CN101998291A - 通信系统中的对数据接收进行定时控制的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通信系统中的对数据接收进行定时控制的设备，包括：睡眠控制装置，控制该设备的睡眠时间并发出激活信号；数据接收装置，基于所述睡眠控制装置发出的激活信号唤醒所述设备并接收数据；定时估计装置，基于所述数据接收装置接收的数据进行定时估计并输出定时估计结果；以及定时调整装置，基于所述定时估计装置输出的定时估计结果调整所述数据接收装置接收的数据的定时。相应地，本发明还提供了一种通信系统中的对数据接收进行定时控制的方法。通过采用上述方法或设备可以有效地消除定时偏差对通信系统性能的不利影响。

Description

通信系统中的对数据接收进行定时控制的设备和方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种通信系统中的对数据接收进行定时控制的设备和方法。

背景技术

通常，通信系统中的设备在不需要接收数据时会使其处于睡眠状态，而在需要接收数据时重新唤醒。然而，唤醒后的定时往往与理想定时会存在偏差，从而使接收性能恶化。

正交频分复用(OFDM)是一种多载波调制技术，具有良好的抗频率选择性和频带利用率。在ODM系统中，终端(UE)在空闲状态或非连续接收时，会停止接收数据并使基带处理模块睡眠，重新唤醒时，造成定时产生偏差的因素通常在于以下两个方面：硬件时钟的漂移以及UE位置的变化。一方面，由于硬件时钟频率随温度等环境参数的变化而变化，因而会使得唤醒后与睡眠前定时本身产生了偏差。另一方面，由于UE位置的移动会造成UE和基站间相对距离的变化，基站信号到达UE所需的实际也随之变化，如果仍然采用睡眠前的定时，也会造成定时偏差。

下面以常用的OFDM系统为例，介绍定时偏差对接收性能造成的影响。

OFDM是一种多载波系统，且各个子载波间保持正交。第1个发送OFDM符号的时域信号可以表示为：

$s_l\left(t\right)=\underset{k=-M/2}{\overset{M/2}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k,l}{e}^{j2\mathrm{\πk\Δf}(t-T_{\mathrm{CP}})},l(T_{\mathrm{CP}}+T_{\mathrm{Symb}})\≤t\≤(l+1)(T_{\mathrm{CP}}+T_{\mathrm{Symb}})$

其中M表示每个符号包含的子载波数，T_CP表示CP部分的长度，T_Symb表示OFDM符号的长度(不含CP)，Δf为子载波间隔，且有Δf＝1/T_Symb。

发送信号经过多径信道后到达UE。多径信道响应通常在一段时间内保持不变，可以表示为

其中L为径数，τ_i为各径延迟，且通常τ_max＜T_CP。忽略噪声的影响，接收信号可以表示为

OFDM符号解调时，对每个子载波做时域积分，即可得到每个子载波的符号估计，设第1个OFDM符号的解调起始时刻为t₀，则其第k个子载波的解调可以表示为：

${\hat{a}}_{k,l}=\underset{t=t_0}{\overset{t_0+T_{\mathrm{Symb}}}{\∫}}r\left(t\right)e^{-j2\mathrm{\πk\Δft}}\mathrm{dt}=\underset{t=t_0}{\overset{t_0+t_{\mathrm{Symb}}}{\∫}}\underset{i=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{{\mathrm{\τ}}_i}s(t-{\mathrm{\τ}}_i)e^{-j2\mathrm{\πk\Δft}}\mathrm{dt}$

$=\underset{i=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{{\mathrm{\τ}}_i}\underset{t=t_0}{\overset{t_0+T_{\mathrm{Symb}}}{\∫}}s(t-{\mathrm{\τ}}_i)e^{-j2\mathrm{\πk\Δft}}\mathrm{dt}$

解调起始时刻不同，对解调性能的影响也不同。下面简单讨论t₀取不同值时的解调结果。

理想定时

当t₀＝(l-1)(T_CP+T_Symb)+τ_max～(l-1)(T_CP+T_Symb)+T_CP时，可以表示为：

${\hat{a}}_{k,l}=\underset{i=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{{\mathrm{\τ}}_i}\underset{t=t_0}{\overset{t_0+T_{\mathrm{Symb}}}{\∫}}{s}_l(t-{\mathrm{\τ}}_i)e^{-j2\mathrm{\πk\Δft}}\mathrm{dt}$

$=\underset{i=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{{\mathrm{\τ}}_i}\underset{t=t_0}{\overset{t_0+T_{\mathrm{Symb}}}{\∫}}{a}_{k,l}{e}^{j2\mathrm{\πk\Δf}(t+t_0-T_{\mathrm{CP}}-{\mathrm{\τ}}_i)}{e}^{-j2\mathrm{\πk\Δft}}\mathrm{dt}$

$=\underset{i=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{{\mathrm{\τ}}_i}{e}^{j2\mathrm{\πk\Δf}(T_{\mathrm{CP}}+{\mathrm{\τ}}_i-t_0)}{a}_{k,l}$

可见，此时解调结果没有受到其它符号和子载波的干扰，即此时无符号间干扰(ISI，Inter-Symbol Interference)和载波间干扰(ICI，Inter-Carrier Interference)，这一段定时区间我们称为理想定时区间。图1a示意性地示出了理想定时范围。可以理解，只要定时位于该理想定时区间内，则解调将不会收到前后符号以及同一符号的相邻子载波的影响。

定时滞后

当t₀＞(l-1)(T_CP+T_Symb)+T_CP时，

可以表示为：

上式中的ISI、ICI项也是由于相应的积分时间小于OFDM符号周期T_Symb导致。这一段定时称之为定时滞后。图1b示意性地示出了定时滞后的示例。可见，在定时滞后的情况下，解调范围部分包含了后一符号的循环前缀，导致解调结果受到后面符号的干扰同时也受到同一符号相邻子载波的干扰。

定时超前

当t₀＝(l-1)(T_CP+T_Symb)～(l-1)(T_CP+T_Symb)+τ_max时，

可以表示为：

上式中的ISI、ICI项是由于相应的积分时间小于OFDM符号周期T_Symb导致。这一段定时称之为定时超前。图1c示意性地示出了定时超前的示例。可见，在定时超前的情况下，解调范围部分涵盖了前一符号，导致解调结果受到前面符号的干扰同时也受到同一符号相邻子载波的干扰。

综上所述，在理想定时区间内，OFDM解调不存在ISI和ICI。反之，当出现定时超前或者滞后时均会产生ISI和ICI，进而造成系统性能的恶化。

不幸地，现有技术对普遍不考虑定时偏差的变化，且仍然采用唤醒前的定时时间。即，现有技术并未考虑设备唤醒后定时偏差的变化，因此当原有的定时落于理想定时范围之外时，会造成系统性能的严重恶化。

发明内容

因此，针对现有技术的上述不足，本发明旨在有效地消除定时偏差对系统性能的影响。

根据本发明的一个方面，提供了一种通信系统中的对数据接收进行定时控制的设备，包括：睡眠控制装置，控制所述设备的睡眠时间并发出激活信号；数据接收装置，基于所述睡眠控制装置发出的激活信号唤醒所述设备并接收数据；定时估计装置，基于所述数据接收装置接收的数据进行定时估计并输出定时估计结果；以及定时调整装置，基于所述定时估计装置输出的定时估计结果调整所述数据接收装置接收的数据的定时。

较佳地，在上述设备中，睡眠控制装置在所述设备的睡眠时间期满之前提前一预定时间发出激活信号。该预定时间是根据时钟最大偏移以及可能的位置移动距离确定的，以使唤醒时刻位于理想定时范围右边界之前。

较佳地，在上述设备中，定时估计是利用循环前缀的特性或利用时域信道冲激响应进行的。

根据本发明的另一方面，提供了一种通信系统中的对数据接收进行定时控制的方法，包括：发出激活信号；基于所述激活信号唤醒设备并开始接收数据；基于接收到的数据进行定时估计并输出定时估计结果；以及基于所输出的定时估计结果调整所述接收到的数据的定时。

较佳地，在上述方法中，在设备的睡眠时间期满之前提前一预定时间发出激活信号。该预定时间是根据时钟最大偏移以及可能的位置移动距离确定的，以使唤醒时刻位于理想定时范围右边界之前。

较佳地，在上述方法中，定时估计是利用循环前缀的特性或利用时域信道冲激响应进行的。

综上所述，本发明实时估计定时偏差并进行适当的调整，以有效避免系统系能恶化。另一方面，本发明通过提前唤醒来避免产生无法恢复的ISI和ICI。

应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1a示意性地示出了理想定时范围。

图1b示意性地示出了定时滞后的情况。

图1c示意性地示出了定时超前的情况。

图2示出了根据本发明的系统的示意性框图。

图3示出了根据本发明的方法的示意性流程图。

图4示出了唤醒滞后时接收符号的示意图。

图5示出了提醒唤醒时接收符号的示意图。

图6示出了定时调整的示意图。

具体实施方式

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。

图2示出了根据本发明的一个实施例的系统的示意性框图。如图2所示，本发明的通信系统中的对数据接收进行定时控制的设备至少包括睡眠控制装置201、数据接收装置202、定时估计装置203和定时调整装置204。这些装置之间按照图2所示的方式信号连接或通信。

根据本发明的一个实施例，睡眠控制装置201控制睡眠时间并发出激活信号。数据接收装置202基于睡眠控制装置201发出的激活信号唤醒该设备进入工作状态并接收数据。

如已知的，睡眠控制装置使用硬件时钟控制睡眠时间。但，睡眠时使用的硬件时钟往往精确度不高，从而引起时钟偏移，进而导致设备下行定时的偏移。此外，设备本身位置的变化也会导致定时偏差。对于设备来说，唤醒后的定时具体偏差是未知的。

针对这一点，根据本发明，在设备被唤醒后，定时估计装置203基于数据接收装置202接收的数据进行定时估计，计算出实际的定时偏差，并输出定时估计结果。进行定时估计的可选方法包括利用CP的特性或者利用时域信道冲激响应进行估计等。例如，在一长期演进(LTE)系统中，首先，基于导频(参考信号)得到频域信道的估计；然后，通过傅立叶变换得到时域信道冲激响应；最后，根据所得到的时域信道冲激响应的抽头幅度和位置，获得比较理想的定时估计。

较佳地，为了保证唤醒时刻在理想定时范围最迟边界之前，本发明的睡眠控制装置201能够根据硬件时钟定时偏差提前激活上述数据接收装置202。

最后，定时调整装置204基于定时估计装置203输出的定时估计结果调整数据接收装置接收的数据的定时。例如，理想的调整至少包括将定时点调整到上述理想定时范围内，如图6所示。

另一方面，由于设备在唤醒后不知道定时偏差的变化，如果不提前唤醒设备，有可能唤醒时间点已经超过了CP部分。例如，如图4所示，此时，定时点必定位于路径2的第一个CP之后，使得解调区间必将包含到后面相邻的OFDM符号(这相当于图1b所示的定时滞后的情况)，因而无法避免由此造成的ISI和ICI。

对此，根据本发明的优选实施例，本发明的睡眠控制装置201在设备的睡眠时间期满之前提前一预定时间发出激活信号。该预定时间可以根据时钟最大偏移以及可能的位置移动距离确定的，以确保唤醒时刻位于理想定时范围右边界之前。例如，图5示出了提醒唤醒时接收符号的示意图。如图5所示，在提前唤醒的情况下，唤醒时间早于路径2的第一个CP，因此允许定时点设定于该CP的前部，例如在图1a所标示的理想定时范围内。这样，由于进行了提前唤醒，即便实际的定时点提前，也能收满完整的OFDM符号周期，从而为后面的定时调整提供可能。

本发明的另一实施例涉及一种通信系统中的对数据接收进行定时控制的方法。根据该方法依次包括发出激活信号(步骤301)，基于该激活信号唤醒设备并开始接收数据(步骤302)，基于接收到的数据进行定时估计并输出定时估计结果(步骤303)；以及基于所输出的定时估计结果调整上述接收到的数据的定时(步骤304)。这些步骤可对应于上述图2中的各装置的操作，因此类同的部分将不再赘述。

根据一优选实施例，对于上述步骤301和步骤302，在设备的睡眠时间期满之前提前一预定时间发出激活信号，且该预定时间可以根据时钟最大偏移以及可能的位置移动距离确定，以使设备的唤醒时刻位于理想定时范围的最迟边界前。此外，对于上述步骤303，定时估计可以是利用循环前缀的特性或利用时域信道冲激响应进行的。

特别是，本领域的普通技术人员可以理解，虽然以上关于本发明的设备和方法的描述以OFDM系统为例，但所描述的这些实施例也同样可以适应性地应用于其他有定时偏差的通信系统和场景而获得同样或类似的技术效果。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (8)

1.一种通信系统中的对数据接收进行定时控制的设备，包括：

睡眠控制装置，控制所述设备的睡眠时间并发出激活信号；

数据接收装置，基于所述睡眠控制装置发出的激活信号唤醒所述设备并接收数据；

定时估计装置，基于所述数据接收装置接收的数据进行定时估计并输出定时估计结果；以及

定时调整装置，基于所述定时估计装置输出的定时估计结果调整所述数据接收装置接收的数据的定时。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述睡眠控制装置在所述设备的睡眠时间期满之前提前一预定时间发出激活信号。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述预定时间是根据时钟最大偏移以及可能的位置移动距离确定的，以使唤醒时刻位于理想定时范围右边界之前。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述定时估计是利用循环前缀的特性或利用时域信道冲激响应进行的。

5.一种通信系统中的对数据接收进行定时控制的方法，包括：

发出激活信号；

基于所述激活信号唤醒所述设备并开始接收数据；

基于接收到的数据进行定时估计并输出定时估计结果；以及

基于所输出的定时估计结果调整所述接收到的数据的定时。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述设备的睡眠时间期满之前提前一预定时间发出激活信号。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预定时间是根据时钟最大偏移以及可能的位置移动距离确定的，以使唤醒时刻位于理想定时范围右边界之前。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述定时估计是利用循环前缀的特性或利用时域信道冲激响应进行的。

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