專利名稱：一種ofdm系統(tǒng)的載波頻率同步電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信信號(hào)調(diào)制技術(shù)，尤其涉及一種正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)的載波頻率同步電路及方法。
背景技術(shù)：
OFDM技術(shù)因其抗多徑干擾與抗頻率選擇性衰落的能力而被廣泛應(yīng)用于多種高速數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)中，如無線局域網(wǎng)、高速數(shù)字用戶環(huán)路、非對稱數(shù)字用戶環(huán)路、數(shù)字音頻廣播、 數(shù)字視頻廣播和高清晰數(shù)字電視等場合。現(xiàn)在許多國際、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)已將OFDM技術(shù)作為物理層的傳輸手段。由于OFDM技術(shù)可以較好的解決高速通信系統(tǒng)中的多徑干擾和寬帶傳輸?shù)葐栴}， 因此該技術(shù)已經(jīng)成為第四代移動(dòng)通信技術(shù)(B3G/4G)的候選方案。目前衛(wèi)星廣播、數(shù)字移動(dòng)電視廣播、數(shù)字地面廣播等標(biāo)準(zhǔn)都是采用OFDM技術(shù)作為核心技術(shù)。但是卻存在一個(gè)問題由于OFDM技術(shù)依賴頻率的正交特性，一旦其正交性遭到破壞，其系統(tǒng)的誤碼率將急劇增加，這也是OFDM技術(shù)在應(yīng)用中的一個(gè)主要缺陷。其產(chǎn)生頻偏的主要原因在于射頻電路接收和發(fā)送段中心頻率失配；另一個(gè)原因在于收發(fā)雙方有高速相對速度的多普勒頻移。在OFDM系統(tǒng)中，當(dāng)產(chǎn)生載波頻率偏差時(shí)，大于子載波間隔的頻偏部分稱為整數(shù)頻偏Af1，整數(shù)頻偏只是將接收機(jī)中快速傅立葉變換(FFT)的輸出進(jìn)行移位，并不破壞各個(gè)子載波間的正交性，但將會(huì)導(dǎo)致解調(diào)結(jié)果完全錯(cuò)誤；小于子載波間隔的頻偏部分稱為小數(shù)頻偏Aff，其會(huì)破壞子載波的正交性，引起子載波干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)誤碼上升。通常情況下，需在時(shí)域首先進(jìn)行小數(shù)頻偏估計(jì)并補(bǔ)償，以消除小數(shù)頻偏引起的子載波間干擾后，再在頻域進(jìn)行整數(shù)頻偏估計(jì)和補(bǔ)償。在廣播電視系統(tǒng)中，由于頻譜資源非常珍貴，系統(tǒng)帶寬一般都比較窄。此外，由于長距離傳輸?shù)男诺拉h(huán)境非常惡劣，系統(tǒng)必須對抗較大的時(shí)延擴(kuò)展，故系統(tǒng)子載波數(shù)目一般比較多，因而每個(gè)子載波間隔都比較小。這樣，系統(tǒng)接收方的載波頻率偏差一般都大于子載波間隔，需要對系統(tǒng)分為整數(shù)載波頻偏與小數(shù)載波頻偏分別進(jìn)行估計(jì)。其中對于小數(shù)頻偏，主要是利用相關(guān)特性來進(jìn)行估計(jì)，如基于前導(dǎo)序列的延時(shí)相關(guān)方法等，該方法的主要問題是運(yùn)算量大、功耗高，而便攜式終端設(shè)備對功耗又非常敏感，因此對低功耗設(shè)備的設(shè)計(jì)要求高、難度大。對于整數(shù)頻偏，可以利用在頻域中插入的離散導(dǎo)頻或連續(xù)導(dǎo)頻進(jìn)行整數(shù)頻偏Af1 估計(jì)，整數(shù)頻偏估計(jì)實(shí)際上是基于最大似然理論的。由于小數(shù)頻偏已校正，子載波之間的干擾已基本消除。原來第k' th個(gè)子載波由于整數(shù)頻偏，經(jīng)FFT解調(diào)處理后已經(jīng)偏移到 k' th+Δ &。設(shè)系統(tǒng)中連續(xù)導(dǎo)頻ck,其子載波位置k' e C，則接收到的經(jīng)解調(diào)后的連續(xù)導(dǎo)頻移動(dòng)到keC+Δ ^。對兩個(gè)連續(xù)的OFDM符號(hào)1-1，1，進(jìn)行共軛相關(guān)，求其最大峰值點(diǎn)偏移理想點(diǎn)的位置即整數(shù)頻偏。但上述方法的缺點(diǎn)在于，該估計(jì)過程受噪聲與多徑衰落現(xiàn)象等干擾的影響較大。尤其是連續(xù)導(dǎo)頻一般以突發(fā)能量發(fā)送，這樣相關(guān)峰值點(diǎn)更加明顯，如文獻(xiàn) Speth，M. ；Fechtel,S. ；Fock,G. ；Meyr，H.，Optimum receiver design for OFDM-basedbroadband transmission. II. A case study, IEEE Transactions on Communications, Vol.49，Apr.2001，PP571 578中公式12(即巧=ai^HxI Σ XJ，其中 為相鄰兩個(gè)
kfcC+m
OFDM符號(hào)連續(xù)導(dǎo)頻的共軛相關(guān)值，C為連續(xù)導(dǎo)頻的子載波位置，m為連續(xù)導(dǎo)頻左右滑動(dòng)的范圍)所描述的內(nèi)容。此外，還可以采用基于插入的保護(hù)段進(jìn)行整數(shù)載波頻偏估計(jì)。在OFDM系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)子載波與導(dǎo)頻載波之和一般都小于FFT長度N，剩下的部分通過填充虛擬子載波來實(shí)現(xiàn)。 這樣在頻譜兩端就相當(dāng)于有一個(gè)保護(hù)段，用以減小與相鄰頻段的干擾。這里，在每個(gè)OFDM 符號(hào)內(nèi)有固定子載波不加載任何信息，其發(fā)送功率為0，這一段虛擬子載波稱為保護(hù)段?；谧畲笏迫焕碚?，當(dāng)數(shù)據(jù)與導(dǎo)頻子載波不在預(yù)先設(shè)計(jì)的滑動(dòng)窗口內(nèi)，滑動(dòng)窗口內(nèi)的能量達(dá)到最小值，此時(shí)滑動(dòng)窗口與理想位置之間的距離就是整數(shù)頻偏的大小。該算法受滑動(dòng)窗口寬度和深衰落影響比較大，需要在滑動(dòng)窗口寬度所導(dǎo)致的復(fù)雜度和性能之間做折衷。除上述方法外，還可以采用專利號(hào)為03100300. 1、名稱為“在數(shù)字視頻廣播中利用時(shí)間域擴(kuò)頻信標(biāo)進(jìn)行同步的方法”的中國專利中基于前導(dǎo)序列的整數(shù)載波頻偏估計(jì)法，即利用時(shí)間同步后接收到的前導(dǎo)序列，經(jīng)小數(shù)頻偏校正后，逐次乘以[_kmax，kmax-l]范圍內(nèi)的整數(shù)載波頻偏，然后分別用理想前導(dǎo)序列進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，使該相關(guān)值獲得最大值的i就是整數(shù)頻偏。綜上所述，現(xiàn)有OFDM系統(tǒng)載波頻率同步方法中的小數(shù)、整數(shù)頻偏估計(jì)方法，存在估計(jì)過程受噪聲與多徑衰落現(xiàn)象等干擾的影響較大，或計(jì)算量大，不適合應(yīng)用在要求低復(fù)雜度計(jì)算的設(shè)備中的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種OFDM系統(tǒng)的載波頻率同步電路及方法，利用該同步電路，能夠在保證系統(tǒng)性能的前提下，降低算法復(fù)雜度和硬件開銷，以利于低功耗便攜式終端設(shè)備的設(shè)計(jì)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種正交頻分復(fù)用OFDM系統(tǒng)的載波頻率同步電路，包括小數(shù)頻偏估計(jì)電路、小數(shù)頻偏補(bǔ)償電路、整數(shù)頻偏估計(jì)電路和整數(shù)頻偏補(bǔ)償電路；其中，所述小數(shù)頻偏估計(jì)電路，用于對頻域相鄰的兩個(gè)欠采樣同步序列的互相關(guān)值進(jìn)行歸一化處理，并得到小數(shù)頻偏估計(jì)值；所述小數(shù)頻偏補(bǔ)償電路，用于根據(jù)所述小數(shù)頻偏估計(jì)值輸入數(shù)控振蕩器進(jìn)行小數(shù)頻偏補(bǔ)償，以校正所述OFDM系統(tǒng)的載波頻率；所述整數(shù)頻偏估計(jì)電路，用于對經(jīng)快速傅立葉變換FFT處理后的每個(gè)OFDM符號(hào)高能量載波符號(hào)位進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，并對多個(gè)OFDM符號(hào)的自相關(guān)值進(jìn)行求和運(yùn)算，得到整數(shù)頻偏估計(jì)值；所述整數(shù)頻偏補(bǔ)償電路，用于根據(jù)所述整數(shù)頻偏估計(jì)值數(shù)控振蕩器進(jìn)行整數(shù)頻偏補(bǔ)償，以校正所述OFDM系統(tǒng)的載波頻率。一種OFDM系統(tǒng)的載波頻率同步方法，在所述OFDM系統(tǒng)時(shí)間同步后，通過對相鄰?fù)?br> 步序列的自相關(guān)值進(jìn)行歸一化處理，求峰值點(diǎn)之相角，獲得小數(shù)頻偏估計(jì)值，并對OFDM系
統(tǒng)的載波頻率進(jìn)行小數(shù)頻偏補(bǔ)償；再將經(jīng)小數(shù)頻偏補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)進(jìn)一步經(jīng)快速傅立葉變換FFT處理后，對每個(gè)OFDM符號(hào)高能量載波符號(hào)位進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，并對多個(gè)OFDM符號(hào)的自相關(guān)進(jìn)行求和運(yùn)算進(jìn)行整數(shù)頻偏估計(jì)，得到整數(shù)頻偏估計(jì)值，最后按照該整數(shù)頻偏估計(jì)值進(jìn)行補(bǔ)償，以校正OFDM系統(tǒng)的載波頻率。其中，所述的小數(shù)頻偏估計(jì)包括A、計(jì)算欠采樣率為α的相鄰兩個(gè)同步序列的互相關(guān)值
權(quán)利要求
1.一種正交頻分復(fù)用OFDM系統(tǒng)的載波頻率同步電路，其特征在于，包括小數(shù)頻偏估計(jì)電路、小數(shù)頻偏補(bǔ)償電路、整數(shù)頻偏估計(jì)電路和整數(shù)頻偏補(bǔ)償電路；其中，所述小數(shù)頻偏估計(jì)電路，用于對頻域相鄰的兩個(gè)欠采樣同步序列的互相關(guān)值進(jìn)行歸一化處理，并得到小數(shù)頻偏估計(jì)值；所述小數(shù)頻偏補(bǔ)償電路，用于根據(jù)所述小數(shù)頻偏估計(jì)值輸入數(shù)控振蕩器進(jìn)行小數(shù)頻偏補(bǔ)償，以校正所述OFDM系統(tǒng)的載波頻率；所述整數(shù)頻偏估計(jì)電路，用于對經(jīng)快速傅立葉變換FFT處理后的每個(gè)OFDM符號(hào)高能量載波符號(hào)位進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，并對多個(gè)OFDM符號(hào)的自相關(guān)值進(jìn)行求和運(yùn)算，得到整數(shù)頻偏估計(jì)值；所述整數(shù)頻偏補(bǔ)償電路，用于根據(jù)所述整數(shù)頻偏估計(jì)值數(shù)控振蕩器進(jìn)行整數(shù)頻偏補(bǔ)償，以校正所述OFDM系統(tǒng)的載波頻率。
2.—種OFDM系統(tǒng)的載波頻率同步方法，其特征在于，在所述OFDM系統(tǒng)時(shí)間同步后， 通過對相鄰?fù)叫蛄械淖韵嚓P(guān)值進(jìn)行歸一化處理，求峰值點(diǎn)之相角，獲得小數(shù)頻偏估計(jì)值， 并對OFDM系統(tǒng)的載波頻率進(jìn)行小數(shù)頻偏補(bǔ)償；再將經(jīng)小數(shù)頻偏補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)進(jìn)一步經(jīng)快速傅立葉變換FFT處理后，對每個(gè)OFDM符號(hào)高能量載波符號(hào)位進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，并對多個(gè) OFDM符號(hào)的自相關(guān)進(jìn)行求和運(yùn)算進(jìn)行整數(shù)頻偏估計(jì)，得到整數(shù)頻偏估計(jì)值，最后按照該整數(shù)頻偏估計(jì)值進(jìn)行補(bǔ)償，以校正OFDM系統(tǒng)的載波頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OFDM系統(tǒng)的載波頻率同步方法，其特征在于，所述的小數(shù)頻偏估計(jì)值的計(jì)算過程為A、計(jì)算欠采樣率為α的相鄰兩個(gè)同步序列的互相關(guān)值
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OFDM系統(tǒng)的載波頻率同步方法，其特征在于，所述的整數(shù)頻偏估計(jì)值的計(jì)算過程包括D、對頻域的每個(gè)OFDM符號(hào)高能量載波符號(hào)位進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算 Zi，k+i = sign (real (Z1 k+i)) +j^sign (imag (Zl7
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的OFDM系統(tǒng)的載波頻率同步方法，其特征在于，所述的頻偏補(bǔ)償過程為把步驟C或步驟E計(jì)算所得的小數(shù)頻偏與整數(shù)頻偏送入頻偏補(bǔ)償模塊進(jìn)行補(bǔ)償
全文摘要
本發(fā)明公開的OFDM系統(tǒng)的載波頻率同步電路及方法，其包括小數(shù)頻偏估計(jì)、小數(shù)頻偏補(bǔ)償、整數(shù)頻偏估計(jì)和整數(shù)頻偏補(bǔ)償?shù)入娐?；相?yīng)的，該方法包括小數(shù)頻偏估計(jì)、小數(shù)頻偏補(bǔ)償、整數(shù)頻偏估計(jì)和整數(shù)頻偏補(bǔ)償?shù)牟襟E；通過對頻域相鄰的兩個(gè)欠采樣同步序列的互相關(guān)值進(jìn)行歸一化處理，得到小數(shù)頻偏的估計(jì)值，利用該將估計(jì)值進(jìn)行小數(shù)頻偏補(bǔ)償校正；然后對經(jīng)快速傅立葉變換(FFT)處理后的每個(gè)OFDM符號(hào)高能量載波符號(hào)位進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，并對多個(gè)OFDM符號(hào)的自相關(guān)進(jìn)行求和運(yùn)算，得到整數(shù)頻偏估計(jì)值，然后根據(jù)所述整數(shù)頻偏估計(jì)值進(jìn)行整數(shù)頻偏補(bǔ)償。采用該同步電路和方法，能降低運(yùn)算量和減小噪聲對頻偏估計(jì)的影響，利于低功耗設(shè)備的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H04L27/26GK102480452SQ201010258799
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者喬樹山, 黑勇 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所