[发明专利]用于载波频率偏移估计和载波频率偏移校正的方法和设备

说明书

技术领域

本发明一般地涉及无线通信，并且更具体地涉及用于在诸如基站的设备处实现的发射机与在诸如毫微微小区或用户设备（UE）的另一设备处实现的接收机之间的载波频率同步的方法和设备。

背景技术

正交频分复用（OFDM）是将可用带宽划分成大量紧密间隔的（或窄波带）正交子载波的数字调制技术。使用常规数字调制方案（诸如正交幅度调制（QAM）或正交相移键控（QPSK））以低符号速率（即，其中与信道时间特性相比符号是相对长的）对每个子载波单独进行调制。因为每个OFDM符号的持续时间长，所以称作循环前缀（CP）的保护间隔能够被插入在OFDM符号之间。然后，调制的比特流可以作为OFDM/OFDMA符号的序列通过通信信道在各个正交子载波上进行传送，并且CP允许由多路径（multipath）传播引起的符号间干扰被减少或消除。OFDM在任何给定时间在信道（即，均匀间隔的子载波的组）上仅支持一个用户。为了容纳多个用户，OFDM能够与使用用户的时间、频率或编码分离的多址相结合以提供多用户信道接入。在正交频分多址（OFDMA）中，频分多址通过将不同的OFDM子信道指派给不同的用户来实现。由于高的频谱效率以及在频率选择性信道条件中的鲁棒性能而导致在各种现有的和即将到来的通信标准中使用OFDM/OFDMA，通信标准包括IEEE802.11n、IEEE802.16d、3GPP长期演进(LTE)移动通信标准以及DVB-T/H。

公知的是，OFDM系统对时间和频率同步误差是敏感的。任何基于OFDM的通信系统都需要在接收机（例如，在用户设备处）与发射机（例如，在基站或接入点处）之间的非常准确的时间和频率的同步。

时间同步

为了促进免符号间干扰（ISI）的检测，需要准确的定时信息（关于OFDM/OFDMA符号边界位于何处），使得能够针对FFT来对接收到的OFDM/OFDMA符号的无损坏（uncorrupted）部分进行采样。因此，时间同步的一个目的是估计OFDM/OFDMA符号在何处开始。已经开发了允许接收机确定OFDM/OFDMA符号边界并且由此确定OFDM/OFDMA符号定时的许多帧检测方法。

载波频率同步

在OFDM中，正交性假设了发射机和接收机以完全相同的频率基准进行操作。在发射机与接收机之间的任何载波频率差异都导致载波频率偏移（CFO）。因为组成OFDM信号的子载波被紧密地间隔，CFO在多载波OFDM通信系统中是特别有问题，并且即使是在发射机与接收机之间的小的CFO也能够造成OFDM子载波失去正交性。这引起了载波间干扰（ICI）（即，子载波之间的串扰），这能够在接收机处导致所恢复的数据的误比特率（BER）显著增加。

因此，为了支持免ICI检测，期望尽可能多地减少载波频率偏移（CFO），以帮助确保维持子载波正交性并且减少子载波“泄漏”，使得接收到的OFDM信号的OFDM/OFDMA符号能够被适当地解调。这样，在接收机处实现用于载波频率同步的技术，以估计在接收机与发射机之间的CFO。CFO估计然后可以用于校正在接收机处的基准振荡器的频率，以补偿在发射机与接收机之间的CFO。

有时通过单独地估计分数部分和整数部分来估计在接收机处的总的CFO是有用的。换句话说，一个估计对CFO的整数部分进行估计，被称作整数CFO（ICFO）。另一估计对CFO的分数部分进行估计，被称作分数CFO（FCFO）。然后，接收机使用估计的ICFO和估计的FCFO二者来计算总的估计的CFO。然后，总的估计的CFO可以用于调整接收机的振荡器，以促进接收机与发射机的频率同步。

已经针对估计ICFO和FCFO开发了许多技术。用于估计FCFO的常规技术具有明显缺点，因为它们是耗时的、处理密集的和/或不准确的。因此，存在对于用于估计FCFO的改进技术的持续需要。

因此，从处理角度来看，期望在OFDM接收机处提供更加有效的用于与OFDM发射机的频率同步的改进的方法和系统。还期望提供用于估计并且校正在OFDM接收机与OFDM发射机之间的分数载波频率偏移（FCFO）的方法和系统。还期望提供在大范围内是准确有效的并且对衰落信道定时选择性和多路径延迟不敏感的用于估计FCFO的方法和系统。此外，结合附图以及前述技术领域和背景技术进行，本发明的其他期望的特征和特性将从后续的详细描述和附图中变得明显。

附图说明