专利名称：无线电信系统中的频率偏移估计设备和方法
技术领域：
本发明总体涉及一种用于在无线电信系统中估计频率偏移的 设备和方法，以及更具体地，涉及一种通过使用包括在用于便携式 互联网系统中的帧的每个符号中的循环前缀(CP )来估计终端的初
始同步时产生的频率偏移的i殳备和方法。
背景技术：
自从70年代末蜂窝移动电信系统在美国发展以来，在韩国已 经基于高级移动电话服务(AMPS)(其为第一代移动通信系统)提 供了语音通信服务。之后，在九十年代中期，第二代移动通信系统 开始并已经被商业化，并且在九十年代末，为无线多4某体和高速凄史 据服务而开发的国际电联-2000 (IMT-2000)(其为第三代移动通信 系统)已经部分被商业化，并且其服务已被提供。
同时，4支术发展在当前正超越第三代移动通信系统向第四4戈移 动通信系统发展。此外，已经积才及地进行对^f更携式互联网4支术的研 究，该便携式互联网技术提供了比第三代移动通信系统更高速的数 据传输服务。
^使携式互耳关网不仅满足想随时随地提供高速互联网服务的用 户的需求，而且因为其在整个国内信息和通信业务方面的显著效 果，还期望其有助于新的有前景的业务。因此，便携式互联网服务的国际标准目前正在电气与电子工禾呈师协会(IEEE) 802.16e中#皮改进。
1更携式互联网系统:故实现，4吏得甚至在利用正交频分多址4妄入
(OFDMA)方案和时分双工(TDD)方案的高速移动期间，用户 也可以使用便携式互联网服务。
在便携式互联网系统中使用的OFDMA方案在信道带宽内使 用多个子载波以传输数据。布置子载波以使带宽被最优化，从而避 免了子载波间的干护0，并减少了频率选择寻呼(frequency-selection paging)导致的损失，从而获得频率分集优势。
因此，在便携式互联网系统中，发送和接收的OFDAM信号的 符号/频率及偏移估计、符号/频率补偿、符号/频率同步变得更加重 要。
发明内容
技术问题
因此，提供本发明以更精确地估计和补偿在无线电信系统中可 能在接收过程中发生的初始频率偏移。
详细地，本发明的目的是提供一种用于通过使用包括在每个符 号中的循环前缀(CP )更精确地估计频率偏移的设备和方法。
本发明的另 一个目的是提供一种设备和方法，用于緩冲对应于 符号的循环前缀的部分以及测量该部分和对应于符号的后Ncp个样 本(其与循环前缀相同)的部分之间的相关性，/人而可容易地估计 出频率偏移。
本发明的另 一 目的是提供一种用于通过使多个符号的各个相 关值相加并使用其平均值来更精确地估计频率偏移的设备和方法。
技术方案
为了实现上述目的，本发明提供了一种无线电信系统中的频率
偏移估计设备，包括模数转换器，用于将通过天线接收的才莫拟信 号转换为数字信号；抽取器，用于对从模数转换器输出的过采样数 字信号进行重新采样；以及频率偏移估计器，用于以符号为单位测 量从抽取器输出的样本的前NCP个冲羊本和后NCP个样本之间的相关 值以及基于所测量的相关值估计频率偏移值。
此外，本发明提供了一种无线电信系统的频率偏移估计器，包 4舌相关性测量单元，用于以符号为单位测量前Ncp个才羊本和后NCP 个样本之间的相关值；以及频率偏移计算器，用于基于所测量的相 关值估计频率偏移值。
优选地，频率偏移估计器还包括平均值计算器，用于〗吏以符 号为单位由相关性测量单元测量的相关值相加，以及计算相加的相 关值的平均值。
此外，频率偏移估计器还包括循环前缀緩冲器，用于緩存样 本的每个符号的循环前缀。因此，当输入每个符号的后Ncp个样本 时，相关性测量单元则测量存小者在循环前缀《爰沖器中的循环前缀和 后Ncp个样本之间的相关性。
同时，本发明包括一种在无线电信系统中估计频率偏移的方 法，包括以下步骤a)以符号为单位测量前NCP个样本和后NCP 个样本之间的相关值；以及b)基于所测量的相关值来估计频率偏 移值。步骤a)包括以下步骤a-l )緩存样本的每个符号的循环前缀； 以及a-2)当输入每个符号的后Ncp个样本时，测量緩存的循环前 缀和后NCP个样本之间的相关值。
步骤b)包括以下步骤b-l )使以符号为单位测量的相关值相 加；b-2)计算相加的相关值的平均值；以及b-3 )基于平均值估计 频率偏移。
有益效果
才艮据本发明，有利于当在无线电信系统中估计终端的初始频率 偏移时，只^使用输入信号(即，符号)容易地估计频率偏移而不用 再生关于独立的前导(preamble)信号的信息和前导信号。
此外，根据本发明，使用存在于每个符号中的循环前缀而非仅 存在于帧的第 一符号中的前导，因此有利于通过获得对多个符号4丸 行的相关性的总和及其平均值来获得更精确的频率偏移。
此外，#4居本发明，有利于通过緩存对应于符号的循环前缀的 部分来容易地计算符号间的相关性。
图1是示出用于在无线电信系统中估计频率偏移的设备的示意图。
图2是示出无线电4言系统中4吏用的帧的结构的实例的示意图。
图3是示出构成图2中所示的帧的符号的结构的示意图。
图4是示出根据无线电信系统中的第 一实施例的估计频率偏移 的设备的示意图。
图5是示出根据本发明的第二实施例的无线电信系统中的估计 频率偏移的设备的示意图。
图6是示出根据本发明的在无线电信系统中估计频率偏移的方 法中获取符号的相关值的平均值的流程图。
具体实施例方式
以下将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。因为熟知的 功能和结构可能在不必要的细节上模糊本发明，因此将不对其进行 详纟田4^述。
图1是示出用于估计频率偏移的设备的示意图。参考图1,用 于估计频率偏移的设备包括射频(RF)模块120、模数转换器 (ADC) 130、基带滤波器140、抽取器150、频率偏移估计器160 以及基带解调器170。
RF模块120将通过天线接收的RF带信号转换为低频带信号。 ADC 130将从RF模块120输出的模拟信号转换为数字信号。基带 滤波器140将从ADC 130输出的数字信号进行滤波以去除噪声。抽 取器150对由基带滤波器140滤波的过采样数字信号进行重新采 样。从抽取器150输出的信号被输入到频率偏移估计器160。频率 偏移估计器160估计当终端的初始同步时产生的频率偏移，并4寻估 计的频率偏移输出到RF模块120。同时，从抽取器150输出的信 号3皮输入到基带解调器170,并且基带解调器170执行解调处理。参考图2描述用于采用时分双工(TDD)的《更携式互联网系统 中的帧的结构。
才艮据时分双工方案，在时分传$命方案中将一帧划分为随后4吏用 的用于发送的部分和用于接收的部分。如图2所示， 一帧被分为下 行链路帧210和上行链路帧220,从而使用一个频率来才丸行双向通 信。在图2中，示出一帧由多个样本组成， 一帧由Nf加个才羊本症且成， 下行链路帧210由Ndl个祥本組成，以及上行链路帧220由Nul个 才羊本组成。同时，以所称的符号为单位分别划分下行链路帧和上4亍 链路帧，并且符号也是由多个样本组成。
下行链路帧210以前导符号、凄t据符号的顺序开始，并且前导 信号用于初始同步、小区搜索、频率偏移和信道估计。此外，在下
230,在该转换间隙期间，基站从发送模式切换到接收才莫式并且终 端从接收模式切换到发送模式。
此外，在帧的最后存在4妄收/发送转换间隙(RTG) 240以区别 当前上行链路帧220和随后发送的下行链路帧210,在该转换间隙 期间，基站从接收模式切换到发送模式并且终端从发送模式切换到 接收模式。
以下参考图3描述构成帧的符号的结构。
一个符号具有在时间Tb期间包括Nfft个祥本的有效符号周期， 以及利用在有效符号周期的最后时间Tg内的NCP个样本复制的并且 :故添加到有效符号周期前面的循环前缀。
此外，使用循环前缀，可收集多径信号，并在子载波之间〗呆持 正交性。因此， 一个符号由NFFT+Ncp个样本组成，并且在每个符号
中，前NCP个样本与后NCP个样本相同。
结果，可以使用通过使用下行链路帧的前导来估计频率偏移的 方法，其中，下行链路帧的前导是用于上述便携式互联网系统中的 帧的结构特点之一。在这种情况下，存在如下问题必须知道用于 特定小区的前导索引，并且必须再生用于前导索引的前导信号。
此外，特别地，在存在多个小区的多小区中，存在一个不可忽 -f见的问题基于初始频率偏移的估计的频率偏移估计是不精确的。
为了解决上述问题，本发明的特征在于利用具有用于便携式互 联网系统中的帧结构的每个符号中的前NCP个样本和后NCP个样本 一致(identical,也称相同)的事实，计算前NCP个冲羊本和后NCP 个样本之间的相关性，以获得发送器和接收器之间的信道特征，估 i十频率偏移。
图4是示出根据第一实施例的在无线电信系统中用于估计频率 偏移的设备的示意图。
从天线经过RF/IF模块、模数转换器、基带滤波器和抽取器接 收信号并将其输入到频率偏移估计器的过程与上述无线电信系统 的接收过程相似，因此省略对其的描述，而详细描述4艮据本发明的 频率偏移估计器。
根据本发明的第一实施例的频率偏移估计器400主要包括相 关性测量单元420、频率偏移计算器440以及定标单元(scaling unit) 450。 相关性测量单元420实时地以符号为单位(in symbol unit )检 测从抽取器150输出的样本的前NCP个样本和后NCP个样本，并测 量它们之间的相关值。
例如，如果，i定r(n)是输入信号，Ncp是循环前缀的量值 (magnitude ), Nfft是FFT的量值，从相关性测量单元420 #T出的 l直R与以下等式1中的R4直相同。
等式1
<formula>complex formula see original document page 14</formula>
在等式1中，执行l累加的周期是循环前缀周期。
等式1的结果R是复信号。频率偏移计算器440执行运算以获 得该结果值的相位，即，前NCP个样本和后NCP个才羊本之间的相4立 差。在这种情况下，通常4丸4于反正切运算。
当前符号的频率偏移值(其为频率偏移计算器440的结果值) 被输入到定标单元450,然后^皮定标为期望的大小。调整定标单元 450的输出被再次输入到RF/IF冲莫块120并被用于补偿初始频率偏 移。
图5是示出根据本发明的第二实施例的用于在无线电信系统中 估计频率偏移的设备的示意图。
根据本发明的第二实施例的频率偏移估计器500主要由以下组 成循环前缀緩冲器510、相关性测量单元520、平均值计算器530, 频率^扁移计算器540、以及定才示单元550。
第一，循环前缀緩沖器510以符号为单位实时地緩存从抽取器
150输出的样本的与循环前缀对应的前Ncp个样本。之后，相关性 测量单元520测量存储在循环前缀j爰沖器510中的符号的前NCP个 样本与样本部分(其中，抽取器150的输出信号对应于符号的后 NCP个样本)之间的相关性。
平均值计算器530将所测量的相关性结果值相加并取平均值。 通过这一 过程获得的相关性结果值的总和表示复数值，其相位值是 符号的前Ncp个样本和后Ncp个样本之间的相位差，并且这个值是 符号的当前频率偏移。
以下将详细描述获得多个样本的相关值的平均值的过程。
频率偏移计算器540执行反正切运算以获得平均值的相位。当 通过执^亍反正切运算获^寻的相位^直表示[-;r, ;r]之间的结果时，实 际的频率偏移值可以通过以下等式2算出
foffnxl07 /(2兀xl024)[Hz]
在公式2中，f。ffset是频率偏移值，((^是相位差。
最后，当前符号的频率偏移值(其为频率偏移计算器540的结 果值)帔输入到定标单元550,然后被定标为期望大小。定标单元 550的输出再次被输入到RF/IF模块120等，并且用于补偿终端的 初始频率偏移。
图6是根据本发明的在无线电信系统中估计频率偏移的方法中 的用于获得符号的相关值的平均值的流程图。作为参考，在图6所 示的特定步骤之前的步骤可参考图1描述的现有技术来执行。
首先，在步骤S610中，变量isymb。,被设置为"0"。变量is戶b。, 被用于对符号的数目进行计数。在步骤S620中，循环前缀緩冲器 510以符号为单位緩存从抽取器150输出的样本的前Ncp个样本。 通过緩冲符号的前NCP个样本，对应于循环前缀的样本被临时存储 在循环前缀乡爰沖器510中。
然后，在步骤S630中，相关性估计单元520测量所緩存的NCP 个样本和符号的后Ncp个样本之间的相关性。以这种方式，测量前 Ncp个和后Ncp个样本之间的相关性。在步骤S640中，平均值计算 器530累加相关性的结果值。之后，在步骤S650中，将变量isymbw
的值与累加符号的期望数目NsYM相比较，如果变量isymb。,的值比数 目Nsym小，则处理前进至步骤S660并且变量isymb。,的值增加1。
之后，重复执行步骤S620到S660。如果变量isymb。,的值大于 或等于数目NSYM，则处理前进至步骤S670。在步骤S670中，平均 值计算器530计算NsYM结果值的平均值。
然后，在步骤S680中，频率偏移计算器540通过执行反正切 运算计算前Ncp个样本和后Ncp个样本之间的相位差。最后，在步 骤S690中，定标单元550将在步驶《S680中计算的相位差定标为期 望大小，从而执行频率偏移估计。
当然，在已经#^亍频率偏移估计之后，可以4吏用此方法补偿终 端的初始频率<扁移<直。
虽然已经结合目前被认为最实际和优选的实施例描述了本发 明，但应理解本发明不局限于所公开的实施例和附图，相反地，本 发明意在覆盖所附权利要求的精神和范围之内的各种修正和变形。
权利要求
1.一种无线电信系统中的频率偏移估计设备，包括模数转换器，用于将通过天线接收的模拟信号转换为数字信号；抽取器，用于重新采样从所述模数转换器输出的过采样数字信号；以及频率偏移估计器，用于以符号为单位测量从所述抽取器输出的样本的前NCP个样本和后NCP个样本之间的相关值，以及基于所测量的相关值估计频率偏移值。
2. 根据权利要求1所述的频率偏移估计设备，还包括射频(RF ) /中频(IF)模块，用于在RF/IF带宽中执行解调、放大和滤 波中的至少一个才乘作；以及其中，所述频率偏移估计器发送所估计的频率偏移至所 述RF/IF模块，以及所述RF/IF模块基于所述频率偏移值补偿 终端的频率偏移。
3. 根据权利要求2所述的频率偏移估计i殳备，其中，所述频率偏 移估计器执行对所估计的频率偏移值进行定标并将其发送至 所述RF/IF模块。
4. 根据权利要求1所述的频率偏移估计设备，其中，所述频率偏 移估计器使以符号为单位测量的所述相关值相加，并基于相加 的相关值的平均值估计频率偏移。
5. 根据权利要求1所述的频率偏移估计设备，其中，所述频率偏 移估计器以符号为单位緩冲所述样本的每个符号的循环前缀并根据每个符号的后NCP个样本的输入来测量经緩沖的循环 前乡晨和所述后NCP个才羊本之间的相关l直。
6. 根据权利要求1所述的频率偏移估计设备，其中，所述频率偏 移估计设备是便携式互联网系统的接收器或收发器。
7. —种无线电信系统的频率偏移估计器，包括相关性测量单元，用于以符号为单位测量前NCP个样本和 后Ncp个样本之间的相关值；以及频率偏移计算器，用于基于所测量的相关值估计频率偏 移值。
8. 根据权利要求7所述的频率偏移估计器，还包括平均值计算 器，用于使以符号为单位由所述相关性测量单元测量的所述相 关值相加，以及计算相加的相关值的平均值；以及其中，所述频率偏移计算器基于所述平均值估计所述频 率偏移^f直。
9. 根据权利要求7所述的频率偏移估计器，还包括循环前缀緩 冲器，用于緩沖所述样本的每个符号的循环前缀；以及其中， 所述相关性测量单元依据每个符号的后NCP个样本的l叙入来 测量存储在所述循环前缀緩冲器中的所述循环前缀和所述后 NCP个样本之间的相关值。
10. 根据权利要求7所述的频率偏移估计器，其中，所述频率偏移 估计器通过对所述相关值的平均值执行反正切运算来估计所 述频率偏移值。
11. 根据权利要求7所述的频率偏移估计器，还包括定标单元， 用于通过调整/人所述频率偏移计算器lt出的所述频率偏移寸直 的大小来执行定标。
12. —种无线电信系统的频率偏移估计器，包括循环前缀緩冲器，用于存储每个符号的前Ncp个样本；相关性测量单元，用于测量存储在所述循环前缀緩冲器 中的所述符号的后Ncp个样本和所述前Ncp个样本之间的相关 值；平均值计算器，用于使所述相关值相加并计算平均值；以及频率偏移计算器，用于通过对所述平均值执行反正切运 算来计算频率偏移值。
13. —种在无线电信系统中估计频率偏移的方法，包4舌以下步艰朵a) 以符号为单位测量前Ncp个样本和后NCP个样本之间的 才目关^直；以及b) 基于所测量的相关值估计频率偏移值。
14. 才艮据权利要求13所述的方法，其中，所述步骤b)包括以下步 骤b-1 )使以符号为单位测量的所述相关值相加； b-2)计算相加的相关值的平均值；以及 b-3)基于所述平均值估计频率偏移值。
15. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述步骤a)包括以下步 骤a-l)以符号为单位緩冲每个符号的循环前缀；以及a-2)当输入每个符号的所述后Ncp个样本时，测量所緩沖 的循环前纟晨和所述后NCP个才羊本之间的相关1直。
16. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述步骤b)通过对所 述相关值的平均值执行反正切运算来估计频率偏移值。
17. 根据权利要求13所述的方法，在所述步骤a)之前，还包括 步骤对从天线接收的模拟信号执行采样，以将其转换为数字 信号。
18. 根据权利要求13所述的方法，在所述步骤b)之后，还包括 步骤c )基于所估计的频率偏移值补偿终端的初始频率偏移。
19. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述步骤b)包括以下 步骤b-l)缓冲对应于符号的循环前缀的前Ncp个样本；b-2)测量所纟爰冲的Ncp个才羊本和所述符号的所述后NCP 个样本之间的相关值；b-3)将所测量的相关值累加预定数目的符号；b-4)计算所累加的相关值的平均值；以及b-5)通过对所述平均值执行反正切运算来估计频率偏移值。
20. 根据权利要求19所述的方法，还包括步骤b-6)基于所述频 率偏移值补偿终端的初始频率偏移。
21. —种无线电信系统中估计频率偏移的方法，包括以下步骤a) 临时存储样本的每个符号的前Ncp个样本；b) 当所述符号的后Ncp个样本被输入时，测量与临时存 储的所述前NCP个样本的相关值；c )累加所测量的相关值并确定是否执行了预定数目符号 的求和运算；d)在所述确定的结果是没有执行预定数目符号的求和运 算的情况下，重复扭i行所述步骤a)到c)，以及在执行了预定 数目符号的求和运算的情况下，计算其平均值；以及e )通过对所述平均值执行反正切运算来计算频率偏移值。
全文摘要
本发明涉及一种用于在无线电信系统中估计频率偏移的设备和方法。在无线电信系统中估计频率偏移时，本发明并不使用前导(其为帧的初始符号)来估计初始频率偏移，而是使用存在于每个符号中的循环前缀(CP)的相关性来估计频率偏移，从而不需要再生有关独立前导信号的信息和前导信号，并能够仅使用输入信号容易地估计出频率偏移。
文档编号H04L25/06GK101346956SQ200680049053
公开日2009年1月14日 申请日期2006年12月28日 优先权日2005年12月30日
发明者吴知明, 金宰亨, 黄龙硕 申请人:Posdata株式会社