專利名稱：無(wú)線通訊系統(tǒng)中整數(shù)載波頻率偏移估計(jì)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正交頻分多址(OFDMA)無(wú)線通訊，尤其涉及OFDMA無(wú)線通訊的整數(shù)載波頻率偏移(ICFO)估計(jì)，尤其是微波存取全球互通(WiMAX)系統(tǒng)中的ICFO估計(jì)。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(OFDM)作為一種有前景的技術(shù)廣泛用于無(wú)線通訊系統(tǒng)中，OFDM將頻率選擇性信道轉(zhuǎn)換成多個(gè)頻率平坦次信道，此是藉由將輸入的高速數(shù)據(jù)串流分成若干低速子串流而達(dá)成。為了提高頻率分配的效率，提出正交頻分多址(OFDMA)技術(shù)以藉由將可用副載波劃分成互斥叢集而允許多個(gè)使用者存取同一通道，這些互斥叢集被指派至相異使用者以用于同時(shí)傳輸。副載波的正交性保證固有的保護(hù)以免受多重存取干擾，而采用動(dòng)態(tài) 副載波指派策略在資源管理中提供具有高靈活性的系統(tǒng)。OFDMA已成為針對(duì)無(wú)線都會(huì)區(qū)網(wǎng)絡(luò)的IEEE 802. 16標(biāo)準(zhǔn)的一部分，這些無(wú)線都會(huì)區(qū)網(wǎng)絡(luò)為下一代寬帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的有希望的候選者。OFDMA對(duì)時(shí)序誤差及介于傳入信號(hào)與用于信號(hào)解調(diào)制的本地參考之間的載波頻率偏移(CFO)極為敏感。時(shí)間誤差會(huì)影響FFT窗且產(chǎn)生符號(hào)間干擾(ISI)。對(duì)載波頻率偏移的不準(zhǔn)確補(bǔ)償會(huì)破壞副載波之間的正交性且產(chǎn)生載波間干擾(ICI)。通常將載波頻率偏移劃分成兩部分分?jǐn)?shù)載波頻率偏移(FCFO)及整數(shù)載波頻率偏移(ICFO)。FCFO破壞副載波之間的正交性，而ICFO則導(dǎo)致具有若干副載波頻率間隔的頻移。在OFDMA系統(tǒng)中，ICFO為粗略頻率偏移且展示在頻域中的原始頻譜上偏移的副載波的數(shù)目。在無(wú)ICFO補(bǔ)償?shù)那闆r下，于OFDMA接收器之后處理譯碼器中，可存在50%位誤差比。因此，ICFO估計(jì)是下行鏈路接收器中的同步程序的一重要部分。已存在許多算法用于載波頻率偏移估計(jì)。然而，大多數(shù)這些算法是針對(duì)FCFO估計(jì)而提出。通常藉由時(shí)域相關(guān)來(lái)估計(jì)FCF0，而在頻域中則估計(jì)ICF0。一種熟知方法揭示于Τ. M. Schmidl及D. C. Cox的「OFDM的強(qiáng)健頻率及時(shí)序同步(Robust frequency and timing synchronization for OFDM)」(IEEE Trans. Commun. , %45卷，第12期，第1613至1621頁(yè)，1997年12月)中。在此方法中，執(zhí)行用于粗略估計(jì)的兩個(gè)連續(xù)OFDM符號(hào)之間的副載波的相關(guān)。另外，必須針對(duì)預(yù)定估計(jì)范圍中的所有可能的整數(shù)頻率偏移進(jìn)行相關(guān)。結(jié)果，此方法導(dǎo)致計(jì)算的復(fù)雜性且在實(shí)際應(yīng)用中不可用。一種改良方法呈現(xiàn)于Bo-Seok Seo及Su-Chang Kim的「藉由使用差分調(diào)制副載波的用于OFDM系統(tǒng)的快速粗略頻率偏移估計(jì)(Fast coarse frequency offsetestimation for OFDM systems by using differentially modulated subcarriers)」(IEEE Transactions on Consumer Electronics,第 48 卷，第 4 期，第 1075 至 1081 頁(yè)，2002年11月)中。該方法使用一個(gè)OFDM符號(hào)中的鄰近副載波的相位差來(lái)進(jìn)行相關(guān)，且整數(shù)頻率偏移是獲自兩個(gè)連續(xù)符號(hào)之間的相關(guān)相位差。但在OFDMA WiMAX系統(tǒng)中，前置項(xiàng)僅具有一個(gè)符號(hào)，且未展示固定的差分調(diào)制性質(zhì)。因此，先前方法不能直接且快速地在一個(gè)符號(hào)中估計(jì)ICF0。
已提出在符號(hào)中檢測(cè)具有提升功率的導(dǎo)頻的固定位置的另一種技術(shù)。然而，此技術(shù)在低信噪比(SNR)條件下不適用。此外，由頻域中的相位旋轉(zhuǎn)所引起的不準(zhǔn)確的時(shí)間估計(jì)亦將使頻率偏移估計(jì)更困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于整數(shù)載波頻率偏移估計(jì)的方法及裝置以及其接收器。藉由所接收載頻調(diào)的差分相位序列與參考前置項(xiàng)之間的頻域相關(guān)來(lái)估計(jì)該整數(shù)頻率偏移。藉由基于頻域序列及其延遲序列的共軛乘法，該差分相位序列移除由時(shí)序偏移導(dǎo)致的相位旋轉(zhuǎn)，且使該估計(jì)更強(qiáng)健。藉由檢測(cè)差分相位相關(guān)的峰值位置而獲得該整數(shù)頻率偏移。有利地，本發(fā)明允許使用一個(gè)OFDM符號(hào)來(lái)估計(jì)ICF0，及使用一種簡(jiǎn)單方法來(lái)促進(jìn)ICFO檢測(cè)。此外，根據(jù)本發(fā)明，隨著硬件復(fù)雜性減低，該整數(shù)頻率偏移估計(jì)的效能在高噪聲及時(shí)變衰落信道中變得更強(qiáng)健。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，提供一種用于整數(shù)頻率偏移估計(jì)的方法。該方法可包括基于所接收序列及參考前置項(xiàng)執(zhí)行頻域中的差分相位相關(guān)；及基于該差分相位相關(guān)的結(jié)果 來(lái)檢測(cè)整數(shù)頻率偏移。藉由以下操作來(lái)執(zhí)行基于所接收序列及參考前置項(xiàng)的該差分相位相關(guān)基于該所接收序列的共軛序列及其延遲序列，執(zhí)行復(fù)數(shù)乘法；基于該參考前置項(xiàng)序列及其延遲序列，執(zhí)行實(shí)數(shù)乘法；及計(jì)算該兩個(gè)乘法的結(jié)果之間的交叉相關(guān)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供一種用于整數(shù)頻率偏移估計(jì)的裝置。該裝置可包括差分相位相關(guān)器，其經(jīng)組態(tài)以基于所接收序列及參考前置項(xiàng)來(lái)執(zhí)行頻域中的差分相位相關(guān)；及峰值檢測(cè)器，其經(jīng)組態(tài)以基于該差分相位相關(guān)的結(jié)果來(lái)檢測(cè)該整數(shù)頻率偏移。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，提供一種OFDMA接收器。該接收器可包括用于分?jǐn)?shù)頻率偏移估計(jì)的裝置，其經(jīng)組態(tài)以直接基于時(shí)域相關(guān)的相位來(lái)估計(jì)分?jǐn)?shù)載波頻率偏移；用于整數(shù)頻率偏移估計(jì)的裝置，其耦接至該用于分?jǐn)?shù)頻率偏移估計(jì)的裝置。該用于整數(shù)頻率偏移估計(jì)的裝置包括差分相位相關(guān)器，其經(jīng)組態(tài)以基于所接收序列及參考前置項(xiàng)來(lái)執(zhí)行頻域中的差分相位相關(guān)；及峰值檢測(cè)器，其經(jīng)組態(tài)以基于該差分相位相關(guān)的結(jié)果來(lái)檢測(cè)該整數(shù)頻率偏移。


圖I是說(shuō)明OFDMA接收器中的同步模塊的方框圖；圖2是說(shuō)明頻域中的具有1024個(gè)副載波的OFDMA前置項(xiàng)的圖；圖3是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的用于整數(shù)頻率偏移估計(jì)的裝置的方框圖；圖4是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的差分相位相關(guān)器的方框圖；圖5是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的簡(jiǎn)化實(shí)數(shù)乘法器的圖；圖6是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的該差分相位相關(guān)器中的峰值檢測(cè)器的圖；圖7是說(shuō)明差分相位相關(guān)結(jié)果的圖；圖8是說(shuō)明不同通道中的ICFO檢測(cè)的故障率的圖；及圖9是說(shuō)明在殘余時(shí)序偏移情況下的ICFO檢測(cè)的故障率的圖。
具體實(shí)施方式
在附圖中，在各圖中說(shuō)明的每一相同或近乎相同的組件由相同數(shù)字表示。為達(dá)成清楚的目的，可不在每一附圖中標(biāo)示每一組件。藉由參考結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的以下描述，將更易于了解關(guān)于這些實(shí)施例的目的、技術(shù)解決方案及優(yōu)勢(shì)。
圖I是說(shuō)明OFDMA接收器中的同步模塊的方框圖。一般而言，OFDMA接收器可包括時(shí)間估計(jì)模塊100、FCFO估計(jì)模塊101、頻率校正模塊102、循環(huán)前綴移除模塊103、ICFO估計(jì)模塊105、FFT處理器104及通道均衡器106。OFDMA接收器亦可包括諸如解映射器、解調(diào)制器或譯碼器的后處理裝置，本文中歸因于已知概念而未展示這些裝置。首先在該同步模塊中處理在該時(shí)間估計(jì)模塊100及該FCFO估計(jì)模塊101中進(jìn)行的程序，可根據(jù)時(shí)域中的所接收符號(hào)序列110在時(shí)域中同時(shí)處理該程序。該時(shí)間估計(jì)模塊100經(jīng)組態(tài)以藉由時(shí)域相關(guān)來(lái)定位符號(hào)邊界。該FCFO估計(jì)模塊101經(jīng)組態(tài)以直接基于時(shí)域相關(guān)的相位來(lái)估計(jì)分?jǐn)?shù)載波頻率偏移。該頻率校正單元102補(bǔ)償時(shí)域中的OFDMA符號(hào)的頻率偏移。在該循環(huán)前綴移除模塊103中進(jìn)行的移除循環(huán)前綴樣本之后，藉由FFT處理器104將快速傅立葉變換(FFT)窗內(nèi)的取樣序列轉(zhuǎn)換成頻域中的OFDMA副載波序列。該ICFO估計(jì)模塊105經(jīng)組態(tài)以藉由進(jìn)行頻域相關(guān)來(lái)估計(jì)整數(shù)載波頻率偏移。該信道均衡器106用于盡可能地減少符號(hào)間干擾以使正確決策的機(jī)率最大化。前置項(xiàng)為在WiMAX OFDMA幀中的各數(shù)據(jù)載頻調(diào)內(nèi)具有通常為9dB的提升功率的一特殊符號(hào)。因?yàn)榍爸庙?xiàng)具有最高功率及良好相關(guān)性質(zhì)，所以其自然被選擇用來(lái)檢測(cè)時(shí)間偏移或頻率偏移。圖2是說(shuō)明具有1024個(gè)副載波的前置項(xiàng)的圖。在頻譜的左側(cè)及右側(cè)有86個(gè)防護(hù)頻帶副載波，且藉由BPSK調(diào)制其它副載波以獲得每隔2個(gè)副載波一個(gè)特定偽噪聲(PN)碼。方程式(I)中給出每一副載波的通用調(diào)制序列。
權(quán)利要求
1.一種用于整數(shù)頻率偏移估計(jì)的方法，其特征在于，包含 基于所接收序列及參考前置項(xiàng)來(lái)執(zhí)行頻域中的差分相位相關(guān)； 基于該差分相位相關(guān)的結(jié)果來(lái)檢 測(cè)整數(shù)頻率偏移。
2.如權(quán)利要求I的方法，其特征在于，執(zhí)行該差分相位相關(guān)包含 基于該所接收序列來(lái)產(chǎn)生差分相位序列； 基于該參考前置項(xiàng)來(lái)產(chǎn)生差分相位參考前置項(xiàng)； 基于該差分相位序列及該差分相位參考前置項(xiàng)來(lái)計(jì)算頻域相關(guān)。
3.如權(quán)利要求2的方法，其特征在于，產(chǎn)生差分相位序列包含 延遲該所接收序列； 對(duì)該所接收序列執(zhí)行共軛運(yùn)算； 基于該延遲的所接收序列及該共軛所接收序列來(lái)執(zhí)行復(fù)數(shù)乘法。
4.如權(quán)利要求2的方法，其特征在于，產(chǎn)生差分相位參考前置項(xiàng)包含 延遲該參考前置項(xiàng)； 基于該延遲的參考前置項(xiàng)及該參考前置項(xiàng)來(lái)執(zhí)行實(shí)數(shù)乘法。
5.如權(quán)利要求2的方法，其特征在于，計(jì)算該頻域相關(guān)包含 基于經(jīng)截?cái)嗟牟罘窒辔恍蛄屑霸摬罘窒辔粎⒖记爸庙?xiàng)來(lái)執(zhí)行復(fù)數(shù)乘法， 根據(jù)相關(guān)長(zhǎng)度，對(duì)復(fù)數(shù)乘法結(jié)果執(zhí)行復(fù)數(shù)累加。
6.如權(quán)利要求I的方法，其特征在于，檢測(cè)該整數(shù)頻率偏移包含 基于該經(jīng)截?cái)嗟牟罘窒辔恍蛄屑霸摬罘窒辔粎⒖记爸庙?xiàng)，獲得適合的閾值， 定位該差分相位相關(guān)的最大結(jié)果的峰值位置； 移除該峰值位置的偏移。
7.如權(quán)利要求6的方法，其特征在于，該峰值位置的該偏移為在該參考前置項(xiàng)的左側(cè)的防護(hù)頻帶副載波的數(shù)目。
8.如權(quán)利要求I的方法，其特征在于，該所接收序列周期性地重復(fù)。
9.如權(quán)利要求I的方法，其特征在于，該所接收序列是來(lái)自基于IEEE802.16e規(guī)范的正交頻分多址無(wú)線通訊系統(tǒng)。
10.一種用于整數(shù)頻率偏移估計(jì)的裝置，其特征在于，包含 差分相位相關(guān)器，其經(jīng)組態(tài)以基于所接收序列及參考前置項(xiàng)來(lái)執(zhí)行頻域中的差分相位相關(guān)；及 峰值檢測(cè)器，其經(jīng)組態(tài)以基于該差分相位相關(guān)的結(jié)果來(lái)檢測(cè)整數(shù)頻率偏移。
11.如權(quán)利要求10的裝置，其特征在于，該差分相位相關(guān)器包含 第一差分相位產(chǎn)生器，其經(jīng)組態(tài)以基于該所接收序列來(lái)產(chǎn)生差分相位序列； 第二差分相位產(chǎn)生器，其經(jīng)組態(tài)以基于該參考前置項(xiàng)來(lái)產(chǎn)生差分相位參考前置項(xiàng)；及 頻域相關(guān)器，其經(jīng)組態(tài)以基于該差分相位序列及該差分相位參考前置項(xiàng)來(lái)計(jì)算頻域中的相關(guān)。
12.如權(quán)利要求11的裝置,其特征在于,該第一差分相位產(chǎn)生器包含 延遲器件，其經(jīng)組態(tài)以延遲該所接收序列； 共軛運(yùn)算子，其經(jīng)組態(tài)以對(duì)該所接收序列執(zhí)行共軛運(yùn)算；及 乘法器，其經(jīng)組態(tài)以基于該延遲的所接收序列及該共軛所接收序列來(lái)執(zhí)行復(fù)數(shù)乘法。
13.如權(quán)利要求11的裝置，其特征在于，該第二差分相位產(chǎn)生器包含 延遲器件，其經(jīng)組態(tài)以延遲該參考前置項(xiàng) '及 乘法器，其經(jīng)組態(tài)以基于該延遲的參考前置項(xiàng)及該參考前置項(xiàng)來(lái)執(zhí)行實(shí)數(shù)乘法。
14.如權(quán)利要求11的裝置，其特征在于，該頻域相關(guān)器包含 簡(jiǎn)化復(fù)數(shù)乘法器，其經(jīng)組態(tài)以將經(jīng)截?cái)嗟乃邮詹罘窒辔恍蛄信c該差分相位參考前置項(xiàng)相乘;及 復(fù)數(shù)累加器，其經(jīng)組態(tài)以執(zhí)行復(fù)數(shù)乘法結(jié)果的加法。
15.如權(quán)利要求10的裝置，其特征在于，該峰值檢測(cè)器包含 比較器，其經(jīng)組態(tài)以比較該差分相位相關(guān)的該結(jié)果與預(yù)設(shè)閾值，且若該差分相位相關(guān)的該結(jié)果大于該預(yù)設(shè)閾值，則輸出該差分相位相關(guān)的該結(jié)果的峰值位置；及 減法器，其經(jīng)組態(tài)以自該峰值位置移除該峰值位置的偏移，且輸出該整數(shù)頻率偏移。
16.如權(quán)利要求15的裝置，其特征在于，該閾值與信噪比相關(guān)聯(lián)。
17.如權(quán)利要求15的裝置，其特征在于，該峰值位置的該偏移是在該參考前置項(xiàng)的左側(cè)的防護(hù)頻帶副載波的數(shù)目。
18.如權(quán)利要求10的裝置，其特征在于，該所接收序列周期性地重復(fù)。
19.如權(quán)利要求10的裝置，其特征在于，該所接收序列是來(lái)自基于IEEE802.16e規(guī)范的正交頻分多址無(wú)線通訊系統(tǒng)。
20.一種接收器，其特征在于，包含 用于分?jǐn)?shù)頻率偏移估計(jì)的裝置，其經(jīng)組態(tài)以直接基于時(shí)域相關(guān)的相位來(lái)估計(jì)分?jǐn)?shù)載波頻率偏移；及 用于整數(shù)頻率偏移估計(jì)的裝置，其耦接至該用于分?jǐn)?shù)頻率偏移估計(jì)的裝置，該用于整數(shù)頻率偏移估計(jì)的裝置包含 差分相位相關(guān)器，其經(jīng)組態(tài)以基于所接收序列及參考前置項(xiàng)來(lái)執(zhí)行頻域中的差分相位相關(guān)；及 峰值檢測(cè)器，其經(jīng)組態(tài)以基于該差分相位相關(guān)的結(jié)果來(lái)檢測(cè)整數(shù)頻率偏移。
21.如權(quán)利要求20的接收器，其特征在于，該差分相位相關(guān)器包含 第一差分相位產(chǎn)生器，其經(jīng)組態(tài)以基于該所接收序列來(lái)產(chǎn)生差分相位序列； 第二差分相位產(chǎn)生器，其經(jīng)組態(tài)以基于該參考前置項(xiàng)來(lái)產(chǎn)生差分相位參考前置項(xiàng)；及 頻域相關(guān)器，其經(jīng)組態(tài)以計(jì)算該差分相位序列與該差分相位參考前置項(xiàng)之間的交叉相關(guān)。
22.如權(quán)利要求21的接收器，其特征在于，該第一差分相位產(chǎn)生器包含 延遲器件，其經(jīng)組態(tài)以延遲該所接收序列； 共軛運(yùn)算子，其經(jīng)組態(tài)以對(duì)該所接收序列執(zhí)行共軛運(yùn)算；及 乘法器，其經(jīng)組態(tài)以基于該延遲的所接收序列及該共軛所接收序列來(lái)執(zhí)行復(fù)數(shù)乘法。
23.如權(quán)利要求21的接收器，其特征在于，該第二差分相位產(chǎn)生器包含 延遲器件，其經(jīng)組態(tài)以延遲該參考前置項(xiàng) '及 乘法器，其經(jīng)組態(tài)以基于該延遲的參考前置項(xiàng)及該參考前置項(xiàng)來(lái)執(zhí)行實(shí)數(shù)乘法。
24.如權(quán)利要求20的接收器，其特征在于，該峰值檢測(cè)器包含 比較器，其經(jīng)組態(tài)以比較該差分相位相關(guān)的該結(jié)果與預(yù)設(shè)閾值，且若該差分相位相關(guān)的該結(jié)果大于該預(yù)設(shè)閾值，則輸出該差分相位相關(guān)的該結(jié)果的峰值位置；及 減法器，其經(jīng)組態(tài)以自該峰值位置移除該峰值位置的偏移，且輸出該整數(shù)頻率偏移。
25.如權(quán)利要求20的接收器，其特征在于，該所接收序列是來(lái)自基于IEEE802. 16e規(guī)范的正交頻分多址無(wú)線通訊系統(tǒng)。
全文摘要
提供一種用于時(shí)間同步的方法及裝置以及其OFDMA接收器。該方法可包括基于所接收序列及參考前置項(xiàng)來(lái)執(zhí)行頻域中的差分相位相關(guān)；及基于該差分相位相關(guān)的結(jié)果來(lái)檢測(cè)整數(shù)頻率偏移。有利地，本發(fā)明允許使用OFDM符號(hào)來(lái)估計(jì)ICFO及使用一種簡(jiǎn)單方法來(lái)促進(jìn)ICFO檢測(cè)。此外，隨著硬件復(fù)雜性減低，整數(shù)頻率偏移估計(jì)的效能在高噪聲及時(shí)變衰落信道中變得更強(qiáng)健。
文檔編號(hào)H04L27/26GK102823211SQ201080065762
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者楊冬, 朱毓杰, 郁燕兵 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所