[發(fā)明專利]一種OFDM系統(tǒng)的載波頻率同步電路及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010258799.6
• 申請日: 2010-11-26
• 公開（公告）號: CN102480452A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 喬樹山;黑勇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26
• 代理公司: 北京市德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 王建國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信信號調(diào)制技術(shù)，尤其涉及一種正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)的載波頻率同步電路及方法。

背景技術(shù)

OFDM技術(shù)因其抗多徑干擾與抗頻率選擇性衰落的能力而被廣泛應(yīng)用于多種高速數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)中，如無線局域網(wǎng)、高速數(shù)字用戶環(huán)路、非對稱數(shù)字用戶環(huán)路、數(shù)字音頻廣播、數(shù)字視頻廣播和高清晰數(shù)字電視等場合。現(xiàn)在許多國際、國內(nèi)標準已將OFDM技術(shù)作為物理層的傳輸手段。

由于OFDM技術(shù)可以較好的解決高速通信系統(tǒng)中的多徑干擾和寬帶傳輸?shù)葐栴}，因此該技術(shù)已經(jīng)成為第四代移動通信技術(shù)(B3G/4G)的候選方案。目前衛(wèi)星廣播、數(shù)字移動電視廣播、數(shù)字地面廣播等標準都是采用OFDM技術(shù)作為核心技術(shù)。但是卻存在一個問題：由于OFDM技術(shù)依賴頻率的正交特性，一旦其正交性遭到破壞，其系統(tǒng)的誤碼率將急劇增加，這也是OFDM技術(shù)在應(yīng)用中的一個主要缺陷。其產(chǎn)生頻偏的主要原因在于射頻電路接收和發(fā)送段中心頻率失配；另一個原因在于收發(fā)雙方有高速相對速度的多普勒頻移。

在OFDM系統(tǒng)中，當產(chǎn)生載波頻率偏差時，大于子載波間隔的頻偏部分稱為整數(shù)頻偏Δf_I，整數(shù)頻偏只是將接收機中快速傅立葉變換(FFT)的輸出進行移位，并不破壞各個子載波間的正交性，但將會導(dǎo)致解調(diào)結(jié)果完全錯誤；小于子載波間隔的頻偏部分稱為小數(shù)頻偏Δf_f，其會破壞子載波的正交性，引起子載波干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)誤碼上升。通常情況下，需在時域首先進行小數(shù)頻偏估計并補償，以消除小數(shù)頻偏引起的子載波間干擾后，再在頻域進行整數(shù)頻偏估計和補償。

在廣播電視系統(tǒng)中，由于頻譜資源非常珍貴，系統(tǒng)帶寬一般都比較窄。此外，由于長距離傳輸?shù)男诺拉h(huán)境非常惡劣，系統(tǒng)必須對抗較大的時延擴展，故系統(tǒng)子載波數(shù)目一般比較多，因而每個子載波間隔都比較小。這樣，系統(tǒng)接收方的載波頻率偏差一般都大于子載波間隔，需要對系統(tǒng)分為整數(shù)載波頻偏與小數(shù)載波頻偏分別進行估計。其中：

對于小數(shù)頻偏，主要是利用相關(guān)特性來進行估計，如基于前導(dǎo)序列的延時相關(guān)方法等，該方法的主要問題是運算量大、功耗高，而便攜式終端設(shè)備對功耗又非常敏感，因此對低功耗設(shè)備的設(shè)計要求高、難度大。

對于整數(shù)頻偏，可以利用在頻域中插入的離散導(dǎo)頻或連續(xù)導(dǎo)頻進行整數(shù)頻偏Δf_I估計，整數(shù)頻偏估計實際上是基于最大似然理論的。由于小數(shù)頻偏已校正，子載波之間的干擾已基本消除。原來第k′th個子載波由于整數(shù)頻偏，經(jīng)FFT解調(diào)處理后已經(jīng)偏移到k′th+Δf_I。設(shè)系統(tǒng)中連續(xù)導(dǎo)頻c_k′其子載波位置k′∈C，則接收到的經(jīng)解調(diào)后的連續(xù)導(dǎo)頻移動到k∈C+Δf_I。對兩個連續(xù)的OFDM符號l-1，l，進行共軛相關(guān)，求其最大峰值點偏移理想點的位置即整數(shù)頻偏。但上述方法的缺點在于，該估計過程受噪聲與多徑衰落現(xiàn)象等干擾的影響較大。尤其是連續(xù)導(dǎo)頻一般以突發(fā)能量發(fā)送，這樣相關(guān)峰值點更加明顯，如文獻Speth，M.；Fechtel，S.；Fock，G.；Meyr，H.，Optimum?receiver?design?for?OFDM-based?broadband?transmission.II.A?case?study，IEEE?Transactions?on?Communications，Vol.49，Apr.2001，PP571～578中公式12(即其中x_k為相鄰兩個OFDM符號連續(xù)導(dǎo)頻的共軛相關(guān)值，C為連續(xù)導(dǎo)頻的子載波位置，m為連續(xù)導(dǎo)頻左右滑動的范圍)所描述的內(nèi)容。

此外，還可以采用基于插入的保護段進行整數(shù)載波頻偏估計。在OFDM系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)子載波與導(dǎo)頻載波之和一般都小于FFT長度N，剩下的部分通過填充虛擬子載波來實現(xiàn)。這樣在頻譜兩端就相當于有一個保護段，用以減小與相鄰頻段的干擾。這里，在每個OFDM符號內(nèi)有固定子載波不加載任何信息，其發(fā)送功率為0，這一段虛擬子載波稱為保護段。基于最大似然理論，當數(shù)據(jù)與導(dǎo)頻子載波不在預(yù)先設(shè)計的滑動窗口內(nèi)，滑動窗口內(nèi)的能量達到最小值，此時滑動窗口與理想位置之間的距離就是整數(shù)頻偏的大小。該算法受滑動窗口寬度和深衰落影響比較大，需要在滑動窗口寬度所導(dǎo)致的復(fù)雜度和性能之間做折衷。