[發明專利]在OFDM接收機中補償載波頻率偏移的方法和系統

有效

• 申請號: 201010003213.1
• 申請日: 2001-06-22
• 公開（公告）號: CN101771656A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: M·B·貝洛特塞爾科夫斯基;V·德穆林;L·R·小利特溫
• 申請（專利權）人: 湯姆森許可公司
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H03L7/07;H03L7/093;H03L7/099
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張濤;徐予紅

本申請是申請號為01823390.2、申請日為2001年6月22日、發明 名稱為“在OFDM接收機中補償載波頻率偏移的方法和系統”的分案申 請。

技術領域

本發明涉及正交頻分復用(OFDM)信號的處理。

背景技術

無線局域網(WLAN)是一種作為在建筑物或校園內有線局域網的 延伸或替代而實現的靈活的數據通信系統。利用電磁波，WLAN在空中 發送和接收數據，減少了導線連接的必要性。因而，WLAN把數據連接 與用戶的移動性結合起來，通過簡化配置，使移動局域網成為可能。 已經利用便攜式終端(例如筆記本電腦)來傳送和接收實時數據而從 提高生產效率中得到好處的某些行業是數字家用網絡、醫療護理、零 售業、制造業和倉儲業。

WLAN制造廠家在設計WLAN時有若干種傳輸技術可供選擇。某些示 例性技術是多載波系統、擴頻系統、窄帶系統和紅外系統。盡管每種 系統都各有利弊，但是一種特定類型的多載波系統，正交頻分復用 (OFDM)，已經證明是對無線局域網異常有用的。

對于通過一個信道有效地傳輸數據而言，OFDM是一種健壯的技 術。該技術在傳輸數據的信道頻帶內采用多個子載波頻率(子載波)。 為了分開和隔離子載波頻譜，從而避免載波間干擾(ICI)，傳統的頻 分復用(FDM)可能浪費一部分信道頻帶，與此相比，OFDM的這些子載 波是為了最優頻帶效率而安排的。相反，盡管OFDM子載波的頻譜在 OFDM信道頻帶內明顯重疊，但是OFDM仍舊允許調制在每一個子載波上 的信息被分辨和恢復。

與傳統的傳輸技術相比，借助于OFDM信號通過信道傳輸數據還提 供其他幾個優點。這些優點中的一些是允許多路徑延遲擴頻和頻率選 擇性衰落、有效利用頻譜、簡化子信道均衡和良好的干擾特性。

盡管OFDM表現出這些優點，但是OFDM傳統的實現也表現出幾個困 難和實際限制。一個困難是確定和校正載波頻率偏移的問題，OFDM 同步的一個主要方面。理想的是，接收載波頻率f_cr，應該準確匹配發 射載波頻率f_ct。但若不滿足這個條件，則不匹配就會在接收的OFDM 信號中造成非零的載波頻率偏移Δf_c。OFDM信號對這樣的載波頻率偏 移非常敏感，這會造成OFDM子載波正交性的損失，并導致載波間干擾 (ICI)和在接收機上恢復數據位誤碼率(BER)的嚴重增大。

許多OFDM標準要求在用戶數據中嵌入導頻(已知值)的發送。在傳 統的OFDM系統中，一般對導頻相位信息進行平均，以便在噪音環境中 改善閉環載波頻率偏移跟蹤。例如，導頻相位平均可以用來產生載波 頻率偏移估計，而后者本身又可用以調整均衡器引出線的相位旋轉， 以便減小以致消除載波頻率偏移的影響。這種技術的一個缺點是，在 時變信道存在的情況下，導頻的相位可以獨立變化。更具體地說，所 有導頻相位共享一個，如上所述，由發射機載波頻率和接收機載波頻 率之間不匹配造成的公共的代表載波頻率偏移的相位旋轉。但是，時 變信道存在時，每一個導頻相位也可以包含一個由隨時間而變化的發 射信道引起的獨立的相位旋轉。這個獨立的導頻相位旋轉潛在地造成 導頻相位破壞性平均，而后者本身又會破壞載波頻率偏移估計的推 算。被破壞的載波頻率偏移估計可能降低使用該估計值補償實際載波 頻率偏移的任何處理單元(例如，均衡器)的性能。本發明旨在校正 這個問題。

接收機采樣時鐘的頻率還可能略微不同于發射機采樣時鐘的頻 率。若有頻率差異，則FFT窗口相對于接收信號的定位可能隨著時間 逐漸漂移。這個時域漂移會造成所接收的OFDM子載波在頻域上的相位 旋轉。這種相位旋轉可以在由OFDM接收機恢復的用戶數據中產生差 錯。本發明也旨在校正這個問題。

發明內容

正交頻分復用(OFDM)接收機使用共享一個公用積分器的N個二階 鎖相環(其中N是系統中導頻的數目)。N個二階鎖相環跟蹤出獨立的導 頻相位旋轉，以有助于導頻相位信息的建設性平均。同時，通過共享 一個公用的積分器，OFDM接收機利用了在多個導頻間進行噪音平均的 好處，以便獲得比較干凈的頻率偏移的估計值。OFDM接收機還可以通 過計算選中的一對導頻之間的相位差并跟蹤計算相位差隨著時間的 變化速率來補償FFT窗口的漂移。算出的相位差用來控制超過預定相 位差閾值后上游FFT窗口的位置。所跟蹤的改變速率用來連續調整下 游均衡器引出線的相位。