CN101689882B - 用于估计和校正lte中的频率偏移的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于根据Zadoff-Chu序列来估计和校正频率偏移的装置和方法,所述Zadoff-Chu序列用在LTE(长期演进)中作为随机访问前导码或专用导码。通过测量在所接收的信号和具有不同的循环移位的有关的Zadoff-Chu序列之间的相关输出中的前两个最大的峰值的功率差,所述装置使用频率偏移和前两个最大峰值的功率差之间的关系来估计发送器和接收器之间的频率偏移。根据所估计的频率偏移执行该校正。所公开的装置和方法可估计较高的频率偏移,并可容忍更多的噪声。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术,尤其是涉及LTE(长期演进)中的频率偏移的估计和校正。
背景
随着对移动通信系统提供的较高数据速率的要求的增加,具有正交频率的多载波被引入下一代工业标准,例如在LTE中用于下行链路的OFDM或用于上行链路的SC-FDMA。LTE是对第三代合作伙伴计划内的计划给出的名称,以改进UMTS移动电话标准来适应未来的技术发展。LTE的目标之一是提高频谱效率。因为正交频率提供比当前的蜂窝标准多得多的灵活性来分配无线资源,因此提高了频谱效率。
但正交频率的一个固有缺点是对频率误差的灵敏度。频率误差可损害子载波中的正交性,因而可将性能劣化引入通信系统中。降低频率误差极其重要。但在某个时间内的固定频率偏移和频率扩展可促成频率误差。
有很多不同的方法来获得频率偏移估计。其中通常通过观察在一段时期内时域中的重复的段,例如循环前缀(CP)或一些特别设计的重复的OFDM符号,来执行OFDM系统中频率偏移的估计。在OFDM系统中,循环前缀是在防护间隔期间附加到符号的前面的数据符号的最后部分的复制。在该时间内循环前缀的重复给出对某个频率偏移的提示。重复的部分的积累与频率偏移成比例。但通常该方法可对低的频率偏移起作用,且它不能容忍太多的噪声。
发明的公开内容
本发明的目的是提供一种用于估计在LTE中的频率偏移的方法,其可对相对高的频率偏移起作用,并可容忍相对更多的噪声。该方法包括:(a)在发送器侧,将所述Zadoff-Chu序列应用于待发送的信号;(b)在接收器侧,用具有所有不同的循环移位的所述Zadoff-Chu序列扫描所接收的信号,以获得所述Zadoff-Chu序列的自相关函数;(c)检测所述自相关函数和/或所述自相关函数的功率中的前两个最大的峰值,以获得所述前两个最大的峰值之间的功率差;(d)通过使用一组给定的频率偏移和一组相应的所述前两个最大的峰值的功率差来近似所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的关系,其中根据功率分布值和所述频率偏移之间的所述关系来计算相应的功率差;以及(e)使用所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的所述关系来估计所述发送器和所述接收器之间的频率偏移。
本发明的另一目的是提供一种用于估计LTE中频率偏移的方法,其可对相对高的频率偏移起作用,并可容忍相对更多的噪声。该方法包括:(a)在发送器侧,将所述Zadoff-Chu序列应用于待发送的信号;(b)在接收器侧,用具有所有不同的循环移位的所述Zadoff-Chu序列扫描所接收的信号,以获得所述Zadoff-Chu序列的自相关函数;(c)检测所述自相关函数和/或所述自相关函数的功率中的前两个最大的峰值,以获得所述前两个最大的峰值之间的功率差;(d)通过使用一组给定的频率偏移和一组相应的所述前两个最大的峰值的功率差来近似所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的关系,其中根据功率分布值和所述频率偏移之间的所述关系来计算相应的功率差;(e)估计信号功率和噪声功率,并获得所估计的信噪比;以及(f)使用所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的所述关系来估计所述发送器和所述接收器之间的频率偏移。
本发明的进一步的目的是提供一种用于估计在LTE中的频率偏移的装置,其可对相对高的频率偏移起作用,并可容忍相对更多的噪声。该装置包括:相关器,其用于获得所接收的信号和具有某个循环移位的所述Zadoff-Chu序列的共轭的内积,其中所述Zadoff-Chu序列应用于待发送的信号;检测和计算装置,其用于检测来自所述相关器的输出和/或所述输出的功率中的前两个最大的峰值并接着计算所述前两个最大的峰值之间的功率差;计算装置,其用于通过使用一组给定的频率偏移和一组相应的所述前两个最大的峰值的功率差来近似所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的关系,其中根据功率分布值和所述频率偏移之间的所述关系来计算相应的功率差;计算器,其用于使用所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的所述关系来计算所述频率偏移的估计值。
本发明的进一步的目的是提供一种用于估计在LTE中的频率偏移的装置,其可对相对高的频率偏移起作用,并可容忍相对更多的噪声。该装置包括:相关器,其用于获得所接收的信号和具有某个循环移位的所述Zadoff-Chu序列的共轭的内积,其中所述Zadoff-Chu序列应用于待发送的信号;用于估计噪声的功率的估计器;用于估计所接收的信号的功率的估计器;用于获得信噪比的计算装置;检测和计算装置,其用于检测来自所述相关器的输出和/或所述输出的功率中的前两个最大的峰值并接着计算所述前两个最大的峰值之间的功率差;计算装置,其用于通过使用一组给定的频率偏移和一组相应的所述前两个最大的峰值的功率差来近似所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的关系,其中根据功率分布值和所述频率偏移之间的所述关系来计算相应的功率差;以及计算器,其用于使用所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的所述关系来计算所述频率偏移的估计值。
本发明的进一步的目的是提供用于校正LTE中频率偏移的方法。该方法包括:(a)在发送器侧,将所述Zadoff-Chu序列应用于待发送的信号;(b)在接收器侧,用具有所有不同的循环移位的所述Zadoff-Chu序列扫描所接收的信号,以获得所述Zadoff-Chu序列的自相关函数;(c)检测所述自相关函数和/或所述自相关函数的功率中的前两个最大的峰值,以获得所述前两个最大的峰值之间的功率差;(d)通过使用一组给定的频率偏移和一组相应的所述前两个最大的峰值的功率差来近似所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的关系,其中根据功率分布值和所述频率偏移之间的所述关系来计算相应的功率差;(e)使用所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的所述关系来估计所述发送器和所述接收器之间的频率偏移;以及(f)根据所估计的频率偏移校正频率偏移。
本发明的进一步的目的是提供用于校正LTE中频率偏移的方法。该方法包括:(a)在发送器侧,将所述Zadoff-Chu序列应用于待发送的信号;(b)在接收器侧,用具有所有不同的循环移位的所述Zadoff-Chu序列扫描所接收的信号,以获得所述Zadoff-Chu序列的自相关函数;(c)检测所述自相关函数和/或所述自相关函数的功率中的前两个最大的峰值,以获得所述前两个最大的峰值之间的功率差;(d)通过使用一组给定的频率偏移和一组相应的所述前两个最大的峰值的功率差来近似所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的关系,其中根据功率分布值和所述频率偏移之间的所述关系来计算相应的功率差;(e)估计信号功率和噪声功率,并获得所估计的信噪比;(f)使用所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的所述关系来估计所述发送器和所述接收器之间的频率偏移;以及(g)根据所估计的频率偏移校正频率偏移。
本发明的进一步的目的是提供一种用于校正在LTE中的频率偏移的装置。该装置包括:相关器,其用于获得所接收的信号和具有某个循环移位的所述Zadoff-Chu序列的共轭的内积,其中所述Zadoff-Chu序列应用于待发送的所述信号;检测和计算装置,其用于检测来自所述相关器的输出和/或所述输出的功率中的前两个最大的峰值并接着计算所述前两个最大的峰值之间的功率差;计算装置,其用于通过使用一组给定的频率偏移和一组相应的所述前两个最大的峰值的功率差来近似所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的关系,其中根据功率分布值和所述频率偏移之间的所述关系来计算相应的功率差;计算器,其用于使用所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的所述功率差之间的所述关系来计算所述频率偏移的估计值;以及校正器,其用于使用所计算的所述频率偏移来校正所述所接收的信号的频率。
本发明的进一步的目的是提供一种用于校正在LTE中的频率偏移的装置。该装置包括:相关器,其用于获得所接收的信号和具有某个循环移位的所述Zadoff-Chu序列的共轭的内积,其中所述Zadoff-Chu序列应用于待发送的信号;用于估计噪声的功率的估计器;用于估计所接收的信号的功率的估计器;用于获得信噪比的计算装置;检测和计算装置,其用于检测来自所述相关器的输出和/或所述输出的功率中的前两个最大的峰值并接着计算所述前两个最大的峰值之间的功率差;计算装置,其用于通过使用一组给定的频率偏移和一组相应的所述前两个最大的峰值的功率差来近似所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的关系,其中根据功率分布值和所述频率偏移之间的所述关系来计算相应的功率差;计算器,其用于使用所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的所述关系来计算所述频率偏移的估计值;以及校正器,其用于使用所计算的所述频率偏移来校正所述所接收的信号的频率。
附图的简要说明
图1示出根据本发明的一个实施方式在具有噪声的情况下估计频率偏移的流程图;以及
图2示出根据本发明的一个实施方式的频率偏移的实际值和频率偏移的估计值。
本发明的详细描述
在LTE中,引入了一种特殊的多相序列-Zadoff-Chu序列,其以完全不同的方法提供了估计频率偏移的可能性。Zadoff-Chu序列具有极好的自相关特征。如果没有频率偏移,自相关在被对齐时是非零,或在被移位时是零。由于频率偏移的存在,在自相关函数中将有两个最大的峰值。发明人注意到,这两个最大的峰值之间的距离指示Zadoff-Chu序列的根数(rootnumber),且两个峰值之间的幅值差与偏移量成比例。换句话说,频率偏移直接与两个最大峰值的功率差有关。
本发明的基本概念是,如果两个最大峰值的频率偏移和功率差之间的关系是已知的,则可利用该关系通过测量该两个峰值的功率差来估计频率偏移。当然,作为可行的解决方案,应考虑噪声水平。
在下文中通过作为一个例子应用于前导序列(preamble sequence),描述了一个详细的解决方案,且它可类似地应用于定义Zadoff-Chu序列的任何其它情况,例如,专用导码(dedicated pilot)。
在忽略噪声的情况下,某个频率偏移的存在对每个所接收的样本导致如下所示的相移:
其中是所接收的信号,n是相应于所接收的信号的一个样本的时间标签,Δω是关于采样率的标准化频率偏移 r(n)是没有频率偏移的所接收的样本,其中Δf是频率偏移,以及fs是采样频率。
前导检测相关器的输出是所接收的矢量的内积和具有某个循环移位k的有关的Zadoff-Chu序列的共轭的内积:
其中u是Zadoff-Chu序列的根数,它是发送器和接收器都已知的预定义的参数。以及NZC是Zadoff-Chu序列的长度。
然后得到Cv(k)的功率为:
不同的序列具有不同的峰值距离,例如,当u=150且频率偏移为500Hz时,以及在测试中最大的峰值被定义在0,则第二峰值位于330。且最大峰值和第二大峰值之间的功率比大约为4dB。
两个最大峰值之间的差随着频率偏移而变化,且本发明的下一个重要的步骤是找到功率峰值差和频率偏移之间的关系的良好近似。
为了获得功率峰值差和频率偏移之间的关系,可首先根据上面的方程(2)和(3)在理论上得到与频率偏移有关的功率分布值。然后可对给定频率偏移在数值上计算功率峰值差。以这种方法,对于一组给定的频率偏移,可计算一组相应的功率峰值差。且使用这组给定的频率偏移和所计算的这组相应的功率峰值差,它们之间的关系可通过使用某些数学近似方法中之一来被近似,且该关系可由一种数学模型,即,一种数学方程来表示。
接着在估计和校正频率偏移的过程中,在接收器侧获得功率峰值差之后,通过使用所近似的关系和所获得的功率峰值差可计算相应的频率偏移。
可选地,本领域中已知的任何一种近似方法也可用于获得功率峰值差和频率偏移之间的关系,且也可获得不同的方程形式,用于指示功率峰值差和频率偏移之间的关系。接着获得在被近似的方程中的不同系数及其值,用于估计和校正频率偏移。
在本发明的一个实施方式中,在一个近似方案中,我们发现,该关系可呈现二阶多项式的形式,因此可通过二阶多项式来近似频率偏移,其中Δf是频率偏移:
D(Δf)=A·(Δf)2+B·(Δf)+C (4)
使用我们的近似方法,我们发现,当A=-1.4818,B=-179和C=7.164e5时,我们可得到最佳近似结果。
如果考虑噪声,则标准化峰值功率差被修改为:
其中P1是最大峰值的功率,P2是第二大峰值的功率,σ是所估计的噪声的功率,以及ρ是信噪比。
所以我们可得到 接着二阶多项式被修改为:
以这种方法,频率偏移可根据上面修改的二阶多项式被估计为:
根据方程(5)和(7),频率偏移也可被估计为:
根据上面的描述,我们可通过测量自相关函数中的前两个峰值之间的功率差、噪声功率和信噪比(如果有噪声)来估计频率偏移。
在一个实施方式中,当有噪声时,图1示出根据本发明的估计频率偏移的过程。在步骤101中,在接收器侧,使用具有所有不同的循环移位的Zadoff-Chu序列来扫描接收的信号,以得到Zadoff-Chu序列的自相关函数。在步骤102中,获得自相关函数的功率的最大峰值。在步骤103中,获得自相关函数的功率的第二大峰值。可选地,也可首先获得自相关函数的前两个最大峰值,接着计算前两个最大峰值的功率。接着在步骤104中,计算所获得的前两个最大峰值的功率之差。在步骤106中,在接收器侧,估计所接收的信号的功率。在步骤107中,估计在发送过程期间产生的噪声的功率。接下来在步骤108中,使用在步骤106和107中估计的结果来计算信噪比。使用所得到的噪声的功率和信噪比,我们继续进行到步骤105,其中频率偏移可被计算为:
接着在步骤109,过程结束。
在本实施方式中,步骤106和步骤107可在步骤108之前的任何时间执行,且步骤108可在步骤105之前的任何时间执行。
根据我们的实验结果,我们在图2中列出根据本发明的该实施方式的频率偏移的实际值和频率偏移的估计值。对于该图,可看到,根据本发明获得的估计值与实际值很好的一致。
根据本发明的另一方面,提供了一种用于校正LTE中的频率偏移的方法。如果估计了频率偏移,则可在接收器侧校正所接收的信号的频率。所以可相应地实现一种用于校正LTE中的频率偏移的方法。根据本发明,用于校正频率偏移的方法包括基于根据本发明的用于估计频率偏移的方法的所估计的频率偏移来校正频率偏移的步骤。
根据本发明的另一方面,当噪声不可忽略时,则用于估计频率偏移的装置包括:
用于获得所接收的信号和具有某个循环移位的Zadoff-Chu序列的共轭的内积的相关器,其中Zadoff-Chu序列应用于待发送的信号;
用于估计噪声的功率的估计器;
用于估计所接收的信号的功率的估计器和用于获得信噪比的计算装置;
用于检测来自相关器的输出和/或输出的功率中的前两个最大的峰值并接着计算前两个最大的峰值之间的功率差的检测和计算装置;以及
用于通过下式计算频率偏移的计算器:
根据本发明的另一方面,提供了用于校正LTE中的频率偏移的装置。如果估计了频率偏移,则可在接收器侧校正所接收的信号的频率。所以可相应地实现用于校正LTE中的频率偏移的装置。根据本发明,用于校正频率偏移的装置包括本发明的用于估计频率偏移的装置和基于所估计的频率偏移来校正频率偏移的校正器。
在其它实施方式中,可使用其它近似方法,且不同的方程形式也可获得,用于指示功率峰值差和频率偏移之间的关系,并接着获得不同的系数及其值。因此,用于估计和校正LTE中的频率偏移的方法和装置将根据所使用的近似方法来修改。
上面关于前导序列描述实施方式,然而,所得到的方程可类似地应用于定义Zadoff-Chu序列的任何其它情况,例如,专用导码。
根据上面的描述,根据本发明的实施方式可估计较高的频率偏移,并可容忍更多的噪声。
虽然示出和描述了本发明的实施方式,但意图不是这些实施方式示出和描述本发明的所有可能的形式。更确切地,在说明书中使用的词是描述性的而不是限制性的词,且应理解,可进行各种变化和更改而不偏离本发明的实质和范围。
Claims (10)
1.一种用于使用Zadoff-Chu序列来估计在LTE中存在噪声的影响的频率偏移的方法,其包括:
(a)在发送器侧,将所述Zadoff-Chu序列应用于待发送的信号;
(b)在接收器侧,用具有所有不同的循环移位的所述Zadoff-Chu序列扫描所接收的信号,以获得所述Zadoff-Chu序列的自相关函数;
(c)检测所述自相关函数和/或所述自相关函数的功率中的前两个最大的峰值,以获得所述前两个最大的峰值之间的功率差;
(d)通过使用一组给定的频率偏移和一组相应的所述前两个最大的峰值的功率差来近似所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的关系;以及
(e)使用所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的所述关系来估计所述发送器和所述接收器之间的频率偏移。
2.一种用于使用Zadoff-Chu序列来估计在LTE中存在噪声的影响的频率偏移的方法,其包括:
(a)在发送器侧,将所述Zadoff-Chu序列应用于待发送的信号;
(b)在接收器侧,用具有所有不同的循环移位的所述Zadoff-Chu序列扫描所接收的信号,以获得所述Zadoff-Chu序列的自相关函数;
(c)检测所述自相关函数和/或所述自相关函数的功率中的前两个最大的峰值,以获得所述前两个最大的峰值之间的功率差;
(d)通过使用一组给定的频率偏移和一组相应的所述前两个最大的峰值的功率差来近似所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的关系;
(e)估计信号功率和噪声功率,并获得所估计的信噪比;以及
(f)使用所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的所述关系、所估计的噪声功率和所述信噪比来估计所述发送器和所述接收器之间的频率偏移。
4.一种用于使用Zadoff-Chu序列来估计在LTE中存在噪声的影响的频率偏移的装置,其包括:
相关器,其用于获得所接收的信号和具有某个循环移位的所述Zadoff-Chu序列的共轭的内积,其中所述Zadoff-Chu序列应用于待发送的信号;
检测和计算装置,其用于检测来自所述相关器的输出的功率中的前两个最大的峰值并接着计算所述前两个最大的峰值之间的功率差;
计算装置,其用于通过使用一组给定的频率偏移和一组相应的所述前两个最大的峰值的功率差来近似所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的关系;
计算器,其用于使用所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的所述关系来计算所述频率偏移的估计值。
5.一种用于使用Zadoff-Chu序列来估计在LTE中存在噪声的影响的频率偏移的装置,其包括:
相关器,其用于获得所接收的信号和具有某个循环移位的所述Zadoff-Chu序列的共轭的内积,其中所述Zadoff-Chu序列应用于待发送的信号;
用于估计噪声的功率的估计器;
用于估计所接收的信号的功率的估计器;
用于使用所估计的噪声功率和所估计的信号的功率来获得信噪比的计算装置;
检测和计算装置,其用于检测来自所述相关器的输出和/或所述输出的功率中的前两个最大的峰值并接着计算所述前两个最大的峰值之间的功率差;
计算装置,其用于通过使用一组给定的频率偏移和一组相应的所述前两个最大的峰值的功率差来近似所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的关系;以及
计算器,其用于使用所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的所述关系、所估计的噪声的功率和所述信噪比来计算所述频率偏移的估计值。
6.如权利要求5所述的用于估计频率偏移的装置,其中用于计算频率偏移的所述计算器使用下列关系来计算频率偏移值Δf:
其中P1、P2是来自所述检测和计算装置的所述前两个最大的峰值,σ是所估计的噪声的功率,ρ是信噪比,且A、B和C的值通过所述计算装置被计算,其中A=-1.4818,B=-179和C=7.164e5。
7.一种用于使用Zadoff-Chu序列来校正在LTE中存在噪声的影响的频率偏移的装置,其包括:
相关器,其用于获得所接收的信号和具有某个循环移位的所述Zadoff-Chu序列的共轭的内积,其中所述Zadoff-Chu序列应用于待发送的所述信号;
检测和计算装置,其用于检测来自所述相关器的输出和/或所述输出的功率中的前两个最大的峰值并接着计算所述前两个最大的峰值之间的功率差;
计算装置,其用于通过使用一组给定的频率偏移和一组相应的所述前两个最大的峰值的功率差来近似所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的关系;
计算器,其用于使用所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的所述功率差之间的所述关系来计算所述频率偏移的估计值;以及
校正器,其用于使用所计算的所述频率偏移的估计值来校正所述所接收的信号的频率。
8.一种用于使用Zadoff-Chu序列来校正在LTE中存在噪声的影响的频率偏移的装置,其包括:
相关器,其用于获得所接收的信号和具有某个循环移位的所述Zadoff-Chu序列的共轭的内积,其中所述Zadoff-Chu序列应用于待发送的信号;
用于估计噪声的功率的估计器;
用于估计所接收的信号的功率的估计器;
用于使用所估计的噪声功率和所估计的信号的功率来获得信噪比的计算装置;
检测和计算装置,其用于检测来自所述相关器的输出和/或所述输出的功率中的前两个最大的峰值并接着计算所述前两个最大的峰值之间的功率差;
计算装置,其用于通过使用一组给定的频率偏移和一组相应的所述前两个最大的峰值的功率差来近似所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的关系;
计算器,其用于使用所述频率偏移和所述前两个最大的峰值的功率差之间的所述关系、所估计的噪声的功率和所述信噪比来计算所述频率偏移的估计值;以及
校正器,其用于使用所计算的所述频率偏移的估计值来校正所述所接收的信号的频率。
9.如权利要求8所述的用于校正频率偏移的装置,其中用于计算所述频率偏移的所述计算器使用下列关系来计算频率偏移值Δf:
其中P1、P2是来自所述检测和计算装置的所述前两个最大的峰值,σ是所估计的噪声的功率,ρ是信噪比,且A、B和C的值通过所述计算装置被计算,其中A=-1.4818,B=-179和C=7.164e5。
10.一种用于使用Zadoff-Chu序列来校正在LTE中存在噪声的影响的频率偏移的方法,其包括:
根据权利要求1到3中的任一项估计所述频率偏移;以及
根据所估计的所述频率偏移来校正所述频率偏移。
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- 2008-10-10 CN CN200880003290.8A patent/CN101689882B/zh active Active
- 2008-10-10 WO PCT/CN2008/072652 patent/WO2010040264A1/en active Application Filing
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