專利名稱：Mimo-ofdm系統(tǒng)采樣時(shí)鐘同步的空頻分集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種MIMO-OFDM (多輸入多輸出，Multi-Input Multi-Output;正交頻分復(fù) 用，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系統(tǒng)采樣時(shí)鐘同步的空頻分集方法。
背景技術(shù)：
OFDM是一種多載波調(diào)制技術(shù)，它把數(shù)據(jù)調(diào)制到多個(gè)互相正交的子載波上同時(shí)發(fā)送，將 寬帶傳輸變成窄帶傳輸，所以O(shè)FDM能有效地抗頻率選擇性衰落，同時(shí)OFDM在頻率上互 相重疊，所以它的頻譜利用率很高，這一特點(diǎn)在頻譜資源十分珍貴的無(wú)線環(huán)境中尤為重要。 MIMO技術(shù)能在不增加帶寬的情況下顯著提高系統(tǒng)容量，因此將二者結(jié)合形成的 MIMO-OFDM是新一代(B3G/4G)移動(dòng)通信系統(tǒng)中最有前景的技術(shù)。
現(xiàn)有的采樣時(shí)鐘同步方法大都是針對(duì)OFDM系統(tǒng)，典型的方法有兩種 一種是利用同一 個(gè)子載波位置上相鄰兩個(gè)OFDM符號(hào)作復(fù)共軛乘積，實(shí)現(xiàn)采樣偏差的估計(jì)；另一種是將導(dǎo)頻 子載波分成正負(fù)兩個(gè)集合，然后對(duì)稱地分布在中心子載波的兩側(cè)，利用兩個(gè)集合的導(dǎo)頻子載 波相位累積之差估計(jì)采樣偏差。上述兩種方法都沒(méi)有充分利用OFDM的多載波優(yōu)勢(shì)即頻率分 集，且采樣偏差跟蹤的性能不好，而目前針對(duì)MIMO-OFDM系統(tǒng)采樣時(shí)鐘同步的方法很少， 且大都只是將OFDM系統(tǒng)采樣時(shí)鐘同步的方法簡(jiǎn)單地復(fù)制到MIMO-OFDM系統(tǒng)中去，沒(méi)有 充分利用MIMO的多天線優(yōu)勢(shì)即空間分集。同時(shí)，現(xiàn)有的方法對(duì)采樣時(shí)鐘的恢復(fù)一般采用數(shù) 字內(nèi)插的方法，即接收端采用的是固定頻率的晶振，當(dāng)采樣偏差積累超前一個(gè)采樣周期時(shí)， 就從接收數(shù)據(jù)序列中"抽去" 一個(gè)采樣點(diǎn)，當(dāng)采樣偏差積累落后一個(gè)采樣周期時(shí)，就在接收 數(shù)據(jù)序列中"填充" 一個(gè)復(fù)制的采樣點(diǎn)，從而防止采樣偏差的積累不會(huì)超過(guò)一個(gè)采樣周期， 這種基于內(nèi)插的采樣時(shí)鐘恢復(fù)方法復(fù)雜度高，難于實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種MIMO-OFDM系統(tǒng)采樣時(shí)鐘同歩的空頻分集方法，以克服現(xiàn)有方法存在的采樣偏差估計(jì)精度低、采樣時(shí)鐘恢復(fù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜等缺點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種MIMO-OFDM系統(tǒng)采樣時(shí)鐘同步的空頻分集方 法，所述方法應(yīng)用于具有Q根發(fā)送天線、P根接收天線、N個(gè)子載波和M個(gè)導(dǎo)頻子載波的 MIMO-OFDM系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟
(1) 在每根發(fā)送天線相同的子載波位置上等間隔的插入導(dǎo)頻；
(2) 在接收端，對(duì)每根接收天線相鄰的兩個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)作復(fù)共軛乘積，將所得到的值按頻 率最大比或等增益方法分集合并，獲得每根接收天線上的采樣偏差估計(jì)；
G)將P根接收天線的采樣偏差估計(jì)按空間最大比或等增益比方法分集合并，從而獲得 整個(gè)MIMO-OFDM系統(tǒng)的采樣偏差估計(jì)；
(4)根據(jù)估計(jì)出的采樣偏差對(duì)采樣時(shí)鐘進(jìn)行恢復(fù)。 優(yōu)選地，所述方法插入的導(dǎo)頻是相同的，與數(shù)據(jù)符號(hào)形成發(fā)送幀通過(guò)發(fā)送天線發(fā)送出去。 優(yōu)選地，所述方法插入導(dǎo)頻的個(gè)數(shù)和導(dǎo)頻之間的距離根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜度和同步的精度折 中進(jìn)行選擇。
優(yōu)選地，所述方法在發(fā)送端，所有發(fā)送天線使用同一個(gè)采樣時(shí)鐘而不同的多個(gè)D/A轉(zhuǎn)換 器，在接收端，所有接收天線使用同一個(gè)采樣時(shí)鐘而不同的多個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器。
優(yōu)選地，所述方法步驟(2)中提取的導(dǎo)頻同時(shí)用于信道估計(jì)，減小多徑衰落信道對(duì)采樣 偏差估計(jì)的影響，充分利用導(dǎo)頻資源。
優(yōu)選地，所述方法步驟(4)還包括以下步驟
1) 跟蹤采樣偏差的積累，若采樣偏差的積累小于一個(gè)采樣周期，則根據(jù)上述步驟(3) 中的采樣偏差估計(jì)對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行相位糾正；
2) 若采樣偏差的積累大于一個(gè)采樣周期，接收端的采樣序列會(huì)多一個(gè)或少一個(gè)采樣點(diǎn)(由 采樣偏差估計(jì)值的符號(hào)決定)，此時(shí)不能直接對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行相位糾正，反饋至?xí)r域調(diào)整FFT 窗口的位置向后或向前平移一個(gè)采樣點(diǎn)，以保證采樣偏差的積累不超過(guò)一個(gè)采樣周期；
3) 經(jīng)調(diào)整FFT窗口位置后的殘余采樣偏差積累遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于半個(gè)采樣周期，則根據(jù)上述步 驟(3)中的采樣偏差估計(jì)對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行殘余相位的糾正；4)重復(fù)步驟1)。
本發(fā)明的有益效果是提出了一種MIMO-OFDM系統(tǒng)采樣時(shí)鐘同步的空頻分集方法，該方 法將空間分集和頻率分集應(yīng)用于MIMO-OFDM系統(tǒng)的采樣偏差估計(jì)，增加了采樣偏差估計(jì) 的魯棒性，提高了采樣偏差估計(jì)的精度，能充分發(fā)揮空間分集和頻率分集在采樣偏差估計(jì)中 的作用，同時(shí)該方法提出了一種復(fù)雜度低、易于實(shí)現(xiàn)的采樣時(shí)鐘恢復(fù)方案。本發(fā)明具有估計(jì) 的高精確度和實(shí)現(xiàn)的低復(fù)雜度，同時(shí)具備工程應(yīng)用的有效性和實(shí)用性。


圖1是本發(fā)明示出MIMO-OFDM系統(tǒng)的接收機(jī)采樣時(shí)鐘同歩的方框圖。 圖2是本發(fā)明更詳細(xì)地示出圖1中的采樣偏差估計(jì)器的方框圖。 圖3是本發(fā)明更詳細(xì)地示出圖1中的采樣時(shí)鐘恢復(fù)器的方框圖。
具體實(shí)施例方式
在下述的描述中，所限定的事物如詳細(xì)結(jié)構(gòu)和部件只是有助于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行全面地理解。 因此本發(fā)明的實(shí)施可以不用那些限定的事物。另外，由于一些眾所周知的功能或結(jié)構(gòu)會(huì)使本 發(fā)明在不必要的細(xì)節(jié)模糊，所以沒(méi)有具體描述這些功能或結(jié)構(gòu)。
圖l是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的含有采樣時(shí)鐘同步裝置的MIMO-OFDM系統(tǒng)接收機(jī)的部 分方框圖。如圖1所示，MIMO-OFDM系統(tǒng)的接收機(jī)采樣時(shí)鐘同步裝置包括模擬-數(shù)字轉(zhuǎn) 換器(ADC)、快速傅立葉變換器(FFT)、采樣偏差估計(jì)器、空間分集合并器、采樣時(shí)鐘恢 復(fù)器。
來(lái)自每一個(gè)接收天線上的模擬信號(hào)同時(shí)送入ADC進(jìn)行數(shù)字化，再通過(guò)基于由采樣時(shí)鐘 恢復(fù)器提供的FFT窗口控制信息對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換，然后送入采樣偏差估計(jì)器進(jìn)行 采樣偏差估計(jì)，再將每個(gè)天線上的采樣偏差估計(jì)值送入空間分集合并器按最大比或等增益方 法分集合并，這樣可以有效地抗無(wú)線通信環(huán)境中的深衰落現(xiàn)象，增加采樣偏差估計(jì)的魯棒性。 最后采樣時(shí)鐘恢復(fù)器根據(jù)空間分集合并器的采樣偏差估計(jì)對(duì)采樣時(shí)鐘進(jìn)行恢復(fù)。
圖2是更詳細(xì)地示出圖1中的采樣偏差估計(jì)器的方框圖。如圖2所示，采樣偏差估計(jì)器包括共軛復(fù)數(shù)器、乘法器、相位估計(jì)器、頻率分集合并器。
將每根接收天線的數(shù)據(jù)幀的導(dǎo)頻符號(hào)提取出來(lái)，并利用相鄰的兩個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)做復(fù)共軛乘 積后送入相位估計(jì)器進(jìn)行相位估計(jì)，然后將所有的估計(jì)值送入頻率分集合并器按最大比或等 增益方法分集合并，得到每根天線上的采樣偏差估計(jì)，由于導(dǎo)頻均勻離散地分布在數(shù)據(jù)幀中， 這樣可以更好地反應(yīng)頻率選擇性衰落信道的特征，通過(guò)頻率分集合并器后可以平滑信道的影 響，提高采樣偏差估計(jì)的精度，最后將每根天線上的采樣偏差估計(jì)值送入空間分集合并器。
圖3是更詳細(xì)地示出圖1中的采樣時(shí)鐘恢復(fù)器的方框圖。與現(xiàn)有的數(shù)字內(nèi)插方法不同的 是，本發(fā)明采用FFT窗口控制結(jié)合相位均衡的方法恢復(fù)采樣時(shí)鐘，如圖3所示，采樣時(shí)鐘恢 復(fù)器包括采樣偏差積累跟蹤器、FFT窗口控制器、相位均衡器。
采樣偏差積累跟蹤器根據(jù)空間分集合并器的采樣偏差估計(jì)值對(duì)采樣偏差積累進(jìn)行跟蹤， 如果采樣偏差積累小于一個(gè)采樣周期，則將頻域信號(hào)送入相位均衡器進(jìn)行相位均衡；如果采 樣偏差積累大于一個(gè)采樣周期，接收端的采樣序列會(huì)多一個(gè)或少一個(gè)采樣點(diǎn)(由采樣偏差估 計(jì)值的符號(hào)決定)，此時(shí)不能直接對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行相位糾正，由FFT窗口控制器調(diào)整FFT窗 口向后或向前平移一個(gè)采樣點(diǎn)，以保證采樣偏差的積累不超過(guò)一個(gè)采樣周期；經(jīng)調(diào)整FFT窗 口位置后的殘余采樣偏差積累遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于半個(gè)采樣周期，將頻域信號(hào)送入相位均衡器進(jìn)行殘余 相位的糾正，最后將信號(hào)送入解碼器(沒(méi)有示出)。
如上所述，本發(fā)明提供的MIMO-OFDM系統(tǒng)采樣時(shí)鐘同歩的空頻分集方法能更高精度和 更魯棒地估計(jì)采樣偏差，能應(yīng)用于頻率選擇性和深衰落等各種實(shí)際無(wú)線通信環(huán)境中，同時(shí)， 根據(jù)本發(fā)明提供的采樣時(shí)鐘恢復(fù)方法與現(xiàn)有方法相比，能簡(jiǎn)化接收機(jī)的結(jié)構(gòu)，降低接收機(jī)的 復(fù)雜度和成本，具有很好的實(shí)用性。
上述實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)僅是示例性的，并不應(yīng)該被解釋為限制本發(fā)明。另外，對(duì)本發(fā)明實(shí)施 例的上述描述是示意性的，并不限制權(quán)利要求的范圍，很明顯，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以做出 多種選擇、替換和改變。
權(quán)利要求
1、一種MIMO-OFDM系統(tǒng)采樣時(shí)鐘同步的空頻分集方法，所述方法應(yīng)用于具有Q根發(fā)送天線、P根接收天線、N個(gè)子載波和M個(gè)導(dǎo)頻子載波的MIMO-OFDM系統(tǒng)，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)在每根發(fā)送天線相同的子載波位置上等間隔的插入導(dǎo)頻；(2)在接收端，對(duì)每根接收天線相鄰的兩個(gè)導(dǎo)頻符合作復(fù)共軛乘積，將所得到的值按頻率最大比或等增益方法分集合并，獲得每根接收天線上的采樣偏差估計(jì)；(3)將P根接收天線的采樣偏差估計(jì)按空間最大比或等增益比方法分集合并，從而獲得整個(gè)MIMO-OFDM系統(tǒng)的采樣偏差估計(jì)；(4)根據(jù)估計(jì)出的采樣偏差對(duì)采樣時(shí)鐘進(jìn)行恢復(fù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述方法，其特征在于，上述步驟(1)中插入的導(dǎo)頻是 相同的，與數(shù)據(jù)符號(hào)形成發(fā)送幀通過(guò)發(fā)送天線發(fā)送出去。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述方法，其特征在于，上述步驟(1)中插入導(dǎo)頻的個(gè) 數(shù)和導(dǎo)頻之間的距離根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜度和同步的精度折中進(jìn)行選擇。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，在發(fā)送端，所有發(fā)送天線使用 同一個(gè)采樣時(shí)鐘而不同的多個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，在接收端，所有接收天線使用同一 個(gè)采樣時(shí)鐘而不同的多個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述方法，其特征在于，將步驟(2)中提取的導(dǎo)頻同時(shí) 用于信道估計(jì)，減小多徑衰落信道對(duì)采樣偏差估計(jì)的影響，充分利用導(dǎo)頻資源。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，上述步驟(4)還包括以下步驟 1)跟蹤采樣偏差的積累，若采樣偏差的積累小于一個(gè)采樣周期，則根據(jù)上述步驟(3)中的采樣偏差估計(jì)對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行相位糾正；2) 若采樣偏差的積累大于一個(gè)采樣周期，接收端的采樣序列由采樣偏差估 計(jì)的符號(hào)決定會(huì)多一個(gè)或少一個(gè)釆樣點(diǎn)，此時(shí)不能直接對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行相位糾 正，反饋至?xí)r域調(diào)整FFT窗口的位置向后或向前平移一個(gè)采樣點(diǎn)，以保證采樣 偏差的積累不超過(guò)一個(gè)采樣周期；3) 經(jīng)調(diào)整FFT窗口位置后的殘余采樣偏差積累遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于半個(gè)采樣周期，根 據(jù)上述步驟(3)中的采樣偏差估計(jì)對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行殘余相位的糾正；4) 重復(fù)步驟1)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種MIMO-OFDM系統(tǒng)采樣時(shí)鐘同步的空頻分集方法，所述方法應(yīng)用于具有Q根發(fā)送天線、P根接收天線、N個(gè)子載波和M個(gè)導(dǎo)頻子載波的MIMO-OFDM系統(tǒng)，包括以下步驟(1)在每根發(fā)送天線相同的子載波位置上等間隔地插入導(dǎo)頻；(2)在接收端，對(duì)每根接收天線相鄰的兩個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)作復(fù)共軛乘積，將所得到的值按頻率最大比或等增益方法分集合并，獲得每根接收天線上的采樣偏差估計(jì)；(3)將P根接收天線的采樣偏差估計(jì)按空間最大比或等增益比方法分集合并，從而獲得整個(gè)MIMO-OFDM系統(tǒng)的采樣偏差估計(jì)；(4)根據(jù)估計(jì)出的采樣偏差對(duì)采樣時(shí)鐘進(jìn)行恢復(fù)；本發(fā)明充分利用MIMO的多天線優(yōu)勢(shì)和OFDM的多載波優(yōu)勢(shì)，提高采樣偏差估計(jì)的魯棒性和精度，改善系統(tǒng)采樣時(shí)鐘同步的性能。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101296058SQ20081002885
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者元 劉, 端 彭, 彭珞麗, 楚 陳 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)