专利名称：用于在正交频分复用系统中频率同步的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于正交频分复用(OFDM)系统中的数据传送的方法和设备。更具体地说，本发明涉及用于通过使用OFDM码元针对数据传送的初始频率同步的方法和设备。
背景技术：
OFDM方案是期望在欧洲国家、日本和澳大利亚被采用为针对数字电视的标准的第四代(4G)调制方案。一开始将OFDM方案推荐用于局域网(LAN)技术，而现在正在将其开发为向用于针对无线因特网服务的蜂窝系统的基于OFDM的无线LAN技术提供移动性。
OFDM方案的频带扩展技术将数据分布到在确切相同的频率间隔处的多个子载波。这种频率间隔在防止解调器参考除了其自己的频率以外的其他频率的技术中提供“正交性”。而且，OFDM方案是一种多载波调制方案，并且在多径移动接收环境中显示优异的性能。因此，OFDM方案作为非常适合地面波数字电视和数字话音广播的调制方案现在正在引起注意。虽然主要在通信领域中研究和开发OFDM方案，但是在广播领域中现在也积极地对其进行研究和开发，特别在将OFDM方案采用为由欧洲广播联盟(EBU)建议的数字音频广播(DAB)系统的调制方案以后在广播领域更是如此。
图1是示出在典型OFDM系统的物理层中的发送器和接收器的结构的框图。
参照图1，通过编码器111将要被传送的输入比特流传输到串行/并行转换器112。然后，串行/并行转换器112收集N个码元，并且将N个码元传输到将码元从频域码元转换为时域码元的快速傅立叶逆变换(IFFT)转换器113。之后，并行/串行转换器114将时域码元转换为串行码元。在上面的过程中，将N个所收集的码元称为‘OFDM’码元。然后，循环前缀(CP)插入器115将CP添加到由并行/串行转换器114所获得的每个串行时域码元中，以消除多径信道的影响。然后，由数字/模拟转换器116将数字域中添加了CP的码元转换为模拟信号，然后将经转换的模拟信号通过信道120传送到接收器侧。
当由接收器130通过信道120接收到所传送的信号时，模拟/数字转换器131将所接收的模拟信号转换为数字信号，而且CP去除器132从由于多径而损害的OFDM码元中去除CP。在通过串行/平行转换器133之后由快速傅立叶变换(FFT)转换器134将去除了CP的信号转换为频域信号。经转换的频域信号通过用于消除信道干扰的均衡器135、平行/串行转换器136和解码器137，然后作为输出比特流在接收器端输出。
图2是示出在典型OFDM系统中所传送的数据码元的示意图，根据频率和时间进行图示。
在参照图1在上面描述的OFDM系统中，由N数量的子载波传送一个OFDM码元内的N数量的数据码元。由N个子载波所承载的N个数据码元构成一个OFDM码元201，而M个OFDM码元构成一帧202。帧202的开始码元通常包括用于频率同步和信道估计的导频码元(pilot symbol)，通过其传送报头、控制信息等。
OFDM系统具有针对移动接收环境的优异性能和良好的频带使用率。然而，在OFDM系统中，以小的间隔紧凑地安置彼此正交的子载波。因此，与单子载波系统相比较，OFDM系统对于频率偏移相对较弱。
下面，将参照图3描述在OFDM系统中在子载波之间的正交性的例子。
参照图3中的示意图，示出三个子载波。注意，通过使用彼此相邻的频率fn-1301、频率fn302和频率fn+1303来传送数据。通过频率301到303中每一个所传送的数据具有正弦波形，而且第一频率信号304、第二频率信号305和第三频率信号306中每一个都确切地位于对应子载波的频率处。因此，这三个信号彼此不给予干扰。
图4是示出当在典型OFDM系统中存在频率偏移时在子载波之间的干扰的示意图。
如果每个子载波具有离开子载波的确切频率Δf 401的频率偏移，则接收器不能捕捉子载波的确切频率位置，而是在与确切位置偏离Δf 401的位置处采集数据样本。因此，在图4中所示的三个子载波(包括第一子载波信号402、第二子载波信号403和第三子载波信号404)之间发生干扰。例如，离开第二子载波信号403有为Δf 401的频率偏移的信号样本在对应频率位置经历第一子载波信号407和第三子载波信号406的干扰。如上所述，OFDM系统具有子载波之间的正交性，其减少了子载波之间的间隔并且使得子载波被紧密地排列。因此，由于频率偏移导致OFDM系统受到干扰的很大影响。
根据上述用于补偿OFDM系统中的频率偏移的传统初始频率同步方案，通过使用两个导引OFDM码元来执行初始频率同步。传统初始频率同步包括两个步骤，也就是，作为精细频率同步的第一步骤(也就是，在子载波频带两倍宽的频带内补偿频率偏移)，和作为针对与子载波频带的两倍一样宽的频带的倍数对应的部分的频率模糊性解析(frequency ambiguity resolution)的第二步骤。
图5示出根据OFDM系统中的传统初始频率同步方法的导频OFDM码元的格式的例子。
作为在用于频率同步的第一步骤中用于精细频率同步(下面，称为“第一频率同步“)的码元的第一导频OFDM码元501，在偶数顺序中其具有用于子载波的、除了0之外的值而在奇数顺序中其具有用于子载波的‘0’值。第一导频OFDM码元501与在时域中每个都具有一半码元长度的导频码元的重复(repetition)相同。用于第一频率同步的过程对应于获得频率偏移的小数部分的过程。
第二导频OFDM码元502是用于在将被称为第二频率同步过程的、用于频率同步的第二步骤中的频率模糊性解析的码元。第二导频OFDM码元502具有用于所有子载波的值。第二频率同步过程与获得频率偏移的整数部分的过程对应。
换句话说，频率偏移包括表示为小于两倍子载波频带的小数部分，和表示为两倍子载波频带的倍数的整数部分，可以将其用下面公式(1)表示Δf＝φ/(πT)+2g/T.....................(1)在公式(1)中，Δf代表整个频率偏移，φ代表频率偏移的小数部分，而T代表码元长度。而且，g代表与作为两倍子载波频带的倍数的整数对应的频率偏移的整数部分。
如果使用N点快速傅立叶变换(FFT)来表示一个数据码元，则可以通过下面公式(2)来表示具有频率偏移的所接收到的码元信号w(t)。
w(t)=Σ-NNHkCkexp(j2π(fk+Δf)t)]]>w(t)=exp(j2πΔft)Σ-NNHkCkexp(j2πfkt)..............(2)]]>如果将位于第一导频码元的前半个OFDM码元处的一个所接收到的数据码元设置为w(t0)，而且将位于与该前半个OFDM码元的相同位置对应的后半个OFDM码元处的另一个所接收到的数据码元设置为w(t0+T/2)，则有下面公式(3)所表示的关系成立。
w*(t0)w(t0+T/2)=exp(jπΔfT)Σk=-NNΣl=-NNHk*Ck*HlClexp(j2π(fk-fl)t0+jπflT)..............(3)]]>如果从公式(3)中可以获得重复的半个OFDM码元长度的相关值的相位，则在频率偏移的小数部分φ和整个频率偏移Δf之间可以成立下面公式(4)所定义的关系。
φπΔfT ...............(4)也就是，可以通过取第一导频码元的重复部分的相关系数，通过相位估计来估计频率偏移的小数部分。
传统频率偏移估计方法教导了使用由下面公式(5)所定义的函数来在估计时增强精确性。
P(d)=Σm=0L-1wd+m*wd+mwd+m·l................(5)]]>如果可以保证初始频率偏移的绝对值在小于子载波频带的范围内，则可以如下面公式(6)来估计整个频率偏移。
Δf^=φ^/(πT)...................(6)]]>然而，实际上不可能保证初始频率偏移的绝对值在小于子载波频带的范围内，而且存在与两倍子载波频带的倍数对应的模糊性。
因此，为了最终确定频率偏移，需要事先解析与公式(1)中的整数g对应的频率偏移的整数部分的模糊性，为此要使用第二导频码元。首先，执行对与第一频率同步过程中的频率偏移的小数部分对应的部分的估计。然后，只有与2g/T对应的部分保留在频率偏移中。
将第一和第二导频码元的频率转换值分别设置为X1，k和X2，k，而且确定第二导频码元，从而第一导频码元的频率转换值的差分调制值以及第二导频码元的第偶数个子载波的频率转换值具有特定图案。而且，根据传统方法，为了确定作为频率偏移的整数部分的g，获得针对可能的g值的第一和第二导频码元之间的预定图案和差的相关系数。然后，将从所获得的相关值中具有最大相关值的g值确定为最后值。通过上述过程，估计频率偏移。
图6是示出在传统OFDM系统中用于在物理层中初始频率同步的发送器和接收器的结构的框图。
在图6的发送器610中，为了如上所述通过每个帧的第一和第二OFDM码元来进行传送，导频比特通过串行/并行转换器612，被转换为时域的码元，然后转换为串行导频比特。循环前缀(CP)插入器615将CP插入到经转换的导频比特中，然后由数字/模拟转换器616将其从数字信号转换为模拟信号。然后，通过信道620将经转换的模拟信号传送到接收器630。
再次由模拟/数字转换器631将通过信道620接收到的信号从模拟信号转换为数字信号，然后将经转换的数字信号传输到相关器638。然后，为了获得第一频率同步，相关器638发现所接收到的信号的第一导频OFDM码元的重复图案，而且修正(revise)频率偏移的小数部分。在修正了频率偏移的小数部分之后，CP去除器632从所接收到的信号中去除CP，串行/并行转换器633将信号转换为并行信号，然后FFT转换器634将信号转换为频域的信号。然后，为了获得第二频率同步，模糊性解析单元640检查频域中第一和第二导频码元的差分值之间的相关值，从而解出频率偏移的模糊性，也就是，修正频率偏移的整数部分。然后，作为结果获得初始频率同步。
已知上述传统频率同步方法是能够获得确切初始频率偏移的方法。然而，在基于OFDM的无线系统中，传统方法使用在一帧内的两个OFDM码元用于导频传送以修改初始偏移，从而使得开销非常大。为了解决这个问题，已经开发了能够在使用仅仅一个导频OFDM码元来修正初始频率偏移的同时获得初始频率偏移的方法。
根据仅仅使用一个导频OFDM码元的这种方法，不传送如图5中所示的第二导频OFDM码元，而且仅仅传送第一导频OFDM码元，从而与第二导频OFDM码元对应的码元可以用于传送数据因此可以减少开销。在通过使用仅仅一个导频OFDM码元以进行初始频率同步的方法中，还必须执行用于发现频率偏移的小数部分的第一频率同步步骤，和用于通过发现频率偏移的整数部分来解析子载波频带的倍数的模糊性的第二频率同步步骤。也就是，在用于使用仅仅一个导频OFDM码元来进行初始频率同步的方法中也使用于使用公式(6)的过程相同的过程。
然而，虽然使用仅仅一个导频OFDM码元的方法与使用两个导频OFDM码元的方法相比较减少了系统的开销，但是使用仅仅一个OFDM码元的方法基于这样的假设在为了确定频率偏移的整数部分解析模糊性时，信道针对预定数量的子载波不改变。因此，使用仅仅一个导频OFDM码元的方法已经不考虑在获得针对具有频域中的选择性的信道环境的初始频率同步时的性能。
因此，存在对能够基本上保证针对初始频率同步的改进性能同时减少系统开销的系统和方法的需要。
发明内容
因此，已经进行了本发明以解决在现有技术中发生的上述和其他问题，而且本发明的目的时提供用于初始频率同步的、能够在用于OFDM系统的初始频率同步的过程中减少系统开销的方法和设备。
本发明的另一个目的时提供能够获得初始频率同步而不必在OFDM系统中传送导频OFDM码元的方法和设备。
本发明的另一个目的时提供能够通过在OFDM系统中使用循环前缀来获得初始频率同步的方法和设备。
本发明的另一个目的是提供能够在时域中获得初始频率同步而不必在OFDM系统中传送报头的方法和设备。
本发明的另一个目的是提供能够通过在OFDM系统中调整数据OFDM码元的数据大小来获得初始频率同步的方法和设备。
为了实现这些目的，提供在正交频分复用(OFDM)系统中用于频率同步的方法，该方法包括步骤传送OFDM码元，从而将特定OFDM码元的数据码元大小设置为小于帧内的典型OFDM码元的数据码元大小；接收特定OFDM码元并且根据对应数据码元的时间间隔和典型OFDM码元的数据码元的时间间隔两者来分别计算特定OFDM码元的相关系数；分别取从特定OFDM码元中所计算的对应相关系数的相位，并且估计频率偏移的小数部分；和确定与频率偏移的小数部分对应的频率偏移的整数部分以估计基本上整个频率偏移和获得频率同步。
根据本发明的另一个方面，提供用于在OFDM系统中由用于频率同步的发送器传送正交频分复用(OFDM)码元的方法，该方法包括步骤在将每个帧中的特定OFDM码元的数据码元大小设置为小于帧内的典型OFDM码元的数据码元大小之后，对OFDM码元执行快速傅立叶逆变换(IFFT)；和将循环前缀插入到特定OFDM码元的数据码元中然后传送OFDM码元。
根据本发明的另一个方面，提供用于在OFDM系统中由用于频率同步的接收器接收正交频分复用(OFDM)码元的方法，该方法包括步骤接收具有小于典型OFDM码元的数据码元大小的数据码元大小的特定OFDM码元，并且根据对应数据码元的时间间隔和典型OFDM码元的时间间隔来分别计算特定OFDM码元的相关系数；分别取从特定OFDM码元中所计算的对应相关系数的相位，并且估计频率偏移的小数部分；和确定与频率偏移的小数部分对应的频率偏移的整数部分，以估计基本上整个频率偏移和获得频率同步。
根据本发明的另一个方面，针对用于通信的频率同步提供正交频分复用(OFDM)系统，该系统包括发送器，用于传送OFDM码元，从而将特定OFDM码元的数据码元大小设置为小于帧内的典型OFDM码元的数据码元大小；和接收器，用于接收特定OFDM码元并且根据对应数据码元的时间间隔和典型OFDM码元的数据码元的时间间隔两者来分别计算特定OFDM码元的相关系数，分别取从特定OFDM码元中所计算的对应相关系数的相位并且估计频率偏移的小数部分，而且确定与频率偏移的小数部分对应的频率偏移的整数部分以估计基本上整个频率偏移并且获得频率同步。
根据本发明的另一个方面，提供用于在OFDM系统中传送用于频率同步的正交频分复用(OFDM)码元的设备，该设备包括转换单元，用于在将每个帧中的特定OFDM码元的数据码元大小设置为小于帧内的典型OFDM码元的数据码元大小之后，对OFDM码元执行快速傅立叶逆变换(IFFT)；和传送单元，用于将循环前缀插入到特定OFDM码元的数据码元中然后传送该OFDM码元。
根据本发明的另一个方面，提供用于在OFDM系统中接收用于频率同步的正交频分复用(OFDM)码元的设备，该设备包括相关单元，包括至少一个相关器，该相关器用于接收具有小于典型OFDM码元的数据码元大小的数据码元大小的特定OFDM码元，还用于根据对应数据码元的时间间隔和典型OFDM码元的时间间隔两者来分别计算特定OFDM码元的相关系数，以及分别取从特定OFDM码元中所计算的对应相关系数的相位；和估计单元，用于通过确定与频率偏移的小数部分对应的频率偏移的整数部分来估计基本上整个频率偏移并且获得频率同步。
集合附图通过下面详细描述，本发明的上面和其他目的、特点和优点将变得明显，其中图1是示出在典型OFDM系统的物理层中的发送器和接收器的结构的框图；
图2是示出在典型OFDM系统中所传送的数据码元的示意图，根据频率和时间进行对其进行图示；图3是示出在OFDM系统的子载波之间的正交性的例子的示意图；图4是示出当在典型OFDM系统中存在频率偏移时在子载波之间的干扰的示意图；图5示出根据OFDM系统中传统初始频率同步方法的导频OFDM码元的格式的例子；图6是示出在传统OFDM系统中的物理层中用于初始频率同步的发送器和接收器的结构的例子；图7是示出在根据本发明的实施方式的OFDM系统中用于初始频率同步的发送器和接收器的结构的例子；图8是示出根据本发明的实施方式的循环前缀和OFDM数据的传送的方法的示意图；图9是示出根据本发明的实施方式的循环前缀和OFDM数据的传送的方法的示意图，其中，在每个帧中的一个OFDM码元在被分割为两个FFT之后进行传送码元；图10是示出根据本发明的另一个实施方式的循环前缀和OFDM数据的传送的方法的示意图，其中在具有小于N的N1的大小的状态下传送每个帧中的一个OFDM码元；图11是根据本发明实施方式的OFDM系统中的发送器的操作的流程图；和图12是根据本发明实施方式的OFDM系统中的接收器的操作的流程图。
在所有附图中，应该将相同的附图标记理解为指示相同的部分、组成部件和结构。
具体实施例方式
下面，将参照附图来描述本发明的示例实施方式。在下面的描述中，为了清楚和简洁而省略对合并其中的已知功能和配置的详细描述。
与使用两个导频OFDM码元用于初始频率同步的传统方法相反，本发明的实施方式的原理在于将每个帧中的一个OFDM码元分割为可以由具有大小为小于N的N1和N2的FFT转换的至少两个部分，其中N是典型OFDM码元的FFT大小。
也就是说，根据本发明的实施方式，发送器排列承载数据的OFDM码元，从而它们具有每帧不同的FFT大小，而且已经接收到OFDM码元的接收器用N个数据码元的时间间隔、或者用N1个数据码元的时间间隔、或者用N1和N2个数据码元的时间间隔，来计算OFDM码元中的数据和循环前缀之间的相关系数。而且，根据本发明的实施方式，可以通过取超过预定阈值的相关值的相位来获得第一频率同步，并且通过解析频率偏移的模糊性来获得第二频率同步，从而获得初始频率同步。因此，根据本发明的实施方式，即使不传送特定报头或者导频OFDM码元也可以获得初始频率同步。
如上所述，在根据本发明实施方式的方法中，用于获得第一频率同步的过程对应于确定频率偏移的小数部分的过程，而用于获得第二频率同步的过程对应于确定频率偏移的整数部分的过程。
下面，将参照附图来描述提供用于初始频率同步的本发明的实施方式。
图7是示出根据本发明的实施方式的OFDM系统中用于初始频率同步的发送器和接收器的结构的框图。图7的结构包括发送器710和接收器730。
参照图7，发送器710包括编码器711、串行/并行转换器712、并行/串行转换器714、CP插入器715和数字/模拟转换器716。虽然在传统方法中，针对频率同步传送导频比特，但是，本发明实施方式的发送器710传送数据比特而不传送分离的导频比特。发送器710还包括能够逆快速傅立叶变换(IFFT)转换数据比特并且将具有为N的IFFT大小的典型OFDM码元IFFT转换为具有小于N的大小(例如N1或者N2)的OFDM码元的IFFT单元713。串行/并行转换器712将编码器711所编码的数据比特转换为并行信号，并且将经转换的并行信号传输到IFFT单元713。将IFFT单元713的输出传输到并行/串行转换器714。
在本发明的实施方式中，IFFT单元713包括，例如，分别具有为N、N1和N2的大小的多个IFFT转换器713a、713b和713c。具有大小N的IFFT转换器713a执行用于对输入数据比特处理典型OFDM码元的、大小为N的IFFT，而具有大小N1的IFFT转换器713b执行用于处理具有小于位于每个帧中的N的FFT大小的OFDM码元的N1大小的IFFT。而且，当将位于每个帧的至少一个OFDM码元分割为分别具有大小N1和N2的两部分时，IFFT单元713同时通过IFFT转换器713b和713c执行N1大小的IFFT和N2大小的IFFT。
虽然关于示例实施方式描述了具有N1和N2作为OFDM码元的FFT大小的两种情况，但是针对IFFT单元713可以具有能够处理包括每个具有小于N的大小的至少两个部分的OFDM码元的结构。
并行/串行转换器714将经IFFT转换的数据转换为串行数据，并且将串行数据输入到CP插入器715中。CP插入器715将CP插入到输入串行数据中，然后将插入了CP的数据输入到数字/模拟转换器716，然后其将数据转换为模拟信号。然后将经转换的模拟信号通过信道720传送到接收器。
从发送器接收通过信道720传送的信号的接收器包括用于将所接收到的信号转换为数字信号的模拟/数字转换器731、用于通过接收数字化的OFDM码元并且计算OFDM码元中的数据和循环前缀之间的相关值来获得第一频率同步的相关单元738；和用于通过解析输出的相关值的模糊性来获得第二频率同步的模糊性解析单元740。应该注意，为了清楚和简洁，在图7中省略了诸如CP去除器、FFT转换器等OFDM系统的接收器的其他普通元件。
当相关单元738接收到OFDM码元时，相关单元738通过使用大小为N的数据码元的时间间隔和具有小于N的大小的数据码元的时间间隔来计算OFDM码元内的数据和循环前缀之间的相关系数，并且取超过预定阈值的相关系数的相位，而且确定用于该相位的频率偏移的小数部分(也就是，第一频率同步)。
参照图7，相关单元738接收已经由模拟/数字转换器731转换为数字信号的OFDM码元。当已经将码元分割为两个部分时，所接收到的OFDM码元同时通过用于已经经历了大小为N的IFFT的OFDM码元的相关器#0738a、用于已经经历了大小为N1的IFFT的OFDM码元的相关器#1738b和用于已经经历了大小为N2的IFFT的OFDM码元的相关器#2738c。相关器738a、738b和738c通过使用N、N1和N2的数据码元时间间隔来计算OFDM码元内的数据和循环前缀之间的相关系数。而且，相关器738a、738b和738c检查所计算的相关系数是否大于预定的阈值，并且取超过阈值的相关系数的相位，从而估计频率偏移的小数部分。
当相关单元738已经估计了频率偏移的至少一个小数部分时，相关单元738将相关值传输到模糊性解析单元740。模糊性解析单元740通过使用上述本发明实施方式的频率同步估计算法来确定频率偏移的整数部分，以获得频率偏移的整数部分。因此，即使没有接收到导频OFDM码元，已经通过上述示例实施方式结构和方法获得第一和第二频率同步的接收器730也可以确定频率偏移并且获得初始同步。
之后，将更加详细地描述本发明实施方式的频率同步估计算法。
根据本发明的示例实施方式，通过计算OFDM码元中的数据和在具有与典型OFDM码元的大小不同的FFT大小的每个帧内在一个OFDM码元处的循环前缀之间的相关系数来估计初始频率同步。可以从具有为N的FFT大小的OFDM码元中得出下面公式(7)。
Δf^=φ^0/(2πT)+g^0/T.....................(7)]]>在公式(7)中， 代表具有N的FFT大小的OFDM码元的频率偏移的小数部分，而 代表与子载波频带的倍数对应的频率偏移的整数部分。而且，可以通过下面公式(8)来估计具有减少的为N1的FFT大小的OFDM码元的频率偏移。
Δf^=φ^1/(2πT1)+g^1/T1.....................(8)]]>在公式(8)中， 代表具有为N1的FFT大小的OFDM码元的频率偏移的小数部分， 代表与子载波频带的倍数对应的频率偏移的整数部分，而T1代表与除了具有为N1的FFT大小的码元的循环前缀的长度之外的数据对应的时间间隔。
与示出具有一半OFDM码元长度的导频数据的重复的公式(1)相反，公式(8)使用一个OFDM码元长度差的OFDM码元数据和循环前缀之间的相关系数示出频率偏移估计。因此，在子载波频带的一半长度的绝对值内估计频率偏移的小数部分的范围，而且替代于通过乘以两倍子载波频带的整数，通过乘以子载波频带的整数发生模糊性。
当将每个帧的一个OFDM码元分割为具有为N1和N1的大小的两个FFT部分并且使用经历具有N2大小的第二FFT部分的数据时，通过下面公式(9)来估计频率偏移。
Δf^=φ^2/(2πT2)+g^2/T2.....................(9)]]>在公式(9)中， 代表具有为N2的大小的OFDM码元的频率偏移的小数部分， 代表与子载波频带的倍数对应的频率偏移的整数部分，而T2代表与排除具有为N2的FFT大小的码元的循环前缀的长度的数据对应的时间间隔。
通过使用公式(7)到(9)，可以根据关于N的N1或者N2的选择来确定单个频率偏移Δf。
针对在经历了具有为N1的大小的FFT之后或者在如上所述由具有为N1和N2的大小的FFT分割为两个部分之后传送每个帧内的一个OFDM码元的情况，行参照图8到10来详细描述根据时间和频率坐标的循环前缀和OFDM数据的传送的各种例子。
图8是示出根据本发明的实施方式的循环前缀和OFDM数据的传送的方法的示意图。
参照图8，将时域中以长度L在OFDM码元801的尾端处重复样本的循环前缀802添加到已经经历了大小为N的FFT转换的OFDM码元801的前端，然后传送该OFDM码元801。而且，已经经历了大小为N1和N2的FFT转换的所传送的OFDM码元包括FFT部分，并且用对应循环前缀805和带有对应循环前缀806的N2大小的FFT部分804伴随N1大小的FFT部分803。在这种情况下，如果Δf的频率偏移已经发生，则频率偏移根据FFT转换的大小具有不同的小数部分和整数部分。
例如，如果在本例中假设N＝16、N1＝9而N2＝7，则T/T1＝1.178，而T/T2＝2.286。如从下面的表1中可以看出的，如果Δf*T＝2.5，则具有为N大小的FFT的OFDM码元中的频率偏移的小数部分是1.0π(φ0＝1.0π)，而且在具有为N1和N2大小的FFT的OFDM码元中的频率部分的小数部分分别是1.444π和0.428π(也就是，φ1＝1.444π和φ2＝0.428π)。因此，理论上可以获得小数部分φ0、φ1和φ2，和与Δf符合的频率偏移的整数部分g0、g1和g2。
表1
而且，可以在接收器处以表信息的形式提供与频率偏移的小数部分对应的整数部分。
在对频率偏移的实际估计中，可能添加估计误差使得难于实现频率偏移的确切估计。可以通过适当设置值N1或者值N1和N2来减少这种估计误差。而且，可以通过重复估计、修改然后再次估计频率偏移来获得更加确切和清楚的频率偏移。
在根据本发明实施方式的OFDM系统中，将包括N数量的数据样本的一个OFDM码元与L数量的循环前缀一同传送。在图8所示的示例实施方式中，循环前缀的长度等于在具有N大小的FFT的OFDM码元的情况中的那个。然而，在这种情况下，由于多径衰落的延迟长度可以不考虑接收性能。
图9是示出根据本发明另一个实施方式的循环前缀和OFDM数据的传送的方法的示意图，其中在被分割为两个FFT之后传送每个帧中的一个OFDM码元。
参照图9，将与具有为N大小的FFT的典型OFDM码元的大小相同的大小L的循环前缀903和904放在具有大小为N1和N2的两个部分901和902之前。在考虑循环前缀的大小的情况下，可以减小两个数据部分的大小N1和N2，以将插入由一个OFDM码元所定义的范围内的附加循环前缀和对应循环前缀的所有样本的数量。
图10是示出根据本发明另一个实施方式的循环前缀和OFDM数据的传送的方法的示意图，其中在具有小于N的大小N1的状态下传送在每个帧中的一个OFDM码元。
参照图10，在每个帧中的一个OFDM码元103经历为N1大小的FFT，而其他数据OFDM码元1001经历N大小的FFT，然后将它们与每个具有大小L的循环前缀一同传送。针对用于经历N1大小的FFT的OFDM码元1003的循环前缀1004，因为已经将FFT大小从N减少到N1，所以可以传送扩展的循环前缀1004。
如上所述，图8到图10示出通过使用替代于由N大小的FFT所转换的OFDM码元的由带有小于N的大小的FFT转换的OFDM码元而在初始频率同步中性能改进的例子，但是本发明的实施方式不受其限制。
下面，将参照图11和图12来描述根据本发明的实施方式的发送器和接收器的示例操作。下面操作是已经被分割为与用于初始频率同步的N1和N2大小的FFT对应的部分的OFDM码元的传送的例子。
图11是在根据本发明的实施方式的OFDM系统中的发送器的操作的流程图。
参照图11，当数据传送开始时，发送器在步骤1101确定选择带有大小N的FFT还是带有小于N的大小的FFT。作为确定结果，当需要传送与大小N的FFT对应的OFDM码元时，发送器在步骤1102取N数量的数据码元，并且在步骤1103执行针对数据码元的N大小的IFFT转换以将码元转换到时域中。然后，发送器在步骤1104将L大小的循环前缀插入到时域的数据码元中，在步骤1105传送OFDM码元，然后返回到步骤1101。
作为在步骤1101中的确定结果，当需要传送与具有小于N的大小的FFT对应的OFDM码元时，发送器在步骤1110取N1数量或者(N1+N2)数量的数据码元，并且在步骤1112执行针对数据码元的IFFT转换。然后，发送器在步骤1113执行针对数据码元的N2大小的IFFT转换。这里，如果需要，可以省略步骤1113。当执行步骤1113时，首先执行数据码元的N2点IFFT转换，然后将N个OFDM码元分割为如图9和10所示的用于FFT转换的N1个码元和N2个码元(其中N1和N2的每一个都小于N)。然而，在图11所示的例子中，仅仅针对N1数量的数据码元执行IFFT。之后，发送器将CP插入到经IFFT转换的数据码元中，并且将该OFDM码元输出以在步骤114传送，然后在步骤1105将已经经历了大小小于N的IFFT的OFDM码元进行传送。
之后，将参照图12描述已经接收到从上述传送操作所传送的OFDM码元的接收器的操作。
图12时根据本发明实施方式的OFDM系统中的接收器的操作的流程图。
在步骤1201，接收器接收并且积累包括CP的ODFM码元。无论什么时候其接收到每个OFDM码元，接收器都更新(renewal)所新接收的OFDM码元。然后，接收器在步骤1202计算OFDM码元中的数据和针对每个所接收到的OFDM码元带有N个数据码元的时间间隔的对应循环前缀之间的相关系数，并且计算OFDM码元中的数据和带有N1个数据码元的时间间隔的对应循环前缀之间的相关系数。当已经将一个OFDM码元分割为两个FFT部分时，在步骤1203用N 1个数据码元的时间间隔来计算相关值，并且在在步骤1204用N2个数据码元的时间间隔来计算相关值。
之后，在步骤1205和1206，接收器确定针对N和N1个数据码元的时间间隔的所计算的相关值是否分别大于预设的第一和第二阈值。而且，当已经将一个OFDM码元分割为如图9和10所示的针对FFT转换的两个部分时，接收器在步骤1207确定与N2个数据码元的时间间隔相关的所计算的相关值是否超过预设的第三阈值。
当每个所计算的相关值满足步骤1205到1207中的预设阈值的条件时，接收器在步骤1208通过取相关值的相位并且估计频率偏移的小数部分来获得第一频率同步。当每个所计算的相关值不满足预设阈值的条件时，接收器前进到步骤1209。
当已经估计了频率偏移的小数部分时，接收器检查是否已经通过包括不同大小的FFT部分的OFDM码元估计了频率偏移的至少一个小数部分。当至少一个小数部分还没有估计频率偏移时，过程重复地执行步骤1201到1209。当在步骤1209确定已经估计了频率偏移的至少两个小数部分时，接收器在步骤1210通过解析模糊性和确定频率偏移的整数部分从而估计整个频率偏移来获得第二频率同步。
将通过图12的过程所估计的整个频率偏移用于修改频率偏移。为了在初始频率同步的过程中减少误差，即使在修改了频率偏移之后也可以重复整个频率偏移的估计。
如上所述，本发明提供用于初始频率偏移的方法和设备，其可以在OFDM系统的初始频率同步的过程中减少系统的开销，并且可以获得初始频率同步而不必在OFDM系统中传送导频OFDM码元。而且，本发明还提供这样的方法和设备通过使用循环前缀并且通过经由OFDM系统中的每个帧传送具有小于典型OFDM码元的大小的数据大小的特定OFDM码元来获得初始频率同步。
虽然已经参照本发明的特定示例实施方式示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不偏离由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在细节和形式中进行各种改变。
权利要求
1.一种在正交频分复用(OFDM)系统中用于频率同步的方法，该方法包括步骤传送OFDM码元，从而将特定OFDM码元的数据码元大小设置为小于帧内的典型OFDM码元的数据码元大小；接收特定OFDM码元并且根据对应数据码元的时间间隔和典型OFDM码元的数据码元的时间间隔两者来分别计算特定OFDM码元的相关系数；分别取从特定OFDM码元中所计算的对应相关系数的相位，并且估计频率偏移的小数部分；和确定与频率偏移的小数部分对应的频率偏移的整数部分以估计基本上整个频率偏移和获得频率同步。
2.根据权利要求1所述的方法，其中当每个相关系数都大于预设阈值时，估计频率偏移的小数部分。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤将特定OFDM码元的数据码元分割为至少两个快速傅立叶变换(FFT)部分。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述相关系数对应于OFDM码元中的数据码元和对应循环前缀之间的相关值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，对具有数据码元大小为N的典型OFDM码元，通过下面给出的公式估计频率偏移，Δf^=φ^0/(2πT)+g^0/T,]]>其中 代表对应OFDM码元的频率偏移的小数部分，而 代表频率偏移的整数部分。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，当特定OFDM码元具有为N1的数据码元大小时，通过下面给出的公式估计频率偏移，Δf^=φ^1/(2πT1)+g^1/T1]]>其中 代表对应OFDM码元的频率偏移的小数部分， 代表频率偏移的整数部分，而T1代表具有N1大小的数据码元的时间间隔。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，当将特定OFDM码元分割为两个FFT部分而且特定OFDM码元的第二数据码元具有为N2的大小时，通过下面给出的公式估计频率偏移，Δf^=φ^2/(2πT2)+g^2/T2]]>其中 代表对应OFDM码元的频率偏移的小数部分， 代表频率偏移的整数部分，而T2代表具有N2大小的数据码元的时间间隔。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤通过使用包括事先针对每个小数部分所计算的整数部分的表来确定与频率偏移的小数部分对应的频率偏移的整数部分。
9.一种用于在正交频分复用(OFDM)系统中由用于频率同步的发送器传送OFDM码元的方法，该方法包括步骤在将每个帧中的特定OFDM码元的数据码元大小设置为小于帧内的典型OFDM码元的数据码元大小之后，对OFDM码元执行快速傅立叶逆变换(IFFT)；和将循环前缀插入到特定OFDM码元的数据码元中然后传送该OFDM码元。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括步骤将特定OFDM码元的数据部分分割为至少两个快速傅立叶变换(FFT)部分并且将所述循环前缀插入到每个所分割出的FFT部分中。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在每个所分割出的FFT部分中所插入的循环前缀的总大小大于或等于典型OFDM码元的循环前缀的大小。
12.一种用于在正交频分复用(OFDM)系统中由用于频率同步的接收器接收OFDM码元的方法，该方法包括步骤接收具有小于典型OFDM码元的数据码元大小的数据码元大小的特定OFDM码元，并且根据对应数据码元的时间间隔和典型OFDM码元的时间间隔来分别地计算特定OFDM码元的相关系数；分别取从特定OFDM码元中所计算的对应相关系数的相位，并且估计频率偏移的小数部分；和确定与频率偏移的小数部分对应的频率偏移的整数部分，以估计基本上整个频率偏移和获得频率同步。
13.根据权利要求12所述的方法，其中当每个相关系数都大于预设阈值时，估计频率偏移的小数部分。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括步骤将特定OFDM码元的数据码元分割为至少两个快速傅立叶变换(FFT)部分。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述相关系数对应于OFDM码元中的数据码元和对应的循环前缀之间的相关值。
16.一种用于通信的频率同步的正交频分复用(OFDM)系统，该系统包括发送器，用于传送OFDM码元，从而将特定OFDM码元的数据码元大小设置为小于帧内的典型OFDM码元的数据码元大小；和接收器，用于接收特定OFDM码元并且根据对应数据码元的时间间隔和典型OFDM码元的数据码元的时间间隔两者来分别计算特定OFDM码元的相关系数，分别取从特定OFDM码元中所计算的对应相关系数的相位并且估计频率偏移的小数部分，而且确定与频率偏移的小数部分对应的频率偏移的整数部分以估计基本上整个频率偏移并且获得频率同步。
17.根据权利要求16所述的系统，其中当每个相关系数都大于预设阈值时，所述接收器估计频率偏移的小数部分。
18.一种用于在正交频分复用(OFDM)系统中传送用于频率同步的OFDM码元的设备，该设备包括转换单元，用于在将每个帧中的特定OFDM码元的数据码元大小设置为小于帧内的典型OFDM码元的数据码元大小之后，对OFDM码元执行快速傅立叶逆变换(IFFT)；和传送单元，用于将循环前缀插入到特定OFDM码元的数据码元中然后传送该OFDM码元。
19.根据权利要求18所述的设备，其中将所述转换单元配置为将特定OFDM码元的数据码元分割为至少两个快速傅立叶变换(FFT)部分；和将所述传送单元配置为将循环前缀插入到每个所分割出的FFT部分中。
20.根据权利要求18所述的设备，其中，将所述传送单元配置为在保持循环前缀的总大小大于或等于典型OFDM码元的循环前缀的大小的同时，将循环前缀插入在每个所分割出的FFT部分中。
21.一种用于在正交频分复用(OFDM)系统中接收用于频率同步的OFDM码元的设备，该设备包括相关单元，包括至少一个相关器，该相关器用于接收具有小于典型OFDM码元的数据码元大小的数据码元大小的特定OFDM码元，还用于根据对应数据码元的时间间隔和典型OFDM码元的时间间隔两者来分别计算特定OFDM码元的相关系数，以及分别取从特定OFDM码元中所计算的对应相关系数的相位并且估计频率偏移的小数部分；和估计单元，用于通过确定与频率偏移的小数部分对应的频率偏移的整数部分来估计基本上整个频率偏移并且获得频率同步。
22.根据权利要求21所述的设备，其中，当每个所述相关系数都大于预设的阈值时，所述相关单元估计频率偏移的小数部分。
23.根据权利要求21所述的设备，其中，将所述相关单元配置为将特定OFDM码元的数据码元分割为至少两个快速傅立叶变换(FFT)部分。
24.根据权利要求21所述的设备，其中，将所述估计单元配置为事先存储包括与频率偏移的小数部分对应的整数部分的表。
全文摘要
提供在正交频分复用(OFDM)系统中用于频率同步的方法和设备，其中该方法包括步骤以将每个帧中的特定OFDM码元的数据码元大小设置为小于帧内的典型OFDM码元的数据码元大小的方式来传送OFDM码元；接收该OFDM码元和根据对应数据码元的时间间隔和典型OFDM码元的数据码元的时间间隔两者来分别计算特定OFDM码元的相关系数；分别取从特定OFDM码元中所计算的对应相关系数的相位并且估计频率偏移的小数部分；和确定与频率偏移的小数部分对应的频率偏移的整数部分，从而估计整个频率偏移并且获得频率同步。
文档编号H04J11/00GK101023611SQ200580031283
公开日2007年8月22日 申请日期2005年9月16日 优先权日2004年9月18日
发明者张真元, 权桓准, 金东熙, 金润善, 韩臸奎 申请人:三星电子株式会社