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      Ofdm系統(tǒng)內(nèi)的頻率誤差估計(jì)和幀同步的制作方法

      文檔序號(hào):7634166閱讀:198來(lái)源:國(guó)知局
      專利名稱:Ofdm系統(tǒng)內(nèi)的頻率誤差估計(jì)和幀同步的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明一般涉及數(shù)據(jù)通信,尤其涉及在正交頻分復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行頻率誤差估計(jì)和幀同步的技術(shù)。
      背景技術(shù)
      OFDM是能夠在一些無(wú)線環(huán)境下提供高性能的一種多載波調(diào)制技術(shù)。OFDM將全部系統(tǒng)帶寬有效地分割成若干個(gè)(Nsb)正交子帶,這些子帶通常也被稱為音頻帶、子載波、頻率段和頻率信道。利用OFDM,每個(gè)子帶與可用數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制的相應(yīng)子載波相關(guān)聯(lián)。
      在OFDM系統(tǒng)中,最初,發(fā)射機(jī)對(duì)信息比特流進(jìn)行編碼、交織和調(diào)制,以獲得調(diào)制符號(hào)流。在每個(gè)OFDM符號(hào)周期中,在Nsb個(gè)子帶上可以發(fā)送Nsb個(gè)“發(fā)射”符號(hào),其中每個(gè)發(fā)射符號(hào)可以是數(shù)據(jù)符號(hào)(如,數(shù)據(jù)的調(diào)制符號(hào))、導(dǎo)頻符號(hào)(如,導(dǎo)頻的調(diào)制符號(hào))、或零信號(hào)值。發(fā)射機(jī)利用快速傅立葉反變換(IFFT),將Nsb個(gè)發(fā)射符號(hào)變換到時(shí)域,并獲得包含Nsb個(gè)時(shí)域碼片的“變換”符號(hào)。為了抵抗由無(wú)線信道中的多徑效應(yīng)引起的頻率選擇性衰落(如,在Nsb個(gè)子帶上變化的頻率響應(yīng)),通常重復(fù)每個(gè)變換后符號(hào)的某一部分。重復(fù)部分常被稱為循環(huán)前綴并且包含Ncp個(gè)碼片。利用變換后的符號(hào)及其循環(huán)前綴形成OFDM符號(hào)。每個(gè)OFDM符號(hào)包含NL個(gè)碼片(其中,NL=Nsb+Ncp)并且持續(xù)NL個(gè)碼片周期,即一個(gè)OFDM符號(hào)周期(或簡(jiǎn)稱為,“符號(hào)周期”)。發(fā)射機(jī)也可以在多個(gè)幀內(nèi)發(fā)射OFDM符號(hào),其中每個(gè)幀包含若干個(gè)(Nsym)OFDM符號(hào)。進(jìn)一步處理OFDM符號(hào)幀并發(fā)送給接收機(jī)。
      接收機(jī)進(jìn)行互補(bǔ)的處理并且獲取每個(gè)收到的OFDM符號(hào)的NL個(gè)采樣。接收機(jī)從每個(gè)收到的OFDM符號(hào)中去除循環(huán)前綴,以獲得接收變換符號(hào)。然后,利用快速傅立葉變換(FFT),接收機(jī)將每個(gè)接收變換符號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域,并且獲得Nsb個(gè)子帶的Nsb個(gè)“接收”符號(hào),即Nsb個(gè)發(fā)射符號(hào)的估計(jì)。
      通常,接收機(jī)進(jìn)行頻率誤差估計(jì),以確定接收機(jī)中的頻率誤差。頻率誤差的產(chǎn)生可能是由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)振蕩器的頻率差異、多普勒頻移等。接收機(jī)通常還進(jìn)行幀同步,以檢測(cè)每個(gè)幀的起始位置,從而為解調(diào)制、解交織和解碼提供正確的接收符號(hào)序列。
      為了支持幀同步,發(fā)射機(jī)通常在每個(gè)幀上發(fā)送訓(xùn)練序列。該訓(xùn)練序列包含導(dǎo)頻符號(hào)并且在指定子帶上進(jìn)行發(fā)送。接收機(jī)處理該訓(xùn)練序列,以檢測(cè)每個(gè)幀的起始位置。該訓(xùn)練序列是降低系統(tǒng)效率的開銷。此外,基于訓(xùn)練序列的檢測(cè)性能通常魯棒性不強(qiáng),尤其是在低信噪比(SNR)情形下。
      因此,本領(lǐng)域中需要在OFDM系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行頻率誤差估計(jì)和幀同步的技術(shù)。

      發(fā)明內(nèi)容
      本申請(qǐng)公開了用于在OFDM系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行頻率誤差估計(jì)和幀同步的技術(shù)。這些技術(shù)即使在低SNR情形下,也能提供很好的性能,并且基于指示接收機(jī)中檢測(cè)導(dǎo)頻功率的度量(metric)。該度量可以按照多種方式來(lái)定義,這取決于檢測(cè)導(dǎo)頻功率所采用的方法。如果不能得到信道增益估計(jì),這是進(jìn)行頻率誤差估計(jì)時(shí)很典型的一種情況,那么,可以通過(guò)下列步驟檢測(cè)導(dǎo)頻功率(1)對(duì)于用于導(dǎo)頻傳輸?shù)拿恳粋€(gè)導(dǎo)頻子帶,將在兩個(gè)OFDM符號(hào)周期內(nèi)獲得的兩個(gè)接收符號(hào)(通常是兩個(gè)連續(xù)OFDM符號(hào)周期內(nèi)的兩個(gè)接收符號(hào))進(jìn)行互相關(guān);(2)累計(jì)所有導(dǎo)頻子帶的相關(guān)結(jié)果,以獲得一個(gè)判決統(tǒng)計(jì)值。然后,基于該判決統(tǒng)計(jì)來(lái)定義度量。
      為了進(jìn)行頻率誤差估計(jì),為多個(gè)假定(hypothesized)頻率誤差中的每一個(gè)計(jì)算度量值,假定頻率誤差是接收機(jī)中不同的可能頻率誤差。識(shí)別多個(gè)假設(shè)頻率誤差的度量值中絕對(duì)值(magnitude)最大的度量值。在接收機(jī)中,提供所識(shí)別的這個(gè)度量值所對(duì)應(yīng)的假定頻率誤差,作為估計(jì)頻率誤差。
      為了進(jìn)行幀同步,在每個(gè)OFDM符號(hào)周期中,通過(guò)將在NC個(gè)(如,最近的)OFDM符號(hào)周期內(nèi)獲得的識(shí)別度量值與NC個(gè)期望值進(jìn)行相關(guān),得到一個(gè)相關(guān)值。按照與計(jì)算度量值一致的方式,計(jì)算期望值。例如,如果發(fā)射機(jī)將每個(gè)導(dǎo)頻子帶的導(dǎo)頻符號(hào)利用偽隨機(jī)數(shù)(PN)序列進(jìn)行加擾,并且通過(guò)對(duì)接收符號(hào)對(duì)進(jìn)行互相關(guān)來(lái)獲得度量值,那么,通過(guò)對(duì)PN序列中的碼片對(duì)進(jìn)行互相關(guān),獲得期望值。對(duì)在不同的OFDM符號(hào)周期中獲得的相關(guān)值進(jìn)行峰值檢測(cè),從而確定幀同步。
      下面進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的各個(gè)方面、實(shí)施例和特征。


      通過(guò)下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述,本發(fā)明的特色和本質(zhì)將變得更加顯而易見(jiàn),在所有附圖中,相同的標(biāo)記表示相同的部件,其中圖1示出了OFDM系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī);圖2利用頻率時(shí)間平面,示出了一幀的導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)傳輸;圖3示出了恢復(fù)每幀的數(shù)據(jù)符號(hào)的過(guò)程;圖4示出了幀同步中Mn度量值與an期望值的相關(guān);圖5示出了執(zhí)行整數(shù)頻率誤差估計(jì)的過(guò)程;圖6示出了執(zhí)行幀同步的過(guò)程;圖7示出了接收機(jī)中的OFDM解調(diào)器;以及圖8示出了OFDM解調(diào)器的一種具體設(shè)計(jì)。
      具體實(shí)施例方式
      這里使用的“示例性的”一詞意味著“用作例子、例證或說(shuō)明”。這里被描述為“示例性”的任何實(shí)施例或設(shè)計(jì)不應(yīng)被解釋為比其他實(shí)施例或設(shè)計(jì)更優(yōu)選或更具優(yōu)勢(shì)。
      圖1示出了OFDM系統(tǒng)100中的發(fā)射機(jī)110和接收機(jī)150的框圖。在發(fā)射機(jī)110中,發(fā)射(TX)數(shù)據(jù)處理器120對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)(如,信息比特)進(jìn)行接收、格式化和編碼,以獲得編碼數(shù)據(jù)。編碼增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?,并且還可以包括差錯(cuò)檢測(cè)(如,CRC)編碼、前向糾錯(cuò)(如,卷積、Turbo和/或塊)編碼或其組合。通常,對(duì)具有固定或可變長(zhǎng)度的每個(gè)數(shù)據(jù)分組進(jìn)行編碼。然后,TX數(shù)據(jù)處理器120對(duì)編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行交織,以獲得交織數(shù)據(jù)。針對(duì)有害路徑影響,交織提供了時(shí)間和/或頻率分集,并且還可以對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)分組執(zhí)行交織。接下來(lái),基于一種或多種調(diào)制方案(如,QPSK、M-PSK、M-QAM等),對(duì)交織后的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制,以獲得數(shù)據(jù)符號(hào)。對(duì)于數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻符號(hào),可采用相同或不同的調(diào)制方案。
      OFDM調(diào)制器130接收并處理數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻符號(hào),以獲得OFDM符號(hào)。OFDM調(diào)制器130的處理過(guò)程可能包括(1)將數(shù)據(jù)符號(hào)、導(dǎo)頻符號(hào)和零信號(hào)值分別復(fù)用到數(shù)據(jù)子帶、導(dǎo)頻子帶和未用子帶上,從而在每個(gè)OFDM符號(hào)周期中,獲得Nsb個(gè)子帶的Nsb個(gè)發(fā)射符號(hào);(2)利用Nsb點(diǎn)IFFT,對(duì)每個(gè)OFDM符號(hào)周期的Nsb個(gè)發(fā)射符號(hào)進(jìn)行變換,從而獲得一個(gè)變換符號(hào);(3)將循環(huán)前綴附加到每個(gè)變換后的符號(hào),從而形成相應(yīng)的OFDM符號(hào)。導(dǎo)頻符號(hào)可以與數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行復(fù)用,如下所述。OFDM調(diào)制器130提供多幀OFDM符號(hào),其中每個(gè)幀包含Nsym個(gè)OFDM符號(hào)并可對(duì)應(yīng)于整數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)分組(如,一個(gè)數(shù)據(jù)分組)。
      發(fā)射機(jī)單元(TMTR)132接收OFDM符號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)或多個(gè)模擬信號(hào),進(jìn)一步修整(如,放大、濾波和上變頻)模擬信號(hào),以生成適合在無(wú)線信道中傳輸?shù)恼{(diào)制信號(hào)。然后,通過(guò)天線134將調(diào)制信號(hào)發(fā)送到接收機(jī)150。
      在接收機(jī)150中,天線152接收發(fā)送信號(hào),并將其提供給接收機(jī)單元(RCVR)154。接收機(jī)單元154修整(如,濾波、放大和下變頻)收到的信號(hào),并將修整過(guò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化,以獲得輸入采樣流。OFDM解調(diào)器160接收并處理輸入采樣,以獲得接收符號(hào)。OFDM解調(diào)器160執(zhí)行的處理過(guò)程可能包括(1)對(duì)輸入采樣進(jìn)行上述預(yù)處理;(2)去除附加在收到的每個(gè)OFDM符號(hào)上的循環(huán)前綴,以生成接收變換符號(hào);(3)將每個(gè)接收變換符號(hào)利用Nsb點(diǎn)FFT進(jìn)行轉(zhuǎn)換,以生成Ns個(gè)子帶的Nsb個(gè)接收符號(hào)。每個(gè)OFDM符號(hào)周期的Nsb個(gè)接收符號(hào)包括數(shù)據(jù)子帶的接收數(shù)據(jù)符號(hào)和導(dǎo)頻子帶的接收導(dǎo)頻符號(hào)。OFDM解調(diào)器160還估計(jì)并矯正接收機(jī)中的頻率誤差,檢測(cè)每個(gè)幀的起始位置,執(zhí)行數(shù)據(jù)檢測(cè),并且提供每個(gè)幀的檢測(cè)數(shù)據(jù)符號(hào)序列,如下所述。接收(RX)數(shù)據(jù)處理器170接著對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行解調(diào)制、解交織和解碼,從而提供解碼數(shù)據(jù)。OFDM解調(diào)器160和RX數(shù)據(jù)處理器170的處理過(guò)程分別與發(fā)射機(jī)110中的OFDM調(diào)制器130和TX數(shù)據(jù)處理器120的處理過(guò)程是相互補(bǔ)的。
      控制器140和180分別管理發(fā)射機(jī)110和接收機(jī)150的操作。存儲(chǔ)器單元142和182分別為控制器140和180使用的程序代碼和數(shù)據(jù)提供存儲(chǔ)空間。
      圖2示出了頻率時(shí)間平面200上一幀的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻符號(hào)傳輸。平面200的垂直軸代表頻率且水平軸代表時(shí)間。在垂直軸上,為Nsb個(gè)子帶分配標(biāo)號(hào)1至Nsb。NP個(gè)子帶用于導(dǎo)頻符號(hào)的傳輸,其中,通常,Nsb≥NP≥1。在圖2中,導(dǎo)頻子帶用陰影塊標(biāo)識(shí)并且可將其分布(如,均勻地)到全部Nsb個(gè)子帶上。在水平軸上,為一幀的Nsym個(gè)OFDM符號(hào)分配標(biāo)號(hào)1至Nsym。每個(gè)OFDM符號(hào)包括Nsb個(gè)子帶上的Nsb個(gè)發(fā)送符號(hào)。在下面的描述中,k為子帶標(biāo)號(hào),n為OFDM符號(hào)和OFDM符號(hào)周期的標(biāo)號(hào)。
      對(duì)于圖2中標(biāo)識(shí)的各種參數(shù),不同的OFDM系統(tǒng)可能采用不同的值。作為一個(gè)具體的例子,一個(gè)示例性的OFDM系統(tǒng)的總共系統(tǒng)帶寬可能為BWsys=6MHz,采用具有Nsb=4096個(gè)子帶的OFDM符號(hào),為導(dǎo)頻符號(hào)分配NP=512個(gè)子帶,使用Ncp=512個(gè)碼片的循環(huán)前綴,具有一秒鐘的幀長(zhǎng)。對(duì)于這個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),每個(gè)子帶的帶寬為BWsb=1.46KHz(如,6.0MHz/4096),每個(gè)OFDM符號(hào)的長(zhǎng)度為NL=4608個(gè)碼片(如,4096+512),每個(gè)OFDM符號(hào)周期的持續(xù)幀長(zhǎng)為768微秒(如,4608/6.0×10-6),每個(gè)幀包含Nsym=1302個(gè)OFDM符號(hào)(如,1.0/768×10-6)。
      圖2還示出了頻分復(fù)用(FDM)導(dǎo)頻符號(hào)傳輸方案,其中,導(dǎo)頻符號(hào)在導(dǎo)頻子帶上進(jìn)行發(fā)送且數(shù)據(jù)符號(hào)在數(shù)據(jù)子帶上進(jìn)行發(fā)送。導(dǎo)頻子帶在所有OFDM符號(hào)周期可以是固定的,也可以隨著符號(hào)周期、幀等的不同而變化。導(dǎo)頻符號(hào)的傳輸還可以在整個(gè)幀連續(xù)進(jìn)行發(fā)送,或只在一些OFDM符號(hào)周期進(jìn)行發(fā)送。在任何情況下,發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都預(yù)先知道用于導(dǎo)頻符號(hào)傳輸?shù)淖訋Ш桶l(fā)送導(dǎo)頻符號(hào)所在的OFDM符號(hào)周期。為簡(jiǎn)單起見(jiàn),下面的描述假設(shè)在指定導(dǎo)頻子帶上連續(xù)發(fā)送導(dǎo)頻符號(hào),如圖2所示。
      在一個(gè)OFDM符號(hào)周期中,在NP個(gè)導(dǎo)頻子帶上發(fā)送NP個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)的序列。該導(dǎo)頻符號(hào)序列表示為{p(k)},并且包含每個(gè)導(dǎo)頻子帶的一個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)。在該幀的Nsym個(gè)OFDM符號(hào)周期的每一個(gè)中,發(fā)送相同的導(dǎo)頻符號(hào)序列{p(k)}。
      為了便于幀同步,利用PN序列對(duì)每個(gè)導(dǎo)頻子帶的導(dǎo)頻符號(hào)進(jìn)行加擾。PN序列表示為{bn},并且包含Nsym個(gè)PN碼片,其中每個(gè)PN碼片是+1或-1(如,bn∈{1,-1})。對(duì)于每個(gè)導(dǎo)頻子帶來(lái)說(shuō),將一幀的Nsym個(gè)OFDM符號(hào)周期的Nsym個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)(值相同)與Nsym個(gè)PN碼片相乘,以生成該導(dǎo)頻子帶的Nsym個(gè)加擾后的導(dǎo)頻符號(hào)??梢詫⒚總€(gè)OFDM符號(hào)周期的每個(gè)導(dǎo)頻子帶的加擾后的導(dǎo)頻符號(hào)表示為Pn(k)=p(k)·bn,其中,k∈P, 公式(1)其中,Pn(k)是符號(hào)周期n的導(dǎo)頻子帶k的加擾后的導(dǎo)頻符號(hào);以及,P是NP個(gè)導(dǎo)頻子帶的集合。
      基于NP個(gè)導(dǎo)頻子帶的NP個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)和相同的PN序列,生成這些子帶的NP個(gè)加擾后的導(dǎo)頻符號(hào)序列。將加擾后的導(dǎo)頻符號(hào)與數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行復(fù)用、處理和發(fā)送。
      在接收機(jī)中,經(jīng)過(guò)FFT后,可以將收到的符號(hào)表示為Rn(k)=Sn(k)&CenterDot;Hn(k)&CenterDot;ej(&theta;+2&pi;fnNL/Nsb)+Nn(k),]]>公式(2)其中,Sn(k)是符號(hào)周期n內(nèi)子帶k的發(fā)送符號(hào);Hn(k)是符號(hào)周期n內(nèi)子帶k的復(fù)數(shù)信道增益;Nn(k)是符號(hào)周期n內(nèi)子帶k的噪聲;Rn(k)是符號(hào)周期n內(nèi)子帶k的接收符號(hào);θ是在所有Nsb個(gè)子帶上保持不變的未知相位偏差;以及,f是要估計(jì)的頻率偏差(在整數(shù)個(gè)子帶內(nèi))。
      發(fā)送符號(hào)Sn(k)可以是導(dǎo)頻符號(hào)Pn(k)或數(shù)據(jù)符號(hào)Dn(k)。
      公式(2)假設(shè),在執(zhí)行FFT之前,已經(jīng)估計(jì)并矯正了分?jǐn)?shù)頻率誤差(如,少于一個(gè)子帶的頻率誤差)。基于附加在每個(gè)OFDM符號(hào)上的循環(huán)前綴或采用一些其它本領(lǐng)域已知技術(shù),可以估計(jì)出±BWsb/2范圍內(nèi)的分?jǐn)?shù)頻率誤差。分?jǐn)?shù)頻率誤差引起帶內(nèi)干擾,因此在執(zhí)行FFT之前,將其估計(jì)出,并利用相位旋轉(zhuǎn)器(phase rotator)去除,如下所述。
      頻率誤差f是一個(gè)較大的頻率誤差,比如,可能是由不同的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)振蕩器頻率產(chǎn)生的。因?yàn)樵贔FT之前已經(jīng)糾正了分?jǐn)?shù)部分,所以頻率誤差f處在整數(shù)個(gè)子帶內(nèi)。整數(shù)頻率誤差f導(dǎo)致發(fā)送符號(hào)Sn(k)在子帶k上被發(fā)送出去,在子帶k+f上被接收到,例如,Sn(k)Rn(k+f)。因此,與在發(fā)射機(jī)中的前IFFT頻譜相比,在接收機(jī)中的后FFT頻譜被移動(dòng)了f。整數(shù)頻率誤差只移動(dòng)頻譜,而不會(huì)引起帶內(nèi)干擾。因此,在接收機(jī)中,可以在執(zhí)行FFT之前或之后,去除這個(gè)頻率誤差。在下面的描述中,“頻率誤差”和“頻率偏差(offset)”是同義術(shù)語(yǔ),可以交替使用。
      圖3示出了用于恢復(fù)一幀的發(fā)送符號(hào)Sn(k)的處理過(guò)程300的流程圖。最初,基于度量Mn(f)和接收符號(hào)Rn(k),估計(jì)整數(shù)頻率誤差f,如下所述(步驟312)。然后,去除估計(jì)出的整數(shù)頻率誤差 以獲得頻率矯正后的符號(hào) 其包括數(shù)據(jù)子帶的頻率矯正后的數(shù)據(jù)符號(hào) (如,收到的數(shù)據(jù)符號(hào))和導(dǎo)頻子帶的頻率矯正后的導(dǎo)頻符號(hào) (如,收到的導(dǎo)頻符號(hào))(步驟314)。基于同樣的度量Mn(f)和頻率矯正后的導(dǎo)頻符號(hào),還執(zhí)行幀同步(步驟316)。
      一旦執(zhí)行了整數(shù)頻率誤差矯正和幀同步,就可以基于頻率矯正后的導(dǎo)頻符號(hào) 估計(jì)信道增益Hn(k)(步驟318)。然后,利用信道增益估計(jì) 對(duì)頻率矯正后的數(shù)據(jù)符號(hào) 進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè),以獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)符號(hào) 即發(fā)射機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)符號(hào)Dn(k)的估計(jì)(步驟320)。提供該幀的一個(gè)正確的檢測(cè)數(shù)據(jù)符號(hào)序列,以便進(jìn)行后續(xù)的處理(步驟322)。下面將詳細(xì)描述圖3中的每一個(gè)步驟。
      對(duì)于圖3中步驟312,基于度量Mn(f),其指示接收機(jī)中檢測(cè)導(dǎo)頻功率,估計(jì)整數(shù)頻率誤差f。可以采用各種方式定義度量Mn(f),這取決于檢測(cè)導(dǎo)頻功率所采用的方法。接收機(jī)可以采用不同的方法進(jìn)行導(dǎo)頻功率檢測(cè),這取決于信道增益估計(jì)是否是可用的。下面描述幾種導(dǎo)頻功率檢測(cè)方法。
      當(dāng)接收機(jī)中的信道增益估計(jì)不可用時(shí),可以采用互相關(guān)方法來(lái)檢測(cè)接收導(dǎo)頻功率。這是執(zhí)行頻率誤差估計(jì)時(shí)的典型情況。對(duì)于這種方法,f的不同假定(hypotheses)的判決統(tǒng)計(jì)值可以表示為An(f~)=&Sigma;k&Element;P(k+f~)&CenterDot;Rn-1*(k+f~)&CenterDot;e-j2&pi;f~NL/Nsb,]]>其中,f~&Element;F,]]>公式(3)其中, 是假定頻率誤差; 是假定子帶,它從導(dǎo)頻子帶k偏移了 是在符號(hào)周期n中的假定子帶 的接收符號(hào); 是在符號(hào)周期n中的假定頻率誤差 的判決統(tǒng)計(jì)值;F是要估計(jì)的假定頻率誤差的集合,例如,F(xiàn)={0,±1...±fmax},其中,fmax是最大的預(yù)期頻率誤差;以及“*”表示復(fù)共軛。
      集合F中的每一個(gè)假定頻率誤差是接收機(jī)中一個(gè)不同的可能整數(shù)頻率誤差。
      在公式(3)中,假設(shè)將導(dǎo)頻子帶k的導(dǎo)頻符號(hào)偏移了假定頻率誤差 并且假定的子帶 (而不是導(dǎo)頻子帶k)的接收符號(hào) 和 用于判決統(tǒng)計(jì)。公式(3)有效地計(jì)算出了兩個(gè)連續(xù)的OFDM符號(hào)周期的兩個(gè)接收符號(hào)之間的互相關(guān),例如, 這種互相關(guān)消除了無(wú)線信道的影響,而不需要通常尚不可用的信道增益估計(jì)。接下來(lái),公式(3)累計(jì)所有NP個(gè)導(dǎo)頻子帶的互相關(guān)結(jié)果,從而獲得假定的頻率誤差估計(jì) 的判決統(tǒng)計(jì)值 公式(3)中的指數(shù)項(xiàng) 表示由假定頻率誤差 引起的兩個(gè)連續(xù)的OFDM符號(hào)之間的相位差異(如,相位偏移)。不同的假定頻率誤差具有不同的相位偏移。公式(3)還假設(shè),在兩個(gè)OFDM符號(hào)周期中,無(wú)線信道基本保持不變或變化緩慢。通常,這種假設(shè)適合大多數(shù)的系統(tǒng)。如果無(wú)線信道變化較快,則判決統(tǒng)計(jì)值 的質(zhì)量會(huì)下降。
      針對(duì)f的不同假定中的每一個(gè),計(jì)算判決統(tǒng)計(jì)值 對(duì)于集合F中所有假定的頻率誤差,生成判決統(tǒng)計(jì)值 的一個(gè)集合,其中,f~&Element;F.]]>將度量定義為Mn(f~)=Re{An(f~)}.]]>公式(4)通常,判決統(tǒng)計(jì)值 是一個(gè)復(fù)數(shù)值,并且只有實(shí)數(shù)部分用于該度量。
      可以將整數(shù)頻率誤差估計(jì)為導(dǎo)致該度量最大絕對(duì)值的假定頻率誤差??蓪⑵浔硎緸閒^n=argmaxf~&Element;F|Mn(f~)|,]]>公式(5)其中, 是在OFDM符號(hào)周期n確定的估計(jì)出的整數(shù)頻率誤差。因?yàn)槔肞N序列{an}對(duì)導(dǎo)頻符號(hào)進(jìn)行了加擾,所以,該度量可能同時(shí)具有正值和負(fù)值。取該度量的絕對(duì)值,就消除了加擾的影響。
      整數(shù)頻率誤差可以利用一對(duì)OFDM符號(hào)來(lái)估計(jì)一次,或利用多對(duì)OFDM符號(hào)來(lái)估計(jì)多次。頻率誤差通常變化緩慢,并且對(duì)于每個(gè)OFDM符號(hào)對(duì),經(jīng)常得到相同的估計(jì)整數(shù)頻率誤差。整數(shù)頻率誤差的多個(gè)估計(jì)值可用于檢測(cè)一個(gè)錯(cuò)誤的估計(jì)并為估計(jì)整數(shù)頻率誤差提供更高的可靠性。在任何情況下,在步驟312,得到一個(gè)估計(jì)整數(shù)頻率誤差 。此外,當(dāng)接收機(jī)首次調(diào)諧到發(fā)射機(jī)并且發(fā)射機(jī)和接收機(jī)振蕩器頻率之間存在很大差異時(shí),通常只需要執(zhí)行一次整數(shù)頻率誤差估計(jì)。
      在假定f正確的條件下,度量Mn(f)可以表示為Mn(f)=an&CenterDot;&Sigma;k&Element;P|Hn(k+f)|2&CenterDot;|p(k+f)|2+vn(k+f),]]>公式(6)其中,vn(k+f)是Mn(f)的噪聲項(xiàng),并且可以表示為vn(k+f)=Re{&Sigma;k&Element;PRn(k+f)&CenterDot;Nn-1*(k+f)+Rn-1*(k+f)&CenterDot;Nn(k+f)},]]>公式(7)并且,an=bn·bn-1,其中,b0=bNsym]]>且an∈{1,-1)。公式(8)在公式(6)和公式(8)中,an是兩個(gè)連續(xù)的OFDM符號(hào)周期的兩個(gè)PN碼片bn和bn-1之間的相關(guān)值,其中,PN序列回繞(wrap around)。
      對(duì)于加性高斯白噪聲(AWGN)信道來(lái)說(shuō),可以從公式(6)中省掉信道增益Hn(k+f)。在這種情況中,對(duì)于正確的假定f,度量Mn(f)的SNR可以表示為SNRfe=(NP&CenterDot;PS)2NP&CenterDot;&sigma;v2=NP&CenterDot;PS&sigma;n2,]]>公式(9)其中,Ps是每個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)的發(fā)射功率,即Ps=E{|pk|2},其中,E{x}是x的期望值;σv2是噪聲vn(k+f)的方差,即&sigma;v2=&sigma;n2&CenterDot;Ps;]]>σn2是噪聲Nn(k)的方差;(NP·Ps)2是度量Mn(f)的信號(hào)功率;NP·σv2是度量Mn(f)的噪聲功率;以及SNRfe是度量Mn(f)的SNR。
      在公式(9)中,比值Ps/σn2也是接收數(shù)據(jù)符號(hào)的SNR。如果頻率子帶的數(shù)量足夠大,那么,即使在接收數(shù)據(jù)符號(hào)的SNR低的時(shí)候,度量Mn(f)的SNR也可以比較高。對(duì)于上述NP=512的示例性O(shè)FDM系統(tǒng),當(dāng)接收數(shù)據(jù)符號(hào)的SNR為0dB時(shí),度量Mn(f)的SNR大約是27dB(如,當(dāng)Ps/&sigma;n2=0dB]]>時(shí),SNRfe≈27dB)。因此即使在低SNR條件下,基于Mn(f),也可以可靠地估計(jì)出整數(shù)頻率誤差。
      在公式(3)中,由于假定頻率誤差 ,利用指數(shù)項(xiàng)來(lái)進(jìn)行相位校正。在沒(méi)有這個(gè)相位校正項(xiàng)的情況下,還可以定義簡(jiǎn)化的判決統(tǒng)計(jì)值 如下所示An&prime;(f~)=&Sigma;k&Element;PRn(k+f~)&CenterDot;Rn-1*(k+f~).]]>公式(10)也可以定義度量Mn(f~)=An&prime;(f~).]]>如公式(5)所示,可以估計(jì)整數(shù)頻率誤差。通常, 是一個(gè)復(fù)數(shù)值,并且,可以更容易地計(jì)算絕對(duì)值的平方 (而不是絕對(duì)值)并將其用于公式(5)??梢钥闯?,基于 定義的度量Mn(f)的SNR,與基于 定義的度量Mn(f)的SNR相比,大約差了3dB。這個(gè)SNR的3dB的下降可以通過(guò)使導(dǎo)頻子帶的數(shù)量加倍來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。
      當(dāng)接收機(jī)中的信道增益估計(jì)可用時(shí),可以采用匹配濾波方法來(lái)檢測(cè)接收導(dǎo)頻功率。對(duì)于這種方法,可定義判決統(tǒng)計(jì)值為An&prime;&prime;(f~)=&Sigma;k&Element;PRn(k+f~)&CenterDot;Pn*(k)&CenterDot;H^n*(k+f~),]]>其中,f~&Element;F,]]>公式(11)其中, 是假定子帶 的信道增益估計(jì)。在公式(11)中,乘以 去除了無(wú)線信道的影響,以及,乘以Pn*(k)去除了導(dǎo)頻符號(hào)上的調(diào)制。于是,可以定義度量Mn(f)等于判決統(tǒng)計(jì)值 的實(shí)數(shù)部分,如,Mn(f~)=Re{An&prime;&prime;(f~)},]]>與公式(4)中所示相似。還可以采用其它方法來(lái)檢測(cè)接收導(dǎo)頻功率。基于這些方法提供的判決統(tǒng)計(jì)值來(lái)定義度量。
      對(duì)于圖3中的步驟314來(lái)說(shuō),去除估計(jì)出的整數(shù)頻率誤差 ,以獲得頻率矯正后的符號(hào) 。在接收機(jī)處,可以在FFT之前或之后執(zhí)行整數(shù)頻率誤差矯正。對(duì)于后FFT頻率誤差矯正,接收符號(hào)Rn(k)僅僅搬移了 個(gè)子帶,并且對(duì)于所有可用的k值,獲得頻率矯正后的符號(hào) 為S~n(k)=Rn(k+f^).]]>對(duì)于前FFT頻率誤差矯正,將估計(jì)出的整數(shù)頻率誤差 與分?jǐn)?shù)頻率誤差相結(jié)合,以獲得總頻率誤差。然后,利用總頻率誤差,對(duì)輸入采樣進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn),并且對(duì)相位旋轉(zhuǎn)后的采樣執(zhí)行FFT。對(duì)于估計(jì)出的頻率誤差 ,還可以通過(guò)鎖相環(huán)(PLL)調(diào)整接收機(jī)振蕩器的頻率來(lái)進(jìn)行糾正。
      對(duì)于圖3中的步驟316,幀同步的執(zhí)行可以基于(1)用于頻率誤差估計(jì)的相同度量Mn(f);以及,(2)頻率矯正后的導(dǎo)頻符號(hào) 步驟312的頻率誤差估計(jì)提供了每個(gè)OFDM符號(hào)周期n的最大度量值Mn(f),可將其表示為Mn=Mn(f^),]]>公式(12)其中,可以基于 或 來(lái)定義 如果整數(shù)頻率誤差在執(zhí)行FFT之前進(jìn)行了矯正,具可以使用簡(jiǎn)化的判決統(tǒng)計(jì)?;陬l率矯正后的導(dǎo)頻符號(hào),通過(guò)頻率誤差估計(jì)來(lái)獲得Mn度量值。
      對(duì)于每個(gè)OFDM符號(hào)周期,執(zhí)行Mn和an值之間的互相關(guān),如下所示Cn=&Sigma;i=0NC-1Mn-i&CenterDot;aNc-i,]]>公式(13)其中,NC是相關(guān)的長(zhǎng)度,其滿足NL≥NC≥1;以及Cn是每幀的(1)NC個(gè)最近的OFDM符號(hào)周期的Mn值和(2)起始NC個(gè)OFDM符號(hào)周期的an值之間進(jìn)行互相關(guān)的結(jié)果。
      圖4示出了Mn和an值之間的互相關(guān)。圖4頂部示出了一幀的前NC個(gè)an值的截?cái)?truncated)序列,并且為其分配標(biāo)號(hào)1至NC。圖4中間示出了NC+1個(gè)最近Mn值的序列,并且為其分配標(biāo)號(hào)n-NC至n。在每個(gè)OFDM符號(hào)周期n中,通過(guò)將截?cái)郺n序列與該OFDM符號(hào)周期的Mn序列進(jìn)行相關(guān),獲得一個(gè)Cn相關(guān)值。當(dāng)為下一個(gè)OFDM符號(hào)周期獲得一個(gè)新的Mn值時(shí),Mn序列有效地向左移位。an序列保持不變。
      an值是Mn值的期望值。對(duì)于上述實(shí)施例,因?yàn)镸n值是通過(guò)將利用兩個(gè)PN碼片bn和bn-1進(jìn)行加擾的兩個(gè)連續(xù)的接收導(dǎo)頻符號(hào)進(jìn)行相關(guān)而獲得的,所以把a(bǔ)n值定義為an=bn·bn-1。對(duì)于這個(gè)實(shí)施例,如果定義PN序列{bn},以使得{an}序列也是一個(gè)PN序列,那么可以獲得幀同步的增強(qiáng)性能。更具體地說(shuō),{an}序列和它移位后結(jié)果之間的互相關(guān)應(yīng)該是零或更低的值,除非對(duì)齊(aligned)這兩個(gè)序列。對(duì)于這個(gè)實(shí)施例,其中,基于公式(11)中所示的判決統(tǒng)計(jì)值,獲得Mn值,an值僅等于該P(yáng)N序列的bn值。通常,an值取決于獲得Mn值的方式。
      對(duì)在不同的OFDM符號(hào)周期獲得的Cn相關(guān)值,執(zhí)行峰值檢測(cè),以確定一幀的起始位置。當(dāng)Mn值與an值對(duì)齊時(shí),出現(xiàn)相關(guān)峰值??梢圆捎枚喾N方式執(zhí)行峰值檢測(cè)。例如,將每個(gè)OFDM符號(hào)周期的Cn相關(guān)值與一個(gè)門限值進(jìn)行比較,并且,只要相關(guān)值超過(guò)門限值,就可以宣布相關(guān)峰值。作為另一個(gè)例子,只要Cn相關(guān)值超出平均值或下一個(gè)最大相關(guān)值一定量時(shí),就可以宣布相關(guān)峰值。
      還可以執(zhí)行幀同步來(lái)檢測(cè)一幀的末尾或該幀的其它部分。這可以通過(guò)選擇an值序列的不同部分來(lái)實(shí)現(xiàn),所選擇的部分對(duì)應(yīng)于該幀要檢測(cè)的部分。通常,相關(guān)在以下兩者之間執(zhí)行(1)當(dāng)前OFDM符號(hào)周期n“標(biāo)記(mark)”的NC個(gè)OFDM符號(hào)周期的Mn值;以及(2)在該幀指定的OFDM符號(hào)周期或部分上Mn值的an期望值。
      對(duì)于AWGN信道,Mn和an之間的相關(guān)提供了在峰值處Cn相關(guān)值的SNR中NC(該相關(guān)的長(zhǎng)度)的增益。因此,即使在低SNR條件下,也可以對(duì)幀同步進(jìn)行魯棒性檢測(cè)。可以基于多種因素來(lái)選擇相關(guān)長(zhǎng)度NC。NC值越大,SNR中的增益就越高,幀檢測(cè)的可靠性也就更高。然而,NC值越大,就需要越大的存儲(chǔ)空間來(lái)存儲(chǔ)Mn值。
      為了簡(jiǎn)化幀同步的處理過(guò)程,可以將Mn值量化成L個(gè)比特,其中,L≥1。例如,通過(guò)對(duì)Mn值執(zhí)行硬式判決,可以將其量化為1個(gè)比特。可以將量化后的Mn值(表示為 )與公式(13)所示的an值進(jìn)行相關(guān)。
      如果導(dǎo)頻符號(hào)利用上述PN序列進(jìn)行了加擾,那么在執(zhí)行幀同步并且獲知該幀的起始位置之前,無(wú)法恢復(fù)導(dǎo)頻符號(hào)。然后,通過(guò)將頻率矯正后的導(dǎo)頻符號(hào)乘以該P(yáng)N序列的共軛復(fù)數(shù),可以對(duì)這些符號(hào)進(jìn)行解擾。基于解擾后的導(dǎo)頻符號(hào),可以估計(jì)信道增益Hn(k)。
      對(duì)于圖3中步驟320,對(duì)頻率矯正后的數(shù)據(jù)符號(hào) 執(zhí)行數(shù)據(jù)檢測(cè),如下所示D^n(k)=D~n(k)H^n(k),]]>公式(14)其中, 是符號(hào)周期n內(nèi)子帶k的信道增益估計(jì);以及, 是符號(hào)周期n內(nèi)子帶k的檢測(cè)數(shù)據(jù)符號(hào)。還可以采用本領(lǐng)域已知的其他方式執(zhí)行數(shù)據(jù)檢測(cè)。提供該幀的檢測(cè)數(shù)據(jù)符號(hào),作為一個(gè)序列,以用于后續(xù)處理過(guò)程。
      圖5示出了過(guò)程500的流程圖,該過(guò)程用于在OFDM系統(tǒng)內(nèi)的接收機(jī)中執(zhí)行整數(shù)頻率誤差估計(jì)。過(guò)程500可用于圖3中的步驟312。
      最初,基于接收符號(hào),對(duì)多個(gè)假定頻率誤差中的每一個(gè),計(jì)算度量Mn(f)的值(框510)。這可以通過(guò)選擇用于估計(jì)的假定頻率誤差 來(lái)實(shí)現(xiàn)(步驟512)。對(duì)于每個(gè)導(dǎo)頻子帶k,對(duì)在假定子帶 上兩個(gè)連續(xù)的OFDM符號(hào)周期內(nèi)獲得的兩個(gè)接收符號(hào),執(zhí)行互相關(guān),該假定頻率子帶從導(dǎo)頻子帶k偏移了 (步驟514)。在互相關(guān)中可以包括或不包括相位校正項(xiàng),如公式(3)和(10)所示。累計(jì)所有導(dǎo)頻子帶的互相關(guān)結(jié)果,從而為假定頻率誤差 ,獲得判決統(tǒng)計(jì)值 或 (步驟516)。如果尚未估計(jì)完所有的假定頻率誤差(步驟518中判斷),那么處理過(guò)程回到步驟512來(lái)選擇另一個(gè)假定頻率誤差進(jìn)行估計(jì)。否則,從針對(duì)所有估計(jì)的假定頻率誤差獲得判決統(tǒng)計(jì)值的集合中,獲得度量值的集合(步驟520)。該度量可以是判決統(tǒng)計(jì)值的實(shí)數(shù)部分或整個(gè)判決統(tǒng)計(jì)值。
      然后,基于度量值的集合,估計(jì)頻率誤差(框530)。這可以通過(guò)計(jì)算每個(gè)度量值的絕對(duì)值(或絕對(duì)值的平方)來(lái)實(shí)現(xiàn)。識(shí)別集合中絕對(duì)值最大(或絕對(duì)值平方最大)的度量值(步驟532)。提供這個(gè)識(shí)別的度量值的假定頻率誤差,作為估計(jì)整數(shù)頻率誤差(步驟534)。
      整數(shù)頻率誤差估計(jì)通常只需要執(zhí)行一次,例如,當(dāng)接收機(jī)首次調(diào)諧到發(fā)射機(jī)或在長(zhǎng)時(shí)間不活躍后數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠鹗嘉恢?。其后,采用估?jì)和追蹤出分?jǐn)?shù)頻率誤差的機(jī)制來(lái)維持接收機(jī)中的頻率鎖定。
      圖6示出了過(guò)程600的流程圖,該過(guò)程用于在OFDM系統(tǒng)的接收中執(zhí)行幀同步。過(guò)程600可用于圖3中的步驟316。
      最初,基于在每個(gè)導(dǎo)頻子帶上兩個(gè)連續(xù)的OFDM符號(hào)周期中獲得的兩個(gè)接收符號(hào)之間的互相關(guān),為每個(gè)OFDM符號(hào)周期計(jì)算度量值Mn,如上所述(步驟612)。在前FFT或后FFT估計(jì)并且去除整數(shù)頻率誤差f后,獲得度量值Mn。在每個(gè)OFDM符號(hào)周期,將NC個(gè)(如,最近的)OFDM符號(hào)周期的Mn值序列,與an值序列進(jìn)行相關(guān),以獲得該OFDM符號(hào)周期的一個(gè)相關(guān)值Cn,如公式(13)所示(步驟614)。an值是在合適的時(shí)間對(duì)齊時(shí)Mn值的期望值。然后,對(duì)為不同的OFDM符號(hào)周期獲得的相關(guān)值進(jìn)行峰值檢測(cè)(步驟616)。當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)相關(guān)峰值時(shí),宣布幀同步(步驟618)。檢測(cè)的相關(guān)峰值對(duì)應(yīng)于一幀的起始位置或該幀的其他部分,這取決于用于進(jìn)行相關(guān)的an值的序列。
      幀同步可以在連續(xù)基礎(chǔ)上執(zhí)行,如,對(duì)于每個(gè)幀。幀同步還可以在需要的時(shí)候執(zhí)行,如,在每個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)的起始位置。
      圖7示出了圖1的接收機(jī)150中的OFDM解調(diào)器160的一個(gè)實(shí)施例的框圖。預(yù)處理器710接收并處理來(lái)自接收機(jī)單元154的輸入采樣,以及提供經(jīng)過(guò)預(yù)處理的采樣。預(yù)處理器710可以執(zhí)行采樣速率轉(zhuǎn)換、分?jǐn)?shù)或者整數(shù)頻率矯正、循環(huán)前綴去除等,如下所述。FFT單元720對(duì)每個(gè)接收OFDM符號(hào)的經(jīng)過(guò)預(yù)處理的采樣執(zhí)行FFT,從而獲得接收符號(hào)Rn(k)。
      基于度量Mn(f)和接收符號(hào)Rn(k),度量計(jì)算單元/頻率誤差估計(jì)器750對(duì)接收機(jī)150中的整數(shù)頻率誤差進(jìn)行估計(jì),如上所述。單元750將估計(jì)出的整數(shù)頻率誤差 提供給預(yù)處理器710或頻率矯正單元730。預(yù)處理器710可以執(zhí)行前FFT整數(shù)頻率誤差矯正,以及,頻率矯正單元730可以執(zhí)行后FFT整數(shù)頻率誤差矯正。幀同步單元760從度量計(jì)算單元750中接收Mn度量值,基于這些度量值,執(zhí)行幀同步,并且,將幀同步(Frame Sync)信號(hào)提供給信道估計(jì)器770。幀同步信號(hào)指示每幀的起始位置。
      頻率矯正單元730把頻率矯正后的數(shù)據(jù)符號(hào) 提供給數(shù)據(jù)檢測(cè)器740,以及,把頻率矯正后的導(dǎo)頻符號(hào) 提供給信道估計(jì)器770。信道估計(jì)器770基于幀同步信號(hào),對(duì)頻率矯正后的導(dǎo)頻符號(hào)進(jìn)行解擾,基于解擾后的導(dǎo)頻符號(hào),估計(jì)信道增益,以及,把信道增益估計(jì) 提供給數(shù)據(jù)檢測(cè)器740。如公式(14)所示,數(shù)據(jù)檢測(cè)器740利用信道增益估計(jì),對(duì)頻率矯正后的數(shù)據(jù)符號(hào)執(zhí)行數(shù)據(jù)檢測(cè),并且提供檢測(cè)數(shù)據(jù)符號(hào) 圖8示出了OFDM解調(diào)器160的一個(gè)具體的設(shè)計(jì)框圖。在預(yù)處理器710中,采樣速率轉(zhuǎn)換器810接收輸入采樣(以采樣速率)并將其轉(zhuǎn)換成內(nèi)插采樣(以碼片速率)。碼片速率是指在發(fā)射機(jī)中構(gòu)成OFDM符號(hào)的碼片的速率。采樣速率是指接收機(jī)單元154用來(lái)數(shù)字化接收信號(hào)的速率。為了簡(jiǎn)化接收機(jī)中的濾波,通常選擇采樣速率高于碼片速率。時(shí)間獲取單元812獲取收到的OFDM符號(hào)的時(shí)序(如,基于循環(huán)前綴),確定收到的OFDM符號(hào)的邊界,以及把時(shí)序信號(hào)提供給OFDM解調(diào)器160中其他的處理單元(為簡(jiǎn)單起見(jiàn),沒(méi)有在圖8中示出)?;趦?nèi)插采樣中的循環(huán)前綴,分?jǐn)?shù)頻率誤差檢測(cè)器814對(duì)接收機(jī)中的分?jǐn)?shù)頻率誤差進(jìn)行估計(jì)。相位旋轉(zhuǎn)器816對(duì)內(nèi)插采樣進(jìn)行分?jǐn)?shù)頻率誤差矯正并且提供頻率矯正后的采樣。循環(huán)前綴去除單元去除發(fā)射機(jī)附加到每個(gè)OFDM符號(hào)上的循環(huán)前綴,以及,提供經(jīng)過(guò)預(yù)處理采樣。
      對(duì)于圖8中示出的實(shí)施例來(lái)說(shuō),度量計(jì)算單元/頻率誤差估計(jì)器750采用基于互相關(guān)方法定義的度量。在單元750中,相關(guān)器850對(duì)假定子帶 上兩個(gè)連續(xù)的OFDM符號(hào)周期中獲得的接收符號(hào)對(duì),執(zhí)行互相關(guān)。對(duì)于每個(gè)假定頻率誤差 為每個(gè)導(dǎo)頻子帶執(zhí)行互相關(guān),并且,可以考慮或者不考慮假定頻率誤差 的相位校正。對(duì)于每個(gè)假定頻率誤差,累加器/后處理單元852累加所有子帶的相關(guān)結(jié)果,以獲得該假設(shè)的判決統(tǒng)計(jì)值 基于判決統(tǒng)計(jì)值 的實(shí)數(shù)部分或整個(gè)判決統(tǒng)計(jì)值 單元852為每個(gè)假定頻率誤差提供度量值 相關(guān)器850和累加器852組成了度量計(jì)算單元。在每個(gè)OFDM符號(hào)周期,絕對(duì)值檢測(cè)器854檢測(cè)絕對(duì)值最大的度量值。檢測(cè)器854(1)把估計(jì)出的頻率誤差 提供給頻率矯正單元730或分?jǐn)?shù)頻率誤差檢測(cè)器814;以及,(2)把Mn度量值提供給幀同步單元760。
      對(duì)于圖8中示出的實(shí)施例,幀同步單元760中的相關(guān)器860將Mn度量值與an值進(jìn)行相關(guān),并且,為每個(gè)OFDM符號(hào)周期提供相關(guān)值Cn。峰值檢測(cè)器862對(duì)不同的OFDM符號(hào)周期的Cn相關(guān)值,執(zhí)行峰值檢測(cè),并且,提供幀同步信號(hào)。
      為清楚起見(jiàn),對(duì)于一個(gè)示例性的OFDM系統(tǒng),同時(shí)描述了頻率誤差估計(jì)和幀同步。通常,上述頻率誤差估計(jì)技術(shù)的使用可以獨(dú)立于幀同步。此外,上述幀同步技術(shù)的使用可以獨(dú)立于能夠用各種方式實(shí)現(xiàn)的頻率誤差估計(jì)。在接收機(jī)中,可以采用這里描述的頻率誤差估計(jì)技術(shù)、或幀同步技術(shù)、或頻率誤差估計(jì)技術(shù)和幀同步技術(shù),這取決于它的設(shè)計(jì)。
      上述導(dǎo)頻傳輸方案同時(shí)支持頻率誤差估計(jì)和幀同步。還可以利用其他的導(dǎo)頻傳輸方案。例如,導(dǎo)頻符號(hào)的發(fā)射可以按照非連續(xù)的方式(如,僅在指定OFDM符號(hào)周期),在不同的OFDM符號(hào)周期的不同子帶上等。導(dǎo)頻符號(hào)不需要PN序列進(jìn)行加擾,以便進(jìn)行頻率誤差估計(jì)。定義度量的方式對(duì)應(yīng)于該OFDM系統(tǒng)采用的導(dǎo)頻傳輸方案,并且與它保持一致。
      這里描述的頻率誤差估計(jì)和幀同步的技術(shù)可通過(guò)多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如,這些技術(shù)可以用硬件、軟件或軟硬件結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于硬件實(shí)現(xiàn),用于執(zhí)行頻率誤差估計(jì)和/或幀同步的處理單元可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)或多個(gè)專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、數(shù)字信號(hào)處理器件(DSPD)、可編程邏輯器件(PLD)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、用于執(zhí)行此處所述功能的其他電子單元或其組合中。
      對(duì)于軟件實(shí)現(xiàn),頻率誤差估計(jì)和幀同步的技術(shù)可用執(zhí)行此處所述功能的模塊(例如,過(guò)程、函數(shù)等)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些軟件代碼可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元(如,圖1中的存儲(chǔ)器單元182)中,并由處理器(如控制器180)執(zhí)行。存儲(chǔ)器單元可以實(shí)現(xiàn)在處理器內(nèi)或處理器外,在后一種情況下,它經(jīng)由本領(lǐng)域內(nèi)公知的各種手段,可通信地連接到處理器。
      所述公開實(shí)施例的上述描述可使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或者使用本發(fā)明。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō),這些實(shí)施例的各種修改是顯而易見(jiàn)的,并且這里定義的總體原理也可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的基礎(chǔ)上應(yīng)用于其他實(shí)施例。因此,本發(fā)明并不限于這里給出的實(shí)施例,而是與符合這里公開的原理和新穎特征的最廣范圍相一致。
      權(quán)利要求
      1.一種用于在正交頻分復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)內(nèi)的接收機(jī)中執(zhí)行頻率誤差估計(jì)和幀同步的方法,所述方法包括基于收到的符號(hào)和指示檢測(cè)導(dǎo)頻功率的度量,估計(jì)所述接收機(jī)中的頻率誤差;去除所述估計(jì)頻率誤差,以獲得頻率矯正后的導(dǎo)頻符號(hào);以及基于所述度量和所述頻率矯正后的導(dǎo)頻符號(hào),執(zhí)行幀同步。
      2.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述度量基于兩個(gè)符號(hào)周期的兩個(gè)接收符號(hào)之間的互相關(guān)。
      3.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述度量基于用信道增益估計(jì)進(jìn)行匹配濾波后的接收符號(hào)。
      4.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述估計(jì)頻率誤差包括對(duì)于多個(gè)假定頻率誤差中的每一個(gè),基于所述接收符號(hào),計(jì)算所述度量的值,其中,所述假定頻率誤差中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于所述接收機(jī)中一個(gè)不同的可能頻率誤差,以及其中,針對(duì)所述多個(gè)假定頻率誤差獲得多個(gè)度量值;識(shí)別所述多個(gè)度量值中絕對(duì)值最大的度量值;以及為所述識(shí)別的度量值提供所述假定頻率誤差,作為所述估計(jì)頻率誤差。
      5.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述執(zhí)行幀同步包括基于在包含當(dāng)前符號(hào)周期的一個(gè)或多個(gè)符號(hào)周期內(nèi)獲得的頻率矯正后的導(dǎo)頻符號(hào),計(jì)算所述當(dāng)前符號(hào)周期的所述度量的值;將為標(biāo)有所述當(dāng)前符號(hào)周期的多個(gè)符號(hào)周期獲得的多個(gè)度量值與多個(gè)期望值進(jìn)行相關(guān),以獲得所述當(dāng)前符號(hào)周期的相關(guān)值,其中,所述多個(gè)期望值是所述多個(gè)度量值在一個(gè)指定符號(hào)周期中的期望值;以及對(duì)為不同的符號(hào)周期獲得的相關(guān)值,執(zhí)行峰值檢測(cè),以確定幀同步。
      6.如權(quán)利要求1所述的方法,還包括利用偽隨機(jī)數(shù)(PN)序列,對(duì)所述頻率矯正后的導(dǎo)頻符號(hào)進(jìn)行解擾,以獲得解擾后的導(dǎo)頻符號(hào),其中,所述PN序列是基于所述幀同步進(jìn)行排列的;以及基于所述解擾后的導(dǎo)頻符號(hào),估計(jì)信道增益。
      7.如權(quán)利要求6所述的方法,還包括利用信道增益估計(jì),對(duì)頻率矯正后的數(shù)據(jù)符號(hào)執(zhí)行數(shù)據(jù)檢測(cè),以獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)符號(hào)。
      8.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述估計(jì)頻率誤差是在執(zhí)行快速傅立葉變換(FFT)獲得所述接收符號(hào)之前通過(guò)旋轉(zhuǎn)時(shí)域采樣而被去除的。
      9.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述估計(jì)頻率誤差是通過(guò)將子帶標(biāo)號(hào)移動(dòng)所述估計(jì)頻率誤差而被去除的。
      10.正交頻分復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)內(nèi)的一種接收機(jī)裝置,包括頻率誤差估計(jì)器,用于基于度量和收到的符號(hào),估計(jì)所述接收機(jī)裝置中的頻率誤差,其中,所述度量指示檢測(cè)導(dǎo)頻功率;頻率矯正單元,用于去除所述估計(jì)頻率誤差,以獲得頻率矯正后的導(dǎo)頻符號(hào);以及幀同步單元,用于基于所述度量和所述頻率矯正后的導(dǎo)頻符號(hào),執(zhí)行幀同步。
      11.正交頻分復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)內(nèi)的一種接收機(jī)裝置,包括頻率誤差估計(jì)模塊,用于基于度量和收到的符號(hào),估計(jì)所述接收機(jī)裝置中的頻率誤差,其中,所述度量指示檢測(cè)導(dǎo)頻功率;估計(jì)頻率誤差去除模塊,用于去除所述估計(jì)頻率誤差,以獲得頻率矯正后的導(dǎo)頻符號(hào);以及幀同步執(zhí)行模塊,用于基于所述度量和所述頻率矯正后的導(dǎo)頻符號(hào),執(zhí)行幀同步。
      12.一種用于在正交頻分復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)內(nèi)的接收機(jī)中執(zhí)行頻率誤差估計(jì)的方法,所述方法包括對(duì)于多個(gè)假定頻率誤差中的每一個(gè),基于收到的符號(hào),計(jì)算一個(gè)度量值,其中,所述度量指示檢測(cè)導(dǎo)頻功率,其中,所述假定頻率誤差的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于所述接收機(jī)中一個(gè)不同的可能頻率誤差,以及其中,針對(duì)所述多個(gè)假定頻率誤差獲得多個(gè)度量值;以及基于所述多個(gè)度量值,估計(jì)所述接收機(jī)中的所述頻率誤差。
      13.如權(quán)利要求12所述的方法,其中,所述度量是基于兩個(gè)符號(hào)周期的兩個(gè)接收符號(hào)之間的互相關(guān)而進(jìn)行定義的。
      14.如權(quán)利要求13所述的方法,其中,通過(guò)下列步驟計(jì)算每個(gè)假定頻率誤差的所述度量值對(duì)于用于導(dǎo)頻傳輸?shù)亩鄠€(gè)導(dǎo)頻子帶的每一個(gè),計(jì)算在一個(gè)假定子帶的兩個(gè)符號(hào)周期內(nèi)獲得的兩個(gè)接收符號(hào)之間的互相關(guān),所述假定子帶從所述導(dǎo)頻子帶偏移了所述假定頻率誤差;對(duì)所述多個(gè)導(dǎo)頻子帶的所述互相關(guān)結(jié)果進(jìn)行求和,以獲得一個(gè)判決統(tǒng)計(jì)值;以及基于所述判決統(tǒng)計(jì)值,獲得所述假定頻率誤差的所述度量值。
      15.如權(quán)利要求13所述的方法,其中,對(duì)于一個(gè)假定頻率誤差,所述兩個(gè)接收符號(hào)的互相關(guān)考慮了所述兩個(gè)接收符號(hào)之間由于所述假定頻率誤差而產(chǎn)生的相位差異。
      16.如權(quán)利要求12所述的方法,其中,所述度量是基于匹配濾波后的符號(hào)而進(jìn)行定義的。
      17.如權(quán)利要求16所述的方法,其中,通過(guò)下列步驟計(jì)算每個(gè)假定頻率誤差的所述度量值對(duì)于用于導(dǎo)頻傳輸?shù)亩鄠€(gè)導(dǎo)頻子帶的每一個(gè),將一個(gè)假定子帶的信道增益估計(jì)乘以所述假定子帶的接收符號(hào),以獲得所述導(dǎo)頻子帶的匹配濾波符號(hào),所述假定子帶從所述導(dǎo)頻子帶偏移了所述假定頻率誤差;累加所述多個(gè)導(dǎo)頻子帶的匹配濾波符號(hào),以獲得一個(gè)判決統(tǒng)計(jì)值;以及,基于所述判決統(tǒng)計(jì)值,獲得所述假定頻率誤差的所述度量值。
      18.如權(quán)利要求12所述的方法,其中,所述估計(jì)所述頻率誤差包括識(shí)別所述多個(gè)度量值中絕對(duì)值最大的度量值;以及,為所述識(shí)別出的度量值提供假定頻率誤差,作為所述接收機(jī)的估計(jì)頻率誤差。
      19.正交頻分復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)內(nèi)的一種接收機(jī)裝置,包括相關(guān)單元,用于對(duì)于多個(gè)假定頻率誤差的每一個(gè),基于接收符號(hào)計(jì)算度量的值,其中,所述度量指示檢測(cè)導(dǎo)頻功率,其中,所述假定頻率誤差的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于所述接收機(jī)中一個(gè)不同的可能頻率誤差,以及其中,針對(duì)所述多個(gè)假定頻率誤差獲得多個(gè)度量值;以及,檢測(cè)器,用于基于所述多個(gè)度量值,估計(jì)所述接收機(jī)裝置中的所述頻率誤差。
      20.如權(quán)利要求19所述的接收機(jī)裝置,其中,對(duì)于每個(gè)假定頻率誤差,所述相關(guān)單元用于對(duì)于用于導(dǎo)頻傳輸?shù)亩鄠€(gè)導(dǎo)頻子帶的每一個(gè),計(jì)算在一個(gè)假定子帶的兩個(gè)符號(hào)周期內(nèi)獲得的兩個(gè)接收符號(hào)之間的互相關(guān),所述假定子帶從所述導(dǎo)頻子帶偏移了所述假定頻率誤差;累加所述多個(gè)導(dǎo)頻子帶的所述互相關(guān)結(jié)果,以獲得一個(gè)判決統(tǒng)計(jì)值;以及,基于所述判決統(tǒng)計(jì)值,獲得所述假定頻率誤差的所述度量值。
      21.正交頻分復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)內(nèi)的一種接收機(jī)裝置,包括計(jì)算模塊,用于對(duì)于多個(gè)假定頻率誤差的每一個(gè),基于接收符號(hào)計(jì)算度量的值,其中,所述度量指示檢測(cè)導(dǎo)頻功率,其中,所述假定頻率誤差中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于所述接收機(jī)裝置中一個(gè)不同的可能頻率誤差,以及其中,針對(duì)所述多個(gè)假定頻率誤差獲得多個(gè)度量值;以及,估計(jì)模塊,用于基于所述多個(gè)度量值,估計(jì)所述接收機(jī)裝置中的所述頻率誤差。
      22.一種處理器可讀介質(zhì),存儲(chǔ)有用于執(zhí)行下列步驟的指令對(duì)于多個(gè)假定頻率誤差中的每一個(gè),基于接收符號(hào)計(jì)算度量的值,其中,所述度量指示檢測(cè)導(dǎo)頻功率,其中,所述假定頻率誤差中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于接收機(jī)中一個(gè)不同的可能頻率誤差,以及其中,針對(duì)所述多個(gè)假定頻率誤差獲得多個(gè)度量值;以及,基于所述多個(gè)度量值,估計(jì)所述接收機(jī)中的所述頻率誤差。
      23.一種用于在正交頻分復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)內(nèi)的接收機(jī)中執(zhí)行幀同步的方法,所述方法包括基于包含當(dāng)前符號(hào)周期的一個(gè)或多個(gè)符號(hào)周期的接收導(dǎo)頻符號(hào),計(jì)算所述當(dāng)前符號(hào)周期的度量的值,其中,所述度量指示檢測(cè)導(dǎo)頻功率;將為標(biāo)有所述當(dāng)前符號(hào)周期的多個(gè)符號(hào)周期獲得的多個(gè)度量值與多個(gè)期望值進(jìn)行相關(guān),以獲得所述當(dāng)前符號(hào)周期的相關(guān)值,其中,所述多個(gè)期望值是所述多個(gè)度量值在一個(gè)指定符號(hào)周期的期望值;以及對(duì)為不同的符號(hào)周期獲得的相關(guān)值,執(zhí)行峰值檢測(cè),以確定幀同步。
      24.如權(quán)利要求23所述的方法,還包括執(zhí)行頻率誤差估計(jì),以獲得所述接收機(jī)中的估計(jì)頻率誤差,以及其中,所述當(dāng)前符號(hào)周期的所述度量值考慮了所述估計(jì)頻率誤差。
      25.如權(quán)利要求23所述的方法,其中,通過(guò)下列步驟執(zhí)行所述峰值檢測(cè)將所述當(dāng)前符號(hào)周期的所述相關(guān)值與一個(gè)門限值進(jìn)行比較,以及如果所述相關(guān)值大于所述門限值,則宣布幀同步。
      26.如權(quán)利要求23所述的方法,其中,所述當(dāng)前符號(hào)周期的所述度量值是基于所述當(dāng)前符號(hào)周期的接收導(dǎo)頻符號(hào)與前一個(gè)符號(hào)周期的接收導(dǎo)頻符號(hào)之間的互相關(guān)而獲得的。
      27.如權(quán)利要求23所述的方法,其中,對(duì)于用于導(dǎo)頻傳輸?shù)亩鄠€(gè)導(dǎo)頻子帶中的每一個(gè),在傳輸之前,用一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)(PN)序列對(duì)所述導(dǎo)頻子帶的導(dǎo)頻符號(hào)進(jìn)行加擾。
      28.如權(quán)利要求27所述的方法,其中,所述多個(gè)期望值中的每一個(gè)是通過(guò)將所述PN序列中一個(gè)相應(yīng)的碼片對(duì)進(jìn)行互相關(guān)而獲得的。
      29.正交頻分復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)內(nèi)的一種接收機(jī)裝置,包括度量計(jì)算單元,用于基于包含當(dāng)前符號(hào)周期的一個(gè)或多個(gè)符號(hào)周期的接收導(dǎo)頻符號(hào),計(jì)算所述當(dāng)前符號(hào)周期的度量的值,其中,所述度量指示檢測(cè)導(dǎo)頻功率;相關(guān)器,用于將為標(biāo)有所述當(dāng)前符號(hào)周期的多個(gè)符號(hào)周期獲得的多個(gè)度量值與多個(gè)期望值進(jìn)行相關(guān),以獲得所述當(dāng)前符號(hào)周期的相關(guān)值,其中,所述多個(gè)期望值是所述多個(gè)度量值在一個(gè)指定符號(hào)周期的期望值;以及峰值檢測(cè)器,用于對(duì)為不同的符號(hào)周期獲得的相關(guān)值執(zhí)行峰值檢測(cè),以確定幀同步。
      30.如權(quán)利要求29所述的接收機(jī)裝置,其中,對(duì)于用于導(dǎo)頻傳輸?shù)亩鄠€(gè)導(dǎo)頻子帶中的每一個(gè),在傳輸之前,用一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)(PN)序列對(duì)所述導(dǎo)頻子帶的導(dǎo)頻符號(hào)進(jìn)行加擾。
      31.如權(quán)利要求30所述的接收機(jī)裝置,其中,所述當(dāng)前符號(hào)周期的所述度量值是基于所述當(dāng)前符號(hào)周期的接收導(dǎo)頻符號(hào)與前一個(gè)符號(hào)周期的接收導(dǎo)頻符號(hào)之間的互相關(guān)而獲得的,以及其中,所述多個(gè)期望值中的每一個(gè)是通過(guò)將所述PN序列中一個(gè)相應(yīng)的碼片對(duì)進(jìn)行互相關(guān)而獲得的。
      32.正交頻分復(fù)用(OFDM)通信系統(tǒng)內(nèi)接收機(jī)的一種接收機(jī)裝置,包括計(jì)算模塊,用于基于包含當(dāng)前符號(hào)周期的一個(gè)或多個(gè)符號(hào)周期的接收導(dǎo)頻符號(hào),計(jì)算所述當(dāng)前符號(hào)周期的度量的值,其中,所述度量指示檢測(cè)導(dǎo)頻功率;相關(guān)模塊,用于將為標(biāo)有所述當(dāng)前符號(hào)周期標(biāo)記的多個(gè)符號(hào)周期獲得的多個(gè)度量值與多個(gè)期望值進(jìn)行相關(guān),以獲得所述當(dāng)前符號(hào)周期的相關(guān)值,其中,所述多個(gè)期望值是所述多個(gè)度量值在一個(gè)指定符號(hào)周期的期望值;以及峰值檢測(cè)執(zhí)行模塊,用于對(duì)為不同的符號(hào)周期獲得的相關(guān)值,執(zhí)行峰值檢測(cè),以確定幀同步。
      全文摘要
      在OFDM系統(tǒng)內(nèi)的接收器中,基于指示檢測(cè)導(dǎo)頻功率的度量,執(zhí)行頻率誤差估計(jì)和幀同步。該度量是基于在兩個(gè)OFDM符號(hào)周期中獲得的兩個(gè)接收符號(hào)之間的互相關(guān)而進(jìn)行定義的。為了進(jìn)行頻率誤差估計(jì),為多個(gè)假定頻率誤差中的每一個(gè)計(jì)算度量值。提供絕對(duì)值最大的度量值對(duì)應(yīng)的假定頻率誤差,作為估計(jì)頻率誤差。為了進(jìn)行幀同步,在每個(gè)OFDM符號(hào)周期中,通過(guò)將在NC個(gè)(如,最近的)OFDM符號(hào)周期內(nèi)獲得的度量值與NC個(gè)期望值進(jìn)行相關(guān),獲得一個(gè)相關(guān)值。所述期望值是按照與計(jì)算所述度量值相一致的方式來(lái)計(jì)算的。對(duì)在不同的OFDM符號(hào)周期中獲得的相關(guān)值,執(zhí)行峰值檢測(cè),以確定幀同步。
      文檔編號(hào)H04L27/26GK1930841SQ200580007328
      公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月8日
      發(fā)明者拉吉夫·維賈亞恩, 阿洛克·庫(kù)馬爾·古普塔, 拉古拉曼·克里希納姆爾蒂 申請(qǐng)人:高通股份有限公司
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