CN101296058A - Mimo-ofdm系统采样时钟同步的空频分集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MIMO－OFDM系统采样时钟同步的空频分集方法，所述方法应用于具有Q根发送天线、P根接收天线、N个子载波和M个导频子载波的MIMO－OFDM系统，包括以下步骤：(1)在每根发送天线相同的子载波位置上等间隔地插入导频；(2)在接收端，对每根接收天线相邻的两个导频符号作复共轭乘积，将所得到的值按频率最大比或等增益方法分集合并，获得每根接收天线上的采样偏差估计；(3)将P根接收天线的采样偏差估计按空间最大比或等增益比方法分集合并，从而获得整个MIMO－OFDM系统的采样偏差估计；(4)根据估计出的采样偏差对采样时钟进行恢复；本发明充分利用MIMO的多天线优势和OFDM的多载波优势，提高采样偏差估计的鲁棒性和精度，改善系统采样时钟同步的性能。

Description

MIMO-OFDM系统采样时钟同步的空频分集方法
技术领域
本发明涉及一种MIMO-OFDM(多输入多输出，Multi-Input Multi-Output；正交频分复用，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统采样时钟同步的空频分集方法。
背景技术
OFDM是一种多载波调制技术，它把数据调制到多个互相正交的子载波上同时发送，将宽带传输变成窄带传输，所以OFDM能有效地抗频率选择性衰落，同时OFDM在频率上互相重叠，所以它的频谱利用率很高，这一特点在频谱资源十分珍贵的无线环境中尤为重要。MIMO技术能在不增加带宽的情况下显著提高系统容量，因此将二者结合形成的MIMO-OFDM是新一代(B3G/4G)移动通信系统中最有前景的技术。
现有的采样时钟同步方法大都是针对OFDM系统，典型的方法有两种：一种是利用同一个子载波位置上相邻两个OFDM符号作复共轭乘积，实现采样偏差的估计；另一种是将导频子载波分成正负两个集合，然后对称地分布在中心子载波的两侧，利用两个集合的导频子载波相位累积之差估计采样偏差。上述两种方法都没有充分利用OFDM的多载波优势即频率分集，且采样偏差跟踪的性能不好，而目前针对MIMO-OFDM系统采样时钟同步的方法很少，且大都只是将OFDM系统采样时钟同步的方法简单地复制到MIMO-OFDM系统中去，没有充分利用MIMO的多天线优势即空间分集。同时，现有的方法对采样时钟的恢复一般采用数字内插的方法，即接收端采用的是固定频率的晶振，当采样偏差积累超前一个采样周期时，就从接收数据序列中“抽去”一个采样点，当采样偏差积累落后一个采样周期时，就在接收数据序列中“填充”一个复制的采样点，从而防止采样偏差的积累不会超过一个采样周期，这种基于内插的采样时钟恢复方法复杂度高，难于实现。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种MIMO-OFDM系统采样时钟同步的空频分集方法，以克服现有方法存在的采样偏差估计精度低、采样时钟恢复实现复杂等缺点。
为了实现上述目的，本发明提出了一种MIMO-OFDM系统采样时钟同步的空频分集方法，所述方法应用于具有Q根发送天线、P根接收天线、N个子载波和M个导频子载波的MIMO-OFDM系统，所述方法包括以下步骤：
(1)在每根发送天线相同的子载波位置上等间隔的插入导频；
(2)在接收端，对每根接收天线相邻的两个导频符号作复共轭乘积，将所得到的值按频率最大比或等增益方法分集合并，获得每根接收天线上的采样偏差估计；
(3)将P根接收天线的采样偏差估计按空间最大比或等增益比方法分集合并，从而获得整个MIMO-OFDM系统的采样偏差估计；
(4)根据估计出的采样偏差对采样时钟进行恢复。
优选地，所述方法插入的导频是相同的，与数据符号形成发送帧通过发送天线发送出去。
优选地，所述方法插入导频的个数和导频之间的距离根据系统的复杂度和同步的精度折中进行选择。
优选地，所述方法在发送端，所有发送天线使用同一个采样时钟而不同的多个D/A转换器，在接收端，所有接收天线使用同一个采样时钟而不同的多个A/D转换器。
优选地，所述方法步骤(2)中提取的导频同时用于信道估计，减小多径衰落信道对采样偏差估计的影响，充分利用导频资源。
优选地，所述方法步骤(4)还包括以下步骤：
1)跟踪采样偏差的积累，若采样偏差的积累小于一个采样周期，则根据上述步骤(3)中的采样偏差估计对频域信号进行相位纠正；
2)若采样偏差的积累大于一个采样周期，接收端的采样序列会多一个或少一个采样点(由采样偏差估计值的符号决定)，此时不能直接对频域信号进行相位纠正，反馈至时域调整FFT窗口的位置向后或向前平移一个采样点，以保证采样偏差的积累不超过一个采样周期；
3)经调整FFT窗口位置后的残余采样偏差积累远远小于半个采样周期，则根据上述步骤(3)中的采样偏差估计对频域信号进行残余相位的纠正；
4)重复步骤1)。
本发明的有益效果是提出了一种MIMO-OFDM系统采样时钟同步的空频分集方法，该方法将空间分集和频率分集应用于MIMO-OFDM系统的采样偏差估计，增加了采样偏差估计的鲁棒性，提高了采样偏差估计的精度，能充分发挥空间分集和频率分集在采样偏差估计中的作用，同时该方法提出了一种复杂度低、易于实现的采样时钟恢复方案。本发明具有估计的高精确度和实现的低复杂度，同时具备工程应用的有效性和实用性。
附图说明
图1是本发明示出MIMO-OFDM系统的接收机采样时钟同步的方框图。
图2是本发明更详细地示出图1中的采样偏差估计器的方框图。
图3是本发明更详细地示出图1中的采样时钟恢复器的方框图。
具体实施方式
在下述的描述中，所限定的事物如详细结构和部件只是有助于对本发明进行全面地理解。因此本发明的实施可以不用那些限定的事物。另外，由于一些众所周知的功能或结构会使本发明在不必要的细节模糊，所以没有具体描述这些功能或结构。
图1是示出根据本发明实施例的含有采样时钟同步装置的MIMO-OFDM系统接收机的部分方框图。如图1所示，MIMO-OFDM系统的接收机采样时钟同步装置包括：模拟-数字转换器(ADC)、快速傅立叶变换器(FFT)、采样偏差估计器、空间分集合并器、采样时钟恢复器。
来自每一个接收天线上的模拟信号同时送入ADC进行数字化，再通过基于由采样时钟恢复器提供的FFT窗口控制信息对信号进行快速傅立叶变换，然后送入采样偏差估计器进行采样偏差估计，再将每个天线上的采样偏差估计值送入空间分集合并器按最大比或等增益方法分集合并，这样可以有效地抗无线通信环境中的深衰落现象，增加采样偏差估计的鲁棒性。最后采样时钟恢复器根据空间分集合并器的采样偏差估计对采样时钟进行恢复。
图2是更详细地示出图1中的采样偏差估计器的方框图。如图2所示，采样偏差估计器包括：共轭复数器、乘法器、相位估计器、频率分集合并器。
将每根接收天线的数据帧的导频符号提取出来，并利用相邻的两个导频符号做复共轭乘积后送入相位估计器进行相位估计，然后将所有的估计值送入频率分集合并器按最大比或等增益方法分集合并，得到每根天线上的采样偏差估计，由于导频均匀离散地分布在数据帧中，这样可以更好地反应频率选择性衰落信道的特征，通过频率分集合并器后可以平滑信道的影响，提高采样偏差估计的精度，最后将每根天线上的采样偏差估计值送入空间分集合并器。
图3是更详细地示出图1中的采样时钟恢复器的方框图。与现有的数字内插方法不同的是，本发明采用FFT窗口控制结合相位均衡的方法恢复采样时钟，如图3所示，采样时钟恢复器包括：采样偏差积累跟踪器、FFT窗口控制器、相位均衡器。
采样偏差积累跟踪器根据空间分集合并器的采样偏差估计值对采样偏差积累进行跟踪，如果采样偏差积累小于一个采样周期，则将频域信号送入相位均衡器进行相位均衡；如果采样偏差积累大于一个采样周期，接收端的采样序列会多一个或少一个采样点(由采样偏差估计值的符号决定)，此时不能直接对频域信号进行相位纠正，由FFT窗口控制器调整FFT窗口向后或向前平移一个采样点，以保证采样偏差的积累不超过一个采样周期；经调整FFT窗口位置后的残余采样偏差积累远远小于半个采样周期，将频域信号送入相位均衡器进行残余相位的纠正，最后将信号送入解码器(没有示出)。
如上所述，本发明提供的MIMO-OFDM系统采样时钟同步的空频分集方法能更高精度和更鲁棒地估计采样偏差，能应用于频率选择性和深衰落等各种实际无线通信环境中，同时，根据本发明提供的采样时钟恢复方法与现有方法相比，能简化接收机的结构，降低接收机的复杂度和成本，具有很好的实用性。
上述实施例和优点仅是示例性的，并不应该被解释为限制本发明。另外，对本发明实施例的上述描述是示意性的，并不限制权利要求的范围，很明显，本领域的技术人员可以做出多种选择、替换和改变。

Claims (6)

1、一种MIMO-OFDM系统采样时钟同步的空频分集方法，所述方法应用于具有Q根发送天线、P根接收天线、N个子载波和M个导频子载波的MIMO-OFDM系统，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)在每根发送天线相同的子载波位置上等间隔的插入导频；
(2)在接收端，对每根接收天线相邻的两个导频符合作复共轭乘积，将所得到的值按频率最大比或等增益方法分集合并，获得每根接收天线上的采样偏差估计；
(3)将P根接收天线的采样偏差估计按空间最大比或等增益比方法分集合并，从而获得整个MIMO-OFDM系统的采样偏差估计；
(4)根据估计出的采样偏差对采样时钟进行恢复。
2、根据权利要求1所述方法，其特征在于，上述步骤(1)中插入的导频是相同的，与数据符号形成发送帧通过发送天线发送出去。
3、根据权利要求1所述方法，其特征在于，上述步骤(1)中插入导频的个数和导频之间的距离根据系统的复杂度和同步的精度折中进行选择。
4、根据权利要求1所述方法，其特征在于，在发送端，所有发送天线使用同一个采样时钟而不同的多个D/A转换器，在接收端，所有接收天线使用同一个采样时钟而不同的多个A/D转换器。
5、根据权利要求1所述方法，其特征在于，将步骤(2)中提取的导频同时用于信道估计，减小多径衰落信道对采样偏差估计的影响，充分利用导频资源。
6、根据权利要求1所述方法，其特征在于，上述步骤(4)还包括以下步骤：
1)跟踪采样偏差的积累，若采样偏差的积累小于一个采样周期，则根据上述步骤(3)中的采样偏差估计对频域信号进行相位纠正；
2)若采样偏差的积累大于一个采样周期，接收端的采样序列由采样偏差估计的符号决定会多一个或少一个采样点，此时不能直接对频域信号进行相位纠正，反馈至时域调整FFT窗口的位置向后或向前平移一个采样点，以保证采样偏差的积累不超过一个采样周期；
3)经调整FFT窗口位置后的残余采样偏差积累远远小于半个采样周期，根据上述步骤(3)中的采样偏差估计对频域信号进行残余相位的纠正；
4)重复步骤1)。
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