專利名稱：在ofdm接收機(jī)中補(bǔ)償載波頻率偏移的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正交頻分復(fù)用(OFDM)信號(hào)的處理。

背景技術(shù)：
無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)是一種作為在建筑物或校園內(nèi)有線局域網(wǎng)的延伸或替代而實(shí)現(xiàn)的靈活的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。利用電磁波，WLAN在空中發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，減少了導(dǎo)線連接的必要性。因而，WLAN把數(shù)據(jù)連接與用戶的移動(dòng)性結(jié)合起來(lái)，通過(guò)簡(jiǎn)化配置，使移動(dòng)局域網(wǎng)成為可能。已經(jīng)利用便攜式終端(例如筆記本電腦)來(lái)傳送和接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)而從提高生產(chǎn)效率中得到好處的某些行業(yè)是數(shù)字家用網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療護(hù)理、零售業(yè)、制造業(yè)和倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)。
WLAN制造廠家在設(shè)計(jì)WLAN時(shí)有若干種傳輸技術(shù)可供選擇。某些示例性技術(shù)是多載波系統(tǒng)、擴(kuò)頻系統(tǒng)、窄帶系統(tǒng)和紅外系統(tǒng)。盡管每種系統(tǒng)都各有利弊，但是一種特定類型的多載波系統(tǒng)，正交頻分復(fù)用(OFDM)，已經(jīng)證明是對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)異常有用的。
對(duì)于通過(guò)一個(gè)信道有效地傳輸數(shù)據(jù)而言，OFDM是一種健壯的技術(shù)。該技術(shù)在傳輸數(shù)據(jù)的信道頻帶內(nèi)采用多個(gè)子載波頻率(子載波)。為了分開(kāi)和隔離子載波頻譜，從而避免載波間干擾(ICI)，傳統(tǒng)的頻分復(fù)用(FDM)可能浪費(fèi)一部分信道頻帶，與此相比，OFDM的這些子載波是為了最優(yōu)頻帶效率而安排的。相反，盡管OFDM子載波的頻譜在OFDM信道頻帶內(nèi)明顯重疊，但是OFDM仍舊允許調(diào)制在每一個(gè)子載波上的信息被分辨和恢復(fù)。
與傳統(tǒng)的傳輸技術(shù)相比，借助于OFDM信號(hào)通過(guò)信道傳輸數(shù)據(jù)還提供其他幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)中的一些是允許多路徑延遲擴(kuò)頻和頻率選擇性衰落、有效利用頻譜、簡(jiǎn)化子信道均衡和良好的干擾特性。
盡管OFDM表現(xiàn)出這些優(yōu)點(diǎn)，但是OFDM傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)也表現(xiàn)出幾個(gè)困難和實(shí)際限制。一個(gè)困難是確定和校正載波頻率偏移的問(wèn)題，OFDM同步的一個(gè)主要方面。理想的是，接收載波頻率fcr，應(yīng)該準(zhǔn)確匹配發(fā)射載波頻率fct。但若不滿足這個(gè)條件，則不匹配就會(huì)在接收的OFDM信號(hào)中造成非零的載波頻率偏移Δfc。OFDM信號(hào)對(duì)這樣的載波頻率偏移非常敏感，這會(huì)造成OFDM子載波正交性的損失，并導(dǎo)致載波間干擾(ICI)和在接收機(jī)上恢復(fù)數(shù)據(jù)位誤碼率(BER)的嚴(yán)重增大。
許多OFDM標(biāo)準(zhǔn)要求在用戶數(shù)據(jù)中嵌入導(dǎo)頻(已知值)的發(fā)送。在傳統(tǒng)的OFDM系統(tǒng)中，一般對(duì)導(dǎo)頻相位信息進(jìn)行平均，以便在噪音環(huán)境中改善閉環(huán)載波頻率偏移跟蹤。例如，導(dǎo)頻相位平均可以用來(lái)產(chǎn)生載波頻率偏移估計(jì)，而后者本身又可用以調(diào)整均衡器引出線的相位旋轉(zhuǎn)，以便減小以致消除載波頻率偏移的影響。這種技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)是，在時(shí)變信道存在的情況下，導(dǎo)頻的相位可以獨(dú)立變化。更具體地說(shuō)，所有導(dǎo)頻相位共享一個(gè)，如上所述，由發(fā)射機(jī)載波頻率和接收機(jī)載波頻率之間不匹配造成的公共的代表載波頻率偏移的相位旋轉(zhuǎn)。但是，時(shí)變信道存在時(shí)，每一個(gè)導(dǎo)頻相位也可以包含一個(gè)由隨時(shí)間而變化的發(fā)射信道引起的獨(dú)立的相位旋轉(zhuǎn)。這個(gè)獨(dú)立的導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)潛在地造成導(dǎo)頻相位破壞性平均，而后者本身又會(huì)破壞載波頻率偏移估計(jì)的推算。被破壞的載波頻率偏移估計(jì)可能降低使用該估計(jì)值補(bǔ)償實(shí)際載波頻率偏移的任何處理單元(例如，均衡器)的性能。本發(fā)明旨在校正這個(gè)問(wèn)題。
接收機(jī)采樣時(shí)鐘的頻率還可能略微不同于發(fā)射機(jī)采樣時(shí)鐘的頻率。若有頻率差異，則FFT窗口相對(duì)于接收信號(hào)的定位可能隨著時(shí)間逐漸漂移。這個(gè)時(shí)域漂移會(huì)造成所接收的OFDM子載波在頻域上的相位旋轉(zhuǎn)。這種相位旋轉(zhuǎn)可以在由OFDM接收機(jī)恢復(fù)的用戶數(shù)據(jù)中產(chǎn)生差錯(cuò)。本發(fā)明也旨在校正這個(gè)問(wèn)題。


發(fā)明內(nèi)容
正交頻分復(fù)用(OFDM)接收機(jī)使用共享一個(gè)公用積分器的N個(gè)二階鎖相環(huán)(其中N是系統(tǒng)中導(dǎo)頻的數(shù)目)。N個(gè)二階鎖相環(huán)跟蹤出獨(dú)立的導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)，以有助于導(dǎo)頻相位信息的建設(shè)性平均。同時(shí)，通過(guò)共享一個(gè)公用的積分器，OFDM接收機(jī)利用了在多個(gè)導(dǎo)頻間進(jìn)行噪音平均的好處，以便獲得比較干凈的頻率偏移的估計(jì)值。OFDM接收機(jī)還可以通過(guò)計(jì)算選中的一對(duì)導(dǎo)頻之間的相位差并跟蹤計(jì)算相位差隨著時(shí)間的變化速率來(lái)補(bǔ)償FFT窗口的漂移。算出的相位差用來(lái)控制超過(guò)預(yù)定相位差閾值后上游FFT窗口的位置。所跟蹤的改變速率用來(lái)連續(xù)調(diào)整下游均衡器引出線的相位。
按照本發(fā)明的第一方面的一種處理正交頻分復(fù)用接收機(jī)中OFDM信號(hào)的方法，所述方法包括以下步驟接收OFDM信號(hào)；從所接收的OFDM信號(hào)中提取多個(gè)導(dǎo)頻；通過(guò)利用多個(gè)鎖相環(huán)處理所提取的多個(gè)導(dǎo)頻，以便減少獨(dú)立相位誤差，所述獨(dú)立相位誤差代表時(shí)變信道引起的獨(dú)立導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)；在所述獨(dú)立相位誤差減小到預(yù)定值后，計(jì)算多個(gè)所提取的導(dǎo)頻的公共相位誤差，所述公共相位誤差表示由載波頻率偏移引起的平均導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)；對(duì)所述公共相位誤差進(jìn)行積分，以減小噪聲的影響；以及從積分的公共相位誤差產(chǎn)生一個(gè)載波頻率偏移估計(jì)值。
按照本發(fā)明的第一方面的一種在OFDM接收機(jī)中處理正交頻分復(fù)用信號(hào)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括處理模塊，該處理模塊包括多個(gè)鎖相環(huán)，用以從OFDM信號(hào)接收多個(gè)導(dǎo)頻，并減少每個(gè)導(dǎo)頻的獨(dú)立相位誤差，所述獨(dú)立相位誤差代表時(shí)變信道引起的獨(dú)立導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)；和載波頻率偏移估計(jì)器模塊，連接到所述處理模塊，所述載波頻率偏移估計(jì)器模塊在每個(gè)導(dǎo)頻的獨(dú)立相位誤差減小到預(yù)定值后，從所述多個(gè)導(dǎo)頻產(chǎn)生載波頻率偏移估計(jì)值，所述載波頻率偏移估計(jì)器模塊包括平均單元，用于計(jì)算多個(gè)導(dǎo)頻的公共相位誤差，所述公共相位誤差表示由載波頻率偏移引起的平均導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)；積分單元，用于對(duì)所述公共相位誤差進(jìn)行積分，以減小噪聲的影響。
按照本發(fā)明的第二方面的一種處理正交頻分復(fù)用信號(hào)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括從OFDM信號(hào)提取多個(gè)導(dǎo)頻的裝置；從所提取的導(dǎo)頻消除獨(dú)立相位誤差的裝置，所述獨(dú)立相位誤差代表時(shí)變信道造成的獨(dú)立相位旋轉(zhuǎn)；利用多個(gè)鎖相環(huán)處理所提取的導(dǎo)頻以便補(bǔ)償FFT窗口漂移的裝置；以及在把每個(gè)導(dǎo)頻的獨(dú)立相位誤差減小到預(yù)定水平和補(bǔ)償FFT窗口漂移之后，從多個(gè)導(dǎo)頻產(chǎn)生載波頻率偏移估計(jì)的裝置。
按照本發(fā)明的第二方面的一種處理正交頻分復(fù)用接收機(jī)中OFDM信號(hào)的方法，該方法包括以下步驟接收OFDM信號(hào)；從所接收的OFDM信號(hào)中提取多個(gè)導(dǎo)頻；通過(guò)利用多個(gè)鎖相環(huán)處理所提取的多個(gè)導(dǎo)頻，以便減少獨(dú)立相位誤差，所述獨(dú)立相位誤差代表時(shí)變信道引起的獨(dú)立導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)；在所述獨(dú)立相位誤差減小到預(yù)定值后，從所述多個(gè)處理后的導(dǎo)頻產(chǎn)生載波頻率偏移估計(jì)值；計(jì)算預(yù)定一對(duì)所提取的導(dǎo)頻之間的相位差；把所算出的相位差與閾值比較，所述閾值代表預(yù)定FFT窗口的偏移量；以及如果計(jì)算出的相位差超過(guò)閾值，則調(diào)整上游FFT模塊的FFT窗口。
按照本發(fā)明的第三方面的一種處理正交頻分復(fù)用信號(hào)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括處理模塊，用以從OFDM信號(hào)接收多個(gè)導(dǎo)頻，并通過(guò)利用多個(gè)鎖相環(huán)減少每個(gè)導(dǎo)頻的獨(dú)立相位誤差，所述獨(dú)立相位誤差代表時(shí)變信道引起的獨(dú)立導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)；所述處理模塊還包括相位差計(jì)算器，用以計(jì)算用戶數(shù)據(jù)段內(nèi)兩個(gè)所述導(dǎo)頻之間的相位差；和FFT窗口同步單元，用以若計(jì)算出的相位差超過(guò)預(yù)定值則調(diào)整上游FFT窗口的定位；和載波頻率偏移估計(jì)器模塊，連接到所述處理模塊，所述載波頻率偏移估計(jì)器模塊在每個(gè)導(dǎo)頻的獨(dú)立相位誤差減小到預(yù)定值后，從所述多個(gè)導(dǎo)頻產(chǎn)生載波頻率偏移估計(jì)值。



圖1是示例性O(shè)FDM接收機(jī)的方框圖； 圖2是舉例說(shuō)明按照本發(fā)明的OFDM符號(hào)幀內(nèi)訓(xùn)練序列、用戶數(shù)據(jù)、和導(dǎo)頻信號(hào)的放置示意圖； 圖3是舉例說(shuō)明按照本發(fā)明的OFDM接收機(jī)的載波頻率偏移補(bǔ)償系統(tǒng)的方框圖； 圖4是舉例說(shuō)明本發(fā)明與圖1的示例性O(shè)FDM接收機(jī)的集成的方框圖； 圖5和6是公共的、獨(dú)立的和調(diào)整后的相位誤差的示意圖。
從以下以舉例方式給出的描述中，本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。

具體實(shí)施例方式 參見(jiàn)圖1，典型OFDM接收機(jī)10的第一個(gè)元件是RF(射頻)接收機(jī)12。RF接收機(jī)12存在許多變化，而且在先有技術(shù)中是眾所周知的，但一般RF接收機(jī)12包括天線14、低噪音放大器(LNA)16、RF帶通濾波器18、自動(dòng)增益控制(AGC)電路20、RF混頻器22、RF載波頻率本機(jī)振蕩器24和IF(中頻)帶通濾波器26。
RF接收機(jī)12通過(guò)天線14在RF OFDM調(diào)制的載波通過(guò)信道后與其連接。然后，將其與由RF本機(jī)振蕩器24產(chǎn)生的頻率fcr的接收機(jī)載波混頻，RF接收機(jī)12把RF OFDM調(diào)制的載波降頻變換，獲得接收的IF OFDM信號(hào)。接收機(jī)載波和發(fā)射機(jī)載波之間的頻率差造成載波頻率偏移Δfc。
接收的IF OFDM信號(hào)連接到混頻器28和混頻器30，分別與同相IF信號(hào)及90°相移(正交)IF信號(hào)混頻，以產(chǎn)生同相和正交OFDM信號(hào)。饋入混頻器28的同相IF信號(hào)是由IF本機(jī)振蕩器32產(chǎn)生的。饋入混頻器30的90°相移(正交)IF信號(hào)是由IF本機(jī)振蕩器32的同相IF信號(hào)在提供給混頻器30之前通過(guò)90°相移器34而產(chǎn)生的。
然后同相和正交OFDM信號(hào)分別進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)36和38，在這里以時(shí)鐘電路40決定的采樣速率fck_r數(shù)字化。ADC 36和38產(chǎn)生分別構(gòu)成同相和正交離散時(shí)間OFDM信號(hào)的數(shù)字化樣本。接收機(jī)的采樣速率和發(fā)射機(jī)的采樣速率之間的差值是采樣速率偏移ΔfCK＝fck_r-fck_t。
然后令來(lái)自ADC36和38的未經(jīng)濾波的同相和正交離散時(shí)間OFDM信號(hào)分別通過(guò)數(shù)字低通濾波器42和44。低通濾波器42和44的輸出分別為接收的OFDM信號(hào)濾波后的同相和正交樣本。這樣，所接收的OFDM信號(hào)轉(zhuǎn)換為同相(qi)和正交(pi)樣本，分別代表復(fù)數(shù)OFDM信號(hào)的實(shí)數(shù)值和虛數(shù)值分量，ri＝qi+jpi。這些接收的OFDM信號(hào)的同相和正交(實(shí)數(shù)值和虛數(shù)值)樣本的送到FFT 46。注意，在接收機(jī)10的某些傳統(tǒng)的實(shí)施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換在IF混頻過(guò)程之前進(jìn)行。在這樣的實(shí)現(xiàn)中，混頻過(guò)程涉及數(shù)字混頻器和數(shù)字頻率合成器的使用。還應(yīng)注意，在接收機(jī)10的許多傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，在濾波之后進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。
為了恢復(fù)在每個(gè)OFDM符號(hào)間隔過(guò)程中用來(lái)調(diào)制子載波的頻域子符號(hào)的序列，F(xiàn)FT 46完成接收OFDM信號(hào)的快速富里葉轉(zhuǎn)換(FFT)。然后，F(xiàn)FT 46把這些子符號(hào)的序列送到譯碼器48。
譯碼器48從FFT 46傳送給它的頻域子符號(hào)序列恢復(fù)所發(fā)送的數(shù)據(jù)位。這個(gè)恢復(fù)過(guò)程是通過(guò)頻域子符號(hào)的譯碼進(jìn)行的，以便獲得理想地匹配饋送給OFDM發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)位流。這個(gè)譯碼過(guò)程可以包括軟維特比碼和/或里德-索羅蒙碼，例如，以便從塊和/或卷積編碼的子符號(hào)恢復(fù)數(shù)據(jù)。
回到圖2，其中示出本發(fā)明的示例性O(shè)FDM符號(hào)幀50。符號(hào)幀50包括訓(xùn)練序列或符號(hào)52，其中包含對(duì)OFDM載波中的每個(gè)子載波的已知發(fā)射值和預(yù)定數(shù)目的循環(huán)前綴54和用戶數(shù)據(jù)56對(duì)。例如，所提出的ETSI-BRAN HIPERLAN/2(歐洲)和IEEE 802.11a(美國(guó))無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合在此作參考，指定64個(gè)已知值或子符號(hào)(亦即52個(gè)非零值和12個(gè)零值)給訓(xùn)練序列(亦即，建議的IEEE標(biāo)準(zhǔn)的建議ETSI標(biāo)準(zhǔn)的“訓(xùn)練符號(hào)C”和“長(zhǎng)OFDM訓(xùn)練符號(hào)”)的選定訓(xùn)練符號(hào)。用戶數(shù)據(jù)56具有預(yù)定數(shù)目的導(dǎo)頻58，還包含已知的發(fā)送值，嵌入在預(yù)定的子載波中。例如，建議的ETSI和IEEE標(biāo)準(zhǔn)具有4個(gè)導(dǎo)頻，位于倉(cāng)(bin)或子載波±7和±21中。盡管本發(fā)明是針對(duì)符合建議的ETSI-BRAN HIPERLAN/2(歐洲)和IEEE 802.11a(美國(guó))無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的接收機(jī)的操作描述的，但在其他OFDM系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明傳授技術(shù)是在本專業(yè)的技術(shù)人員能力范圍之內(nèi)。
現(xiàn)參見(jiàn)圖3，其中示出本發(fā)明的示例性實(shí)施例。盡管本發(fā)明舉例說(shuō)明為不同于圖1的OFDM接收機(jī)的的元件，但如圖4所示和下面將要討論的，本專業(yè)的技術(shù)人員不難想出本發(fā)明可與OFDM接收機(jī)的元件集成。但是，為清晰和便于引用起見(jiàn)，并為了便于理解本發(fā)明，本發(fā)明舉例說(shuō)明為獨(dú)特的載波頻率偏移補(bǔ)償系統(tǒng)。
現(xiàn)參見(jiàn)圖3，其中示出載波頻率偏移補(bǔ)償系統(tǒng)60。應(yīng)該注意系統(tǒng)60可用軟件、硬件以及它們的組合實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)60包括共享一個(gè)積分器的多個(gè)二階鎖相環(huán)。正如下面將要更詳細(xì)討論的，多個(gè)鎖相環(huán)使消除因時(shí)變信道引起的獨(dú)立的導(dǎo)頻相位誤差(亦即，相位旋轉(zhuǎn))成為可能，從而便于導(dǎo)頻相位信息的建設(shè)性平均，以產(chǎn)生載波頻率偏移估計(jì)。還應(yīng)該注意到，共享一個(gè)公共的積分器，利用了多個(gè)導(dǎo)頻的噪音平均的優(yōu)點(diǎn)來(lái)產(chǎn)生比較干凈的載波頻率偏移估計(jì)。
更具體地說(shuō)，有N個(gè)二階鎖相環(huán)(PLL)，其中N代表由系統(tǒng)60處理的導(dǎo)頻數(shù)目。每個(gè)二階PLL都包括一個(gè)反旋轉(zhuǎn)器或復(fù)數(shù)乘法器62、相位誤差檢測(cè)器64、比例增益級(jí)66、求和器74、數(shù)字控制的振蕩器(NCO)76和Sin/Cos查找表78。各二階PLL還共享一個(gè)平均單元68、積分增益級(jí)70和連接在每一個(gè)PLL的相位檢測(cè)器64和求和器74之間的積分器72。Sin/Cos查找表80可以連接到積分器72的輸出和均衡器82的輸入。此外，相位差計(jì)算器84、比較器86和FFT窗口偏差校正器88電路可以連接到二階PLL的NCO的輸出，正如下面將要更詳細(xì)討論的。
在操作中，用戶數(shù)據(jù)段56的每一個(gè)導(dǎo)頻58由單獨(dú)的PLL處理，并與用戶數(shù)據(jù)段56的其他導(dǎo)頻58平均。更具體地說(shuō)，每一個(gè)反旋轉(zhuǎn)器62都把所接收的導(dǎo)頻乘以復(fù)數(shù)(代表獨(dú)立相位誤差校正)，以驅(qū)使獨(dú)立的相位誤差趨向于零。
每個(gè)反旋轉(zhuǎn)器62都把處理后的導(dǎo)頻送到相位誤差檢測(cè)器64。每個(gè)相位誤差檢測(cè)器64都產(chǎn)生一個(gè)導(dǎo)頻相位誤差。產(chǎn)生相位誤差的一個(gè)示例性途徑是計(jì)算已知導(dǎo)頻理想相位和所接收的導(dǎo)頻實(shí)測(cè)相位之間的差值。其他相位誤差信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)的使用，正如本專業(yè)的技術(shù)人員已知的，是在本發(fā)明的范圍內(nèi)的。在每個(gè)PLL中，把相位誤差送到相關(guān)的比例增益級(jí)66，以及共享的平均單元68。每個(gè)比例增益級(jí)66都對(duì)所接收的相位誤差(代表導(dǎo)頻獨(dú)立的相位旋轉(zhuǎn))進(jìn)行縮放至預(yù)定的每個(gè)PLL的相關(guān)NCO 76可用的增量。平均單元68對(duì)給定用戶數(shù)據(jù)段中所有導(dǎo)頻接收的相位誤差值進(jìn)行平均，并將該平均誤差(代表給定用戶段所有導(dǎo)頻的平均相位旋轉(zhuǎn))送到積分增益級(jí)70。正如下面將要更詳細(xì)討論的，積分增益級(jí)70對(duì)平均相位誤差縮放到預(yù)定的每一個(gè)NCO 76以及Sin/Cos查找表80可用的增量。積分器72對(duì)從積分增益級(jí)70接收的縮放后的平均相位誤差進(jìn)行積分，并輸出代表多個(gè)用戶數(shù)據(jù)段中所有導(dǎo)頻的公共相位誤差的積分縮放后的相位誤差。應(yīng)該注意，正如下面將要討論的，在達(dá)到某個(gè)相位鎖定之前，積分縮放后的相位誤差的一部分是由于導(dǎo)頻獨(dú)立的相位旋轉(zhuǎn)引起的。
每個(gè)PLL的求和器74求出從相關(guān)比例增益級(jí)66接收的獨(dú)立相位誤差和從積分器72接收的公共相位誤差之和。所得數(shù)值若通過(guò)由時(shí)變信道引起的獨(dú)立導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)整，則代表所有導(dǎo)頻的公共相位誤差。現(xiàn)參見(jiàn)圖5和6，針對(duì)兩個(gè)PLL示出了公共相位誤差、獨(dú)立相位誤差和調(diào)整后的相位誤差。
由每個(gè)求和器74輸出的調(diào)整后的相位誤差被送到相關(guān)的NCO 76，它對(duì)所接收的相位誤差隨著時(shí)間進(jìn)行累計(jì)。給定PLL的每個(gè)查找表78都把相關(guān)NCO 76的輸出轉(zhuǎn)換為相位復(fù)矢量(phasor)。相位復(fù)矢量送回相關(guān)的反旋轉(zhuǎn)器62，后者把下一個(gè)接收的導(dǎo)頻乘以相位復(fù)矢量以旋轉(zhuǎn)導(dǎo)頻，使得獨(dú)立相位誤差趨向于零。
除了二階鎖相環(huán)之外，Sin/Cos查找表也連接到積分器72，以便在預(yù)定的鎖定狀態(tài)之后把積分器72的輸出轉(zhuǎn)換為載波頻率偏移估計(jì)值，后者由均衡器82用來(lái)調(diào)整均衡器引出線的相位旋轉(zhuǎn)。應(yīng)該注意，載波頻率偏移估計(jì)值可以送到其他處理單元(未示出)，用以校正載波頻率偏移。一個(gè)示例性的鎖定條件是積分器72的輸出在預(yù)定的時(shí)間周期內(nèi)落在預(yù)定范圍內(nèi)。這種條件的出現(xiàn)指示PLL已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，而獨(dú)立相位誤差已經(jīng)消除。應(yīng)該注意，最好用單個(gè)分時(shí)PLL代替圖3所示的多個(gè)PLL處理導(dǎo)頻，并從導(dǎo)頻消除獨(dú)立相位誤差。
如上所述，接收機(jī)采樣時(shí)鐘的頻率可能略微不同于發(fā)射機(jī)采樣時(shí)鐘的頻率。若有頻率差，則FFT窗口相對(duì)于接收的信號(hào)的定位可能隨著時(shí)間逐漸漂移。FFT窗口漂移將造成所接收的OFDM子載波的相位旋轉(zhuǎn)。相位旋轉(zhuǎn)可能在由OFDM接收機(jī)恢復(fù)的用戶數(shù)據(jù)中產(chǎn)生誤差。相位差計(jì)算器84、相位差估計(jì)器86的速率和FFT窗口同步單元88電路旨在補(bǔ)償和校正FFT窗口偏移。
更具體地說(shuō)，相位差計(jì)算器84計(jì)算來(lái)自給定一對(duì)NCO 76輸出的值之間的差值。這個(gè)差值等于用戶數(shù)據(jù)段中給定一對(duì)導(dǎo)頻子載波之間的相位差。應(yīng)該注意，NCO值在達(dá)到±pi之后將會(huì)回卷(ROLL OVER)。因此，相位差計(jì)算器84跟蹤每個(gè)NCO 76數(shù)值超過(guò)±pi的次數(shù)，以便精確計(jì)算給定一對(duì)NCO 76輸出數(shù)值之間的相位差。算出的相位差送到相位差比率估計(jì)器86和FFT窗口同步單元88。FFT窗口同步單元88比較算出的相位差和閾值相位差(例如，代表一個(gè)樣本FFT窗口偏移的相位差)，并若算出的相位差超過(guò)閾值相位差，則控制上游FFT窗口的位置(例如，窗口偏移一個(gè)樣本)。這樣，當(dāng)算出的相位差超過(guò)預(yù)定的閾值相位差時(shí)，上游FFT的FFT窗口偏移量可周期地進(jìn)行修正。估計(jì)器86跟蹤多個(gè)用戶數(shù)據(jù)段之間算出的相位誤差變化速率。估計(jì)器86產(chǎn)生均衡器調(diào)整值，它可以(例如，通過(guò)求和器74)與積分器72的輸出結(jié)合，以便針對(duì)給定一對(duì)NCO 76輸出的值之間相位差的連續(xù)變化，補(bǔ)償從Sin/Cos查找表輸出的載波頻率偏移。這樣，下游均衡器的均衡器引出線可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)，以便補(bǔ)償逐漸漂移的FFT窗口。
現(xiàn)參見(jiàn)圖4，如圖所示，本發(fā)明與圖1的示例性O(shè)FDM接收機(jī)集成。更具體地說(shuō)，系統(tǒng)60連接到FFT46的輸出和補(bǔ)償載波頻率誤差(例如，圖3的均衡器82和/或前端頻率偏移校正裝置(未示出))的處理裝置的輸入。另外，系統(tǒng)60的輸出反饋回FFT 46。采用這樣的電路，系統(tǒng)60從由FFT 46接收的OFDM樣本提取導(dǎo)頻，并產(chǎn)生沒(méi)有因時(shí)變信道引起的獨(dú)立相位誤差的頻率偏移量估計(jì)值。系統(tǒng)60還處理所提取的導(dǎo)頻，以便補(bǔ)償(例如，在均衡器82中)和校正(例如，在FFT 46中)FFT窗口的漂移。
權(quán)利要求
1.一種處理正交頻分復(fù)用(OFDM)接收機(jī)中OFDM信號(hào)的方法，所述方法包括以下步驟
接收OFDM信號(hào)；
從所接收的OFDM信號(hào)中提取多個(gè)導(dǎo)頻；
通過(guò)利用多個(gè)鎖相環(huán)處理(62-78)所提取的多個(gè)導(dǎo)頻，以便減少獨(dú)立相位誤差，所述獨(dú)立相位誤差代表時(shí)變信道引起的獨(dú)立導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)；
在所述獨(dú)立相位誤差減小到預(yù)定值后，計(jì)算(68，70)多個(gè)所提取的導(dǎo)頻的公共相位誤差，所述公共相位誤差表示由載波頻率偏移引起的平均導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)；
對(duì)所述公共相位誤差進(jìn)行積分(72)，以減小噪聲的影響；以及
從積分的公共相位誤差產(chǎn)生(80)一個(gè)載波頻率偏移估計(jì)值。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，它還包括以下步驟
利用載波頻率偏移估計(jì)值校正(82)載波頻率偏移。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述處理步驟包括讓多個(gè)導(dǎo)頻中的每一個(gè)通過(guò)專用的鎖相環(huán)(62-66，74-78)。
4.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述處理步驟包括讓多個(gè)導(dǎo)頻中的每一個(gè)通過(guò)時(shí)分鎖相環(huán)。
5.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述預(yù)定值基本上為零。
6.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述預(yù)定值被選擇得使所產(chǎn)生的載波頻率偏移估計(jì)值基本上恒定。
7.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，還包括以下步驟
計(jì)算(84)預(yù)定一對(duì)所提取的導(dǎo)頻之間的相位差；
把所算出的相位差與閾值比較，所述閾值代表預(yù)定FFT窗口的偏移量；以及
若算出的相位差超過(guò)閾值，則調(diào)整(88)上游FFT模塊的FFT窗口。
8.權(quán)利要求7的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生載波頻率偏移估計(jì)值的步驟還包括以下步驟
跟蹤算出的相位差的變化速率(86)；以及
調(diào)整所產(chǎn)生的載波頻率偏移估計(jì)值，來(lái)補(bǔ)償跟蹤的變化速率(74)，所跟蹤的變化速率代表因FFT窗口偏移造成的相位旋轉(zhuǎn)。
9.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述OFDM接收機(jī)在無(wú)線局域網(wǎng)適配器、家用網(wǎng)絡(luò)終端、便攜式終端和臺(tái)式終端中的一種中實(shí)現(xiàn)。
10.一種在正交頻分復(fù)用(OFDM)接收機(jī)中處理OFDM信號(hào)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括
處理模塊(62-78)，用以從OFDM信號(hào)接收多個(gè)導(dǎo)頻，并減少每個(gè)導(dǎo)頻的獨(dú)立相位誤差，所述獨(dú)立相位誤差代表時(shí)變信道引起的獨(dú)立導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)；和
載波頻率偏移估計(jì)器模塊(80)，連接到所述處理模塊，所述載波頻率偏移估計(jì)器模塊在每個(gè)導(dǎo)頻的獨(dú)立相位誤差減小到預(yù)定相位誤差值后，從所述多個(gè)導(dǎo)頻產(chǎn)生載波頻率偏移估計(jì)值，所述載波頻率偏移估計(jì)器模塊(80)包括
平均單元(68)，用于計(jì)算多個(gè)導(dǎo)頻的公共相位誤差，所述公共相位誤差表示由載波頻率偏移引起的平均導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)；
積分單元(72)，用于對(duì)所述公共相位誤差進(jìn)行積分，以減小噪聲的影響。
11.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征在于，所述OFDM接收機(jī)在無(wú)線局域網(wǎng)適配器、家用網(wǎng)絡(luò)終端、便攜式終端和臺(tái)式終端中的一種中實(shí)現(xiàn)。
12.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)定值基本上為零。
13.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)定值被選擇得使所產(chǎn)生的載波頻率偏移估計(jì)值基本上恒定。
14.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理模塊包括多個(gè)鎖相環(huán)(62-66，74-78)，每個(gè)鎖相環(huán)專門用于用戶數(shù)據(jù)段內(nèi)的所述導(dǎo)頻之一。
15.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理模塊包括時(shí)分鎖相環(huán)，為處理用戶數(shù)據(jù)段內(nèi)所述導(dǎo)頻而鎖定。
16.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理模塊還包括
相位差計(jì)算器(84)，用以計(jì)算用戶數(shù)據(jù)段內(nèi)兩個(gè)所述導(dǎo)頻之間的相位差；和
FFT窗口同步單元(88)，用以若算出的相位差超過(guò)相位差預(yù)定值則調(diào)整上游FFT模塊的定位。
17.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征在于，所述載波頻率偏移模塊還包括
相位差的變化速率估計(jì)器(86)，連接到相位差計(jì)算器(84)，用以跟蹤算出的相位差在多個(gè)用戶數(shù)據(jù)段之間的變化；所述估計(jì)器(86)針對(duì)因漂移的FFT窗口造成的相位旋轉(zhuǎn)，補(bǔ)償所產(chǎn)生的載波頻率偏移。
18.一種處理正交頻分復(fù)用(OFDM)信號(hào)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括
從OFDM信號(hào)提取多個(gè)導(dǎo)頻的裝置；
從所提取的導(dǎo)頻消除獨(dú)立相位誤差的裝置(62-78)，所述獨(dú)立相位誤差代表時(shí)變信道造成的獨(dú)立相位旋轉(zhuǎn)，該用于消除獨(dú)立相位誤差的裝置(62-78)包括用于在所述獨(dú)立相位誤差減小到預(yù)定值后計(jì)算多個(gè)導(dǎo)頻的公共相位誤差，所述公共相位誤差表示由載波頻率偏移引起的平均導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)；
利用多個(gè)鎖相環(huán)處理所提取的導(dǎo)頻以便補(bǔ)償FFT窗口漂移的裝置(84，88)；以及
在把每個(gè)導(dǎo)頻的獨(dú)立相位誤差減小到預(yù)定水平和補(bǔ)償FFT窗口漂移之后，從多個(gè)導(dǎo)頻產(chǎn)生載波頻率偏移估計(jì)的裝置(80)。
19.一種處理正交頻分復(fù)用(OFDM)接收機(jī)中OFDM信號(hào)的方法，該方法包括以下步驟
接收OFDM信號(hào)；
從所接收的OFDM信號(hào)中提取多個(gè)導(dǎo)頻；
通過(guò)利用多個(gè)鎖相環(huán)處理(62-78)所提取的多個(gè)導(dǎo)頻，以便減少獨(dú)立相位誤差，所述獨(dú)立相位誤差代表時(shí)變信道引起的獨(dú)立導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)；
在所述獨(dú)立相位誤差減小到預(yù)定值后，從所述多個(gè)處理后的導(dǎo)頻產(chǎn)生(80)載波頻率偏移估計(jì)值；
計(jì)算(84)預(yù)定一對(duì)所提取的導(dǎo)頻之間的相位差；
把所算出的相位差與閾值比較，所述閾值代表預(yù)定FFT窗口的偏移量；以及
如果計(jì)算出的相位差超過(guò)閾值，則調(diào)整(88)上游FFT模塊的FFT窗口。
20.一種處理正交頻分復(fù)用(OFDM)信號(hào)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括
處理模塊(62-78，84，88)，用以從OFDM信號(hào)接收多個(gè)導(dǎo)頻，并用以通過(guò)利用多個(gè)鎖相環(huán)減少每個(gè)導(dǎo)頻的獨(dú)立相位誤差，所述獨(dú)立相位誤差代表時(shí)變信道引起的獨(dú)立導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)；所述處理模塊(62-78，84，88)還包括
相位差計(jì)算器(84)，用以計(jì)算用戶數(shù)據(jù)段內(nèi)兩個(gè)所述導(dǎo)頻之間的相位差；和
FFT窗口同步單元(88)，用以若計(jì)算出的相位差超過(guò)預(yù)定相位差值則調(diào)整上游FFT窗口的定位；和
載波頻率偏移估計(jì)器模塊(80)，連接到所述處理模塊，所述載波頻率偏移估計(jì)器模塊計(jì)算多個(gè)導(dǎo)頻的公共相位誤差，所述公共相位誤差表示由載波頻率偏移引起的平均導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)，所述載波頻率偏移估計(jì)器模塊還在每個(gè)導(dǎo)頻的獨(dú)立相位誤差減小到預(yù)定相位誤差值后，從所述多個(gè)導(dǎo)頻產(chǎn)生載波頻率偏移估計(jì)值。
全文摘要
本發(fā)明涉及在正交頻分復(fù)用(OFDM)接收機(jī)中補(bǔ)償載波頻率偏移的方法和系統(tǒng)。所述方法包括以下步驟接收OFDM信號(hào)；從所接收的OFDM信號(hào)中提取多個(gè)導(dǎo)頻；通過(guò)利用多個(gè)鎖相環(huán)處理(62-78)所提取的多個(gè)導(dǎo)頻，以便減少獨(dú)立相位誤差，所述獨(dú)立相位誤差代表時(shí)變信道引起的獨(dú)立導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)；在所述獨(dú)立相位誤差減小到預(yù)定值后，計(jì)算(68，70)多個(gè)所提取的導(dǎo)頻的公共相位誤差，所述公共相位誤差表示由載波頻率偏移引起的平均導(dǎo)頻相位旋轉(zhuǎn)；對(duì)所述公共相位誤差進(jìn)行積分(72)，以減小噪聲的影響；以及從積分的公共相位誤差產(chǎn)生(80)一個(gè)載波頻率偏移估計(jì)值。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101771656SQ20101000321
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2001年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月22日
發(fā)明者M·B·貝洛特塞爾科夫斯基, V·德穆林, L·R·小利特溫 申請(qǐng)人:湯姆森許可公司