在无线通信系统的接收机中估计和补偿载波频率偏移的设备及数据接收方法

专利名称：在无线通信系统的接收机中估计和补偿载波频率偏移的设备及数据接收方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统，更具体地，涉及一种用于在才艮据正
交频分多址(OFDMA)的无线通信系统的接收机中估计和补偿初 始载波频率偏移的设备和方法。
背景技术：
为实现第四代(4G)移动通信而正在各领域开展大量研究。在 根据IEEE 802.16d/e、 WiBro、 WiMAX等的4G移动通信中，无线 LAN网络、数字音频及4见频广播网络等、以及卫星通信网络-故结合 为一个网络以系统地一起运4亍。因此，在4G移动通信网全各中，对 用户的"良务可以是平稳、且最优的。
通过处理从基站系统接收到的前导信号以使系统同步，移动装 置(便携式用户站)可以与基站(无线接入站)进行通信。在每帧 的第一个符号位置处从基站系统发送下行链路(DL )前导信号。因 此，移动装置基于该前导信号使系统同步，搜索小区，以及解调在 从基站系统发送的前导信号之后的数据。
图1是示出传统无线通信系统100的框图。在传统无线通信系 统100中，在发射机的调制器110中根据预定方法对发送数据进行 调制。经调制的数据被载入载波信号并经由发射机(Tx)电路120 通过信道发送。通过信道发送的信号在接收机的接收机(Rx)电路150中被接收并受到加性白高斯噪声(AWGN)的影响。Rx电路 150将接收到的信号转换为基带信号，并且解调器160解调该基带 信号以获得发送数据。
在OFDMA系统中，例如，解调器160根据来自下行链3各(DL ) 的第 一个符号位置的前导信号使系统同步，搜索小区并解调在前导 信号之后的数据。可以采用一种用于在频域内估计初始载波频率偏 移的方法来使移动装置系统同步并接收乂人基站系统发送的凝:据。然 而，由于在频域内的未知快速傅立叶变换(FFT)定时，可以在初 始同步过禾呈之后4吏用频域内的频率偏移估计方法，其可以通过4吏用 导频符号来估计细樣i的频率偏移。
因此，应该在时域内4丸4亍初始载波频率偏移估计。即，如果在 时域内在重复才羊本中存在相同的频率偏移，则可以通过使用 OFDMA前导的训练符号的重复图案特4正来估计相应的偏移。
图2是示出传统载波频率偏移估计器200的框图。在图2中， 当接收到的信号r(t)被采样并被存储在寄存器210中时，每隔N个 的重复4言号才羊本，例i。， r(n)禾口 r(n+N)， r(n+l)和r(n+N+l),…，r(n+d) 和r(n+N+d)等，在复共辄器211、213、…、215和乘法器212、214、…、 216中一皮处理。相力口/平均计算单元220将乘法器212、 214、…、216 的输出相加并进行平均，从而获得结果。计算器230对来自相加/ 平均计算单元220的结果进行反正切运算并产生相位偏移值。因此， 乘法器240通过将相位偏移值乘以-l/( 2兀N )而获得频率偏移^直Df。
例如，在根据IEEE 802.16d/e标准头见范的OFDMA系统中，如 图3所示，在CP (循环前缀)间隔之后，才艮据下行链路(DL)的 第一个符号位置的前导符号，发送/接收的信号在时域内具有3个重 复周期的特征。在图4中，IEEE 802.16d/e规范中的前导符号的1024 个子载波具有除包括86个子载波的保护间隔(GI)外的852个子载波被分为3个段(segment)并被发送/接收的结构。此处，1024 个子载波具有每隔341.3个子载波的重复周期特征。因此，由于1024 个子载波以一个非零子载波与两个零子载波的方式发送，所以当对 1024个子载波进行采样时，经采样的子载波根据段号彼此周期性地 经历相4立偏移。
因此，如图2所示，在根据传统技术的频率偏移估计器200(其 根据平均机制和相位补偿方法来计算频率偏移)中，由于不考虑在 平均机制中4吏用的样本数量，所以估计出的频率偏移是不精确的。 同样，频率偏移估计器200需要^^艮多硬件和软件资源，诸如复共轭 凄t运算器211, 213,…，215，乘法器212， 214, ".216，对目力口/平 均计算单元220等，从而降低了链接性能。因此，需要一种使用较 少资源估计关于每个段号的精确频率偏移并使移动装置系统同步 的设备
发明内容
技术问题
为了解决在传统才支术中出现的前述问题而作出了本发明，本发 明的目的在于^是供一种用于OFDMA无线ii/f言系统的4妻收4几的初始 同步器，该初始同步器具有用于估计并补偿初始载波频率偏移的i殳 备，其可以与基于用于^青确J4估计频率偏移的简实现方法的初始 帧边界4企测处理和有效可扩展共享结构兼容。
本发明的另 一 目的在于提供了 一种用于估计和补偿初始载波 频率偏移的方法，其通过使用平均方案有效处理下行链^各的前导来 估计和补偿提供小区搜索的基础，该下行链路的前导表示根据 OFDM子载波的,殳号的4皮it匕相〗立偏移的4争4正以及OFDM子栽波的 非整数重复样本图案的特征。才支术方案
为实3E见以上目的，才艮据本发明的一个方面，4是供了一种用于在
正交频分复用(OFDM)系统中估计并补偿载波频率偏移的设备， 包括第一装置，使接收到的信号和该接收到的信号的预定周期的 延迟信号在相关窗内相关；以及第二装置，将相关值转换为相位值， 根据前导段号补偿转换结果的相位，并估计初始载波频率偏移值， 其中，相关窗基于循环前缀(CP )和从根据接收到信号的初始帧边 界确定的位置的前导重复长度而设置。
根据本发明的另 一 方面，还提供了 一种用于无线通信系统的接 收机的初始同步器，包括帧边界检测器，累加接收到的信号的当 前样本值与反映了前导重复的接收到的信号的前一样本的复共轭 值的乘积值，并基于累加值计算相关值的最大值的位置作为初始帧 边界标记(index,也称索引)；以及载波频率偏移估计器，基于在 初始帧边界标记处的最大相关值的反正切值来估计关于3个段号的
相4立偏移<直，乂十估计出的相^f立偏移j直进^f亍归一4b,并产生关于每个
段号的初始载波频率偏移值。
根据本发明的另 一 方面，还提供了 一种无线通信系统的接收 机，包括接收机电路，接收基于OFDM的射频(RF)信号并将 接收到的信号转换为基带信号；以及同步器，基于基带信号的样本 值计算表示前导的最后位置的初始帧边界标记，基于在初始帧边界 标记处的相位偏移值来估计关于3个,殳号的相位偏移值，从估计出 的相位偏移值来计算关于每个段号的始载波频率偏移值，并产生同 步信号，其中，根据该同步信号来使基带信号同步并且对同步的基 带信号进行解调以获得对应于发送信号的信号。
根据本发明的另一方面，还提供了一种用于在正交频分复用 (OFDM)系统中估计并补偿载波频率偏移的方法，该方法包4舌以下步骤使接收到的信号和从该接收到的信号延迟了预定周期的信 号在相关窗内相关，相关窗基于循环前缀(CP )和从根据接收到的 信号的初始帧边界确定的位置的前导重复长度而设置；以及将相关 结果转换为相位值，根据前导段号补偿转换结果的相位，并估计初 始载波频率偏移值。
根据本发明的另 一方面，还提供了 一种用于无线通信系统的数 据接收方法，该方法包括以下步骤接收基于OFDM的射频(RF ) 信号并将接收到的信号转换为基带信号；基于该基带信号产生表示 前导的最后位置的初始帧边界标记；基于在初始帧边界标记处的相 位偏移来估计关于3个,殳号的相位偏移值；乂人估计出的相位偏移值 来计算关于每个段号的初始载波频率偏移值，并产生同步信号；根 据该同步信号使基带信号同步并对同步的基带信号进行解调以获 得对应于发送信号的信号。
有益效果
从以上描述可以明显看出，在无线通信系统的接收机中用于估 计并补偿载波频率偏移的设备及数据接收方法中，由于在时域内独 立于4殳号对下4亍链路间隔内的前导进4亍有效地处理并精确地估计 初始载波频率偏移，可以在诸如IEEE 802.16d/e、 WiBro、 WiMAX 等的系统中通过简单的小区搜索来提高数据接收性能和服务质量。 同样，由于^f艮据本发明的初始同步器基于可扩展共享结构，所以能 够使用少量的硬件和软件资源而容易地实现该初始同步器。


图1是示出传统无线通信系统的框图2是示出传统载波频率偏移估计器的框图；图3是示出在时域内的前导符号的视图；图4是示出前导载波组的^L图；图5是示出根据本发明实施例的接收机的框图；图6是示出图5所示的初始同步单元的详细才匡图；图7是示出图6所示的帧边界4企测器和载波频率偏移估计器的 详细框图；图8是示出图6所示的帧边界检测器和载波频率偏移估计器的 才喿作的流禾呈图；以及图9是示出载波频率偏移误差与SNR的关系以说明根据本发 明实施例的接收机的性能的曲线图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其实例在附图中示出，其中， 在全文中相同的参考标号是指相同的元件。以下将通过参考附图来 描述这些实施例以阐述本发明。如上所述，在才艮据IEEE 802.16d/e标准头见范的OFDMA系统中， 如图3所示，在CP (循环前缀)持续时间之后，根据下行链路(DL ) 的第一个符号位置的前导符号，发送/接收的信号在时域内具有3 个重复周期的特征。可以将OFDM前导的训练符号的重复图案特征 用于初始载波频率偏移的估计。即，如果在时域内在重复样本中存 在相同的频率偏移，则可以估计相应的偏移。在图4中，1024个子栽波具有每341.3个子载波的重复周期特 4i。此处，由于以一个非零载波与两个零载波的方式发送该1024 个子载波，所以当1024个子载波被顺序采样时，采样得到的重复 样本按照段号彼此经历相位偏移。在如关于每个段号的相位偏移的 才羊本特4i中，可以通过估计并^青确i也^卜偿初始载波频率偏移以及在 小区搜索过程中精确地估计小区ID和小区号来使移动装置系统同 步。例如，关于接收到的信号r(t)的定时标记n的样本信号r(n)和定 时标记(n+N)的样本信号r(n+N)如公式1所示。在7>式1中，Df是 频率偏移以及x()是信号幅度。公式1<formula>formula see original document page 15</formula>此处，如/>式2,通过4吏用第N个重复样本r(n+N)的复共轭来 获得相位偏移值2兀DfN。即，基于从公式2中的实值Re()和虚值Im{} 之间的关系导出的-tan(2兀DfN)，如公式3可以导出频率偏移值Df。公式2<formula>formula see original document page 15</formula>公式3<formula>formula see original document page 15</formula>此处，前导子载波在时域内4安照^殳号相对;波此具有相位偏移，并且具有如图3所示的非整数重复样本图案的特征。在本发明中，在基站的移动装置中的用于下行链路前导的非整数重复样本图案的平均技术中，通过使用为整数811的相关窗长度来估计初始帧边 界标记1。即，布i定接收到的信号r(t)的样本每隔341个样本重复， 如下面的7>式4,使用延迟的样本r(l+n)与当前样本r(l+n+341)的复 共轭。在这种情况下，冲艮据r(l+n)和r(l+n+341)的811个乘积的累加 的辐角的相关值来估计初始帧边界标记1和相位偏移。因此，当估 计出的相4立偏移;故a归一4b时，可以获4寻载波频率偏移e0。载波频 率偏移0o对应于段号为0的情况。此处，为整数811的相关窗长度 是CP间隔的128个样本、OFDM前导的前341个样本和接着的342 个样本相加的长度，从而避免样本图案的非整数重复特征以及适当 i也4吏用平均才几制。可以如下面所示的/>式5来补偿载波频率偏移0q，以获4寻对应于段号1和2的其他各初始载波频率偏移e2。公式4<formula>formula see original document page 16</formula>
公式5<formula>formula see original document page 16</formula>
图5中示出了根据本发明实施例的接收机500，其可以基于载 波频率偏移估计来^f吏系统同步。参考图5, -接收才几500包括Rx电路510、循环前缀(CP)去除单元520、快速傅立叶变换(FFT) 单元530、信道估计和补偿单元540、解调器550、解交织器560、 解码器570、以及初始同步单元580。从信道经由天线接收可能被加性白高斯噪声(AWGN)影响的 基于OFDM的射频(RF )信号，并且接收到的RF信号在Rx电路 510中被下变频并被变换为基带信号r(t)。初始同步单元580处理从 Rx电路510输出的基带信号r(t)与前导信号以产生同步信号SYNC 以使系统同步。同步信号SYNC在表示从基站到移动装置的下行链 ^各的开始的定时^f立置处祐j敫活，并且CP去除单元520可以基于同 步信号SYNC去除附加在前导信号之前的循环前缀(CP)。因此，接收到的基带信号r(t)可以与同步信号SYNC同步，在 这种情况下，可以通过后处理器(即，FFT单元530、信道估计和 4卜偿单元540、解调器550、解交织器560、解石马器570、以及初始 同步单元580 )从接收到的基带信号r(t)中获得从发射机发送的原始 信号。除此过程之外，包括在初始同步单元580中的小区搜索器可 以确定小区标识才寻(.ID)和基本的^殳号。由于在本领域中已知，所以对于后处理器、对接收到的符号执 行FFT运算的FFT单元530、补偿相位偏移以及估计良好信道的信 道估计和补偿单元540、以及才艮据解调方案(例如，QAM、 QPSK 等)对接收到的符号进行解调的解调器550,省略了详细阐述。可以在#4居IEEE 802.16d/e标准^见范的基于OFDMA的无线通 信系统中采用接收才几500。同样，除此系统之外，接收机500还可 以用于才艮据WiBro或WiMAX标准失见范的其他系统、第4代移动通乂二具体地，才艮据本发明的实施例，可以在时分双工(TDD)方案 (其在从基站到移动装置的下行链路和从移动装置到基站的上行 链路之间发送/接收非同步数据)的移动互联网系统中采用初始同步 单元580，从而提高传输速度以确保可靠的高速度并能够通过初始 同步发送和接收大量数据，从而提高了服务质量。由于对硬件和l欠件资源的高要求，才艮据传统」技术的类似于图2 的频率偏移估计器200具有退化的链接性能。然而，初始同步单元 580基于可以由低速系统到高速系统共享的可扩展共享结构，简化 了实现，与初始帧边界检测过程等兼容地估计初始载波频率偏移， 并4吏系统同步。即，初始同步单元580基于转换为基带信号的接收到的信号r(t) 的样本值来计算表示前导的最后位置的初始帧边界标记，并基于初 始帧边界标记处的相位偏移值PHO估计关于3个,殳号的相位偏移 值。此外，初始同步单元58(M人估计出的相位偏移值计算关于每个 段号的初始载波频率偏移值(eG， 02)，并产生同步信号SYNC。图6是示出图5所示的同步单元580的详细4匡图。参考图6， 同步单元580包括帧边界4企测器581、载波频率偏移估计器582、 以及小区4叟索器583。帧边界检测器581将接收到的信号r(t)的当前样本值(例如， r(342))和在前导重复期间^皮延迟了 (例如)多达341个才羊本的4妻 收到的信号的前一样本(例如，r(l))的复共辄值的乘积值累加， 并基于累加的乘积值计算相关值的最大值的位置作为初始帧边界 标记1。载波频率偏移估计器582使用基于811个最近乘积值的累 加值的绝对值或该绝对值的平方的相关值。即，当才妄收到的4言号r(t)的前导结束时，基于811个最近乘积 值的累加值的绝对值或该绝对值的平方的相关值被最大化，并且获 得表示该时间的初始帧边界标记1。以下在图7的说明中详细描述 了帧边界检测器581。同时，载波频率偏移估计器582基于由帧边界检测器581获得 的初始帧边界标记处的相应最大相关值的反正切值pho来对3个 基于ofdm的段号估计相位偏移值，将估计出的相位偏移值归一化为其他值，并产生关于每个段号的初始载波频率偏移值(e。，e2 )。即，载波频率偏移估计器582可以产生^f吏最大相关^i(例如，C(l)) 的反正切值pho被归一化为第一段(例如，段0 )的初始载波频率 偏移值的值。载波频率偏移估计器582可以产生^f吏比最大相关值c (1 )的反正切值pho高2兀/3的相位被归一化为第二段(例如，段 1 )的初始载波频率偏移值的值。载波频率偏移估计器582可以产 生使比最大相关值c ( 1 )的反正切值pho低2兀/3的相位被归一化 为第三段(例如，段2)的初始载波频率偏移值的值。此处，可以在小区搜索器583中识别对应于初始载波频率偏移值(eo, e" e2) 的基本且精确的段号。小区搜索器583基于根据载波频率偏移估计器582的归一化获得的初始载波频率偏移值(e0， e,， e2)产生同步信号sync。即， 初始帧边界标记i表示获得初始载波频率偏移^直(0q， eP e2)的定时标记，以及表示4秦收到的信号r(t)的前导结束的时间。此外，可以4艮纟居初始载波频率偏移j直(e。， e15 e2)和初始帧边界标记1使接收到的信号r(t)同步，小区搜索器583可以从接收 到的信号r(t)中搜索小区标识符和精确的段号。从载波频率偏移估计器582获得的各个初始载波频率偏移值(e。， e2)是对应于段号的值。在这种情况下，小区搜索器583参考初始载波频率偏移值 (00, e!， 02)根据预定算法对接收到的信号r(t)的前导进行处理，将处理结果与预定前导值进行比较，并确定基本且精确的段号SEGNO 0、 1、 2。此外，小区4叟索器583参考初始载波频率偏移^f直(e0, el5 e2)分析接收到的信号r(t)并识别小区id,例如，基站、扇区(sector)等。如果以这种方式通过小区搜索器583的操作将相 应的基站与移动装置连4姿，则后处理器520至570解调在前导之后 的数据并输出经解调的数据。可以在其他处理器中对解码器570的 输出进4亍处理。经其他处理器处理的凄史据可以一皮输出至播》丈音频或 视频的用户，或以压缩形式(例如MPEG)存储在存储器中。图7是示出图6所示的帧边界才企测器581和载波频率偏移估计 器582的详细框图。参考图7，帧边界检测器581包括滤波器710、 累加器720、相关输出单元730、以及最大值计算单元740。此外， 载波频率偏移估计器582包括反正切计算器760、相位偏移估计器 770、乘法器780、以及解复用器790。参考图8所示的流,呈图来阐 述帧边界^r测器581和载波频率偏移估计器582的详细操作。首先，在图8的步骤S810中，滤波器710 ^^妄收基带信号r(t) 或接收到的信号r(t)的样本值。接下来，在图8的步骤S820中，滤 波器710计算接收到的信号r(t)的当前样本(例如，r(342))值以及 接收到的信号r(t)的前一样本(例如，r(l))的复共扼值的乘积值， 其中，反映了 (例如，341个样本的持续时间)前导重复。对于此纟喿作，滤波器710包括移位寄存器711、共轭器712、 以及乘法器713。移位寄存器711存储并延迟接收到的信号r(t)的样 本值。移位寄存器711可以通过使用能够记录相应大小的数据的緩 冲器来存储342个样本。共轭器712计算复共轭值，例如，被延迟 并从移位寄存器711输出的样本r(l)、 r(2)、 r(3)…的复共轭值r承(l)、 r*(2)、 r*(3)...。乘法器713将接收到的信号r(t)的当前样本值(例 如，r(342))乘以/人共4厄器712输出的复共辄值(例如，r*(l))。接下来，在图8的步骤S830中，累加器720顺序累加从乘法 器713输出的乘积值。累加器720包括累加值计算单元721、第一 寄存器722和第二寄存器723。在图8的步骤S830中，累加^直计算单元721将/人滤波器710 丰餘出的当前乘积j直与在前一周期期间所累加的l直相力口 ，并/人相加结 果中减去乂人滤波器71(H俞出的在811个才羊本之前的乘积zf直。在这种 情况下，第一寄存器722将累加值计算单元721的输出延迟一个样 本并将在前一采样时间累加的值反々贵至累加值计算单元721,以摘二 供在前一周期期间所累加的值。第二寄存器将从滤波器710输出的 乘积值延迟811个样本并将811个样本之前的乘积值提供给累加值 计算单元721,以允许累加值计算单元721减去从滤波器710输出 的在811个样本之前的乘积值。此处，第一寄存器722和第二寄存 器723可以是根据预定时钟信号进行操作的移位寄存器。接下来，在图8的步骤S840中，相关输出单元730计算多达 811个样本的最近累加值的绝对值、或该绝对值的平方，并将计算 出的值作为相关值输出至最大值计算单元740中。在图8的步骤 S850中，最大值计算单元740可以产生相关值被最大化的定时位置 作为初始帧边界标记1。相关值被最大化的位置对应于接收到的信 号r(t)的前导结束的时间。同时，在图8的步骤S860中，包4舌在载波频率偏移估计器582 中的反正切计算器760计算在初始帧边界标i己1处的最大相关^(直的 反正切值PHO。緩冲器750可以用于输出在初始帧边界标记1处的 最大相关值C(l),如图7所示。或者，当在初始帧边界标记l处 的最大相关值C ( 1 )被输出至最大值计算单元740时，最大相关 值C( 1 )可以从相关输出单元730被直接输入至反正切计算器760。相位偏移估计器770 乂人计算出的反正切J直PHO估计关于3个 段号的相位偏移值。对于此#:作，相位偏移估计器770包括减法器 771、力口法器772、以及复用器773。减法器771 /人反正切值PHO 中减去2兀/3。加法器772将2兀/3和反正切值PHO相力。。在这种情 况下，在图8的步骤S870中，复用器773选4奪反正切值PHO、减 法器771的输出、以及加法器772的输出中的一个，并输出对应于 段号的相位偏移值。此处，复用器773根据从小区搜索器583输入 的控制信号SEGNO 0、 1、 2来选4奪相应的相位偏移。同时，在图8的步骤S880中，包括在载波频率偏移估计器582 中的乘法器780将来自相位偏移估计器770的估计出的相位偏移值 中的每一个都乘以预定值以进行归一化，类似于/>式6。在7>式6 中，Fs是采样频率。公式6归一化值二Fs/ (2兀*341 )在图8的步骤S890中，解复用器790根据来自小区搜索器583 的控制信号SEGNO 0、 1、 2将来自解复用器780的各个输出输出 至小区搜索器583。如上所述，载波频率偏移估计器582基于最大相关值C ( 1 ) 的反正切1直PHO估计3个相^f立偏移^直，对估计出的3个相4立偏移值进行归一化，并产生关于每个段号的初始载波频率偏移值(e。， eP e2)。帧边界检测器581对应于用于使接收到的信号r(t)和被延迟了 接收到的信号r(t)的预定周期的信号在相关窗内相关的装置。基于 循环前缀(CP)和从根据接收到的信号r(t)的初始帧边界1确定的位置开始的前导重复长度来设置相关窗。例如，基于OFDM的前导 序列重复长度不是整数。因此，在本发明中，相关窗被设置为811 个样本的长度，其中，将CP间隔的128个样本、OFDM前导的前 341个才羊本和4妄着的342个才羊本相加以对其进4亍平均。同样，载波频率偏移估计器582对应于用于将来自帧边界4企测 器581的相关值转换为相位值、根据前导段号补偿转换结果的相位、并估计初始载波频率偏移值(eQ， 015 92)的装置。此处，对于段号 1 SEGNO 1将转换结果的相位补偿2兀/3，以及对于辜史号2 SEGNO 2 将转换结果的相位补偿-2兀/3。图9是示出载波频率偏移误差与信噪比(SNR)的关系以说明 根据本发明实施例的接收机的性能的曲线图。参考图9，示出了根 据上述处理的仿真结果。此处，假设从3-抽头多径衰落(3-tap multi-fading)信道接收到信号并且信号的初始频率偏移是1 KHZ。 在仿真结果中，示出了在各个l殳号SEGNO 0、 1、 2中载波频率偏 移误差从SNR-IO dB减小到SNR+20 dB。具体地，SNR大于3dB 的载波频率偏移误差非常小，因此期望改进数据/信号接收性能和服 务质量。如上所述，在根据本发明实施例的OFDMA无线通信系统的接 收机500的初始同步器580中，帧边界^r测器581基于通过使用接 收到的信号r(t)的延迟样本的复共轭而获得的811个累加值来检测 相关值的最大值的位置作为初始帧边界标记1。载波频率偏移估计 器582估计在初始帧边界标记1处的最大相关值C ( 1 )的反正切 值PHO作为关于第一4殳号SEGNO 0的相位偏移值，估计具有与反 正切^直PHO不同的±2兀/3相4立的关于第二和第三,殳号SEGNOl、 2 的相位偏移值，对估计出的3个相位偏移值进行归一化，并输出关 于每个段号的初始载波频率偏移值。本文所披露的用于在无线通信系统的接收机中估计并补偿初 始载波频率偏移的设备及数据接收方法中使用的功能可以通过将 通过计算机可读的代码存储在计算机可读记录介质中来实现。计算 才几可读记录介质包括将通过计算才几系统可读的数据存^f诸在其中的各种i己录装置。计算才几可读i己录介质的实例包^" ROM、 RAM、 CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储单元等。此外，计算机可读 记录介质可以包4舌以载波的形式(例如，通过互耳关网传lt)实现的 装置。另外，计算机可读记录介质将在连接至无线/有线通信网络的 计算机系统中分布的并可由计算机以分布方式读取的代码存储在 其中，并可由4戈码扭i行。发明，但本领域的普通^支术人员应当理解，在不背离由所附一又利要 求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上作出 各种改变。
权利要求
1.一种用于在正交频分复用(OFDM)系统中估计并补偿载波频率偏移的方法，所述方法包括以下步骤使接收到的信号和从所述接收到的信号延迟了预定周期的信号在相关窗内相关，其中，所述相关窗基于循环前缀(CP)和从预定位置的前导重复长度而设置；以及将相关结果转换为相位值，并在根据前导段号补偿转换结果的相位的基础上估计初始载波频率偏移值。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定位置是根据所述 4妾收到的信号的初始帧边界确定的位置。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述相关结果在表示所述 初始帧边界的位置处一皮最大化。
4. 才艮据权利要求1所述的方法，其中，所述预定周期是341个样 本周期。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述相关窗是811个样本 周期。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中，对于段号1将所述转换结 果的所述相位补偿2兀/3以及对于革殳号2将所述转换结果的所 述相位补偿-2兀/3。
7. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括使用估计出的初始载波频率偏移来#卜偿所述接收到的信 号的频率偏移。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中，使所述接收到的信号和延 迟信号的复共轭相关。
9. 才艮据权利要求1所述的方法，其中，所述估计初始载波频率偏 移4直包"^以下步-骤在所述补偿所述转换结果的相位的步骤之后，根据归一 化值对补偿后的相位进4于归一化。
10. —种用于在OFDM系统中估计并补偿载波频率偏移的i殳备， 所述设备包括第 一装置，用于使接收到的信号和所述接收到的信号的 预定周期的延迟信号在相关窗内相关；以及第二装置，用于将相关值转换为相位值，并在根据前导 段号补偿转换结果的相位的基础上估计初始载波频率偏移值；其中，所述相关窗基于循环前缀(CP)和A^预定^f立置的 前导重复长度而设置。
11. 根据权利要求10所述的设备，其中，所述预定位置是根据所 述接收到的信号的初始帧边界确定的位置。
12. 才艮据权利要求10所述的设备，其中，对于段号1将所述转换 结果的所述相位补偿2兀/3以及对于段号2将所述转换结果的 所述相位补偿-2兀/3。
13. —种用于无线通信系统的4妄收才几的初始同步器，所述初始同步 器包括帧边界检测器，用于在累加接收到的信号的当前样本值 与反映了前导重复的所述接收到的信号的前一样本的复共轭值的乘积值的基础上，基于累加值计算相关值的最大值的位置作为初始帧边界标记；以及载波频率偏移估计器，用于在基于在所述初始帧边界标 记处的最大相关值的反正切值来估计关于段号的相位偏移值， 对估计出的相位偏移值进行归一化的基础上，产生关于每个段 号的初始载波频率偏移4直。
14. 根据权利要求13所述的初始同步器，进一步包括小区搜索器，用于基于所述初始载波频率偏移值产生同 步信号，并搜索小区标识符和每个所述段号。
15. 根据权利要求14所述的初始同步器，其中，所述小区搜索器 参考从所述载波频率偏移估计器输出的所述初始载波频率偏 移值搜索所述段号，并根据对应于每个所述段号的所述初始载 波频率偏移值来从所述接收到的信号搜索所述小区标识符。
16. 根据权利要求13所述的初始同步器，其中，所述帧边界检测 器基于811个最近乘积值的累加值的绝对值或所述绝对值的 平方，使用被延迟了多达341个样本的所述接收到的信号的样 本的复共轭来计算相关值。
17. 才艮据^l利要求13所述的初始同步器，其中，所述载波频率偏 移估计器产生使所述最大相关值的所述反正切值被归一化为 关于第 一段的初始载波频率偏移值的值，产生使比所述最大相关值的所述反正切^直大2兀/3的相位 被归 一化为关于第二段的初始载波频率偏移值的值，以及产生使比所述最大相关值的所述反正切值小2兀/3的相位 被归一化为关于第三段的初始载波频率偏移值的值。
18. 根据权利要求13所述的初始同步器，其中，所述初始帧边界 标记是当所述接收到的信号的前导结束并且基于811个最近 乘积值的累加值的绝对值或所述绝对值的平方的相关值被最 大化时获得的。
19. 才艮据4又利要求13所述的初始同步器，其中，所述帧边界^r测 器包括滤波器，用于计算所述接收到的信号的所述当前样本值 和反映了所述前导重复的所述接收到的信号的所述前一样本 的复共轭值的所述乘积值；累加器，用于累加所述乘积j直；相关输出单元，用于计算所述累加值的绝对值或所述绝对值的平方并llr出相关值；以及最大值计算单元，用于产生所述相关值;故最大化的位置 作为所述初始帧边界标i己。
20. 根据权利要求19所述的初始同步器，其中，所述滤波器包括移位寄存器，用于延迟并存储所述接收到的信号的样本值；共轭器，用于计算所述复共轭值；以及 乘法器，用于计算所述乘积值。
21. 根据权利要求19所述的初始同步器，其中，所述累加器包括累加值计算单元，用于将从所述滤波器输出的当前乘积 ^i和在前一周期期间累加的^直相加，并乂人相加结果中减去乂人所 述滤波器输出的在811个样本之前的乘积值；第一寄存器，用于将所述累加值计算单元的输出延迟一 个样本并将在所述前一周期期间累加的所述值提供给所述累 加Y直计算单元；以及第二寄存器，用于将从所述滤波器输出的所述乘积值延 迟811个样本并将所述811个样本之前的所述乘积4Ji是供给所 述累加值计算单元。
22. 根据权利要求13所述的初始同步器，其中，所述载波频率偏 移估计器包括反正切计算器，用于计算所述最大相关值的反正切值；相位偏移估计器，用于乂人计算出的反正切值估计关于3 个段号的所述相位偏移值；乘法器，用于将每个估计出的相位偏移值均乘以用于归 一^f匕的预定^直；以及解复用器，用于输出关于每个所述段号的所述乘法器的 输出。
23. 根据权利要求22所述的初始同步器，其中，所述用于归一化 的预定值是由公式Fs/ (2兀*341 )所确定的值，其中，R是采 样频率。
24. 根据权利要求22所述的初始同步器，其中，所述相位偏移估 计器包括减法器，用于从计算出的反正切值中减去2兀/3; 加法器，用于将2兀/3和所述计算出的反正切值相加；以及复用器，用于选择所述计算出的反正切值、减法器输出、 以及加法器输出中的一个，并输出对应于段号的相位偏移值。
25. —种用于无线通信系统的接收机，所述接收机包括接收机电路，用于接收基于OFDM的射频(RF )信号并 将接收到的信号转换为基带信号；以及同步器，用于基于所述基带信号的样本值计算表示前导 的最后位置的初始帧边界标记，基于在所述初始帧边界标记处 的相位偏移值估计关于3个^殳号的相位偏移值，从估计出的相 位偏移值来计算关于每个所述段号的初始载波频率偏移值，并 产生同步信号，其中，根据所述同步信号使所述基带信号同步 并对同步的基带信号进行解调以获得对应于发送信号的信号。
26. 根据权利要求25所述的接收机，其中，所述接收机用于IEEE 802.16d/e、 WiBro 、和WiMAX系统的至少 一个中。
27. —种用于无线通信系统的凝:据4妄收方法，所述方法包括以下步 骤接收基于OFDM的射频(RP )信号并将接收到的信号转 换为基带信号；基于所述基带信号产生表示前导的最后位置的初始帧边 界标记；基于在所述初始帧边界标记处的相位偏移来估计关于3 个段号的相位偏移值；从估计出的相位偏移值计算关于每个所述段号的初始载 波频率偏移值，并产生同步信号；以及根据所述同步信号使所述基带信号同步并对同步的基带 信号进行解调以获得对应于发送信号的信号。
28. 才艮据斗又利要求27所述的方法，进一步包括累加接收到的基带信号的当前样本值和被延迟了前导重复的所述接收到的信号的前一样本的复共轭值的乘积值；以及基于累加值计算相关值的最大值的位置作为所述初始帧 边界标记。
29. 根据权利要求28所述的方法，进一步包括基于在所述初始帧边界标记处的所述最大相关值的反正 切值估计关于所述3 ^殳中的每一个的相位偏移〈直；对估计出的相位偏移值进4亍归一化；以及产生关于每个所述段号的初始载波频率偏移值。
30. 根据权利要求29所述的方法，进一步包括基于所述初始载波频率偏移值产生所述同步信号，并从 所述基带信号中搜索小区标识符和每个所述段号。
31. 冲艮据斥又利要求29所述的方法，其中使用被延迟了多达341个样本的所述基带信号的样本的 复共轭，并使用基于811个最近乘积值的累加值的绝对值的相 关值或基于所述绝对值的平方的相关值。
32. 才艮据权利要求29所述的方法，进一步包括产生使所述最大相关值的所述反正切值被归 一 化为关于 第 一段号的初始载波频率偏移值的值；产生4吏比所述最大相关值的所述反正切值大2兀/3的相位 -故归一化为关于第二l殳号的初始载波频率偏移值的值；以及产生使比所述最大相关值的所述反正切值小2兀/3的相位 被归 一化为关于第三段号的初始载波频率偏移值的值。
全文摘要
本发明涉及一种在无线通信系统的接收机中用于估计并补偿载波频率偏移的设备以及数据接收方法。该设备使接收到的信号与延迟了该接收到的信号的预定周期的信号在相关窗内相关，将相关值转换为相位值，根据前导段号补偿转换结果的相位，并估计初始载波频率偏移值，其中，相关窗基于循环前缀(CP)和从预定位置开始的前导重复长度而设置。
文档编号H04L27/26GK101406017SQ200780009825
公开日2009年4月8日 申请日期2007年3月19日 优先权日2006年3月29日
发明者尹正男, 崔埈相, 金宰亨 申请人:Posdata株式会社