CN101471688A - 取样频率偏移估计与补偿装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种取样频率偏移估计与补偿装置与方法，特别是利用数学线性的方法执行相位差的计算，以节省取样频率偏移估计与补偿中乘法器的运用与其储存电路的使用。其中较佳实施例先利用取样频率偏移估计电路接收信号，再计算各信号相位值，并撷取当中的导频信号，此时所接收的信号将与延迟多个符元后的导频信号相减得出相位差值，接着利用储存信号相位差的电路储存相位差值，并接着利用累加与应用误差平方和最小电路得出相邻符元间的相位差，以此得出此通讯系统的取样频率偏移的估计值，并应用于补偿偏移值。

Description

取样频率偏移估计与补偿装置与方法

技术领域

本发明涉及一种取样频率偏移估计与补偿装置与方法，特别是指利用储存信号相位值的电路与计算相位差值的取样频率偏移估计与补偿电路取代公知的储存电路与乘法器。

背景技术

在一个以正交频分复用技术(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)为调变架构的系统，如802.11a，对于频率偏移(frequency Offset)是很敏感的。此频率偏移造成的原因主因有两个，第一是因为传送端的频率震荡器(oscillator)和接收端的频率震荡器没有相同频率所造成；第二是因为无线终端装置的移动造成多普勒效应(Doppler Effect)。因为频率偏移对正交频分复用系统会产生所谓的载波间干扰(Intercarrier Interference，ICI)，使得系统效能大幅降低，因此解决频率偏移的问题对于利用正交频分复用技术的传输系统相当重要。

上述传送端与接收端的频率震荡器是用于产生数字模拟转换器(DAC)和模拟数字转换器(ADC)于传输时取样并非精确，故取样区间相对传送端与接收端之间频率因取样频率错误，使每个符元(symbol)时间点慢慢偏移造成子载波旋转(rotate)，而产生造成相近于相位偏移；或是，因为取样时间不正确，将造成子载波间正交性减弱，形成子载波间干扰，造成信号噪声比损失。

因此，公知技术在上述正交频分复用技术中利用一些取样频率偏移估计的电路，在产生信号时能补偿其中偏移的问题。常见的取样频率偏移估计电路(sampling frequency offset estimation circuit)利用取出进入符元(symbol)的导频信号(pilot)，当进入的符元个数达到预设符元数后，分别取出前半部符元的导频信号作累加与后半部符元的导频信号作累加，再将累加后的值作共轭相乘(conjugate multiplication)，并取出其相位值以求出相邻符元间相位，即可使用误差平方和最小准则(least error sum of squares)，求出取样频率偏移的估计值。

并且，有些取样频率偏移估计电路进行估计时，非常容易受通道状况影响，故须于均衡器(equalizer)之后作估计，如此会存在着估计质量受限于均衡器的情形发生，使得取样频率偏移估计电路的方便性与整合性非常低。

在OFDM系统中，一般受到取样频率偏移影响的输入信号为：

$S_{l,k}=H_k\×P_{l,k}\×e^{-j2\mathrm{\πl}\left(\frac{{\mathrm{kN}}_{\mathrm{OFDM}}\mathrm{\ϵ}}{N}\right)}+N_{\mathrm{noise},l}$

-----------------------------------------(1)

其中，l是正交分频多任务符元指标，k则是正交分频多任务子载波位置，H_k为通道效应、P_l，k为原始未受影响的信号，ε为取样频率偏移值。由于有特定的载波传送导频信号，且方程式(1)的N_noise，l中包含了导因于取样频率偏移的噪声与载波间干扰的效应，为了压抑此效应，在此于载有导频信号的载波除上P_l，k，并累积两大块符元作运算，分别表示为方程式(2)与方程式(3)：

$\frac{S_{l,k}}{P_{l,k}}+\frac{S_{l+1,k}}{P_{l+1,k}}+...+\frac{S_{l+l_{\mathrm{sum}}-1,k}}{P_{l+l_{\mathrm{sum}}-1,k}}+(N_{\mathrm{noise},l}+N_{\mathrm{noise},l+1}+...+N_{\mathrm{noise},l+l_{\mathrm{sum}}-1})$

$=H_k\×e^{-j2\mathrm{\πl}\left(\frac{{\mathrm{kN}}_{\mathrm{OFDM}}\mathrm{\ϵ}}{N}\right)}+(1+e^{-j2\mathrm{\πl}\left(\frac{{\mathrm{kN}}_{\mathrm{OFDM}}\mathrm{\ϵ}}{N}\right)}+...+e^{-j2\mathrm{\π}(l_{\mathrm{sum}}-1)\left(\frac{{\mathrm{kN}}_{\mathrm{OFDM}}\mathrm{\ϵ}}{N}\right)})+N_{\mathrm{noise},l~l_{\mathrm{sum}}-1}$

---------------------------------------(2)

$\frac{S_{l+l_{\mathrm{sum}},k}}{P_{l+l_{\mathrm{sum}},k}}+\frac{S_{l+l_{\mathrm{sum}}+1,k}}{P_{l+l_{\mathrm{sum}}+1,k}}+...+\frac{S_{l+{2*l}_{\mathrm{sum}}-1,k}}{P_{l+2*l_{\mathrm{sum}}-1,k}}+(N_{\mathrm{noise},l+l_{\mathrm{sum}}}+N_{\mathrm{noise},l+l_{\mathrm{sum}}+1}+\·\·\·+N_{\mathrm{noise},l+2*l_{\mathrm{sum}}-1})$

$=H_k\×e^{-j2\mathrm{\πl}(l+l_{\mathrm{sum}})\left(\frac{{\mathrm{kN}}_{\mathrm{OFDM}}\mathrm{\ϵ}}{N}\right)}+(1+e^{-j2\mathrm{\πl}\left(\frac{{\mathrm{kN}}_{\mathrm{OFDM}}\mathrm{\ϵ}}{N}\right)}+...+e^{-j2\mathrm{\π}(l_{\mathrm{sum}}-1)\left(\frac{{\mathrm{kN}}_{\mathrm{OFDM}}\mathrm{\ϵ}}{N}\right)})+N_{\mathrm{noise},l+l_{\mathrm{sum}}-l+2*l_{\mathrm{sum}}-1}$

-----------------------------------------(3)

其中由于累积了一定量的符元个数，与

的值将趋近于零，接着将方程式(2)与方程式(3)作共轭相乘可得到：

$(\frac{S_{l,k}}{P_{l,k}}+\frac{S_{l+1,k}}{P_{l+1,k}}+...+\frac{S_{l+l_{\mathrm{sum}}-1,k}}{P_{l+l_{\mathrm{sum}}-1,k}})\×{(\frac{S_{l+l_{\mathrm{sum}},k}}{P_{l+l_{\mathrm{sum}},k}}+\frac{S_{l+l_{\mathrm{sum}}+1,k}}{P_{l+l_{\mathrm{sum}}+1,k}}+...+\frac{S_{l+{2*l}_{\mathrm{sum}}-1,k}}{P_{l+2*l_{\mathrm{sum}}-1,k}})}^{*}$

$={\left|H_k\right|}^2\×{|(1+e^{-j2\mathrm{\πl}\left(\frac{{\mathrm{kN}}_{\mathrm{OFDM}}\mathrm{\ϵ}}{N}\right)}+...+e^{-j2\mathrm{\π}(l_{\mathrm{sum}}-1)\left(\frac{{\mathrm{kN}}_{\mathrm{OFDM}}\mathrm{\ϵ}}{N}\right)})|}^2\×e^{-j2\mathrm{\π}{l}_{\mathrm{sum}}\left(\frac{k{N}_{\mathrm{OFDM}}\mathrm{\ϵ}}{N}\right)}$

-----------------------------------------(4)

取出如方程式(4)所示的相位，即指数(exponent)部份，再除以l_sum即可得到相邻符元间的相位差，如方程式(5)：

${2\mathrm{\πl}}_{\mathrm{sum}}\left(\frac{{\mathrm{kN}}_{\mathrm{OFDM}}\mathrm{\ϵ}}{N}\right)=\frac{\arg \{(\frac{S_{l,k}}{P_{l,k}}+\frac{S_{l+1,k}}{P_{l+1,k}}+...+\frac{S_{l+l_{\mathrm{sum}}-1,k}}{P_{l+l_{\mathrm{sum}}-1,k}})\×{(\frac{S_{l+l_{\mathrm{sum}},k}}{P_{l+l_{\mathrm{sum}},k}}+\frac{S_{l+l_{\mathrm{sum}}+1,k}}{P_{l+l_{\mathrm{sum}}+1,k}}+...+\frac{S_{l+{2*l}_{\mathrm{sum}}-1,k}}{P_{l+2*l_{\mathrm{sum}}-1,k}})}^{*}\}}{l_{\mathrm{sum}}}$

-----------------------------------------(5)

接着将相邻符元间的相位差以误差平方和最小准则作运算，即可得到取样频率偏移值ε，并将此值送入取样频率偏移值权重累加的电路，可得到一累加过后的取样频率偏移值ε_sum，最后将此值依照不同的载波位置(如方程式(1)的k值)与原信号作共轭相乘即可得到补偿后的信号，表示为：

$S_{l,k}\×e^{j2\mathrm{\π}\left(\frac{{\mathrm{kN}}_{\mathrm{OFDM}}{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{sum}}}{N}\right)}=H_k\×P_{l,k}+N_{\mathrm{noise},l}$

-----------------------------------------(6)

上述各步骤可整理出主要步骤包括先接收信号，且信号产生取样频率偏移的现象，的后撷取当中的导频信号，且计算受到取样频率偏移影响的输入信号。接着，利用原始未受影响的的信号，通过方程式(2)与(3)的计算，得出累积符元个数，并共轭相乘得到相邻符元间的相位差，接着将相邻符元间的相位差以误差平方和最小准则作运算，即可得到取样频率偏移值。

为实现上述取样频率偏移值补偿的结果，公知技术之一如图1所示的取样频率偏移估计与取样频率偏移补偿电路的方块示意图。

其中取样电路101接收选取导频信号，输入信号如方程式(1)，再由电路103接收并储存这些导频信号，并以复数的形式储存于记忆媒体中。接着累积的值分为两大块符元作运算，分别得出上述方程式(2)与方程式(3)的内容，分别由电路105与电路107接收，再分别通过累加电路109与111累积符元个数。

利用共轭相乘的电路113所实施的乘法器于上述两块累积的符元间执行共轭相乘，结果如方程式(4)所述，再利用电路115得出相位，并计算相邻符元间相位差，如方程式(5)所示。接着利用电路117使用误差平方和最小准则作运算，得出取样频率偏移值(SFO)。

将取样频率偏移值送入取样频率偏移值权重累加的电路119，可得到一累加过后的取样频率偏移值，再利用电路121将累加过后的取样频率偏移值乘上载波位置，通过共轭相乘电路123依照不同的载波位置与原信号作共轭相乘，即可得到补偿后的信号，表示如方程式(6)所示。

最后，于此取样频率偏移补偿电路之后的均衡器电路使用一复数除法器125，将得到补偿的信号应用于原预估的通道上，以消除通道效应。

由上述方程式(2)、(3)、(4)与(6)可观察出一般的电路除了在估计取样频率偏移值时必须加入储存信号复数值的电路与共轭相乘的电路外，在补偿取样频率偏移值时亦须另外增加一个共轭相乘电路，如此将增加硬件成本。在此，将提出降低硬件成本方法。

除此之外，上述均衡器电路所使用的复数除法器的运算十分的复杂，常见的方式需要用到一个复数乘法器、一个除法器、两个乘法器、一个加法器以及一个开根号的运算。

由公知技术得知，由于取样频率偏移估计电路是利用储存信号复数值的电路储存信号与共轭相乘的电路作相位的相减，将使得硬件的消耗增加。更者，因为取样频率偏移估计电路进行估计时，因为要避免受到通道状况影响，无法工作于均衡器前，而须于均衡器之后作估计，所以估计质量受限于均衡器，使得取样频率偏移估计电路的方便性与整合性非常低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，不同于公知技术进行取样频率偏移估计(sampling frequency offset estimation)电路利用储存信号复数值的电路储存信号，并利用共轭相乘的电路作相位的相减，本发明提出一种取样频率偏移估计与补偿装置与方法，利用数学上线性(linear)的概念，只需使用储存信号相位值的电路储存相位值，而不用使用储存信号复数值的电路，同样能产生取样频率偏移估计，并配合补偿电路，能减少此处储存电路与执行共轭相乘的电路的目的，并达到补偿受到取样频率偏移的信号。

本发明为了取代公知技术中需要大量硬件成本的储存信号复数值的电路与共轭相乘的电路，其中较佳实施例是先利用一取样频率偏移估计电路接收信号，并撷取其中的信号，再接着计算各信号相位值，接着撷取其中的导频信号，之后与延迟多个符元后的导频信号相减得出相位差值，于累加至一定量的符元个数后利用储存信号相位差的电路储存相位差值，再利用累加并计算相邻符元间相位的电路累积一定数量的符元相位，以此压抑系统中噪声与载波间干扰。

在此取样频率偏移估计电路中，最后利用误差平方和最小电路计算相邻符元间的相位差，得到此通讯系统的取样频率偏移的估计值。

之后将此估计值引入取样频率偏移补偿电路，只需将经权重累加过的偏移值依照不同的载波位置与原信号相位作相减即可得到补偿后的信号。

其中补偿电路是利用上述估计值执行取样频率偏移补偿的步骤，引入得出的取样频率偏移估计值，利用偏移值权重累加的电路给予不同的取样频率偏移值的权重，得到经累加的偏移值，再依照不同的载波位置，与原信号相位作相减，即可得到补偿后的信号。

具体地，本发明提供一种取样频率偏移估计装置，包括有：

一计算相位的电路，用以计算受到取样频率偏移影响的信号的相位值；

一选取导频信号的电路，用以撷取该信号中的导频信号；

一延迟电路，用以将该所接收的信号延迟多个符元；

一计算相位差值的电路，将该所接收的信号与该经过延迟多个符元后的导频信号相减得出一或多个相位差值；

一储存信号相位差的电路，用以储存该相位差值；

一累加并计算相邻符元间相位的电路，用以累加一连续时间的符元相位；以及

一误差平方和最小电路，将该累加的符元相位使用一误差平方和最小准则得出一取样频率偏移估计值。

并且，本发明还提供了一种上述取样频率偏移估计装置得出的该取样频率偏移估计值的取样频率偏移补偿装置，包括有：

一计算相位的电路，由接收的信号计算各信号相位；

一取样频率偏移值权重累加的电路，引入该取样频率偏移估计值，并给予每个符元的取样频率偏移值不同的权重，累加后得到一累加过后的取样频率偏移值；

一乘上载波位置的电路，将各符元乘上载波位置，得到相对应的载波位置；以及

一计算相位差值的电路，依照不同的载波位置与原信号相位作相减，得到补偿后的信号。

相应地，本发明提供了一种取样频率偏移估计方法，包括有：

接收被取样频率偏移影响的信号；

计算该信号的相位；

撷取导频信号；

延迟多个符元；

使延迟多个符元之后的信号与原来的接收的导频信号相位相减；

储存相位差值；

执行各符元的累加步骤；

计算相邻符元间相位差；以及

得出一取样频率偏移的估计值。

本发明还提供了一种引入所述的取样频率偏移的估计值的取样频率偏移补偿方法，步骤包括有：

接收得到被取样频率偏移影响的符元；

引入该取样频率偏移估计值；

将经过不同权重处理的取样频率偏移值累加起来；

各符元乘上载波位置，以得到每个符元相对应的载波位置；

利用该累加的取样频率偏移值，依照不同的载波位置，与原接收的符元相位作相减；以及

得到补偿后的信号。

综上所述，本发明为所述的取样频率偏移估计与补偿装置与方法，通过相位差的计算节省取样频率偏移估计与补偿中乘法器的运用与其储存电路的使用，利用电路实施的数学方法达成取样频率偏移估计与相位补偿的目的。

附图说明

图1所示为取样频率偏移估计与取样频率偏移补偿电路放置于均衡器前的电路示意图；

图2为本发明取样频率偏移估计装置的实施例的电路方块图；

图3所示为本发明的取样频率偏移补偿电路的实施例电路方块图；

图4所示为本发明取样频率偏移估计与补偿装置的实施例电路方块图；

图5所示为本发明的取样频率偏移估计方法流程图；

图6所示为本发明取样频率偏移补偿方法流程图。

【主要元件附图标记说明】

电路103，105，107，115，117，119，121

累加电路109，111          共轭相乘的电路113

共轭相乘电路123           复数除法器125

取样电路101               选取导频信号的电路203

计算相位的电路201         延迟电路205

计算相位差值的电路207

储存信号相位差的电路209

累加并计算相邻符元间相位的电路211

误差平方和最小电路213

取样频率偏移估计电路20

取样频率偏移值权重累加的电路303

乘上载波位置的电路305

计算相位差值的电路307

取样频率偏移补偿电路30

计算振幅410               减法器401

除法器403                 预估的通道相位405

预估的通道振幅407

消除信道效应的均衡器电路40

具体实施方式

通讯系统中，因为电路本身的问题，比如信号模拟数字转换时，产生取样频率偏移的现象，尤其在OFDM系统中，每次转换产生一次取样频率偏移(offset)，这方面的问题将会随着时间而放大，进而产生后续调变的错误。不同于公知技术利用前后信号关系，利用共轭相乘得出相位差的方式，本发明所揭露的取样频率偏移估计与补偿装置与方法，是在取样频率偏移估计时，先得出各信号(符元，symbol)相位角度，直接相减得出相位差值，并于之后计算各相位差值的平均值，将其中的噪声干扰成分消除。

因此能够在节省硬件的情况下，利用此取样频率偏移估计电路仍然可以估计通讯系统的偏移值，并通过补偿电路，补偿因为频率偏移而受到影响的信号。其目的在于设计可以节省硬件的取样频率偏移估计电路，利用储存信号相位值的电路与计算相位差值的电路，以分别取代公知技术中需要大量消耗硬件成本的储存信号复数值(包括实部与虚部)的电路与共轭相乘的电路。

欲实施本发明所揭示的电路，主要是利用数学上线性的概念来降低硬件成本，通过硬件实现以下数学上的处理。

本发明取样频率偏移估计与补偿装置开始接收受到取样频率偏移影响的信号，如上述方程式(1)所示：

$S_{l,k}=H_k\×P_{l,k}\×e^{-j2\mathrm{\πl}\left(\frac{{\mathrm{kN}}_{\mathrm{OFDM}}\mathrm{\ϵ}}{N}\right)}+N_{\mathrm{noise},l}$

-----------------------------------------(1)

其中H_k为通道效应、P_l，k为原始未受影响的信号，ε为取样频率偏移值，本发明目的即为了压抑N_noise，l中所包含因为取样频率偏移产生的噪声与载波间干扰，接着将此受到取样频率偏移影响的输入信号，于载有导频信号的载波除上P_l，k并取出其相位，如方程式(7)所示，本发明于此仅需储存各信号相位值：

$\arg \left\{\frac{S_{l,k}}{P_{l,k}}\right\}=\arg \left\{H_k\right\}-j2\mathrm{\πl}\left(\frac{{\mathrm{kN}}_{\mathrm{OFDM}}\mathrm{\ϵ}}{N}\right)+\arg \left\{N_{\mathrm{noise},l}\right\}$

-----------------------------------------(7)

接着将相隔l_sum个符元的相位作相减，利用延迟l_sum个符元与原来的接收的导频信号相位相减，如方程式(8)，其中下标显示有l_sum个符元的差距：

$\arg \left\{Y_{l,k}\right\}=\arg \left\{\frac{S_{l,k}}{P_{l,k}}\right\}-\arg \left\{\frac{S_{l+l_{\mathrm{sum}},k}}{P_{l+l_{\mathrm{sum}},k}}\right\}=2\mathrm{\π}{l}_{\mathrm{sum}}\left(\frac{{\mathrm{kN}}_{\mathrm{OFDM}}\mathrm{\ϵ}}{N}\right)+\left(\arg \left\{N_{\mathrm{noise},l}\right\}-\arg \left\{N_{\mathrm{noise},l+l_{\mathrm{sum}}}\right\}\right)$

-----------------------------------------(8)

由于方程式(8)中相减后的相位值有一定的机率大于π或小于-π，会使之后的运算有严重错误的情形发生，因此需调整相减后的相位差值于±π之间，表示为方程式(9)：

$\arg \left\{Y_{l,k}\right\}=\left\{\begin{array}{cc}\arg \left\{Y_{l,k}\right\}-\mathrm{\&pi;}& \mathrm{if}\arg \left\{Y_{l,k}\right\}>\mathrm{\&pi;}\\ \arg \left\{Y_{l,k}\right\}+\mathrm{\&pi;}& \mathrm{if}\arg \left\{Y_{l,k}\right\}<-\mathrm{\&pi;}\end{array}\right.$

-----------------------------------------(9)

由于方程式(8)的 $\left(\arg \right\{N_{\mathrm{noise},l}\}-\arg \left\{N_{\mathrm{noise},l+l_{\mathrm{sum}}}\right\})$ 中包含了噪声与载波间干扰的相位，为了压抑此效应，可通过累积一定数量的符元相位后，降低此干扰值，在此累积一连续时间的符元表示如方程式(10)：

arg{Y_l，k}+arg{Y_l+1，k}+...+arg{Y_l+lsum-l，k}

$=l_{\mathrm{sum}}\&times;\left[2\mathrm{\&pi;}{l}_{\mathrm{sum}}\left(\frac{k{N}_{\mathrm{OFDM}}\mathrm{\&epsiv;}}{N}\right)\right]+\arg \left\{N_{\mathrm{noise},l~l+2*l_{\mathrm{sum}}-1}\right\}$

-----------------------------------------(10)

其中由于累积了一定量的符元个数，的值将趋近于零，接着方程式(10)除以

即可得到相邻符元间的相位差，即为方程式(11)所示利用误差平方和最小准则求出取样频率偏移的估计值：

$2\mathrm{\&pi;}\left(\frac{{\mathrm{kN}}_{\mathrm{OFDM}}\mathrm{\&epsiv;}}{N}\right)$

$=\frac{\arg \left\{Y_{l,k}\right\}+\arg \left\{Y_{l+1,k}\right\}+...+\arg \left\{Y_{l+l_{\mathrm{sum}}-1,k}\right\}}{l_{\mathrm{sum}}^2}$

-----------------------------------------(11)

之后，将信号的相位提出，在此只需将ε_sum依照不同的载波位置(如方程式(1)的k值)与原信号相位作相减即可得到补偿后的信号，表示如方程式(12)：

$\arg \left\{S_{l,k}\right\}-[-j2\mathrm{\&pi;}\left(\frac{{\mathrm{kN}}_{\mathrm{OFDM}}{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{sum}}}{N}\right)]=\arg \{P_{l,k}\&times;H_k\}+\arg \left\{N_{\mathrm{noise},l}\right\}$

-----------------------------------------(12)

数学上，由方程式(8)、(10)与(12)可观察出，本发明在估计取样频率偏移值时，只需使用储存信号相位值的电路储存相位值，无须如同储存信号复数值的电路储存信号的实部与虚部值。本发明利用计算相位差值的电路达到相位相减的功能，无须使用共轭相乘的电路，接着在补偿取样频率偏移值时使用相位差值的电路取代共轭相乘的电路，明显的降低硬件成本。

更者，上述取样频率偏移补偿电路之后的均衡器电路，除了使用复数除法器除上述较复杂的方法实现之外，亦可使用相位值相减以及振幅相减的低复杂度的方法实现之，而由于取样频率偏移补偿电路的信号为相位，因此，使用上述的方式，使得后续的电路也跟着降低硬件成本。

图2为本发明取样频率偏移估计装置的电路方块图，其中特别的是，使用储存信号相位值的电路，或是暂存内存，而不用储存信号复数值，并且仅使用相位相减得到相位差值，并无需执行共轭相乘的电路。

信号进入系统，由图2中的取样频率偏移估计电路20接收，先通过计算相位的电路201计算各符元相位值，如方程式(7)所示，再通过选取导频信号的电路203撷取符元(symbol)中的导频信号(pilot)，如方程式(1)所表示的信号，借由计算导频信号的相位差来得出整体系统的取样频率偏移。

此时所接收的信号将与延迟多个符元后的导频信号相减得出相位差值，利用延迟电路205延迟所接收的符元，利用计算相位差值的电路207使相隔多个的符元间作相位相减，如方程式(8)，取代利用累加至一定量的符元个数并执行共轭相乘得出相位差的技术。

之后，不同于公知技术需要储存各信号值的电路，本发明仅利用储存信号相位差的电路209储存通过上述计算相位差值的电路207得出的相位差值，而相位差储存之前将先通过方程式(9)调整相减后的值，使各差值能落于±π内。接着利用累加并计算相邻符元间相位的电路211累加一定数量的符元相位，以此压抑系统中噪声与载波间干扰，如方程式(10)所示。

在此取样频率偏移估计电路中，实现方程式(11)的累加并计算相邻符元间相位的电路211，接着将累加的符元相位送入误差平方和最小电路213，使用误差平方和最小准则得出相邻符元间的相位差，此即估计出此通讯系统的取样频率偏移的估计值。

于本发明中，即需将依照不同的载波位置与原信号相位作相减即可得到补偿后的信号，表示如方程式(12)，而补偿电路的实施例请参阅图3所示的电路方块图。

图2所示的取样频率偏移估计电路20所得出的估计值将引入图3所示的取样频率偏移补偿电路30，之后，只需将经累加过的偏移值(ε_sum)依照不同的载波位置与原信号相位作相减即可得到补偿后的信号。

此补偿电路将接收取样频率偏移估计电路20所计算的相位值，并于之后再将取样频率偏移估计电路20所得出的此通讯系统的偏移估计值(ε)引入取样频率偏移值权重累加的电路303，利用此电路303给予每个符元的取样频率偏移值不同的权重，并将所有值作累加，可得到上述累加过后的取样频率偏移值ε_sum。

接着利用乘上载波位置的电路305将各符元乘上载波位置的电路，给予每个取样点(符元)相对应的载波位置。之后利用计算相位差值的电路307将ε_sum依照不同的载波位置与原信号相位作相减即可得到补偿后的信号。

本发明另一优点是，为避免此将存在着估计质量受限于均衡器的情形发生，本发明技术可将均衡器设置于上述取样频率偏移估计电路20与取样频率偏移补偿电路30之后，如图4所示。即先通过取样频率偏移估计电路20得出偏移估计值，并接着引入取样频率偏移补偿电路30得出经补偿后的信号，将再利用图4所示的消除信道效应的均衡器电路40执行消除信道效应的动作。

于此均衡器电路40中，除了应用公知使用复数除法器执行较复杂的方法实现之外，可如图4所示，使用减法器401执行信号进入此系统前所预估的信道相位405与经补偿的信号间的减法运算，借此消除通道效应。另外，此均衡器电路40能接收由计算进入此系统的信号振幅的电路410，与预估的通道振幅407执行除法运算，如以计算振幅的除法器403实施之。

虽然除法器403的硬件较复杂，然配合之前执行取样频率偏移估计与补偿的电路配合，已可免除使用复数(complex)除法器，仍使得后续的电路也跟着降低硬件成本。

整理上述估计值的计算方法，请参阅图5所示的流程，此流程显示本发明的取样频率偏移估计方法步骤，配合上述图2所示的估计电路，步骤一开始，先接收信号(步骤S501)，得到被取样频率偏移影响的信号，接着计算各信号的相位(步骤S503)，并撷取出其中的导频信号(步骤S505)，利用延迟电路延迟多个符元(步骤S507)，使延迟多个符元之后的信号与原来的接收的导频信号相位相减(步骤S509)，当中需将各相位差限制于一定范围内，如±π之间。

因为得出的数值为相位差，故仅需以储存电路或是暂存内存等电路储存相位差值(步骤S511)，并执行各符元的累加步骤(步骤S513)，再接着计算相邻符元间相位差(步骤S515)，以误差平方和最小准则(步骤S517)得出取样频率偏移的估计值(步骤S519)。

而图6所示则为利用上述估计值执行本发明取样频率偏移补偿的流程。通讯系统将先接收信号，尤其针对得到被取样频率偏移影响的符元(步骤S601)，并计算各符元的导频信号的相位，而此相位在整个通讯系统中已于取样频率偏移估计电路中产生(步骤S603)，此时，此取样频率偏移补偿电路将引入上述通过估计电路得出的取样频率偏移估计值(步骤S605)，将此通讯系统的取样频率偏移估计值引入，利用偏移值权重累加的电路给予每个接收的导频信号的偏移值不同的取样频率偏移值的权重，接着将经过不同权重处理的偏移值累加起来(步骤S607)，累积一连续时间的符元相位，可消除干扰。

得到经累加的偏移值后，各符元乘上载波位置得到每个取样点(符元)相对应的载波位置(步骤S609)，使用上述累加的偏移值，依照不同的载波位置，与原符元信号相位作相减(步骤S611)，即可得到补偿后的信号(步骤S613)。

本发明所提供的取样频率偏移估计电路与取样频率偏移补偿电路，与其它公知技术相互比较时，具备下列优点：

1.本发明于取样频率偏移估计电路可取代储存信号复数值的电路成为储存信号相位值的电路，缓存器(或储存电路)只需储存相位值，而无须再储存复数值的实部与虚部，节省缓存器的用量；

2.本发明于取样频率偏移估计电路可用一个计算相位差值的电路取代共轭相乘的电路，节省乘法器的消耗；

3.本发明于取样频率偏移补偿电路可用一个计算相位差值的电路取代共轭相乘的电路，节省乘法器的消耗；

4.本发明于均衡器电路可用一个计算相位差值以及振幅除法器的电路取代复数除法器的电路，节省复数除法器的消耗。

综上所述，本发明为一种取样频率偏移估计与补偿装置与方法，通过相位差的计算节省取样频率偏移估计与补偿中乘法器的运用与其储存电路的使用，利用电路实施的数学方法达成取样频率偏移估计与相位补偿的目的。

但是以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即局限本发明的专利保护范围，故凡运用本发明说明书及附图内容所为的等效结构变化，均同理包含于本发明的保护范围内，特此说明。

Claims (14)

1.一种取样频率偏移估计装置，其特征在于，包括有：

一计算相位的电路，用以计算受到取样频率偏移影响的信号的相位值；

一选取导频信号的电路，用以撷取该信号中的导频信号；

一延迟电路，用以将该所接收的信号延迟多个符元；

一计算相位差值的电路，将该所接收的信号与该经过延迟多个符元后的导频信号相减得出一或多个相位差值；

一储存信号相位差的电路，用以储存该相位差值；

一累加并计算相邻符元间相位的电路，用以累加一连续时间的符元相位；以及

一误差平方和最小电路，将该累加的符元相位使用一误差平方和最小准则得出一取样频率偏移估计值。

2.如权利要求1所述的取样频率偏移估计装置，其特征在于，于该储存信号相位差的电路储存该相位差值前，即利用该计算相位差值的电路将相位差调整于±π内。

3.一种利用权利要求1所述的取样频率偏移估计装置得出的该取样频率偏移估计值的取样频率偏移补偿装置，其特征在于，包括有：

一计算相位的电路，由接收的信号计算各信号相位；

一取样频率偏移值权重累加的电路，引入该取样频率偏移估计值，并给予每个符元的取样频率偏移值不同的权重，累加后得到一累加过后的取样频率偏移值；

一乘上载波位置的电路，将各符元乘上载波位置，得到相对应的载波位置；以及

一计算相位差值的电路，依照不同的载波位置与原信号相位作相减，得到补偿后的信号。

4.如权利要求3所述的取样频率偏移补偿装置，其特征在于所述的取样频率偏移补偿装置再通过一均衡器电路消除信道效应。

5.如权利要求4所述的取样频率偏移补偿装置，其特征在于所述的均衡器电路更包括有一减法器，用以执行一预估的通道相位与经补偿的信号间的减法运算。

6.如权利要求4所述的取样频率偏移补偿装置，其特征在于所述的均衡器电路接收一计算振幅的电路的信号，与一预估的通道振幅执行除法运算。

7.一种取样频率偏移估计方法，其特征在于，包括有：

接收被取样频率偏移影响的信号；

计算该信号的相位；

撷取导频信号；

延迟多个符元；

使延迟多个符元之后的信号与原来的接收的导频信号相位相减；

储存相位差值；

执行各符元的累加步骤；

计算相邻符元间相位差；以及

得出一取样频率偏移的估计值。

8.如权利要求7所述的取样频率偏移估计方法，其特征在于，将相减的相位差调整于±π内。

9.如权利要求7所述的取样频率偏移估计方法，其特征在于，通过一误差平方和最小准则得出该取样频率偏移的估计值。

10.一种引入如权利要求8所述的取样频率偏移的估计值的取样频率偏移补偿方法，其特征在于，步骤包括有：

接收得到被取样频率偏移影响的符元；

引入该取样频率偏移估计值；

将经过不同权重处理的取样频率偏移值累加起来；

各符元乘上载波位置，以得到每个符元相对应的载波位置；

利用该累加的取样频率偏移值，依照不同的载波位置，与原接收的符元相位作相减；以及

得到补偿后的信号。

11.如权利要求10所述的取样频率偏移补偿方法，其特征在于，利用一计算相位差值的电路执行该累加的取样频率偏移值与原接收的符元相位相减的步骤。

12.如权利要求10所述的取样频率偏移补偿方法，其特征在于，利用一均衡器，利用该得到补偿后的信号消除信道效应。

13.如权利要求12所述的取样频率偏移补偿方法，其特征在于，执行该经补偿的信号与一预估的信道相位的减法运算。

14.如权利要求12所述的取样频率偏移补偿方法，其特征在于所述的均衡器电路更接收一计算振幅的电路的信号，与一预估的通道振幅执行除法运算。

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