專(zhuān)利名稱(chēng)：用于補(bǔ)償無(wú)線通信系統(tǒng)中的頻率偏移的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于補(bǔ)償無(wú)線通信系統(tǒng)中的頻率偏移的設(shè)備和方法，更具體地，涉及一種用于補(bǔ)償使用正交頻分復(fù)用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Mutiplexing)系統(tǒng)的無(wú)線通信系統(tǒng)中的頻率偏移的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線通信系統(tǒng)利用指定的頻率傳送數(shù)據(jù)。無(wú)線通信系統(tǒng)已經(jīng)被分類(lèi)為多種無(wú)線通信系統(tǒng)。無(wú)線通信系統(tǒng)的代表是移動(dòng)通信系統(tǒng)，簡(jiǎn)要地分為同步型移動(dòng)通信系統(tǒng)和異步型移動(dòng)通信系統(tǒng)。此外，已經(jīng)提出了基于電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)802.11標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，作為其中固定終端通過(guò)辦公室或校園中的指定接入點(diǎn)(AP，Access Point)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)，近來(lái)，正在開(kāi)發(fā)基于IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)和其他網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)便攜式因特網(wǎng)通信。
上述移動(dòng)通信系統(tǒng)是通過(guò)將指定頻帶的載波信號(hào)與正交碼相乘來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。此外，IEEE 802.11系統(tǒng)或IEEE 802.16系統(tǒng)利用正交頻分復(fù)用(OFDM)或正交頻分多址(OFDMA，OrthogonalFrequency Division Multiple Access)技術(shù)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。OFDM或OFDMA系統(tǒng)按照系統(tǒng)產(chǎn)生與數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的OFDM符號(hào)并在指定的載波信號(hào)上攜帶OFDM符號(hào)以傳輸OFDM符號(hào)的方式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。OFDM系統(tǒng)被稱(chēng)為在彼此正交的多個(gè)子載波上攜帶信息的技術(shù)。考慮到OFDM系統(tǒng)使用多個(gè)子載波的事實(shí)，其類(lèi)似于頻分復(fù)用(FDM，F(xiàn)requency DivisionMultiplexing)系統(tǒng)。但是，OFDM系統(tǒng)具有由于其正交性、在各個(gè)子載波之間可以譜重疊的優(yōu)點(diǎn)，因此其具有高于FDM系統(tǒng)的帶寬效率。此外，由于OFDM符號(hào)的長(zhǎng)度比信道的脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度長(zhǎng)得多，可靠地抵抗了多徑衰落，而且與單載波型系統(tǒng)相比，其具有高速傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。
OFDM傳輸系統(tǒng)包括OFDM發(fā)射機(jī)和OFDM接收機(jī)。OFDM發(fā)射機(jī)以要傳輸?shù)谋忍貫閱挝?，根?jù)原始數(shù)據(jù)產(chǎn)生OFDM符號(hào)，在高頻波上攜帶OFDM符號(hào)。OFDM接收機(jī)接收從OFDM發(fā)射機(jī)傳輸過(guò)來(lái)的OFDM符號(hào)，并以從發(fā)射機(jī)傳輸過(guò)來(lái)的比特為單位，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。接收機(jī)的實(shí)施方案比發(fā)射機(jī)復(fù)雜得多。因此，接收機(jī)的性能極大地影響了整個(gè)系統(tǒng)的傳輸性能。這是因?yàn)榘l(fā)射機(jī)幾乎不會(huì)發(fā)生信號(hào)失真，并且可以產(chǎn)生高信噪(S/N)比的OFDM符號(hào)。接收機(jī)需要復(fù)雜的信號(hào)處理算法，可能根據(jù)系統(tǒng)而不同，用于恢復(fù)由于具有多徑特性的無(wú)線信道和不完整的模擬分量而失真的信號(hào)。盡管接收機(jī)的性能隨著信號(hào)處理復(fù)雜度的增加而增加，但接收機(jī)的實(shí)施方案變得復(fù)雜，因而增加了半導(dǎo)體組件的尺寸和功率消耗。
下文將對(duì)接收機(jī)中從由發(fā)射機(jī)傳輸過(guò)來(lái)的RF信號(hào)中提取數(shù)據(jù)的處理進(jìn)行解釋。
圖1是示出了OFDM系統(tǒng)的通用接收機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方框圖。
首先，通過(guò)天線ANT將作為空中傳播高頻信號(hào)的RF信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并輸入低噪聲放大器(LNA，Low-Noise Amplifier)101。由于RF信號(hào)在其空中傳輸?shù)倪^(guò)程中受到了很大的衰減，LAN 101以低噪聲放大接收到的RF信號(hào)，將低噪聲放大后的高頻信號(hào)輸入第一混頻器103。第一混頻器103接收從本地振蕩器105輸出的指定頻率信號(hào)，從頻率信號(hào)中去除載波信號(hào)，并將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻(IF，Intermediate Frequency)信號(hào)。如上轉(zhuǎn)換的IF信號(hào)包括所需頻率范圍內(nèi)的信號(hào)和非所需頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。將從第一混頻器103輸出的信號(hào)輸入帶通濾波器(BPF，Band Pass Filter)107。
BPF 107通過(guò)預(yù)定頻帶的頻率信號(hào)，但濾除其他信號(hào)(即非所需信號(hào))。將通過(guò)BPF 107的信號(hào)輸入不同的混頻器113和112，以轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)。將信號(hào)輸入不同混頻器的原因在于應(yīng)當(dāng)將IF處理后的信號(hào)分為同相分量和正交相位分量，以便在基帶內(nèi)分別處理。以下，參考數(shù)字113表示第二混頻器，以及121表示第三混頻器。
第二混頻器113通過(guò)將從本地振蕩器109輸入的指定頻率信號(hào)與從BPF 107輸入的濾波信號(hào)進(jìn)行混頻，從由BPF 107輸入的濾波信號(hào)中提取出通信分量信號(hào)。同相分量信號(hào)通過(guò)低通濾波器(LPF，Low PassFilter)115，濾除非所需波，然后輸入第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC，Analog-to-Digital Converter)117。第一ADC 117根據(jù)由采樣時(shí)鐘發(fā)生器119產(chǎn)生的采樣時(shí)鐘信號(hào)，將模擬同相分量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字同相信號(hào)，以輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字同相信號(hào)。
將從本地振蕩器109輸出的信號(hào)也輸入移相器111，將輸入信號(hào)的相位移動(dòng)90°，并將移相后的信號(hào)輸入第三混頻器121。
第三混頻器121利用從移相器111輸出的移相后的信號(hào)輸出正交相位分量信號(hào)。將從第三混頻器121輸出的正交相位分量信號(hào)輸入LPF123，濾除非所需波，并將濾波正交相位分量信號(hào)輸入第二ADC 125。第二ADC 125根據(jù)由采樣時(shí)鐘發(fā)生器119產(chǎn)生的采樣時(shí)鐘信號(hào)，將模擬正交相位分量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字正交相位信號(hào)，以輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字正交相位信號(hào)。
通過(guò)計(jì)算單元127處理被轉(zhuǎn)換為基帶數(shù)字信號(hào)的同相信號(hào)和正交相位信號(hào)。計(jì)算單元127執(zhí)行多種處理，如頻率誤差校正時(shí)間同步的檢測(cè)、在檢測(cè)后執(zhí)行的快速傅立葉變換(FFT，F(xiàn)ast FourierTransform)的窗口調(diào)整等。計(jì)算單元127可以由能夠高速處理數(shù)字信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP，Digital Signal Processor)構(gòu)成。FFT單元129對(duì)計(jì)算單元127計(jì)算出的符號(hào)進(jìn)行FFT變換。圖1示意性地示出在FFT單元129的內(nèi)部構(gòu)建串/并轉(zhuǎn)換、去除循環(huán)前綴(CP，CyclicPrefix)符號(hào)等所需的模塊。FFT單元129將輸入的時(shí)域OFDM符號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)(復(fù)數(shù)信號(hào))。將復(fù)數(shù)頻域信號(hào)輸入解調(diào)單元131，并由解調(diào)單元131進(jìn)行解調(diào)。由解調(diào)單元131執(zhí)行的解調(diào)處理是用于根據(jù)復(fù)數(shù)信號(hào)恢復(fù)二進(jìn)制信號(hào)的處理。如果完成由解調(diào)單元131執(zhí)行的復(fù)數(shù)信號(hào)到二進(jìn)制信號(hào)的解調(diào)，則將解調(diào)符號(hào)輸入解交織器133。
通常，在無(wú)線通信系統(tǒng)中，為了防止由于傳輸期間的信道衰落等發(fā)生突發(fā)誤差而執(zhí)行交織。因此，在執(zhí)行交織的系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)執(zhí)行與交織相對(duì)應(yīng)的解交織。將由解交織器133解交織后的符號(hào)輸入解碼器135，并由解碼器135進(jìn)行解碼。如果成功地執(zhí)行了解碼，輸出數(shù)據(jù)比特。
在上述接收機(jī)結(jié)構(gòu)中，可能會(huì)由于正交頻率(即子載波)之間的非正交性，發(fā)生追隨傳輸誤差的信號(hào)失真。假設(shè)系統(tǒng)處于在傳輸分組期間不改變信道的準(zhǔn)固定狀態(tài)，不能保持商用突發(fā)OFDM系統(tǒng)中、子載波之間的正交性的兩個(gè)原因如下。
第一個(gè)原因是接收機(jī)不能與發(fā)射機(jī)中產(chǎn)生的載波頻率精確同步的情況。第二個(gè)原因是用在發(fā)射機(jī)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC，Digital-to-Analog Converter)中的采樣頻率未與用在接收機(jī)的DAC中的采樣頻率精確同步的情況。
因此，需要向接收機(jī)提供用于補(bǔ)償上述兩種現(xiàn)象的功能。將接收機(jī)中為了防止上述偏移而提供的功能稱(chēng)為載波頻率偏移估計(jì)和補(bǔ)償功能以及采樣頻率偏移估計(jì)和補(bǔ)償功能。在圖1的計(jì)算單元127中執(zhí)行這些功能。
現(xiàn)在，將對(duì)由于載波頻率偏移和采樣頻率偏移而引起的接收機(jī)中的OFDM信號(hào)失真進(jìn)行解釋。首先，將解釋從發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)。假設(shè)在發(fā)射機(jī)的第k個(gè)子載波上攜帶的調(diào)制符號(hào)對(duì)應(yīng)于正交幅度調(diào)制(QAM，Quadrature-Amplitude Modulation)調(diào)制信號(hào)。如果將此信號(hào)定義為Rk，則可以通過(guò)等式(1)來(lái)表示從發(fā)射機(jī)輸出的時(shí)域離散信號(hào)x(n)=1NΣk=0N-1Rkexp(j2πkn/N)*exp(j2πfTXnTs),n=0,1,2,…,N-1···(1)]]>其中n表示采樣時(shí)間指數(shù)，k表示子載波指數(shù)，N表示構(gòu)成OFDM符號(hào)的子載波總數(shù)，fTX是輸出信號(hào)的載波頻率，以及Ts是設(shè)置在發(fā)射機(jī)中的DAC的采樣周期。
為了研究信號(hào)的失真，將分析圖1的FFT單元129的輸出信號(hào)。將由等式(1)表示的發(fā)射機(jī)的信號(hào)通過(guò)空中信道傳輸?shù)浇邮諜C(jī)，并如圖1所示，變換為基帶信號(hào)。將變換后的信號(hào)通過(guò)計(jì)算單元127輸入FFT單元129。在這種情況下，為了研究發(fā)射信號(hào)的失真，將分析出現(xiàn)在上述圖1的FFT單元129的輸出端的信號(hào)。
FFT單元129將時(shí)域基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)。頻域信號(hào)(即FFT系數(shù))成為要從發(fā)射機(jī)傳輸?shù)腝AM調(diào)制信號(hào)。此時(shí)，如果從FFT單元129輸出的信號(hào)是X(k)，在信道被完全補(bǔ)償?shù)募僭O(shè)下，輸出信號(hào)可以由等式(2)表示x(k)＝Rkexp(j2πΔfcn0Ts＇)*exp(j2πkΔtn0/N) ……(2)其中Δfc表示載波頻率偏移，n0表示對(duì)應(yīng)于輸入到接收機(jī)中的時(shí)域符號(hào)的起始點(diǎn)的采樣指數(shù)，Ts＇是ADC的采樣頻率，以及Δt表示 由等式(2)可知，即使無(wú)線信道的作用被完全補(bǔ)償，通過(guò)改變?cè)紓鬏擰AM信號(hào)的相位使信號(hào)失真的兩項(xiàng)仍然存在。即，第一個(gè)指數(shù)函數(shù)項(xiàng)是由于載波頻率偏移而引起的相位改變，而第二個(gè)指數(shù)函數(shù)項(xiàng)表示由于采樣頻率偏移而引起的相位改變。
根據(jù)兩個(gè)指數(shù)函數(shù)項(xiàng)的相位改變通常彼此不同。具體地，由于載波偏移而引起的相位改變對(duì)于所有子載波都相同，而由于采樣頻率偏移而引起的相位改變隨著子載波指數(shù)K的增加線性增加。因此，如果不能精確地估計(jì)和補(bǔ)償由于載波頻率偏移而引起的相位改變和隨著子載波指數(shù)增加的相位變化，即如果不能精確地補(bǔ)償頻率偏移，接收機(jī)將不能恢復(fù)發(fā)射信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，設(shè)計(jì)本發(fā)明來(lái)解決現(xiàn)有技術(shù)中遇到的上述和其他問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于補(bǔ)償無(wú)線通信系統(tǒng)中的頻率偏移的設(shè)備和方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于補(bǔ)償使用OFDM系統(tǒng)的無(wú)線通信系統(tǒng)中、由于載波頻率偏移而引起的相位改變的設(shè)備和方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于補(bǔ)償使用OFDM系統(tǒng)的無(wú)線通信系統(tǒng)中、子載波上所攜帶的數(shù)據(jù)的采樣頻率偏移的設(shè)備和方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述和其他目的，提供了一種用于補(bǔ)償OFDM系統(tǒng)中接收符號(hào)的誤差的設(shè)備，包括FFT窗口調(diào)整單元，用于在接收到分組時(shí)，接收采樣數(shù)據(jù)，將第一FFT窗口的起始點(diǎn)設(shè)置在第一長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)的起始點(diǎn)處，根據(jù)輸入窗口調(diào)整值，調(diào)整FFT窗口的位置，并輸出采樣符號(hào)；FFT單元，用于接收FFT窗口調(diào)整單元的輸出，將時(shí)域符號(hào)變換為頻域符號(hào)，在接收到長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)時(shí)，計(jì)算和輸出FFT系數(shù)；信道估計(jì)單元，用于接收從FFT單元輸出的系數(shù)，估計(jì)信道狀態(tài)，并輸出用于補(bǔ)償估計(jì)值的數(shù)值；信道補(bǔ)償單元，用于利用信道估計(jì)單元的輸出，補(bǔ)償從FFT單元輸出的頻域符號(hào)；以及相位誤差跟蹤和校正單元，用于接收信道補(bǔ)償單元的輸出，檢測(cè)采樣頻率偏移和載波信號(hào)的相位改變，并向FFT窗口調(diào)整單元輸出窗口調(diào)整值。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提出了一種用于補(bǔ)償OFDM系統(tǒng)中接收符號(hào)的誤差的方法，包括在接收到分組時(shí)，接收采樣數(shù)據(jù)，并將第一FFT窗口的起始點(diǎn)設(shè)置在第一長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)的起始點(diǎn)之前，利用長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)估計(jì)無(wú)線信道，對(duì)執(zhí)行長(zhǎng)訓(xùn)練之后輸入的數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行FFT變換，并利用估計(jì)值補(bǔ)償FFT變換后的數(shù)據(jù)，從補(bǔ)償后的符號(hào)中分離出導(dǎo)頻符號(hào)，并根據(jù)分離出的導(dǎo)頻符號(hào)估計(jì)載波頻率偏移和采樣頻率偏移，從由估計(jì)出的載波頻率偏移和采樣頻率偏移所引起的影響中提取出由采樣頻率偏移所引起的影響分量，利用提取出的采樣頻率的影響分量，估計(jì)針對(duì)第一長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)而設(shè)置的FFT窗口的改變，利用所述改變校正FFT窗口的位置，并利用改變的估計(jì)值，估計(jì)由載波頻率偏移和載波頻率偏移所引起的信號(hào)失真，以及利用估計(jì)載波頻率偏移和采樣頻率偏移使其失真的相位改變的估計(jì)值，補(bǔ)償當(dāng)前符號(hào)的FFT輸出信號(hào)中的數(shù)據(jù)信號(hào)的相位失真。


通過(guò)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更加顯而易見(jiàn)，其中圖1是示出了OFDM系統(tǒng)的接收機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方框圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的用于補(bǔ)償OFDM系統(tǒng)中的頻率偏移的接收機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方框圖；圖3是示出了對(duì)其應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的頻率偏移補(bǔ)償處理的IEEE802.11a系統(tǒng)的分組格式的時(shí)序圖；以及圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明、應(yīng)用于OFDM系統(tǒng)的頻率偏移補(bǔ)償處理的詳細(xì)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面，將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。在本發(fā)明的以下描述中，相同的附圖參考數(shù)字用于相同的元件，即使是在不同的附圖中。此外，在其可能使本發(fā)明的主題不清楚時(shí)，省略了對(duì)這里所包含的公知功能和結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述。
圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的用于補(bǔ)償OFDM系統(tǒng)中的頻率偏移的接收機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方框圖。下面，將參照?qǐng)D2，詳細(xì)解釋根據(jù)本發(fā)明的OFDM系統(tǒng)接收機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作。
在圖2中，不再描述如圖1所示的用于將RF信號(hào)變換為基帶信號(hào)的無(wú)線處理部分。盡管在圖1和2中并未示出分組(packet)檢測(cè)單元，其檢測(cè)分組是否被無(wú)線輸入接收機(jī)，并且確定接收到的分組是否是有效分組。如果接收到的分組無(wú)效，分組檢測(cè)單元丟棄該分組。如果接收到的分組有效，將其輸入粗頻率誤差校正單元201。頻率誤校正單元201粗略地補(bǔ)償分組的載波誤差。
將解釋由頻率誤差校正單元201執(zhí)行的處理。通常，在OFDM系統(tǒng)中，傳輸兩個(gè)短訓(xùn)練符號(hào)，以便檢測(cè)分組的接收。因此，接收機(jī)接收短訓(xùn)練符號(hào)，并利用在時(shí)域中處理訓(xùn)練符號(hào)的技術(shù)估計(jì)頻率偏移。利用以短訓(xùn)練符號(hào)估計(jì)出的頻率偏移，可以估計(jì)被檢測(cè)為有效符號(hào)的分組的頻率偏移。如果補(bǔ)償頻率偏移，則對(duì)失真信號(hào)進(jìn)行了粗略的補(bǔ)償。
盡管在接收到的分組通過(guò)頻率誤差校正單元201之后極大地減少了信號(hào)的失真分量，仍未完全補(bǔ)償失真信號(hào)。因此，對(duì)于粗補(bǔ)償之后的接收分組，需要完全補(bǔ)償。將已經(jīng)通過(guò)用于粗補(bǔ)償頻率誤差的頻率誤差校正單元201的信號(hào)輸入精細(xì)時(shí)間同步檢測(cè)單元203。時(shí)間同步檢測(cè)單元203檢測(cè)分組的時(shí)間同步，以便檢測(cè)由多個(gè)OFDM符合組成的分組的精確起始點(diǎn)，并輸出同步分組。時(shí)間同步檢測(cè)單元203可以識(shí)別分組的長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)的起始點(diǎn)。如果未正確識(shí)別分組符號(hào)的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)，將產(chǎn)生相鄰符號(hào)之間的符號(hào)間干擾。這對(duì)于在時(shí)間同步檢測(cè)單元203中獲得時(shí)間同步非常重要。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，從FFT窗口調(diào)整單元205轉(zhuǎn)移到相位誤差跟蹤和校正單元213的模塊用于補(bǔ)償頻率誤差。
FFT窗口調(diào)整單元205調(diào)整在隨后的FFT單元207執(zhí)行FFT變換時(shí)所需的窗口。如上所述，盡管通過(guò)精細(xì)時(shí)間同步檢測(cè)單元203，針對(duì)接收到的分組，獲得了長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)的起始點(diǎn)，采樣頻率補(bǔ)償由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的DAC和ADC仍然存在。隨著采樣指數(shù)的增加，特定符號(hào)的起始點(diǎn)逐漸偏離傳輸時(shí)傳輸符號(hào)的起始點(diǎn)。如果接收機(jī)的采樣周期比發(fā)射機(jī)的采樣周期長(zhǎng)，即如果Δt＞0，時(shí)域中構(gòu)成分組的樣本數(shù)變得小于分組傳輸時(shí)的樣本數(shù)，因此存在樣本數(shù)上的差別。這種差別下文中被稱(chēng)為“填充(stuff)”，并應(yīng)當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)充。相反，如果接收機(jī)的采樣周期比發(fā)射機(jī)的采樣周期短，即如果Δt＜0，樣本保持在每個(gè)分組中。因此，應(yīng)當(dāng)取走剩余的樣本，此后稱(chēng)為“擦除(rub)”。從時(shí)間同步檢測(cè)單元203向FFT窗口調(diào)整單元205輸出填充和擦除信息。
FFT窗口調(diào)整單元205根據(jù)接收到的填充和擦除信息調(diào)整窗口，并將窗口調(diào)整后的OFDM符號(hào)輸出給FFT單元207。FFT單元207與圖1中的FFT單元129相同，因此將省略對(duì)其的詳細(xì)解釋。FFT單元207將時(shí)域信號(hào)變換為頻域信號(hào)。將從FFT單元207輸出的信號(hào)輸入信道估計(jì)單元209，執(zhí)行信道估計(jì)。信道估計(jì)單元209根據(jù)兩個(gè)長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)，檢測(cè)無(wú)線信道的特性。由于這些長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)已知的，可以利用這些已知符號(hào)來(lái)檢測(cè)信道的特性。
將從FFT單元207輸出的符號(hào)輸入信道補(bǔ)償單元211。信道補(bǔ)償單元211利用從信道估計(jì)單元209輸入的信道補(bǔ)償值，補(bǔ)償從FFT單元207輸出的符號(hào)。即，信道補(bǔ)償單元211利用以長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)估計(jì)出的信道的特性，執(zhí)行對(duì)從FFT單元207接收到的信號(hào)的補(bǔ)償。在這種情況下，對(duì)在長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)之后輸入的所有OFDM符號(hào)的信道影響進(jìn)行補(bǔ)償。針對(duì)每個(gè)分組執(zhí)行一次信道估計(jì)的原因在于在突發(fā)OFDM系統(tǒng)中，信道處于準(zhǔn)固定狀態(tài)的假設(shè)。
將對(duì)其進(jìn)行了信道補(bǔ)償?shù)姆?hào)輸入相位誤差跟蹤和校正單元213。相位誤差跟蹤和校正單元213估計(jì)由于載波頻率偏移和采樣頻率偏移指數(shù)起的信號(hào)失真。然后，相位誤差跟蹤和校正單元213利用估計(jì)值產(chǎn)生針對(duì)窗口調(diào)整的填充或擦除信息，并將填充或擦除信息提供給FFT窗口調(diào)整單元205?，F(xiàn)在，將對(duì)計(jì)算這些信息的處理進(jìn)行更為詳細(xì)的解釋。
將從相位誤差跟蹤和校正單元213輸出的信號(hào)輸入解調(diào)單元215。解調(diào)單元通過(guò)將輸入信號(hào)的復(fù)數(shù)值映射到I-Q象限上的QAM信號(hào)上，輸出調(diào)制前的符號(hào)。如上所述，將解調(diào)符號(hào)輸入解交織器217，并由解交織器217對(duì)其進(jìn)行重新排列。將從解交織器217輸出的信號(hào)輸入解碼器219?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同的解碼器219。即，解碼器可以根據(jù)用在發(fā)射機(jī)中的編碼器的種類(lèi)而不同。通常，解碼器可以是Viterbi解碼器、turbo解碼器或LDPC解碼器。在使用能夠執(zhí)行糾錯(cuò)的前向糾錯(cuò)(FEC，F(xiàn)orward Error Correction)單元等的系統(tǒng)中，解碼器可以降低傳輸誤差概率或恢復(fù)傳輸誤差。
將參照?qǐng)D3的時(shí)序圖，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的OFDM系統(tǒng)接收機(jī)的操作進(jìn)行更為詳細(xì)的解釋。
圖3是示出了對(duì)其應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的頻率偏移補(bǔ)償處理的IEEE802.11a系統(tǒng)的分組格式的時(shí)序圖。
參考圖3，IEEE 802.11a無(wú)線LAN、突發(fā)OFDM系統(tǒng)的物理分組格式以短訓(xùn)練符號(hào)301開(kāi)始。接收機(jī)可以利用短訓(xùn)練符號(hào)檢測(cè)分組并檢查有效性。此外，圖2所示的頻率誤差校正單元201進(jìn)行對(duì)載波頻率偏移的粗略估計(jì)和補(bǔ)償。分組檢測(cè)以及粗載波頻率偏移估計(jì)和補(bǔ)償并非本發(fā)明的主題，不再對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的解釋。
下面，將參照?qǐng)D3，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的采樣頻率偏移補(bǔ)償方法、FFT窗口的起始點(diǎn)與實(shí)際符號(hào)的起始點(diǎn)之間的差別的補(bǔ)償、由于頻率偏移而引起的信號(hào)的相位失真的補(bǔ)償、以及FFT窗口調(diào)整值δ的校正進(jìn)行詳細(xì)的解釋。
1.采樣頻率偏移的補(bǔ)償如參照?qǐng)D2所解釋的那樣，頻率誤差校正單元201在時(shí)域中粗略校正載波頻率偏移。根據(jù)其載波頻率偏移已被校正的信號(hào)，作為分組同步模塊的時(shí)間同步檢測(cè)單元203可以識(shí)別出長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)301的起始點(diǎn)。這里，如果假設(shè)以20MHz對(duì)輸入分組進(jìn)行采樣，接收機(jī)可以設(shè)置輸入64點(diǎn)FFT單元207的FFT窗口值。FFT窗口應(yīng)當(dāng)精確地包括64個(gè)樣本，而且預(yù)測(cè)FFT窗口的第一個(gè)樣本非常重要。
通常，將FFT窗口的第一個(gè)樣本設(shè)置為位于長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)(L1)303的起始點(diǎn)之前2～3個(gè)樣本的樣本。即，如圖3所示，定位FFT窗口的起始點(diǎn)，在保護(hù)間隔(GI，guard interval)302中開(kāi)始。FFT窗口的起始點(diǎn)在符號(hào)的起始點(diǎn)之前，以便降低如果分組同步模塊錯(cuò)誤地估計(jì)了符號(hào)的起始點(diǎn)、由于符號(hào)間干擾而引起傳輸誤差的概率。但是，如果FFT窗口并不與實(shí)際符號(hào)的位置精確一致，F(xiàn)FT的結(jié)果改變，并且需要在隨后的FFT單元207級(jí)對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償。
在圖3中，如果被選作第一FFT窗口的起始點(diǎn)的樣本的指數(shù)是n0，在作為FFT窗口的起始點(diǎn)的樣本和實(shí)際L1303的起始點(diǎn)之間存在時(shí)間差別θ。這里，θ是在設(shè)計(jì)接收機(jī)時(shí)確定的參數(shù)。因此，接收機(jī)的FFT窗口調(diào)整單元205用于保持差別θ均勻。
在FFT窗口通過(guò)幾個(gè)符號(hào)時(shí)差別θ不能保持均勻的原因在于存在采樣頻率偏移。具體地，如果接收機(jī)的采樣周期不同于發(fā)射機(jī)的采樣周期，盡管一個(gè)OFDM符號(hào)在發(fā)射機(jī)中由64個(gè)樣本組成，分組隨著時(shí)間擴(kuò)展/收縮。因此，特定FFT窗口的起始點(diǎn)逐漸偏離實(shí)際符號(hào)的起始點(diǎn)。為了使接收機(jī)將差別保持在特定的范圍內(nèi)，F(xiàn)FT窗口調(diào)整單元305應(yīng)當(dāng)通過(guò)擦除/填充樣本，將窗口范圍調(diào)整為恒定值。
如圖3所示，由于提供了L1符號(hào)303和L2符號(hào)304，第N個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)對(duì)應(yīng)于第(N+2)個(gè)FFT窗口，并且為了滿足上述條件，即為了使FFT窗口調(diào)整單元305將發(fā)射機(jī)的采樣周期和接收機(jī)的采樣周期保持在特定的范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)滿足ΔT＜|T’s|的條件。因此，滿足此條件的樣本指數(shù)n可以由等式(3)確定。
n＝n0+Δn+∑δ，Δn＝80*(N-1)+128+16 ……(3)在等式(3)中，針對(duì)每個(gè)符號(hào)更新δ，以便調(diào)整FFT窗口，并具有數(shù)值‘-1’、‘0’或‘1’。包括在Δn中的常數(shù)‘80’是構(gòu)成傳輸時(shí)分組中的GI+符號(hào)的樣本數(shù)，‘128’是構(gòu)成兩個(gè)訓(xùn)練符號(hào)的樣本數(shù)，以及‘16’是構(gòu)成一個(gè)GI的樣本數(shù)。此外，根據(jù)等式(3)，以上條件的ΔT可以由等式(4)表示。
ΔT＝(Δn+∑δ)T＇s-ΔnTs……(4)應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，通過(guò)上述方法，針對(duì)每個(gè)符號(hào)調(diào)整δ的數(shù)值，可以使FFT窗口的起始點(diǎn)保持均勻。
2.對(duì)FFT窗口的起始點(diǎn)與實(shí)際符號(hào)的起始點(diǎn)之間的差別的補(bǔ)償如果包括在FFT窗口中的符號(hào)通過(guò)FFT單元207，F(xiàn)FT單元207計(jì)算并輸出64個(gè)FFT系數(shù)。在這種情況下，每個(gè)FFT系數(shù)是與OFDM符號(hào)相對(duì)應(yīng)的各個(gè)子載波的大小和相位。如果包括在FFT窗口#1 311中的符號(hào)通過(guò)FFT單元207，與子載波指數(shù)為k的子載波相對(duì)應(yīng)的FFT系數(shù)可以由等式(5)表示。
x(k)＝HkLkexp(j2πkΔtn0/N)exp(j2πΔfcn0T′s+θc)exp(-j2πkΔfθ) …(5)在等式(5)中，Hk表示由于傳輸介質(zhì)而引起的信號(hào)大小和相位失真，Δfc是在簡(jiǎn)單補(bǔ)償載波頻率偏移之后的剩余載波頻率偏移，以及θc是n＝0的狀態(tài)下的載波相位差。按照相同的方式，包括在FFT窗口#2 312中的符號(hào)的FFT輸出可以由等式(6)表示。
x(k)＝HkLkexp(j2πkΔtn0/N)exp(j2πΔfcn0T＇s+θc)exp(-j2πkΔfθ)exp(j2πkΔf64(T＇s-Ts))exp(j2πΔfc64T′s)……(6)通過(guò)比較等式(5)和等式(6)，可以意識(shí)到二者之間的區(qū)別僅在于等式(6)中的最后兩個(gè)指數(shù)項(xiàng)。即，等式(6)額外地包括等式(5)不包括的兩個(gè)指數(shù)項(xiàng)。還可以意識(shí)到這兩個(gè)指數(shù)項(xiàng)非常接近‘1’。因此，通過(guò)在將等式(5)和等式(6)除以Lk之后進(jìn)行算術(shù)平均來(lái)估計(jì)信道，信道響應(yīng)可以由等式(7)表示。
Hk‾=Hkexp(j2πkΔtn0/N)exp(j2πΔfcn0T's+θc)exp(-j2πkΔfθ)···(7)]]>在等式(7)中，由于長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)是設(shè)置在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的信號(hào)，可以估計(jì)信道響應(yīng)。等式(7)中估計(jì)的信道響應(yīng)通過(guò)θ包括了影響，并且這意味著將針對(duì)符號(hào)信道補(bǔ)償期間θ的存在(即針對(duì)FFT窗口不與實(shí)際符號(hào)精確一致的事實(shí))進(jìn)行補(bǔ)償。
如果通過(guò)與等式(5)和等式(6)相同的方法，針對(duì)特定的符號(hào)(符號(hào)N)310獲得FFT輸出，則可以由等式(8)表示。
x(k)＝HkXkexp(j2πkΔtn0/N)exp(j2πΔfcn0T′s+θc)exp(-j2πkΔfθ)exp(j2πkΔfΔT)exp(j2πΔfc(Δn+∑δ)T′s)……(8)因此，通過(guò)將等式(8)與等式(7)相乘來(lái)補(bǔ)償根據(jù)等式(5)和等式(6)計(jì)算出的信道，并將等式(8)除以等式(7)的絕對(duì)值的平方，可以通過(guò)等式(9)獲得信道補(bǔ)償后的信號(hào)。
Xequal(k)＝Xkexp(j2πkΔfΔT)exp(j2πΔfc(Δn+∑δ)T′s) ……(9)在等式(9)中，兩個(gè)指數(shù)項(xiàng)存在。兩個(gè)指數(shù)項(xiàng)表示由于采樣頻率偏移和載波頻率偏移引起的信號(hào)的相位失真。因此，通過(guò)補(bǔ)償兩個(gè)指數(shù)項(xiàng)，接收機(jī)可以從由于載波頻率偏移和采樣頻率偏移而引起的信號(hào)失真中恢復(fù)原始信號(hào)Xk。此外，在進(jìn)行信道補(bǔ)償時(shí)，θ的影響已經(jīng)消失。針對(duì)FFT單元207進(jìn)行了FFT變換的信號(hào)，不需要接收機(jī)估計(jì)FFT窗口的起始點(diǎn)與實(shí)際符號(hào)的起始點(diǎn)之間的時(shí)間間隔以及將估計(jì)值與θ進(jìn)行比較。接收機(jī)只需估計(jì)和補(bǔ)償FFT窗口的起始點(diǎn)與實(shí)際符號(hào)的起始點(diǎn)之間的時(shí)間間隔與θ之間的差別ΔT就足夠了。
3.對(duì)信號(hào)的相位失真的補(bǔ)償以及FFT窗口調(diào)整值δ的校正如上所述，在對(duì)符號(hào)進(jìn)行信道補(bǔ)償之后，接收機(jī)應(yīng)當(dāng)通過(guò)補(bǔ)償?shù)仁?9)中的信號(hào)的相位失真來(lái)恢復(fù)原始信號(hào)Xk，以及通過(guò)估計(jì)ΔT并根據(jù)ΔT確定δ的值來(lái)調(diào)整FFT窗口的位置。因此，根據(jù)當(dāng)前估計(jì)出的ΔT，通過(guò)等式(10)來(lái)確定FFT窗口調(diào)整值δ。
δ＝-1；ΔT＞TS，SPECδ＝+1；ΔT＜-TS，SPEC……(10)δ＝0；Otherwise(其它)在等式(10)中，TS，SPEC表示在設(shè)計(jì)OFDM系統(tǒng)時(shí)定義的采樣周期。如果接收機(jī)的采樣周期長(zhǎng)于發(fā)射機(jī)的采樣周期，F(xiàn)FT窗口的起始點(diǎn)與實(shí)際符號(hào)的起始點(diǎn)之間的時(shí)間間隔逐漸減小，直到ΔT最終變得大于TS，SPEC。在這種情況下，接收機(jī)將δ設(shè)置為‘-1’，以便保持FFT窗口的起始點(diǎn)與實(shí)際符號(hào)的起始點(diǎn)之間的時(shí)間間隔θ均勻。這具有將FFT窗口沿使FFT窗口的起始點(diǎn)遠(yuǎn)離實(shí)際符號(hào)的起始點(diǎn)的方向移動(dòng)多達(dá)一個(gè)采樣周期的效果。如果發(fā)生與此相反的情形，F(xiàn)FT窗口應(yīng)當(dāng)沿使FFT窗口靠近實(shí)際符號(hào)的方向移動(dòng)，因此將δ設(shè)置為‘1’。在等式(10)中，δ的數(shù)值為+1或-1，而與ΔT的絕對(duì)值是否大于一個(gè)采樣周期無(wú)關(guān)。但是，也可以在設(shè)計(jì)接收機(jī)時(shí)將此數(shù)值設(shè)置為其他數(shù)值。
通過(guò)上述處理，OFDM系統(tǒng)的接收機(jī)可以執(zhí)行FFT窗口的調(diào)整。
下面，將參照?qǐng)D4，對(duì)通過(guò)上述處理執(zhí)行的整個(gè)頻率偏移補(bǔ)償進(jìn)行解釋。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明、應(yīng)用于OFDM系統(tǒng)的頻率偏移補(bǔ)償處理。
在步驟400，接收機(jī)的FFT窗口調(diào)整單元205從時(shí)間同步檢測(cè)單元203接收采樣數(shù)據(jù)，并利用從相位誤差跟蹤和校正單元213輸出的FFT窗口調(diào)整值δ，補(bǔ)償FFT窗口。將對(duì)其FFT窗口進(jìn)行了補(bǔ)償?shù)姆?hào)輸入FFT單元207。在步驟402，F(xiàn)FT單元207執(zhí)行FFT，并計(jì)算FFT系數(shù)。此時(shí)，并未將擦除或填充應(yīng)用于估計(jì)信道響應(yīng)的兩個(gè)長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)。
同時(shí)，步驟404和406解釋了對(duì)從FFT單元207輸入的符號(hào)進(jìn)行處理以估計(jì)信道響應(yīng)的信道估計(jì)單元209和信道補(bǔ)償單元211的操作。即，在步驟404，信道估計(jì)單元209利用長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)估計(jì)信道。然后，信道補(bǔ)償單元211通過(guò)利用訓(xùn)練符號(hào)產(chǎn)生估計(jì)值的逆信道響應(yīng)值，補(bǔ)償信道。在步驟408執(zhí)行此補(bǔ)償。具體地，在從FFT單元207輸出的符號(hào)中反映出估計(jì)值的逆信道響應(yīng)值，以便進(jìn)行補(bǔ)償。
再次參考圖2和3，對(duì)于根據(jù)來(lái)自FFT單元207的FFT系數(shù)計(jì)算出的子載波的大小和相位，利用以等式(7)估計(jì)出的信道響應(yīng)特性，執(zhí)行信道補(bǔ)償。通過(guò)等式(9)獲得信道補(bǔ)償后的信號(hào)。可以通過(guò)替換等式(9)中的Φk1＝j(luò)2πkΔfΔT和Φ2＝j(luò)2πΔfc(Δn+∑δ)T′S得到等式(11)。
Xequal(k)＝Xkexp(Φk1)exp(Φ2) ……(11)此外，為了使接收機(jī)恢復(fù)原始信號(hào)Xk，應(yīng)當(dāng)估計(jì)Φk1和Φ2，因此，使用包括在OFDM符號(hào)中的導(dǎo)頻信號(hào)。導(dǎo)頻信號(hào)是預(yù)先設(shè)置在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的信號(hào)，以及基于IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)在子載波指數(shù)#7、#21、#43和#57上攜帶導(dǎo)頻信號(hào)。如上所述，通過(guò)由相位誤差跟蹤和校正單元213執(zhí)行的處理，從接收到的信號(hào)中提取出導(dǎo)頻信號(hào)。在圖4中，在步驟411到416中描述了此處理。在圖4中的步驟411到416中，利用提取出的導(dǎo)頻信號(hào)，產(chǎn)生用于補(bǔ)償包括在數(shù)據(jù)子載波中的信號(hào)的數(shù)值。具體地，F(xiàn)FT單元207的輸出中的導(dǎo)頻信號(hào)可以由等式(12)表示。
Pequal(k)＝Pkexp(Φk1)exp(Φ2) ……(12)在等式(12)中，k的值為7、21、43和57。
在步驟411，相位誤差跟蹤和校正單元從導(dǎo)頻信號(hào)中只提取指數(shù)項(xiàng)。由于接收端根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)的特性，已經(jīng)知道原始發(fā)送的導(dǎo)頻信號(hào)Pk，可以通過(guò)將等式(12)的兩端與導(dǎo)頻信號(hào)的復(fù)共軛Pk*相乘，定義Sk，由等式(13)表示。
Sk＝Pk*×Pequal(k)＝Pk*×Pkexp(Φk1)exp(Φ2)＝exp(Φk1)exp(Φ2) ……(13)由于在等式(13)中，Pk的大小為‘1’，獲得了信號(hào)大小為‘1’且存在失真相位的信號(hào)。相位誤差跟蹤和校正單元213從等式(13)中去除Φ2的影響，以便在步驟412，估計(jì)Φk1和Φ2，然后進(jìn)行到步驟413，估計(jì)ΔT。將解釋由相位誤差跟蹤和校正單元213在步驟413執(zhí)行的、計(jì)算ΔT的處理。為了計(jì)算ΔT，利用等式(13)，由等式(14)定義1行3列的向量。
V＝[S21×S7*S43×S21*S57×S43*]……(14)對(duì)于等式(14)中定義的向量元素，由于共同存在不與k相關(guān)的Φ2，可以意識(shí)到，通過(guò)Sk與Sk的復(fù)共軛相乘，Φ2已經(jīng)消失。因此，可以通過(guò)重寫(xiě)等式(14)得到等式(15)。
V＝[exp(j2πΔfΔT×14)exp(j2πΔfΔT×22)exp(j2πΔfΔT×14)] …(15)在等式(15)中，可以通過(guò)將等式(14)應(yīng)用于符號(hào)的導(dǎo)頻信號(hào)來(lái)測(cè)量向量V的各個(gè)元素并反映出在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)用于等式(15)中的Δf的數(shù)值，估計(jì)ΔT。
向量V的元素具有與exp(j2πΔfΔTΔk)相同的形式，其中Δk是子載波指數(shù)之間的差。但是，存在多個(gè)相位(即∠V1X＝2πΔfΔTΔk)滿足等式(14)中計(jì)算出的元素的數(shù)值。這里，∠V1X表示向量V第1行第X列的向量元素的相位。因此，為了正確地估計(jì)ΔT，需要確定從大量的∠V1X數(shù)值中選擇適當(dāng)數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)，而且本發(fā)明利用了相鄰符號(hào)具有相似ΔT值的事實(shí)。由于相鄰符號(hào)具有相似的ΔT值，可以意識(shí)到∠V1X的值也彼此近似。
使用上述內(nèi)容，可以通過(guò)等式(16)估計(jì)ΔT，ΔTM=<V11,M/2πΔf14+<V12,M/2πΔf22+<V13,M/2πΔf143···(16)]]>其中|∠V1X，M-∠V1X，M-1|≤π且∠V1X，0＝0，M＝1，2，...，T。
在等式(16)中，ΔTM表示針對(duì)輸入到FFT單元207中的長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)之后的第M個(gè)符號(hào)估計(jì)出的ΔT，以及T是當(dāng)前分組中長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)之后的符號(hào)總數(shù)。此外，∠V1X，M表示與第M個(gè)符號(hào)相對(duì)應(yīng)的向量V的第1列第X行的向量元素的相位，并由接收機(jī)中測(cè)量到的數(shù)值確定?！蟅1X，M表示通過(guò)替換根據(jù)等式(15)中的第M個(gè)符號(hào)估計(jì)出的ΔTM而估計(jì)出的向量V。
如上所述，∠V1X，M包括大量數(shù)值，并確定為與∠V1X，M-1相差小于π的數(shù)值。
但是，如果M＝1，即如果在分組的最前面，定位了第一分組，ΔT接近‘0’，并應(yīng)用∠V1X，0＝0。為了估計(jì)ΔTM，計(jì)算從向量V的各個(gè)元素獲得的數(shù)值的算術(shù)平均值。通過(guò)獲得這些數(shù)值的算術(shù)平均值，可以降低噪聲的影響，并能夠提高估計(jì)值的精度。
ΔTM的估計(jì)可能達(dá)到當(dāng)前FFT窗口不與相鄰符號(hào)重疊的范圍，由于此范圍包括了FFT窗口所能取值的最大區(qū)域，可以確定由等式(16)取值的估計(jì)范圍是相當(dāng)寬的。ΔTM的估計(jì)范圍可以由等式(17)表示。
θ-TGI≤ΔTM≤θ……(17)在等式17中，TGI表示保護(hù)間隔GI所占用的時(shí)間。如果如上獲得ΔTM，通過(guò)低通濾波處理來(lái)確定最終值。此低通濾波器用于防止ΔTM由于噪聲的影響突然改變，并且利用了相鄰符號(hào)間的ΔT不會(huì)突然改變而是傾向于在指定間隔內(nèi)連續(xù)增加/減小的事實(shí)?？梢詫⒍喾N算法之一用于低通濾波。
如果確定了ΔTM，相位誤差跟蹤和校正單元213進(jìn)行到步驟414，并利用計(jì)算出的ΔTM，確定擦除或填充。然后，相位誤差跟蹤和校正單元213在步驟415產(chǎn)生δ。在這種情況下，可以利用等式(10)導(dǎo)出等式(18)。
δ＝-1；ΔTM＞TS，SPECδ＝+1；ΔTM＜-TS，SPEC……(18)δ＝0；Otherwise(其它)將等式(18)與等式(10)進(jìn)行比較，二者之間的區(qū)別僅在于表示符號(hào)。
如果δ在第M個(gè)符號(hào)中為‘-1’，與作為跟隨當(dāng)前符號(hào)的符號(hào)的第(M+1)個(gè)符號(hào)相對(duì)應(yīng)的FFT窗口的起始點(diǎn)沿使其更加遠(yuǎn)離實(shí)際符號(hào)的起始點(diǎn)的方向移動(dòng)了一個(gè)樣本周期那么多。同時(shí)，如果δ在第M個(gè)符號(hào)中為‘+1’，與作為跟隨當(dāng)前符號(hào)的符號(hào)的第(M+1)個(gè)符號(hào)相對(duì)應(yīng)的FFT窗口的起始點(diǎn)沿使其靠近實(shí)際符號(hào)的起始點(diǎn)的方向移動(dòng)了一個(gè)樣本周期那么多。
之后，利用ΔTM確定等式(13)的Φk1，并估計(jì)exp(Φ2)。相位誤差跟蹤和校正單元213可以通過(guò)利用估計(jì)值計(jì)算誤差量度連續(xù)補(bǔ)償誤差。Φk1可以由Φk1＝j(luò)2πkΔfΔTM獲得。此外，由于在等式(13)中，Sk是測(cè)量值，并且確定了Φk1，可以通過(guò)等式(19)獲得exp(Φ2)。
exp(Φ2)=14×Σk=7,21,43,57(Sk×exp(-Φk1))···(19)]]>在等式(19)中，exp(Φ2)表示由于根據(jù)當(dāng)前符號(hào)估計(jì)出的載波頻率偏移而引起的相位失真，并且在估計(jì)exp(Φ2)時(shí)，利用算術(shù)平均值降低噪聲的影響。
由于通過(guò)上述處理，根據(jù)與當(dāng)前FFT窗口相對(duì)應(yīng)的符號(hào)的導(dǎo)頻信號(hào)，估計(jì)出ΔTM和exp(Φ2)，可以通過(guò)從由等式(9)或等式(11)表示的子載波的數(shù)據(jù)信號(hào)中去除載波和采樣頻率偏移的影響，恢復(fù)發(fā)射機(jī)中產(chǎn)生的原始信號(hào)Xk。即，在步驟418中，利用導(dǎo)頻子載波計(jì)算偏移，然后在數(shù)據(jù)子載波中反映計(jì)算出的偏移。上述恢復(fù)Xk的方法可以由等式(20)表示。
Xest(k)＝Xequal(k)×exp(-(Φk1+Φ2)) ……(20)為了補(bǔ)償構(gòu)成OFDM符號(hào)的全部數(shù)據(jù)子載波，存在補(bǔ)償了Xequal(k)并且其數(shù)量等于數(shù)據(jù)子載波的數(shù)量的數(shù)值exp(-(Φk1+Φ2))和由用于進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臄?shù)值組成的誤差矩陣。將恢復(fù)后的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入解調(diào)單元215。
補(bǔ)償信號(hào)的相位失真的最后一個(gè)處理是更新ΔT。即，更新ΔT，并將其存儲(chǔ)在設(shè)置在相位誤差跟蹤和校正單元213中的寄存器中或存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中?？梢詮挠糜诠烙?jì)ΔT的等式(16)中意識(shí)到，從當(dāng)前符號(hào)中估計(jì)出的ΔTM影響到與下一符號(hào)對(duì)應(yīng)的ΔT的估計(jì)。因此，如果根據(jù)當(dāng)前符號(hào)的ΔTM，δ的值為‘+1’或‘-1’，并且與下一符號(hào)相對(duì)應(yīng)的FFT窗口移動(dòng)了一個(gè)樣本周期那么多，則如等式(21)所示地更新ΔTM，從而保持ΔTM+1≈ΔTM。
如果δ＝-1，則ΔTM＝ΔTM-TS，SPEC如果δ＝+1，則ΔTM＝ΔTM+TS，SPEC……(21)如果δ＝0，則ΔTM＝ΔTM通過(guò)上述處理，能夠?qū)FDM系統(tǒng)中接收到的信號(hào)的頻率偏移或可能根據(jù)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的元件特性而不同的頻率偏移進(jìn)行補(bǔ)償。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于能夠利用相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)接收和處理OFDM信號(hào)，并能精確地補(bǔ)償頻率偏移，能夠更為有效地獲得接收到的數(shù)據(jù)。
盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的特定優(yōu)選實(shí)施例，示出和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚的是，在不偏離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以進(jìn)行多種形式和細(xì)節(jié)上的修改。
權(quán)利要求
1.一種用于補(bǔ)償正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中接收符號(hào)的誤差的方法，所述方法包括以下步驟在接收到分組時(shí)，接收采樣數(shù)據(jù)，并將第一快速傅立葉變換(FFT)窗口的起始點(diǎn)設(shè)置在第一長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)的起始點(diǎn)之前；利用長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)估計(jì)無(wú)線信道；對(duì)執(zhí)行長(zhǎng)訓(xùn)練之后輸入的數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行FFT變換，并利用估計(jì)值補(bǔ)償FFT變換后的數(shù)據(jù)；從補(bǔ)償后的符號(hào)中分離出導(dǎo)頻符號(hào)，并根據(jù)分離出的導(dǎo)頻符號(hào)估計(jì)載波頻率偏移和采樣頻率偏移；從由估計(jì)出的載波頻率偏移和采樣頻率偏移所引起的影響中提取出由采樣頻率偏移所引起的影響分量；利用提取出的采樣頻率的影響分量，估計(jì)FFT窗口的改變；利用所述改變校正FFT窗口的位置，并利用改變的估計(jì)值，估計(jì)由載波頻率偏移和載波頻率偏移所引起的信號(hào)失真；以及利用估計(jì)載波頻率偏移和采樣頻率偏移使其失真的相位改變的估計(jì)值，補(bǔ)償當(dāng)前符號(hào)的FFT輸出信號(hào)中的數(shù)據(jù)信號(hào)的相位失真。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括更新FFT窗口的位置的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于設(shè)置FFT窗口，從而將FFT窗口的起始點(diǎn)設(shè)置于第一長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)的起始點(diǎn)預(yù)定數(shù)量符號(hào)之前的符號(hào)處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過(guò)以下公式設(shè)置針對(duì)在第一長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)之后輸入的符號(hào)的FFT窗口的起始點(diǎn)nm=n0+Δnm+Σi=0m-1δk]]>其中nm表示與對(duì)應(yīng)于第m個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的FFT窗口的起始點(diǎn)相關(guān)的樣本指數(shù)，n0表示與第一FFT窗口的起始點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的樣本指數(shù)，Δnm表示如果接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的采樣頻率彼此精確一致，作為第一FFT窗口的起始點(diǎn)的樣本與對(duì)應(yīng)符號(hào)的實(shí)際起始點(diǎn)之間的時(shí)間差為θ的情況下，用于將與第m個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)相對(duì)應(yīng)的FFT窗口的起始點(diǎn)與對(duì)應(yīng)符號(hào)的實(shí)際起始點(diǎn)之間的時(shí)間間隔保持為等于針對(duì)第m個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的θ的樣本指數(shù)差，以及δi表示根據(jù)與針對(duì)θ的第i個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)相對(duì)應(yīng)的FFT窗口的起始點(diǎn)與對(duì)應(yīng)符號(hào)的實(shí)際起始點(diǎn)之間的時(shí)間差的改變而確定的數(shù)值，用于補(bǔ)償FFT窗口。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于通過(guò)以下公式設(shè)置針對(duì)在第一長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)之后輸入的符號(hào)的FFT窗口的起始點(diǎn)nm=n0+Δnm+Σi=0m-1δk]]>其中nm表示與對(duì)應(yīng)于第m個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的FFT窗口的起始點(diǎn)相關(guān)的樣本指數(shù)，n0表示與第一FFT窗口的起始點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的樣本指數(shù)，Δnm表示如果接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的采樣頻率彼此精確一致，作為第一FFT窗口的起始點(diǎn)的樣本與對(duì)應(yīng)符號(hào)的實(shí)際起始點(diǎn)之間的時(shí)間差為θ的情況下，用于將與第m個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)相對(duì)應(yīng)的FFT窗口的起始點(diǎn)與對(duì)應(yīng)符號(hào)的實(shí)際起始點(diǎn)之間的時(shí)間間隔保持為等于針對(duì)第m個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的θ的樣本指數(shù)差，以及δi表示根據(jù)與針對(duì)θ的第i個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)相對(duì)應(yīng)的FFT窗口的起始點(diǎn)與對(duì)應(yīng)符號(hào)的實(shí)際起始點(diǎn)之間的時(shí)間差的改變而確定的數(shù)值，用于補(bǔ)償FFT窗口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過(guò)以下公式估計(jì)無(wú)線信道H‾k=L1k+L2k2×1Lk,]]>其中L1k和L2k分別表示接收分組的第一長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)的頻域序列和第二長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)的頻域序列，以及Lk表示預(yù)設(shè)長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)的頻域序列。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于根據(jù)分離出的導(dǎo)頻符號(hào)估計(jì)載波頻率偏移和采樣頻率偏移的影響的步驟基于以下公式Sk＝Pk*×Pequal(k)＝Pk*×Pkexp(Фk1)exp(Ф2)＝exp(Фk1)exp(Ф2)。
8.一種用于補(bǔ)償正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中接收符號(hào)的誤差的設(shè)備，包括快速傅立葉變換(FFT)窗口調(diào)整單元，用于在接收到分組時(shí)，接收采樣數(shù)據(jù)，將第一FFT窗口的起始點(diǎn)設(shè)置在第一長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)的起始點(diǎn)處，根據(jù)輸入窗口調(diào)整值，調(diào)整FFT窗口的位置，并輸出采樣符號(hào)；FFT單元，用于接收FFT窗口調(diào)整單元的輸出，將時(shí)域符號(hào)變換為頻域符號(hào)，在接收到長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)時(shí)，計(jì)算和輸出FFT系數(shù)；信道估計(jì)單元，用于接收從FFT單元輸出的系數(shù)，估計(jì)信道狀態(tài)，并輸出用于補(bǔ)償估計(jì)值的數(shù)值；信道補(bǔ)償單元，用于利用信道估計(jì)單元的輸出，補(bǔ)償從FFT單元輸出的頻域符號(hào)；以及相位誤差跟蹤和校正單元，用于接收信道補(bǔ)償單元的輸出，檢測(cè)采樣頻率偏移和載波信號(hào)的相位改變，并向FFT窗口調(diào)整單元輸出窗口調(diào)整值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于相位誤差跟蹤和校正單元更新并存儲(chǔ)FFT窗口的位置變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于FFT窗口調(diào)整單元設(shè)置FFT窗口，從而將FFT窗口的起始點(diǎn)設(shè)置于第一長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)的起始點(diǎn)預(yù)定數(shù)量符號(hào)之前的符號(hào)處。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于FFT窗口調(diào)整單元通過(guò)以下公式設(shè)置針對(duì)在第一長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)之后輸入的符號(hào)的FFT窗口的起始點(diǎn)nm=n0+Δnm+Σi=0m-1δk]]>其中nm表示與對(duì)應(yīng)于第m個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的FFT窗口的起始點(diǎn)相關(guān)的樣本指數(shù)，n0表示與第一FFT窗口的起始點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的樣本指數(shù)，Δnm表示如果接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的采樣頻率彼此精確一致，作為第一FFT窗口的起始點(diǎn)的樣本與對(duì)應(yīng)符號(hào)的實(shí)際起始點(diǎn)之間的時(shí)間差為θ的情況下，用于將與第m個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)相對(duì)應(yīng)的FFT窗口的起始點(diǎn)與對(duì)應(yīng)符號(hào)的實(shí)際起始點(diǎn)之間的時(shí)間間隔保持為等于針對(duì)第m個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的θ的樣本指數(shù)差，以及δi表示根據(jù)與針對(duì)θ的第i個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)相對(duì)應(yīng)的FFT窗口的起始點(diǎn)與對(duì)應(yīng)符號(hào)的實(shí)際起始點(diǎn)之間的時(shí)間差的改變而確定的數(shù)值，用于補(bǔ)償FFT窗口。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于信道估計(jì)單元通過(guò)以下公式估計(jì)無(wú)線信道H‾k=L1k+L2k2×1Lk,]]>其中L1k和L2k分別表示接收分組的第一長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)的頻域序列和第二長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)的頻域序列，以及Lk表示預(yù)設(shè)長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)的頻域序列。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于相位誤差跟蹤和校正單元基于以下公式，根據(jù)分離出的導(dǎo)頻符號(hào)估計(jì)載波頻率偏移和采樣頻率偏移的影響Sk＝Pk*×Pequal(k)＝Pk*×Pkexp(Φk1)exp(Ф2)＝exp(Φk1)exp(Ф2)。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于補(bǔ)償使用OFDM系統(tǒng)的無(wú)線通信系統(tǒng)中的頻率偏移的設(shè)備和方法，設(shè)備包括FFT窗口調(diào)整單元，用于在接收到分組時(shí)，接收采樣數(shù)據(jù)，將第一FFT窗口的起始點(diǎn)設(shè)置在長(zhǎng)訓(xùn)練符號(hào)的起始點(diǎn)處，并根據(jù)輸入窗口調(diào)整值，調(diào)整FFT窗口的位置；FFT單元，用于接收FFT窗口調(diào)整單元的輸出，將時(shí)域符號(hào)變換為頻域符號(hào)，并計(jì)算FFT系數(shù)；信道估計(jì)單元，用于從FFT單元接收的系數(shù)，估計(jì)信道狀態(tài)，并輸出用于補(bǔ)償估計(jì)值的數(shù)值；信道補(bǔ)償單元，用于利用信道估計(jì)單元的輸出，補(bǔ)償頻域符號(hào)；以及相位誤差跟蹤和校正單元，用于接收信道補(bǔ)償單元的輸出，檢測(cè)采樣頻率偏移和載波信號(hào)的相位改變，并向FFT窗口調(diào)整單元輸出窗口調(diào)整值。
文檔編號(hào)H04L27/26GK1816032SQ20061000422
公開(kāi)日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2006年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月4日
發(fā)明者高成潤(rùn), 尹勉基, 樸柱龍, 宋學(xué)勛 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社