對估計出的3個相位偏移值進行歸一化，并輸出關(guān) 于每個段號的初始載波頻率偏移值。本文所披露的用于在無線通信系統(tǒng)的接收機中估計并補償初 始載波頻率偏移的設(shè)備及數(shù)據(jù)接收方法中使用的功能可以通過將 通過計算機可讀的代碼存儲在計算機可讀記錄介質(zhì)中來實現(xiàn)。計算 才幾可讀記錄介質(zhì)包括將通過計算才幾系統(tǒng)可讀的數(shù)據(jù)存^f諸在其中的各種i己錄裝置。計算才幾可讀i己錄介質(zhì)的實例包^" ROM、 RAM、 CD-ROM、磁帶、軟盤、光學(xué)數(shù)據(jù)存儲單元等。此外，計算機可讀 記錄介質(zhì)可以包4舌以載波的形式(例如，通過互耳關(guān)網(wǎng)傳lt)實現(xiàn)的 裝置。另外，計算機可讀記錄介質(zhì)將在連接至無線/有線通信網(wǎng)絡(luò)的 計算機系統(tǒng)中分布的并可由計算機以分布方式讀取的代碼存儲在 其中，并可由4戈碼扭i行。發(fā)明，但本領(lǐng)域的普通^支術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不背離由所附一又利要 求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式和細節(jié)上作出 各種改變。
權(quán)利要求
1.一種用于在正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中估計并補償載波頻率偏移的方法，所述方法包括以下步驟使接收到的信號和從所述接收到的信號延遲了預(yù)定周期的信號在相關(guān)窗內(nèi)相關(guān)，其中，所述相關(guān)窗基于循環(huán)前綴(CP)和從預(yù)定位置的前導(dǎo)重復(fù)長度而設(shè)置；以及將相關(guān)結(jié)果轉(zhuǎn)換為相位值，并在根據(jù)前導(dǎo)段號補償轉(zhuǎn)換結(jié)果的相位的基礎(chǔ)上估計初始載波頻率偏移值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述預(yù)定位置是根據(jù)所述 4妾收到的信號的初始幀邊界確定的位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述相關(guān)結(jié)果在表示所述 初始幀邊界的位置處一皮最大化。
4. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述預(yù)定周期是341個樣 本周期。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述相關(guān)窗是811個樣本 周期。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，對于段號1將所述轉(zhuǎn)換結(jié) 果的所述相位補償2兀/3以及對于革殳號2將所述轉(zhuǎn)換結(jié)果的所 述相位補償-2兀/3。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括使用估計出的初始載波頻率偏移來#卜償所述接收到的信 號的頻率偏移。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使所述接收到的信號和延 遲信號的復(fù)共軛相關(guān)。
9. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述估計初始載波頻率偏 移4直包"^以下步-驟在所述補償所述轉(zhuǎn)換結(jié)果的相位的步驟之后，根據(jù)歸一 化值對補償后的相位進4于歸一化。
10. —種用于在OFDM系統(tǒng)中估計并補償載波頻率偏移的i殳備， 所述設(shè)備包括第 一裝置，用于使接收到的信號和所述接收到的信號的 預(yù)定周期的延遲信號在相關(guān)窗內(nèi)相關(guān)；以及第二裝置，用于將相關(guān)值轉(zhuǎn)換為相位值，并在根據(jù)前導(dǎo) 段號補償轉(zhuǎn)換結(jié)果的相位的基礎(chǔ)上估計初始載波頻率偏移值；其中，所述相關(guān)窗基于循環(huán)前綴(CP)和A^預(yù)定^f立置的 前導(dǎo)重復(fù)長度而設(shè)置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述預(yù)定位置是根據(jù)所 述接收到的信號的初始幀邊界確定的位置。
12. 才艮據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，對于段號1將所述轉(zhuǎn)換 結(jié)果的所述相位補償2兀/3以及對于段號2將所述轉(zhuǎn)換結(jié)果的 所述相位補償-2兀/3。
13. —種用于無線通信系統(tǒng)的4妄收才幾的初始同步器，所述初始同步 器包括幀邊界檢測器，用于在累加接收到的信號的當(dāng)前樣本值 與反映了前導(dǎo)重復(fù)的所述接收到的信號的前一樣本的復(fù)共軛值的乘積值的基礎(chǔ)上，基于累加值計算相關(guān)值的最大值的位置作為初始幀邊界標(biāo)記；以及載波頻率偏移估計器，用于在基于在所述初始幀邊界標(biāo) 記處的最大相關(guān)值的反正切值來估計關(guān)于段號的相位偏移值， 對估計出的相位偏移值進行歸一化的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生關(guān)于每個段 號的初始載波頻率偏移4直。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的初始同步器，進一步包括小區(qū)搜索器，用于基于所述初始載波頻率偏移值產(chǎn)生同 步信號，并搜索小區(qū)標(biāo)識符和每個所述段號。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的初始同步器，其中，所述小區(qū)搜索器 參考從所述載波頻率偏移估計器輸出的所述初始載波頻率偏 移值搜索所述段號，并根據(jù)對應(yīng)于每個所述段號的所述初始載 波頻率偏移值來從所述接收到的信號搜索所述小區(qū)標(biāo)識符。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的初始同步器，其中，所述幀邊界檢測 器基于811個最近乘積值的累加值的絕對值或所述絕對值的 平方，使用被延遲了多達341個樣本的所述接收到的信號的樣 本的復(fù)共軛來計算相關(guān)值。
17. 才艮據(jù)^l利要求13所述的初始同步器，其中，所述載波頻率偏 移估計器產(chǎn)生使所述最大相關(guān)值的所述反正切值被歸一化為 關(guān)于第 一段的初始載波頻率偏移值的值，產(chǎn)生使比所述最大相關(guān)值的所述反正切^直大2兀/3的相位 被歸 一化為關(guān)于第二段的初始載波頻率偏移值的值，以及產(chǎn)生使比所述最大相關(guān)值的所述反正切值小2兀/3的相位 被歸一化為關(guān)于第三段的初始載波頻率偏移值的值。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的初始同步器，其中，所述初始幀邊界 標(biāo)記是當(dāng)所述接收到的信號的前導(dǎo)結(jié)束并且基于811個最近 乘積值的累加值的絕對值或所述絕對值的平方的相關(guān)值被最 大化時獲得的。
19. 才艮據(jù)4又利要求13所述的初始同步器，其中，所述幀邊界^r測 器包括濾波器，用于計算所述接收到的信號的所述當(dāng)前樣本值 和反映了所述前導(dǎo)重復(fù)的所述接收到的信號的所述前一樣本 的復(fù)共軛值的所述乘積值；累加器，用于累加所述乘積j直；相關(guān)輸出單元，用于計算所述累加值的絕對值或所述絕對值的平方并llr出相關(guān)值；以及最大值計算單元，用于產(chǎn)生所述相關(guān)值;故最大化的位置 作為所述初始幀邊界標(biāo)i己。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的初始同步器，其中，所述濾波器包括移位寄存器，用于延遲并存儲所述接收到的信號的樣本值；共軛器，用于計算所述復(fù)共軛值；以及 乘法器，用于計算所述乘積值。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的初始同步器，其中，所述累加器包括累加值計算單元，用于將從所述濾波器輸出的當(dāng)前乘積 ^i和在前一周期期間累加的^直相加，并乂人相加結(jié)果中減去乂人所 述濾波器輸出的在811個樣本之前的乘積值；第一寄存器，用于將所述累加值計算單元的輸出延遲一 個樣本并將在所述前一周期期間累加的所述值提供給所述累 加Y直計算單元；以及第二寄存器，用于將從所述濾波器輸出的所述乘積值延 遲811個樣本并將所述811個樣本之前的所述乘積4Ji是供給所 述累加值計算單元。
22. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的初始同步器，其中，所述載波頻率偏 移估計器包括反正切計算器，用于計算所述最大相關(guān)值的反正切值；相位偏移估計器，用于乂人計算出的反正切值估計關(guān)于3 個段號的所述相位偏移值；乘法器，用于將每個估計出的相位偏移值均乘以用于歸 一^f匕的預(yù)定^直；以及解復(fù)用器，用于輸出關(guān)于每個所述段號的所述乘法器的 輸出。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的初始同步器，其中，所述用于歸一化 的預(yù)定值是由公式Fs/ (2兀*341 )所確定的值，其中，R是采 樣頻率。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的初始同步器，其中，所述相位偏移估 計器包括減法器，用于從計算出的反正切值中減去2兀/3; 加法器，用于將2兀/3和所述計算出的反正切值相加；以及復(fù)用器，用于選擇所述計算出的反正切值、減法器輸出、 以及加法器輸出中的一個，并輸出對應(yīng)于段號的相位偏移值。
25. —種用于無線通信系統(tǒng)的接收機，所述接收機包括接收機電路，用于接收基于OFDM的射頻(RF )信號并 將接收到的信號轉(zhuǎn)換為基帶信號；以及同步器，用于基于所述基帶信號的樣本值計算表示前導(dǎo) 的最后位置的初始幀邊界標(biāo)記，基于在所述初始幀邊界標(biāo)記處 的相位偏移值估計關(guān)于3個^殳號的相位偏移值，從估計出的相 位偏移值來計算關(guān)于每個所述段號的初始載波頻率偏移值，并 產(chǎn)生同步信號，其中，根據(jù)所述同步信號使所述基帶信號同步 并對同步的基帶信號進行解調(diào)以獲得對應(yīng)于發(fā)送信號的信號。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的接收機，其中，所述接收機用于IEEE 802.16d/e、 WiBro 、和WiMAX系統(tǒng)的至少 一個中。
27. —種用于無線通信系統(tǒng)的凝:據(jù)4妄收方法，所述方法包括以下步 驟接收基于OFDM的射頻(RP )信號并將接收到的信號轉(zhuǎn) 換為基帶信號；基于所述基帶信號產(chǎn)生表示前導(dǎo)的最后位置的初始幀邊 界標(biāo)記；基于在所述初始幀邊界標(biāo)記處的相位偏移來估計關(guān)于3 個段號的相位偏移值；從估計出的相位偏移值計算關(guān)于每個所述段號的初始載 波頻率偏移值，并產(chǎn)生同步信號；以及根據(jù)所述同步信號使所述基帶信號同步并對同步的基帶 信號進行解調(diào)以獲得對應(yīng)于發(fā)送信號的信號。
28. 才艮據(jù)斗又利要求27所述的方法，進一步包括累加接收到的基帶信號的當(dāng)前樣本值和被延遲了前導(dǎo)重復(fù)的所述接收到的信號的前一樣本的復(fù)共軛值的乘積值；以及基于累加值計算相關(guān)值的最大值的位置作為所述初始幀 邊界標(biāo)記。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，進一步包括基于在所述初始幀邊界標(biāo)記處的所述最大相關(guān)值的反正 切值估計關(guān)于所述3 ^殳中的每一個的相位偏移〈直；對估計出的相位偏移值進4亍歸一化；以及產(chǎn)生關(guān)于每個所述段號的初始載波頻率偏移值。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，進一步包括基于所述初始載波頻率偏移值產(chǎn)生所述同步信號，并從 所述基帶信號中搜索小區(qū)標(biāo)識符和每個所述段號。
31. 沖艮據(jù)斥又利要求29所述的方法，其中使用被延遲了多達341個樣本的所述基帶信號的樣本的 復(fù)共軛，并使用基于811個最近乘積值的累加值的絕對值的相 關(guān)值或基于所述絕對值的平方的相關(guān)值。
32. 才艮據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，進一步包括產(chǎn)生使所述最大相關(guān)值的所述反正切值被歸 一 化為關(guān)于 第 一段號的初始載波頻率偏移值的值；產(chǎn)生4吏比所述最大相關(guān)值的所述反正切值大2兀/3的相位 -故歸一化為關(guān)于第二l殳號的初始載波頻率偏移值的值；以及產(chǎn)生使比所述最大相關(guān)值的所述反正切值小2兀/3的相位 被歸 一化為關(guān)于第三段號的初始載波頻率偏移值的值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在無線通信系統(tǒng)的接收機中用于估計并補償載波頻率偏移的設(shè)備以及數(shù)據(jù)接收方法。該設(shè)備使接收到的信號與延遲了該接收到的信號的預(yù)定周期的信號在相關(guān)窗內(nèi)相關(guān)，將相關(guān)值轉(zhuǎn)換為相位值，根據(jù)前導(dǎo)段號補償轉(zhuǎn)換結(jié)果的相位，并估計初始載波頻率偏移值，其中，相關(guān)窗基于循環(huán)前綴(CP)和從預(yù)定位置開始的前導(dǎo)重復(fù)長度而設(shè)置。
文檔編號H04L27/26GK101406017SQ200780009825
公開日2009年4月8日 申請日期2007年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者尹正男, 崔埈相, 金宰亨 申請人:Posdata株式會社