專利名稱：利用正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中的引導(dǎo)符號(hào)補(bǔ)償頻偏的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景1.本發(fā)明的領(lǐng)域1 1本發(fā)明一般地涉及一種用于OFDM/CDMA(正交頻分復(fù)用/碼分多址)系統(tǒng)的頻偏(frequency offset)補(bǔ)償裝置，更具體地說，涉及一種利用保護(hù)間隔(guard interval)和引導(dǎo)符號(hào)(pilot symbol)補(bǔ)償頻偏(或頻率誤差)的頻偏補(bǔ)償裝置。
2.相關(guān)技術(shù)介紹1 2隨著各種類型的近代多媒體的多樣化，需要傳輸高速數(shù)據(jù)。此外，隨著用戶對于建設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)的需求的增加，無線異步傳輸模式(下文稱為“WATM”)市場需要擴(kuò)展。因此，每個(gè)國家形成關(guān)于WATM標(biāo)準(zhǔn)的各種組織，以便加速實(shí)施WATM技術(shù)。為了實(shí)施這種高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腤ATM技術(shù)，正在對一種在實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸時(shí)利用正交頻分復(fù)用(下文稱為“OFDM”)技術(shù)的方法進(jìn)行有效的探索。按照OFDM技術(shù)，在反快速傅里葉變換(IFFT)之后在多個(gè)副載波上傳輸數(shù)據(jù)，并在OFDM接收器中通過快速傅里葉變換(FFT)將所傳輸?shù)母陛d波轉(zhuǎn)換為原始數(shù)據(jù)。
1 3圖1表示一般的OFDM/CDMA系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。參照圖1介紹OFDM/CDMA系統(tǒng)中的發(fā)送接收器的結(jié)構(gòu)和工作原理。
1 4首先，介紹發(fā)送器的結(jié)構(gòu)。擴(kuò)展器(spreader)101通過將數(shù)據(jù)符號(hào)流與在數(shù)據(jù)符號(hào)單元(unit)中的N速率(rate)的代碼相乘(multiplying)擴(kuò)展所發(fā)送的數(shù)據(jù)符號(hào)流。這里，將通過將數(shù)據(jù)符號(hào)與N速率的代碼相乘得到的N個(gè)數(shù)據(jù)位稱為“數(shù)據(jù)樣本(sample)”。利用串行并行(S/P)轉(zhuǎn)換器103將根據(jù)數(shù)據(jù)符號(hào)擴(kuò)展的數(shù)據(jù)樣本并行化，然后，輸入到引導(dǎo)樣本插入器105。引導(dǎo)樣本插入器105并行接收N個(gè)數(shù)據(jù)樣本，按規(guī)則的間隔標(biāo)點(diǎn)(puncture)所接收的數(shù)據(jù)樣本，然后，插入引導(dǎo)數(shù)據(jù)樣本，如圖2所示，將插入引導(dǎo)樣本的數(shù)據(jù)符號(hào)提供到反快速傅里葉變換(IFFT)部分107。IFFT 107并行接收在數(shù)據(jù)符號(hào)單元中的已插入引導(dǎo)樣本的數(shù)據(jù)樣本。在如下的介紹中，從IFFT 107輸出的經(jīng)IFFT變換的數(shù)據(jù)將稱為“OFDM符號(hào)”。OFDM符號(hào)也由N個(gè)數(shù)據(jù)樣本組成。從IFFT 107輸出的OFDM符號(hào)輸入到保護(hù)間隔插入器109。保護(hù)間隔插入器109復(fù)制所接收的OFDM符號(hào)后端的一部分并將其插入到OFDM符號(hào)的前方。利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)111將插入保護(hù)間隔的OFDM符號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬的OFDM符號(hào)，并在上轉(zhuǎn)換(up-conversion)之后發(fā)送經(jīng)轉(zhuǎn)換的模擬OFDM符號(hào)。
2 1接著，一接收器對由發(fā)送器發(fā)送的模擬信號(hào)進(jìn)行下轉(zhuǎn)換(down-conversion)。由于在下轉(zhuǎn)換期間所采用的振蕩器不精確，基帶信號(hào)包括頻偏。利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)121將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字OFDM符號(hào)，然后施加到保護(hù)間隔消除器123。保護(hù)間隔消除器123對從ADC121輸出的OFDM符號(hào)進(jìn)行幀同步，并在幀同步之后消除包含在OFDM符號(hào)中的保護(hù)間隔，將消除保護(hù)間隔的OFDM符號(hào)施加到快速傅里葉變換(FFT)部分125。FFT 125對從保護(hù)間隔消除器123輸出的OFDM符號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換并輸出數(shù)據(jù)符號(hào)。在這一點(diǎn)，由于得到經(jīng)位移了在下轉(zhuǎn)換期間所包含的頻偏的信號(hào)，所以難于復(fù)原原始數(shù)據(jù)。特別是，在其中按每一頻帶輸送的所期望信號(hào)的OFDM/CDMA系統(tǒng)中，應(yīng)正確地估算頻偏并對其補(bǔ)償以便復(fù)原原始信號(hào)。為補(bǔ)償頻偏，載波同步器127檢測從FFT 125輸出的數(shù)據(jù)符號(hào)中的引導(dǎo)樣本，并利用所檢測的引導(dǎo)樣本執(zhí)行載波同步。去擴(kuò)展器129對從FFT 125輸出的經(jīng)擴(kuò)展為N個(gè)數(shù)據(jù)樣本的數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行去擴(kuò)展，并輸出原始數(shù)據(jù)符號(hào)。
2 2 FFT 125通常利用在如下公式(1)中所示的FFT特性復(fù)原頻偏。X[n]WNK0n↔X[k-k0](WN=e-j2πN)---(1)]]>其中X[n]是輸入到FFT的時(shí)域中的輸入信號(hào)， 是偏移項(xiàng)，以及X[k-k0]代表所接收的具有頻偏的信號(hào)，在下轉(zhuǎn)換期間其從該發(fā)送信號(hào)位移k0。
3 1圖2表示在一般OFDM/CDMA系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該圖表示對于按特定模式的每個(gè)數(shù)據(jù)樣本在標(biāo)點(diǎn)(puncturing)N個(gè)數(shù)據(jù)樣本之后將引導(dǎo)數(shù)據(jù)樣本插入。由于按特定模式插入引導(dǎo)數(shù)據(jù)樣本，所以利用引導(dǎo)數(shù)據(jù)樣本計(jì)算公式(1)，并通過計(jì)算由公式(1)所計(jì)算的數(shù)據(jù)的位移量k0來補(bǔ)償頻偏。
3 2在理想系統(tǒng)中，由于在從原始基準(zhǔn)樣本位置位移k0個(gè)樣本的位置處接收按公式(1)所示接收的引導(dǎo)樣本，可以利用相關(guān)器(correlator)通過估算位移值來計(jì)算頻偏k0。然而，在OFDM/CDMA系統(tǒng)中，使用上述引導(dǎo)樣本當(dāng)數(shù)據(jù)速率增加2倍以上時(shí)使得這種性能惡化，用于頻偏補(bǔ)償?shù)慕邮占?jí)復(fù)雜化，噪聲電平增加，從而難于利用引導(dǎo)樣本。
3 3非理想系統(tǒng)存在更嚴(yán)重的問題。影響的因素包括計(jì)時(shí)誤差、共同(common)相位誤差(CPE)和噪聲。在接收器中，在通過FFT級(jí)之后，在時(shí)域中的計(jì)時(shí)誤差、用頻域中的原始信號(hào)和指數(shù)項(xiàng)的乘積來表達(dá)。這恰恰對引導(dǎo)樣本值產(chǎn)生最終影響，這一數(shù)值的增加使得相關(guān)器性能明顯惡化。因此，在OFDM/CDMA系統(tǒng)中，常規(guī)的頻偏補(bǔ)償方法難于檢測正確的頻偏值。
發(fā)明概述3 4因此，本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)送器，其當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)流時(shí)，按照規(guī)則的間隔插入符號(hào)單元引導(dǎo)(或引導(dǎo)符號(hào))，以便能夠在接收器實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的頻偏校正。
4 1本發(fā)明的另一目的是提供一種頻偏補(bǔ)償裝置，其利用保護(hù)間隔和包含在所接收的其中按照規(guī)則的間隔插入引導(dǎo)符號(hào)的幀數(shù)據(jù)中的引導(dǎo)符號(hào)，對頻偏補(bǔ)償兩次。
4 2為了實(shí)現(xiàn)上述目的，用于OFDM系統(tǒng)的發(fā)射器包括調(diào)制器，用于對所接收的數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行OFDM調(diào)制；保護(hù)間隔插入器，用于在經(jīng)OFDM調(diào)制的數(shù)據(jù)符號(hào)中插入保護(hù)間隔；引導(dǎo)符號(hào)插入器，用于將引導(dǎo)符號(hào)插入到從保護(hù)間隔插入器輸出的幀單元的數(shù)據(jù)中；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將從引導(dǎo)符號(hào)插入器輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。
4 3為了實(shí)現(xiàn)另一個(gè)目的，用于OFDM系統(tǒng)的接收器接收OFDM信號(hào)，對于該OFDM信號(hào)按規(guī)則的間隔將引導(dǎo)符號(hào)插入到幀單元的數(shù)據(jù)中，以及將保護(hù)間隔插入數(shù)據(jù)符號(hào)中，該接收器包括第一載波(carrier)同步器，用于接收通過將OFDM信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)得到的數(shù)據(jù)符號(hào)流，以及通過檢測每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的保護(hù)間隔對近似的(approximate)頻偏進(jìn)行補(bǔ)償；快速傅里葉變換部分，用于對從第一載波同步器輸出的信號(hào)進(jìn)行OFDM解調(diào)；以及第二載波同步器，用于通過檢測經(jīng)解調(diào)的數(shù)據(jù)符號(hào)流中的引導(dǎo)符號(hào)，對細(xì)微的頻偏進(jìn)行補(bǔ)償。


4 4通過結(jié)合附圖的如下的詳細(xì)介紹，將使本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)變得更加明顯，其中圖1是表示一般的OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是表示一般的OFDM/CDMA系統(tǒng)中利用引導(dǎo)樣本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的OFDM/CDMA系統(tǒng)中的發(fā)送器結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4A是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的OFDM/CDMA系統(tǒng)中的插入符號(hào)的幀結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4B是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的OFDM/CDMA系統(tǒng)中的插入保護(hù)間隔的幀結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的OFDM/CDMA系統(tǒng)中的接收器結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6是表示圖5中所示第一載波同步器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖7是表示圖5中所示第二載波同步器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的示意圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)介紹5 1下面將參照附圖介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在下面的介紹中對公知的功能或結(jié)構(gòu)不再進(jìn)行詳細(xì)的介紹，這是由于它們會(huì)因不必要的細(xì)節(jié)妨礙理解本發(fā)明。
5 2在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中，使用保護(hù)間隔和引導(dǎo)符號(hào)來按考慮計(jì)時(shí)誤差、共同相位誤差和噪聲的這樣一種實(shí)際的狀態(tài)估算頻偏。參照圖3介紹用于在發(fā)送之前插入保護(hù)間隔和引導(dǎo)符號(hào)的發(fā)送器的結(jié)構(gòu)。
5 3串行并行(S/P)轉(zhuǎn)換器201串行接收由利用長度為N的代碼擴(kuò)展并由N個(gè)數(shù)據(jù)樣本組成的數(shù)據(jù)符號(hào)，并輸出并行的N個(gè)數(shù)據(jù)樣本。引導(dǎo)符號(hào)插入器203從S/P轉(zhuǎn)換器201并行接收N個(gè)數(shù)據(jù)樣本，并在發(fā)送之前將引導(dǎo)符號(hào)按持定的模式插入到一幀中。引導(dǎo)符號(hào)插入器203可以由用于產(chǎn)生引導(dǎo)符號(hào)的裝置(末示出)和用于按持定的模式切換數(shù)據(jù)符號(hào)和引導(dǎo)符號(hào)的切換裝置(末示出)組成。切換裝置可以由復(fù)用器組成。還可以將引導(dǎo)符號(hào)插入器203設(shè)在S/P轉(zhuǎn)換器201的前置級(jí)中。反快速傅里葉變換(IFFT)部分205并行接收從引導(dǎo)符號(hào)插入器203輸出的N個(gè)數(shù)據(jù)樣本，對所接收的數(shù)據(jù)樣本執(zhí)行反快速傅里葉變換，并將經(jīng)IFFT變換的OFDM符號(hào)輸出到并行串行(P/S)轉(zhuǎn)換器207。該經(jīng)IFFT變換的OFDM符號(hào)由N個(gè)數(shù)據(jù)樣本組成。由于對在數(shù)據(jù)符號(hào)單元中的OFDM符號(hào)的N個(gè)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行OFDM調(diào)制，這與在OFDM操作之前的N個(gè)數(shù)據(jù)樣本不同。P/S轉(zhuǎn)換器207將經(jīng)IFFT變換的N個(gè)數(shù)據(jù)樣本串行化并將它們輸出到保護(hù)間隔插入器209。保護(hù)間隔插入器209復(fù)制從P/S轉(zhuǎn)換器207輸出的OFDM符號(hào)后端的一部分并將其插入到數(shù)據(jù)符號(hào)的前方。在如下的介紹中，將假設(shè)在保護(hù)間隔內(nèi)的數(shù)據(jù)樣本的數(shù)目為N(數(shù)據(jù)樣本的數(shù)目)×1/2。
6 1數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)213將從保護(hù)間隔插入器209輸出的OFDM符號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后在發(fā)送之前對經(jīng)轉(zhuǎn)換的OFDM符號(hào)進(jìn)行上轉(zhuǎn)換。
6 2圖4A是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的OFDM/CDMA系統(tǒng)中的插入符號(hào)的幀結(jié)構(gòu)，其中帶陰影的符號(hào)是引導(dǎo)符號(hào)，并按4個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的間隔插入引導(dǎo)符號(hào)。還可按規(guī)則的間隔將引導(dǎo)符號(hào)插入到一幀中或按規(guī)則的間隔而無幀分離插入。
6 3圖4B是表示從圖3中的保護(hù)間隔插入器209輸出的插入保護(hù)間隔的幀結(jié)構(gòu)。
6 4在圖4B中，對于每個(gè)OFDM符號(hào)的保護(hù)間隔，復(fù)制對應(yīng)的OFDM符號(hào)后端的一部分并將其插入到OFDM符號(hào)的前方。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，將保護(hù)間隔的長度確定為數(shù)據(jù)樣本的個(gè)數(shù)N的1/2。
6 5圖5表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的OFDM/CDMA系統(tǒng)中的接收器結(jié)構(gòu)。
6 6在一些實(shí)際情況下，OFDM/CDMA系統(tǒng)中的接收器具有頻偏共同相位誤差、噪聲和計(jì)時(shí)誤差。在這些實(shí)際情況下接收的信號(hào)應(yīng)當(dāng)模型化。如圖3中所示，如假設(shè)在OFDM系統(tǒng)中的發(fā)送器的IFFT 205的輸入端的信號(hào)是Xm(K)，通過IFFT 205的其中還未插入保護(hù)間隔的信號(hào)是Xm[n]，則在消除y′m[n]之后由接收器進(jìn)行FFT變換的信號(hào)和經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換的信號(hào)中的保護(hù)間隔將在如下的介紹中定義為Y′m[k]。
7 1如果每個(gè)符號(hào)的頻偏是ke[赫/符號(hào)]，則每個(gè)符號(hào)的樣本偏移是ke/N[赫/符號(hào)]，第m個(gè)符號(hào)的第n個(gè)樣本的頻偏km[n]由以下公式(2)來表達(dá)。kn[n]=keNm{N+G}+keNn---(2)]]>其中G代表在保護(hù)間隔中的樣本的數(shù)目。
7 2在接收器中，包含頻偏、共同相位誤差和噪聲的信號(hào)ym[n]由如下公式(3)表達(dá)，其中為了方便，指定樣本的數(shù)目為從-G到N-1。ym[n]=Xm[n]·ej2πkm[n]·ejpe+Wm[n]]]>=Xm[n]·ej2πke[m{N+G}+n]N·ejpe+Wm[n]---(3)]]>=Xm[n]·ej2πkenN·ej2πkem{N+G}N·ejpe+Wm[n]]]>其中Pe代表共同相位誤差，Wm[n]代表笫m個(gè)符號(hào)的AWGN(加性白高斯噪聲)。
7 3下面將參照圖5介紹接收器的結(jié)構(gòu)和工作。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)221對從發(fā)送器發(fā)送的模擬信號(hào)進(jìn)行下轉(zhuǎn)換，并對經(jīng)下轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。在如下的介紹中，將從ADC 221輸出的定義為y′m[n]。第一載波同步器223是一利用保護(hù)間隔的載波同步器。第一載波同步器223接收從ADC 221輸出的OFDM符號(hào)，檢測在用于插入保護(hù)間隔的數(shù)據(jù)符號(hào)的后端的OFDM符號(hào)的保護(hù)間隔G和G個(gè)數(shù)據(jù)樣本(下文稱為復(fù)制的數(shù)據(jù)樣本)，并通過利用保護(hù)間隔和為產(chǎn)生保護(hù)間隔的被復(fù)制的數(shù)據(jù)樣本，補(bǔ)償從ADC221輸出的OFDM符號(hào)的頻偏。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，在保護(hù)間隔中的數(shù)據(jù)樣本的數(shù)目N為數(shù)據(jù)符號(hào)的數(shù)據(jù)樣本的個(gè)數(shù)N的1/2。如果將該保護(hù)間隔的信號(hào)即由插入到第n個(gè)OFDM符號(hào)的前方的G個(gè)數(shù)據(jù)樣本組成的保護(hù)間隔，定義為Gm[n]，，將OFDM符號(hào)的最后的G個(gè)數(shù)據(jù)樣本即為產(chǎn)生保護(hù)間隔而被復(fù)制的數(shù)據(jù)樣本定義為Rm[n]，Gm[n]和Rm[n]可以由如下公式(4)來表達(dá)。Gm[n]=ym[n-G]·ej2πke{n-G}N·ej2πke{n+G}Nejpe+Wn[n-G]]]>Rm[n]=ym[n+N-G]·ej2πke{n+N-G}N·ej2πke{n+N+G}Nejpe+Wm[n+N-G]---(4)]]>8 1根據(jù)公式(2)到(4)對利用第一載波同步器223的保護(hù)間隔的載波同步操作進(jìn)行詳細(xì)的介紹。第一載波同步器223檢測Gm[n]和Rm[n]的相位，并計(jì)算所檢測的Gm[n]和Rm[n]的相位之間的相位差。Gm[n]和Rm[n]的相位之間的相位差由如下的公式(5)來表達(dá)。∠Gm[n]=∠Xm[n-G]+2πke[n-G]N+2πkem[N+G]N+Pe+∠Wm[n-G]]]>∠Rm[n]=∠Xm[n+N-G]+2πke[n+N-G]N+2πkem[N+G]N+Pe+]]>∠Wm[n+N-G]∠Rm[n]=∠Xm[n+N-G]-∠Xm[n-G]+2πke[n+N-G]N]]>-2πkem[n-G]N+∠Wm[n+N-G]-∠Wm[n-G]]]>＝2πke+∠Wm[n+N-G]-∠Wm[n-G] ……(5)8 2在公式(5)中，Xm[n+N+G]和Xm[n-G]是相同的信號(hào)，因此，相位差為零。
8 3當(dāng)根據(jù)公式(5)計(jì)算Gm[n]和Rm[n]之間的相位差時(shí)，第一載波同步器223利用如下的公式(6)計(jì)算相位差的平均值。第一載波同步器223根據(jù)所計(jì)算的相位差的平均值通過近似補(bǔ)償從ADC 221輸入的數(shù)據(jù)的頻偏執(zhí)行載波同步。ke=avg{∠Rm[n]-∠Gm[n]}2π--(6)]]>9 1其中，如果存在計(jì)時(shí)誤差，就會(huì)出現(xiàn)公式(2)到(6)不正確的情況。如果計(jì)時(shí)誤差例如為FFT起點(diǎn)檢測誤差和計(jì)時(shí)頻偏為ne，則包含計(jì)時(shí)誤差y′m[n]的信號(hào)可以由如下的公式(7)來表達(dá)。
y′m＝y(tǒng)m[n-ne]=Xm[n-ne]·ejwpike[n-ne]N·ej2πke{n+G}Nejpe+Wm[n-ne]--(7)]]>9 2其中，根據(jù)ne的數(shù)值，y′m[n]包含第m-1個(gè)OFDM符號(hào)或m+1個(gè)OFDM符號(hào)的數(shù)據(jù)樣本。根據(jù)以上假設(shè)，利用如下的公式(8)計(jì)算各對應(yīng)樣本的相位差。
∠Rm[n]-∠Gm[n]＝∠Xm[n+N-G-ne]-∠Xm[n-G-ne]+2πke[n+N-G-ne]N-2πkem[N-G-ne]N--(8)]]>+∠Wm[n+N-G-ne]-∠Wm[n-G-ne]＝2πke+∠Wm[n+N-G-ne]-∠Wm[n-G-ne]9 3在公式(8)中，Gm[n]和Rm[n]具有從它們的原始值位移了n的數(shù)值，因而Xm[n+N+G-ne]和Xm[n-G-ne]的范圍變?yōu)閚＝ne，ne+1，…G-1以及對于負(fù)數(shù)n＝0，1，2，…G-ne-1。因此，如果系統(tǒng)的計(jì)時(shí)誤差的近似范圍是已知的，則計(jì)算在從中排除了該間隔的該范圍內(nèi)的頻偏。例如，如果最大計(jì)時(shí)誤差不超過‘a(chǎn)’，則通過利用如下的公式(9)計(jì)算n＝a，a+1，…，G-a-2，G-a-1間隔內(nèi)的相位差和計(jì)算平均值，可以估算頻偏。ke=avg{∠Rm[n]-∠Gm[n]}2π---(9)]]>9 4當(dāng)?shù)谝惠d波同步器223通過估算近似頻偏執(zhí)行載波同步時(shí)，使用公式(2)到(9)。當(dāng)保護(hù)間隔變長時(shí)第一載波同步器223具有更好的性能，該系統(tǒng)的計(jì)時(shí)誤差具有較窄的范圍。在相反情況下，頻偏測量間隔變短，使得第一載波同步器223更受噪聲的影響，難于正確地測量頻偏。在近似載波同步之后，保護(hù)間隔消除器225從第一載波同步器223輸出的接收數(shù)據(jù)中消除保護(hù)間隔，并向快速傅里葉變換(FFT)部分227輸出消除了保護(hù)間隔的數(shù)據(jù)。FFT227接收消除了保護(hù)間隔的OFDM符號(hào)，對所接收的OFDM符號(hào)執(zhí)行FFT操作并輸出原始的數(shù)據(jù)符號(hào)。
1 0 1第二載波同步器229接收由FFT 227進(jìn)行了FFT變換的數(shù)據(jù)符號(hào)，并對所接收的數(shù)據(jù)符號(hào)執(zhí)行精確載波同步。具體地說，第二載波同步器229檢測來自數(shù)據(jù)符號(hào)流中的符號(hào)單元的引導(dǎo)符號(hào)，并計(jì)算所檢測的引導(dǎo)符號(hào)的相位。第二載波同步器229通過計(jì)算所計(jì)算的引導(dǎo)符號(hào)相位之間的相位差和一已知的引導(dǎo)符號(hào)的相位來估算細(xì)微頻偏。在估算細(xì)微頻偏后，第二載波同步器229通過補(bǔ)償細(xì)微頻偏來執(zhí)行精確載波同步。
1 0 2下面以數(shù)學(xué)計(jì)算方式介紹第二載波同步器229的操作。對于從FFT 227輸出的數(shù)據(jù)符號(hào)，按照FFT特性的頻偏是信號(hào)的位移計(jì)時(shí)誤差以及將其轉(zhuǎn)換為相位的變量。這可以由如下的公式(10)來表達(dá)。y′m[k]=Xm[k-ki]·ej2π[k-ki]neN·ej2πkim[N+G]Nejpe+Wm[k-ki]]]>=Xm[k-ki]·ej2πkneN·ej2πkine·ej2πkim[N+G]N·Wm[k-ki]]]>(10)其中ki代表頻偏。
1 0 3如果僅根據(jù)所接收的數(shù)據(jù)檢測引導(dǎo)符號(hào)，m的范圍是0，1-1，21-1，31-1，…，其中1代表插入符號(hào)單元中的引導(dǎo)符號(hào)的周期。
1 1 1由如下的公式(11)來所接收引導(dǎo)符號(hào)的相位差。∠y′m[m]=∠Xm[k-ki]+2πneNk-2πkineN+2πkim[N+G]N-----(11)]]>+Pe+∠Wm[k-ki]1 1 2在公式(11)中，第二項(xiàng)以根據(jù)指數(shù)k的相位特定變量來表達(dá)，后面的3項(xiàng)以恒定的相位偏移來表達(dá)，最后的一項(xiàng)以相位變量來表達(dá)。如果發(fā)送器連續(xù)地使用相同的引導(dǎo)符號(hào)，則在引導(dǎo)符號(hào)的插入周期期間計(jì)時(shí)誤差、共同相位誤差和頻偏是相同的，于是利用下式來計(jì)算接連的兩個(gè)引導(dǎo)符號(hào)Ympi′(k)和Ympi+1之間的相位差。diffphase＝∠y′mπ+1[k]-∠y′mπ[k]=∠Xmπ+1[k-ki]-∠Xmπ[k-ki]+2πkimπ+1[N+G]N-2πkimπ[N+G]N]]>+∠Wmπ+11[k-ki]-∠Wmπ[k-ki]--(12)]]>1 1 3如果發(fā)送器使用如上所述的相同的引導(dǎo)符號(hào)，則第一項(xiàng)和第二項(xiàng)具有相同的數(shù)值。因此，公式(12)可以由如下的公式(13)來表達(dá)。diffphase=[mπ+1-mπ]2πki[N+G]N+∠Wmπ+1[k-ki]-∠Wmπ[k-ki]]]>=I2πki[N+G]N+∠Wmπ+1[k-ki]-∠Wmπ[k-ki]---(13)]]>1 1 4在公式(13)中，第一項(xiàng)以關(guān)于一個(gè)引導(dǎo)符號(hào)的N個(gè)樣本的常數(shù)來表達(dá)，和其它項(xiàng)以由于噪聲引起的變量來表達(dá)。因此，通過計(jì)算關(guān)于N個(gè)樣本的相位差的平均值，可以得到第一項(xiàng)中的常數(shù)，根據(jù)該常數(shù)幾乎可以消除噪聲的影響。根據(jù)這一數(shù)值，按照如下的公式(14)可以計(jì)算細(xì)微頻偏ki。ke=avgdiffphase×N2π[N+G]×I--(14)]]>1 2 1在利用公式(14)計(jì)算細(xì)微頻偏之后，第二載波同步器229通過根據(jù)所計(jì)算的頻偏補(bǔ)償OFDM符號(hào)的頻偏來執(zhí)行載波同步，并將其輸出提供到去擴(kuò)展器231。去擴(kuò)展器231對經(jīng)精確頻率同步的接收數(shù)據(jù)進(jìn)行去擴(kuò)展。
1 2 2下面參照圖6和7介紹第一載波同步器223和第二載波同步器229的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。具體地說，圖6表示圖5中所示第一載波同步器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。圖7表示圖5中所示第二載波同步器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
1 2 3在圖6中，保護(hù)間隔檢測器301接收從圖5中的ADC 221輸出的、包含各對應(yīng)保護(hù)間隔的OFDM符號(hào)流，檢測包含在OFDM符號(hào)流中的各對應(yīng)保護(hù)間隔Gm[n]，并計(jì)算各對應(yīng)保護(hù)間隔Gm[n]的相位。一復(fù)制樣本檢測器303接收OFDM符號(hào)流，檢測為生成需檢測的保護(hù)間隔Gm[n]而復(fù)制的OFDM符號(hào)的數(shù)據(jù)樣本(下文稱為“復(fù)制的數(shù)據(jù)樣本”)，并計(jì)算該復(fù)制的數(shù)據(jù)樣本的相位。在公式(2)到(9)中，利用Rm[n]表示復(fù)制的數(shù)據(jù)樣本。相位差檢測器305計(jì)算從保護(hù)間隔檢測器301輸出的保護(hù)間隔Gm[n]的數(shù)據(jù)樣本的相位差和從復(fù)制樣本檢測器303輸出的復(fù)制的數(shù)據(jù)樣本Rm[n]，并向平均器307輸出所檢測的相位差。平均器307通過對從相位差檢測器305輸出的以G(＝R)單元的相位差進(jìn)行平均，來計(jì)算近似頻偏，并向第一頻偏補(bǔ)償器309輸出近似頻偏補(bǔ)償信號(hào)。第一頻偏補(bǔ)償器309接收包含從ADC 221輸出的保護(hù)間隔的OFDM符號(hào)流，以及按照從平均器307輸出的近似頻偏補(bǔ)償信號(hào)，補(bǔ)償OFDM符號(hào)流的近似頻偏。
1 2 4在圖7中，引導(dǎo)符號(hào)檢測器311接收從FFT 227輸出的對接收的經(jīng)FFT變換的數(shù)據(jù)，檢測包含在接收的數(shù)據(jù)中的引導(dǎo)符號(hào)。將從引導(dǎo)符號(hào)檢測器311輸出的引導(dǎo)符號(hào)施加到延遲器312和相位差檢測器313。延遲器312將所檢測的引導(dǎo)符號(hào)緩沖，將經(jīng)緩沖的引導(dǎo)符號(hào)延遲了該引導(dǎo)符號(hào)插入周期，然后向相位差檢測器313輸出經(jīng)延遲的引導(dǎo)符號(hào)。相位差檢測器313接收由引導(dǎo)符號(hào)檢測器311所檢測的引導(dǎo)符號(hào)和從延遲器312輸出的從所檢測的引導(dǎo)符號(hào)延遲了該符號(hào)插入周期的引導(dǎo)符號(hào)，計(jì)算兩個(gè)引導(dǎo)符號(hào)的對應(yīng)符號(hào)之間的相位差，并向平均器314輸出所計(jì)算的相位差。平均器314通過計(jì)算在符號(hào)插入周期內(nèi)的相位差的平均值估算細(xì)微頻偏。在估算精確頻偏之后，平均器314向第二偏移補(bǔ)償器315輸出關(guān)于該細(xì)微頻偏的細(xì)微頻偏補(bǔ)償信號(hào)。第二偏移補(bǔ)償器315接收來自FFT 327的經(jīng)FFT變換的接收數(shù)據(jù)，并按照從平均器314輸出的細(xì)微頻偏補(bǔ)償信號(hào)，對所接收的數(shù)據(jù)的細(xì)微頻偏進(jìn)行補(bǔ)償。
1 3 1如上所述，本發(fā)明即使在未補(bǔ)償計(jì)時(shí)誤差的情況下，也可以補(bǔ)償頻偏，并通過消除由于噪聲引起的變量的影響，增加頻偏估算的精確度補(bǔ)償。
權(quán)利要求
1.一種利用關(guān)于在OFDM/CDMA(正交頻分復(fù)用/碼分多址)系統(tǒng)中的發(fā)送器的引導(dǎo)符號(hào)補(bǔ)償頻偏的裝置，該系統(tǒng)包括一用于利用引導(dǎo)符號(hào)執(zhí)行精確頻率同步的接收器，該裝置包括引導(dǎo)符號(hào)插入器，用于接收經(jīng)擴(kuò)展的數(shù)據(jù)符號(hào)流和按照預(yù)定的模式將引導(dǎo)符號(hào)插入一符號(hào)單元中。
2.一種利用關(guān)于在OFDM/CDMA系統(tǒng)中的發(fā)送器的引導(dǎo)符號(hào)補(bǔ)償頻偏的裝置，該系統(tǒng)包括一用于利用引導(dǎo)符號(hào)執(zhí)行精確頻率同步的接收器，該裝置包括引導(dǎo)符號(hào)插入器，用于接收經(jīng)擴(kuò)展的數(shù)據(jù)符號(hào)流和按照預(yù)定的數(shù)據(jù)符號(hào)的間隔插入引導(dǎo)符號(hào)；串行并行S/(P)轉(zhuǎn)換器，用于接收已插入引導(dǎo)符號(hào)的數(shù)據(jù)符號(hào)流，及并行輸出一符號(hào)單元中的N個(gè)數(shù)據(jù)樣本；反快速傅里葉變換(IFFT)部分，用于對該N個(gè)數(shù)據(jù)樣本執(zhí)行IFFT操作；并行串行(P/S)轉(zhuǎn)換器，用于將經(jīng)IFFT的N個(gè)數(shù)據(jù)樣本并行化并輸出OFDM符號(hào)；以及保護(hù)間隔插入器，用于復(fù)制OFDM符號(hào)的N個(gè)數(shù)據(jù)樣本的一部分，并將所復(fù)制的數(shù)據(jù)樣本插入到OFDM符號(hào)的前方。
3.一種利用關(guān)于在OFDM/CDMA系統(tǒng)中的接收器的引導(dǎo)符號(hào)補(bǔ)償頻偏的裝置，該系統(tǒng)包括一用于在發(fā)送之前按規(guī)定模式將引導(dǎo)符號(hào)插入到幀單元中的數(shù)據(jù)符號(hào)的發(fā)送器，該裝置包括載波同步器，用于利用按規(guī)定模式插入的引導(dǎo)符號(hào)對出自經(jīng)IFFT變換的數(shù)據(jù)符號(hào)流的細(xì)微頻偏進(jìn)行補(bǔ)償。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中該載波同步器包括引導(dǎo)符號(hào)檢測器，用于檢測出自經(jīng)OFDM解調(diào)的數(shù)據(jù)符號(hào)流的引導(dǎo)符號(hào)；延遲器，用于將所檢測的引導(dǎo)符號(hào)延遲一預(yù)定時(shí)間；相位差檢測器，用于檢測從引導(dǎo)符號(hào)檢測器輸出的引導(dǎo)符號(hào)的相位和從延遲器輸出的經(jīng)延遲的引導(dǎo)符號(hào)的相位，以及計(jì)算兩個(gè)引導(dǎo)符號(hào)之間的相位差；平均器，用于通過對在一幀單元中的相位差進(jìn)行平均來計(jì)算近似頻偏，并按照細(xì)微頻偏輸出第二頻偏補(bǔ)償信號(hào)；以及第二頻偏補(bǔ)償，用于按照第二頻偏補(bǔ)償信號(hào)，對經(jīng)解調(diào)的數(shù)據(jù)符號(hào)的細(xì)微頻偏進(jìn)行補(bǔ)償。
5.一種利用關(guān)于在OFDM/CDMA系統(tǒng)中的接收器的引導(dǎo)符號(hào)補(bǔ)償頻偏的裝置，該系統(tǒng)包括一用于在發(fā)送之前按規(guī)定模式將引導(dǎo)符號(hào)插入到一幀單元中的數(shù)據(jù)符號(hào)流的發(fā)送器，該裝置包括第一載波同步器，用于接收包含所接收的保護(hù)間隔的OFDM符號(hào)流，并利用保護(hù)間隔對所接收的OFDM符號(hào)流執(zhí)行近似頻率同步；保護(hù)間隔消除器，用于在執(zhí)行頻率同步之后從OFDM符號(hào)流中消除保護(hù)間隔；快速傅里葉變換(FFT)部分，用于對消除了保護(hù)間隔的OFDM符號(hào)進(jìn)行FFT操作并輸出數(shù)據(jù)符號(hào)；以及第二載波同步器，用于利用按照規(guī)定模式插入數(shù)據(jù)符號(hào)流的引導(dǎo)符號(hào)對細(xì)微頻偏進(jìn)行補(bǔ)償。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中該第一載波同步器包括保護(hù)間隔檢測器，用于檢測OFDM符號(hào)流中的保護(hù)間隔；復(fù)制樣本檢測器，用于檢測OFDM符號(hào)流中的為生成檢測的保護(hù)間隔而復(fù)制的數(shù)據(jù)樣本；相位差檢測器，用于計(jì)算所檢測的保護(hù)間隔的數(shù)據(jù)樣本的相位和復(fù)制的數(shù)據(jù)樣本的相位，并計(jì)算兩個(gè)數(shù)據(jù)樣本之間的相位差；。平均器，用于通過對從相位差檢測器輸出的一幀單元的相位差進(jìn)行平均，來計(jì)算頻率誤差，并按照該頻偏輸出第一頻偏補(bǔ)償信號(hào)；以及第一頻偏補(bǔ)償器，用于按照第一頻偏補(bǔ)償信號(hào)對OFDM符號(hào)的頻偏進(jìn)行補(bǔ)償。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中該第一載波同步器包括引導(dǎo)符號(hào)檢測器，用于檢測數(shù)據(jù)符號(hào)流中的引導(dǎo)符號(hào)；延遲器，用于將引導(dǎo)符號(hào)延遲一引導(dǎo)符號(hào)插入周期；相位差檢測器，用于檢測從引導(dǎo)符號(hào)檢測器輸出的引導(dǎo)符號(hào)的相位和從延遲器輸出的經(jīng)延遲的引導(dǎo)符號(hào)的相位，并計(jì)算兩個(gè)數(shù)據(jù)樣本之間的相位差；平均器，用于通過對接收的一幀單元中的相位差進(jìn)行平均來計(jì)算細(xì)微頻偏，并按照該細(xì)微頻偏輸出第二頻偏補(bǔ)償信號(hào)；以及第二頻偏補(bǔ)償器，用于按照第二頻偏補(bǔ)償信號(hào)對經(jīng)解調(diào)的數(shù)據(jù)符號(hào)的頻偏進(jìn)行補(bǔ)償。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中利用如下公式計(jì)算細(xì)微頻偏Ke=avgdiffphase×N2π[N+G]×I.]]>
全文摘要
一種利用在OFDM(正交頻分復(fù)用)系統(tǒng)中的發(fā)送器插入的保護(hù)間隔,和引導(dǎo)符號(hào)的補(bǔ)償頻偏的裝置。該OFDM系統(tǒng)接收一其中將引導(dǎo)符號(hào)按規(guī)則的間隔插入在幀單元的數(shù)據(jù)中的OFDM信號(hào),將保護(hù)間隔插入在數(shù)據(jù)符號(hào)中。在該系統(tǒng)中,第一載波同步器接收通過將OFDM符號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)得到的OFDM符號(hào)流,并檢測每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的保護(hù)間隔,以補(bǔ)償粗頻偏?？焖俑道锶~變換部分對從第一載波同步器輸出的信號(hào)進(jìn)行OFDM解調(diào)。第二載波同步器從經(jīng)解調(diào)的數(shù)據(jù)符號(hào)流中檢測引導(dǎo)符號(hào),以便對細(xì)微頻率誤差進(jìn)行補(bǔ)償。
文檔編號(hào)H04J11/00GK1359570SQ00809770
公開日2002年7月17日 申請日期2000年7月5日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月5日
發(fā)明者金惠貞 申請人:三星電子株式會(huì)社