估計頻率偏移的設(shè)備及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于估計接收到的多載波信號的頻率偏移的設(shè)備。另外，本發(fā)明 還涉及一種對應(yīng)的方法、一種包括此類估計設(shè)備的通信設(shè)備、一種計算機程序和一種計算 機程序產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002] 近來，正交頻分復(fù)用（OFDM)已廣泛運用于無線通信標準，包括4G長期演進（LTE)、 Wi-Fi和全球微波互聯(lián)接入（WiMax)。正交頻分復(fù)用技術(shù)允許多載波傳輸?shù)念l譜重疊，確保 了無線數(shù)據(jù)的高速傳輸，從而提高了頻譜效率。另一方面，與常規(guī)的單載波傳輸系統(tǒng)相比， OFDM傳輸系統(tǒng)對頻率偏移更敏感。如圖1所示，OFDM要求傳輸?shù)男盘栐诿總€子載波的中心 頻率進行采樣。頻率偏移引起信號退化、相位翻轉(zhuǎn)和載波間干擾（ICI)，這些將會導(dǎo)致性能 退化。因此，頻率偏移的估計和校正對于一個基于OFDM的接收器至關(guān)重要。
[0003] 頻率偏移稱為發(fā)射器和接收器之間的載波頻率的頻率漂移，通常稱為載波頻率偏 移（CFO) εσ。。CFO可進一步劃分為兩個部分：整數(shù)倍頻率偏移（IFO)和小數(shù)倍頻率偏移 (FF0)，即：ε σ。= ε IF(]+eFF。，其中eIF。是一個由子載波間隔相乘得到的整數(shù)，ε FF。的大小 限定在子載波間隔的一半以內(nèi)。例如，LTE的頻點間隔為15kHz，則IFO可以為土N*15kHz， 其中N是一個整數(shù)，而FFO僅限為±7. 5kHz或者±0. 5 (歸一化頻率偏移）。
[0004] 當處理一個接收到的OFDM信號時，LTE中的用戶終端，用戶設(shè)備（device)，也稱為 用戶設(shè)備（UE)，需要估計和校正頻率偏移。該過程通?？煞譃閮刹?，即獲取階段和跟蹤階 段。
[0005] 獲取階段的目標在于估計粗略的頻率誤差，通常在每個無線幀（例如，IOms時長） 內(nèi)進行。另一方面，跟蹤階段設(shè)計用于估計精細的頻率偏移，可以在LTE中的每個子幀（例 如Ims時長）內(nèi)更頻繁地進行。
[0006] 接收器中的典型操作如圖2所示，天線11接收一個傳輸信號，并在無線前端放大 該接收到的信號并將載波頻率下變頻為基帶信號。隨后由數(shù)字基帶單元進行多種操作，包 括上述的頻率偏移估計。然后通過頻率偏移估計輸出12調(diào)整接收器的本地振蕩器載波頻 率。接收器的低成本晶體振蕩器會引起大的頻率偏差，尤其是當接收器內(nèi)有溫度變化的時 候。此外，在LTE中無線前端會頻繁地接通和斷開，LTE中的非連續(xù)接收（DRX)也會引起大 的頻率偏移，從而降低接收器性能。
[0007] LTE UE設(shè)計用于估計和校正頻率誤差來減輕其影響。頻率偏移估計可在時域或者 頻域中進行。時域方案通常利用：發(fā)射器（例如，基站或者接入點）發(fā)送的接收到的專用訓 練符號/前導(dǎo)來協(xié)助同步；接收到的OFDM信號的循環(huán)前綴部分（或者也稱為保護間隔）。
[0008] 利用接收到的信號的信號特征來進行時域操作。循環(huán)前綴（CP)本質(zhì)上是OFDM符 號的最后幾個樣本的副本，且放置在該OFDM符號的前面。在接收到的CP部分和OFDM符號 的最后幾個樣本的相關(guān)性中進行最大似然（ML)估計，可以估計頻率偏移。時域頻率偏移 估計通常具有相當寬的頻率偏移估計范圍。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，歸一化頻率偏移估計可在 |_^TO￡_| 范圍內(nèi)在跟蹤階段進行。
[0009] 然而，使用專用訓練符號或者循環(huán)前綴的時域頻率偏移估計面臨幾個實際問題， 包括對殘留的直流（DC)偏移、刺激信號和窄帶干擾敏感。這些缺陷的存在會破壞相關(guān)值輸 出。循環(huán)前綴也可能因為多徑衰落現(xiàn)象而遭到損壞，從而造成頻率偏移估計值不再準確。 [0010]另一方面，用于頻率偏移估計的頻域方案通常使用在傳輸信號某些位置接收到的 導(dǎo)頻符號，其原理操作也取決于傳輸信號的相關(guān)性操作，其頻率偏移捕獲范圍也由導(dǎo)頻符 號在時域中的位置決定。
[0011] 頻域頻率偏移估計存在一個主要的問題，頻率偏移范圍受到所接收到的信號的導(dǎo) 頻結(jié)構(gòu)限制。根據(jù)一些常規(guī)方法，導(dǎo)頻符號的位置限制在兩個相鄰的OFDM符號中，從而頻 率偏移捕獲范圍為|秦_| <0.5然而，例如LTE系統(tǒng)并不提供這種導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)。
[0012] 另一種常規(guī)方法是利用小區(qū)通用參考符號（CRS)來估計小數(shù)倍頻率偏移（FFO)， 這是一種很著名的方法可命名為基線法。
[0013] 相位翻轉(zhuǎn)由兩個OFDM符號中的CRS相關(guān)值衡量，可用于估計頻率偏移。LTE系統(tǒng) 存在的問題是，兩個連續(xù)的OFDM符號的參考符號/導(dǎo)頻不位于相同的子載波。接收器進行 最小二乘信道估計：=氣,。其中Rlik是接收到的導(dǎo)頻，S lik是存儲的已知導(dǎo)頻，1是符 號指數(shù)，k是子載波指數(shù)。隨后，如圖3所示，執(zhí)行該最小二乘信道估計的一個簡單的線性 頻域內(nèi)插，從而在無導(dǎo)頻的子載波上形成一個虛擬信道估計。獲得的相關(guān)值輸出為：
[0014]
[0015] 其中&是OFDM符號指數(shù)1和子載波指數(shù)k的交集，也是CRS符號所在的位置。另 外，相位翻轉(zhuǎn)θ Λ i可表達為：
[0016] θ λ != θ ι+Δ- θ 1= arg{ μ }
[0017] 其中Δ是兩個帶有CRS符號的OFDM符號的間距。所估計的頻率偏移可由下 公式得出，
[0018]
[0019] 歸一化的最大絕對值范圍為，
[0020]
[0021] 帶有正常CP配置的LTE中的CRS分別位于OFDM符號數(shù)字0、4、7和11。同一個天 線口的CRS的OFDM符號的最小間距，即，符號4和7 ( Δ = 3)。因此，基線法的頻率偏移捕 獲范圍的最大極限可達l&i?l<G·1553 _，但小于ε FF。。
[0022] 另一種常規(guī)方案可捕獲更大的范圍，約為。因此，其不能覆蓋整個小 數(shù)倍頻率偏移。這種方法需要包括跨子幀的ODFM符號間的幾個相關(guān)值。此外，需要實施查 找表（LUT)。因此，LUT實施的準確性對其結(jié)果影響很大。
[0023] 從上述常規(guī)方案的描述可以得出，本領(lǐng)域需要一種用于頻率偏移估計的改善方 案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024] 本發(fā)明的一個目標是提供一種方案，以減輕或者解決頻率偏移估計的常規(guī)方案中 存在的缺點和問題。
[0025] 本發(fā)明的另一個目標是提供接收到的信號（比如多載波信號）的改善的頻率偏移 估計方法。
[0026] 本發(fā)明的第一方面，提供一種例如在無線通信系統(tǒng)中用于估計接收到的（多載 波）信號的頻率偏移的設(shè)備，實現(xiàn)上述以及其他目標。該設(shè)備用于：
[0027] 接收包括通過無線信道傳輸?shù)闹辽僖粋€正交頻分復(fù)用OFDM符號對的信號；
[0028] 通過在頻域中對所述接收到的信號進行至少一次頻率位移，擴展用于所述接收到 的信號的頻率偏移估計的頻率捕獲范圍；
[0029] 基于所述擴展的頻率捕獲范圍，估計所述接收到的信號的頻率偏移4?。
[0030] 本發(fā)明的第二方面，提供一種通信設(shè)備，用于在無線通信系統(tǒng)中進行通信并且包 括本發(fā)明實施例的至少一種用于估計頻率偏移的設(shè)備，以實現(xiàn)上述以及其他目標。
[0031] 本發(fā)明的第三方面，提供一種例如在無線通信系統(tǒng)中用于估計接收到的（多載 波）信號的頻率偏移的方法，實現(xiàn)上述以及其他目標。該方法包括如下步驟：
[0032] 接收包括通過無線信道傳輸?shù)闹辽僖粋€正交頻分復(fù)用OFDM符號對的信號；
[0033] 通過在頻域中對所述接收到的信號進行至少一次頻率位移，擴展用于所述接收到 的信號的頻率偏移估計的頻率捕獲范圍；
[0034] 基于所述擴展的頻率捕獲范圍，估計所述接收到的信號的頻率偏移
[0035] 一個OFDM符號對是兩個攜帶導(dǎo)頻符號的OFDM符號，其中一個符號對中的OFDM符 號的間距反映頻率偏移估計范圍。頻率捕獲范圍是指接收器所能估計和校正的頻率偏移的 范圍。
[0036] 本發(fā)明實施例提供的估計方案帶有靈活的頻率偏移捕獲范圍，例如該范圍可以覆 蓋整個小數(shù)倍頻率偏移e FF?；蛘呱踔猎贚TE系統(tǒng)中覆蓋更大的范圍。進一步地，本方案的 頻率估計是在時域中進行的，因此可有效抵抗例如DC偏移和窄帶干擾之類的損傷。
[0037] 此外，最大復(fù)雜性預(yù)期會隨著基線頻率偏移估計器的范圍擴展的倍增因數(shù)近似線 性增加，這是一個優(yōu)勢。所述方案還提供了復(fù)雜性和性能之間的折衷選擇。因此，性能可以 在任何需要的時候通過利用更多的數(shù)據(jù)/輸入得以改善。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該設(shè)備還用于使用有限長單位沖擊響應(yīng)FIR數(shù)字濾波 器對所述接收到的信號的進行頻率位移，從而擴展頻率捕獲范圍。所述FIR數(shù)字濾波器可 以具有通過如下公式計算出的濾波器系數(shù)C (m)
[0039]
[0040] 其中m是濾波器系數(shù)指數(shù)，ε s是頻率位移，Nfft是快速傅