发明内容
本发明要解决的技术问题是,提供一种采样时钟频率补偿方法和装置,通过在发射端对待发送的数据进行预处理,消除收发两端基带数据中存在的采样时钟频率偏差,实现复杂度低,成本低。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种采样时钟频率补偿方法,包括:
根据采样时钟频率偏差ζ计算上行待发送数据存在采样点数误差的位置;
在频域对上行待发送数据进行相位补偿,以补偿ζ引起的相位旋转,以及预先补偿对存在采样点数误差位置进行采样点数修正将引起的相位旋转;
在时域对相位补偿后的上行待发送数据中所述存在采样点数误差的位置进行采样点数修正。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
还包括:
根据接收到的下行数据计算ζ。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
根据接收到的下行数据的同步前导计算载波频偏
根据计算相对频偏其中fc为所述下行数据的载波频率,将该相对频偏η作为采样时钟频率偏差ζ=η。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
通过在时域对上行待发送数据进行采样点计数以计算存在采样点数误差的位置。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
所述通过采样点计数以计算存在采样点数误差的位置包括:
计算所述上行待发送数据累积达到的总的采样点数误差其中,K为所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,Ng表示OFDM符号中循环前缀CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数,“||”表示取绝对值运算,表示下取整运算;
计算累积误差达到整数个采样点时对应的采样点的计数位置其中,表示上取整运算,n=1,2,…Q。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
所述通过采样点计数以计算存在采样点数误差的位置还包括:
计算累积误差达到整数个采样点时对应的OFDM符号的计数位置其中,Nu=Nfft+Ng,n=1,2,…Q。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
通过在频域对上行待发送数据进行相位判断以计算存在采样点数误差的位置。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
所述通过相位判断以计算存在采样点数误差的位置包括:
依次判断各OFDM符号的相位旋转是否满足如下条件其中,OFDM符号的计数位置l=1,2,…K,K表示所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,Ng表示OFDM符号中CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数;“||”表示取绝对值运算;
当判断满足所述条件时,将当前OFDM符号的计数位置l作为累积误差达到整数个采样点时对应的OFDM符号的计数位置Mn,将当前累计的采样点数误差n增1,其中n为正整数,初始值为1。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
依次对上行待发送数据中的各OFDM符号执行如下处理:
判断当前OFDM符号是否为存在采样点数误差的位置;
如果是,则对当前OFDM符号进行频域的相位补偿和时域的采样点数修正;
如果否,则对当前OFDM符号进行频域的相位补偿。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
在时域进行采样点数修正时,如果ζ<0,则在对应的位置插入采样点;如果ζ>0,则在对应的位置删除采样点。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
所述频域的相位补偿包括:
计算在频域进行相位补偿的相位值的总和其中:k表示子载波序号,Ng表示OFDM符号中CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数,OFDM符号的计数位置l=1,2,…K,K表示所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,n表示采样点数的误差值,Q表示上行待发送数据累积达到的总的采样点数误差,Mn表示累积误差达到n个采样点时对应的OFDM符号的计数位置;
在频域上按照算式对上行待发送数据Zl,k进行相位补偿;其中,表示进行相位补偿后的频域数据。
为了解决上述技术问题,本发明还提供了另一种采样时钟频率补偿方法,包括:
根据采样时钟频率偏差ζ计算上行待发送数据存在采样点数误差的位置;
在时域对上行待发送数据中所述存在采样点数误差的位置进行采样点数修正;
在频域对采样点数修正后的上行待发送数据进行相位补偿,以补偿ζ和采样点数修正引起的相位旋转。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
还包括:
根据接收到的下行数据计算ζ。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
根据接收到的下行数据的同步前导计算载波频偏
根据计算相对频偏其中fc为所述下行数据的载波频率,将该相对频偏η作为采样时钟频率偏差ζ=η。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
通过在时域对上行待发送数据进行采样点计数以计算存在采样点数误差的位置。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
所述通过采样点计数以计算存在采样点数误差的位置包括:
计算所述上行待发送数据累积达到的总的采样点数误差其中,K为所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,Ng表示OFDM符号中循环前缀CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数,“||”表示取绝对值运算,表示下取整运算;
计算累积误差达到整数个采样点时对应的采样点的计数位置其中,表示上取整运算,n=1,2,…Q。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
所述通过采样点计数以计算存在采样点数误差的位置还包括:
计算累积误差达到整数个采样点时对应的OFDM符号的计数位置其中,Nu=Nfft+Ng,n=1,2,…Q。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
通过在频域对上行待发送数据进行相位判断以计算存在采样点数误差的位置。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
所述通过相位判断以计算存在采样点数误差的位置包括:
依次判断各OFDM符号的相位旋转是否满足如下条件其中,OFDM符号的计数位置l=1,2,…K,K表示所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,Ng表示OFDM符号中CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数;“||”表示取绝对值运算;
当判断满足所述条件时,将当前OFDM符号的计数位置l作为累积误差达到整数个采样点时对应的OFDM符号的计数位置Mn,将当前累计的采样点数误差n增1,其中n为正整数,初始值为1。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
依次对上行待发送数据中的各OFDM符号执行如下处理:
判断当前OFDM符号是否为存在采样点数误差的位置;
如果是,则对当前OFDM符号进行频域的相位补偿和时域的采样点数修正;
如果否,则对当前OFDM符号进行频域的相位补偿。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
在时域进行采样点数修正时,如果ζ>0,则在对应的位置插入采样点;如果ζ>0,则在对应的位置删除采样点。
进一步地,上述方法还可具有以下特点:
所述频域的相位补偿包括:
计算在频域进行相位补偿的相位值的总和其中:k表示子载波序号,Ng表示OFDM符号中CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数,OFDM符号的计数位置l=1,2,…K,K表示所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,n表示采样点数的误差值,Q表示上行待发送数据累积达到的总的采样点数误差,Mn表示累积误差达到n个采样点时对应的OFDM符号的计数位置;
在频域上按照算式对上行待发送数据Zl,k进行相位补偿;其中,表示进行相位补偿后的频域数据。
为了解决上述技术问题,本发明还提供了一种采样时钟频率补偿装置,包括:
SFO估计模块,用于根据采样时钟频率偏差ζ计算上行待发送数据存在采样点数误差的位置;
频域处理模块,与所述SFO估计模块相连,用于从所述SFO估计模块获取所述存在采样点数误差的位置信息,接收频域的上行待发送数据,根据所述存在采样点数误差的位置信息对所述频域的上行待发送数据进行相位补偿,以补偿ζ和采样点数修正引起的相位旋转,输出相位补偿后的上行待发送数据;
快速傅里叶逆变换IFFT模块,与所述频域处理模块相连,用于接收所述相位补偿后的上行待发送数据,对其进行IFFT处理,变换为时域的上行待发送数据并输出;
时域处理模块,与所述SFO估计模块和所述IFFT模块均相连,用于从所述SFO估计模块获取所述存在采样点数误差的位置信息,接收所述时域的上行待发送数据,根据所述存在采样点数误差的位置信息对所述时域的上行待发送数据进行采样点数修正。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述SFO估计模块,用于根据接收到的下行数据计算ζ。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述SFO估计模块,用于根据接收到的下行数据的同步前导计算载波频偏根据计算相对频偏其中fc为所述下行数据的载波频率,将该相对频偏η作为采样时钟频率偏差ζ=η。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述SFO估计模块,用于通过在时域对上行待发送数据进行采样点计数以计算存在采样点数误差的位置。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述SFO估计模块通过采样点计数以计算存在采样点数误差的位置包括:
计算所述上行待发送数据累积达到的总的采样点数误差其中,K为所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,Ng表示OFDM符号中循环前缀CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数,“||”表示取绝对值运算,表示下取整运算;
计算累积误差达到整数个采样点时对应的采样点的计数位置其中,表示上取整运算,n=1,2,…Q。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述SFO估计模块通过采样点计数以计算存在采样点数误差的位置还包括:
计算累积误差达到整数个采样点时对应的OFDM符号的计数位置其中,Nu=Nfft+Ng,n=1,2,…Q。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述SFO估计模块通过在频域对上行待发送数据进行相位判断以计算存在采样点数误差的位置。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述SFO估计模块通过相位判断以计算存在采样点数误差的位置包括:
依次判断各OFDM符号的相位旋转是否满足如下条件其中,OFDM符号的计数位置l=1,2,…K,K表示所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,Ng表示OFDM符号中CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数;“||”表示取绝对值运算;
当判断满足所述条件时,将当前OFDM符号的计数位置l作为累积误差达到整数个采样点时对应的OFDM符号的计数位置Mn,将当前累计的采样点数误差n增1,其中n为正整数,初始值为1。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述频域处理模块,用于依次对上行待发送数据中的各OFDM符号执行如下处理:对当前OFDM符号进行相位补偿后输出;
所述时域处理模块,用于依次对上行待发送数据中的各OFDM符号执行如下处理:判断当前OFDM符号是否为存在采样点数误差的位置,如果是,则对当前OFDM符号进行时域的采样点数修正后输出,如果否,则直接输出。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述时域处理模块,在进行采样点数修正时,如果ζ>0,则在对应的位置插入采样点;如果ζ>0,则在对应的位置删除采样点。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述频域处理模块执行相位补偿包括:
计算在频域进行相位补偿的相位值的总和其中:k表示子载波序号,Ng表示OFDM符号中CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数,OFDM符号的计数位置l=1,2,…K,K表示所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,n表示采样点数的误差值,Q表示上行待发送数据预补偿后累积达到的总的采样点数误差,Mn表示累积误差达到n个采样点时对应的OFDM符号的计数位置;
在频域上按照算式对上行待发送数据Zl,k进行相位补偿;其中,表示进行相位补偿后的频域数据。
为了解决上述技术问题,本发明还提供了另一种采样时钟频率补偿装置,包括:
SFO估计模块,用于根据采样时钟频率偏差ζ计算上行待发送数据存在采样点数误差的位置;
第一IFFT模块,用于接收频域的上行待发送数据,对其进行IFFT处理,变换为时域的上行待发送数据;
时域处理模块,分别与所述SFO估计模块和所述第一IFFT模块相连,用于从所述SFO估计模块获取所述存在采样点数误差的位置信息,接收时域的上行待发送数据,根据所述存在采样点数误差的位置信息对所述时域的上行待发送数据进行采样点数修正,输出采样点数修正后的上行待发送数据;
快速傅里叶变换FFT模块,与所述时域处理模块相连,用于接收所述采样点数修正后的上行待发送数据,对其进行FFT处理,变换为频域的上行待发送数据并输出;
频域处理模块,与所述SFO估计模块和所述FFT模块均相连,用于从所述SFO估计模块获取所述存在采样点数误差的位置信息,接收所述频域的上行待发送数据,根据所述存在采样点数误差的位置信息对所述频域的上行待发送数据进行相位补偿,以补偿ζ和采样点数修正引起的相位旋转,输出相位补偿后的上行待发送数据;
第二IFFT模块,与所述频域处理模块相连,用于接收所述相位补偿后的上行待发送数据,对其进行IFFT处理,变换为时域的上行待发送数据。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述SFO估计模块,用于根据接收到的下行数据计算ζ。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述SFO估计模块,用于根据接收到的下行数据的同步前导计算载波频偏根据计算相对频偏其中fc为所述下行数据的载波频率,将该相对频偏η作为采样时钟频率偏差ζ=η。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述SFO估计模块,用于通过在时域对上行待发送数据进行采样点计数以计算存在采样点数误差的位置。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述SFO估计模块通过采样点计数以计算存在采样点数误差的位置包括:
计算所述上行待发送数据累积达到的总的采样点数误差其中,K为所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,Ng表示OFDM符号中循环前缀CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数,“||”表示取绝对值运算,表示下取整运算;
计算累积误差达到整数个采样点时对应的采样点的计数位置其中,表示上取整运算,n=1,2,…Q。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述SFO估计模块通过采样点计数以计算存在采样点数误差的位置还包括:
计算累积误差达到整数个采样点时对应的OFDM符号的计数位置其中,Nu=Nfft+Ng,n=1,2,…Q。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述SFO估计模块通过在频域对上行待发送数据进行相位判断以计算存在采样点数误差的位置。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述SFO估计模块通过相位判断以计算存在采样点数误差的位置包括:
依次判断各OFDM符号的相位旋转是否满足如下条件其中,OFDM符号的计数位置l=1,2,…K,K表示所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,Ng表示OFDM符号中CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数;“||”表示取绝对值运算;
当判断满足所述条件时,将当前OFDM符号的计数位置l作为累积误差达到整数个采样点时对应的OFDM符号的计数位置Mn,将当前累计的采样点数误差n增1,其中n为正整数,初始值为1。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述频域处理模块,用于依次对上行待发送数据中的各OFDM符号执行如下处理:对当前OFDM符号进行相位补偿后输出;
所述时域处理模块,用于依次对上行待发送数据中的各OFDM符号执行如下处理:判断当前OFDM符号是否为存在采样点数误差的位置,如果是,则对当前OFDM符号进行时域的采样点数修正后输出,如果否,则直接输出。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述时域处理模块,在进行采样点数修正时,如果ζ<0,则在对应的位置插入采样点;如果ζ>0,则在对应的位置删除采样点。
进一步地,上述装置还可具有以下特点:
所述频域处理模块执行相位补偿包括:
计算在频域进行相位补偿的相位值的总和其中:k表示子载波序号,Ng表示OFDM符号中CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数,OFDM符号的计数位置l=1,2,…K,K表示所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,n表示采样点数的误差值,Q表示上行待发送数据预补偿后累积达到的总的采样点数误差,Mn表示累积误差达到n个采样点时对应的OFDM符号的计数位置;
在频域上按照算式对上行待发送数据Zl,k进行相位补偿;其中,表示进行相位补偿后的频域数据。
本发明提供的一种采样时钟频率补偿方法和装置,通过在发射端对待发送的数据进行预处理,消除收发两端基带数据中存在的采样时钟频率偏差,实现复杂度低,成本低。
说明书附图
图1是本发明实施例一种采样时钟频率补偿的方法流程图;
图2是本发明实施例采样时钟频率补偿的预校正模型1示意图;
图3是本发明实施例采样时钟频率补偿的预校正模型2示意图;
图4是本发明实施例计算存在采样点数误差的位置的方法1示意图;
图5(a)为ζ=-50ppm时的子载波相位变化示意图;
图5(b)为ζ=50ppm时的子载波相位变化示意图;
图6是本发明实施例行频域相位补偿的方法流程图;
图7是本发明实施例按照OFDM符号执行采样时钟频率补偿的方法流程图;
图8是本发明实施例上行采样时钟频率偏差预校正模型示意图;
图9是本发明实施例一种具体的上行采样时钟频率偏差预校正模型示意图;
图10是本发明实施例一种采样时钟频率补偿装置1示意图;
图11是本发明实施例一种采样时钟频率补偿装置2示意图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案,以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求,否则单独的组件和功能是可选的,并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围,以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中,本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示,这仅仅是为了方便,并且如果事实上公开了超过一个的发明,不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
在上行多用户传输系统中,各用户发射机与接收机的采样时钟频率偏差各不相同,设某一个用户发射机的DAC采样间隔为Ti,接收机ADC采样间隔为Ts,Ti=(1+ζ)Ts,为了降低接收机对采样时钟频率补偿的处理复杂度,本发明实施例巧妙地提出在各用户发射机对上行数据进行采样时钟频率偏差预校正的解决方案,即在发射时做预失真处理,因此称之为“预补偿”,将接收端要解决的问题转移到发射端来解决,通过基带的数字信号处理技术,在发射端将理想的基带信号转化为采样间隔为Ti的数据,仅仅对发射机DAC的输入数据进行处理并不改变发射机DAC的采样间隔Ti,从而无需动态调整发射机的晶振频率,也无需接收端处理由于收发两端采样时钟频率偏差引起的多址-子载波间干扰,大大降低了实现复杂度和成本。
假设STA的DAC输入端口的源数据为{ai},通过空中接口之后由CAP接收,理想情况下STA的DAC采样间隔与接收端CAP的ADC采样间隔应相等,则CAP的ADC采样数据应为{ai}。实际上收发端存在采样时钟偏差,设STA的DAC采样间隔为Ti,CAP的ADC采样间隔为理想的Ts,如果STA不对{ai}作任何处理就通过DAC发送出去,则由于STA的DAC采样时钟Ti非理想,CAP采样之后不再是{ai}。可以认为源数据{ai}对应的采样间隔为Ts,预补偿的目的就是将“假定采样间隔为Ts”的源数据{ai}转换为采样间隔为Ti的数据{bk},{bk}作为STA端DAC的输入数据,经此处理之后,接收端用采样间隔为Ts的ADC采样即可得到{ai}。
源数据{ai}为时域的样点集合,在OFDM系统中,它是IFFT的输出,在IFFT处理之前一般看作是频域样点。将{ai}预补偿为{bk}可以采用时域插值的方法,即通过多项滤波器来实现,但需要先对{ai}做上采样操作才能达到合理的插值精度,导致运算量较大。本发明提供一种时域和频域联合补偿的方案,以降低预补偿的实现复杂度。
参见图1,该图示出了本发明实施例一种采样时钟频率补偿的方法,包括步骤:
步骤S101:根据采样时钟频率偏差ζ计算上行待发送数据存在采样点数误差的位置;
步骤S102:在频域对上行待发送数据进行相位补偿,以补偿ζ引起的相位旋转,以及预先补偿对存在采样点数误差位置进行采样点数修正将引起的相位旋转;
步骤S103:在时域对相位补偿后的上行待发送数据中所述存在采样点数误差的位置进行采样点数修正。
本发明实施例巧妙地利用OFDM系统中IFFT前后频域样点与时域样点之间的对应关系提供了一种时频域联合补偿的解决方案,直接定位至存在采样点数误差的位置,先在频域对采样时钟频率偏差引起的相位进行补偿,另外还在频域对时域将要进行的样点数修正引起的相位旋转进行补偿;然后在时域对所述存在采样点数误差的位置进行采样点数修正,从而实现在发射端完成采样时钟频率的补偿,该方法采样点数修正只针对存在误差的位置,运算量较小。
本发明实施例预校正模型如图2所示,根据发射端IFFT变换前后频域、时域的先后次序设计,先在频域做相位校正,再在IFFT之后做时域样点修正。
除此之外,还可以对{ai}先做时域的样点修正,再将修正后的数据作FFT变换变换到频域做频域相位校正,最后作IFFT变换得到时域样点集合{bk}。如图3所示。相比图2所示的预校正方案,此实施例额外增加了FFT和IFFT模块,而时域样点修正与频域相位校正模块及方法均相同。
在步骤S101之前,还包含计算采样时钟频率偏差ζ的步骤。该步骤可以在发射端完成,根据接收到的下行数据来计算。
由于载波频率与采样时钟频率通常源于同一个时钟源,则频偏估计的精度与SFO的估计精度相同。例如,频偏估计误差可到子载波间隔的1%,假设子载波间隔78.125kHz,载波频率fc为5.8GHz,则相对频偏估计误差为:
78.125*103*1%/(5.8*109)≈0.135ppm,
也就是说,SFO估计误差可以达到0.135ppm。因此可由载波频偏估计得到采样时钟频率偏差ζ。
因此,较佳地,计算采样时钟频率偏差ζ的步骤可以包括:根据接收到的下行数据的同步前导计算载波频偏根据计算相对频偏其中fc为所述下行数据的载波频率,将该相对频偏η作为采样时钟频率偏差ζ=η。
另外,本发明实施例中可采用其它估计方法测算采样时钟频率偏差。例如,下面是另一种采样时钟频率偏差的估计方法:
每个OFDM符号在频域都有离散的导频,通常可配置4个、6个或者8个,甚至更多。这些导频对称地分布在直流载波DC两侧,接收端在对接收信号做快速傅里叶变换FFT之后,可根据这些导频位置的样本值以及信道估计结果估计出采样时钟偏差。由于导频数量有限,仅依靠一个符号的导频值其估计精度并不理想,通常还要用多个符号内的导频样本值做平均,但会导致处理延迟。
在执行步骤S101时,可通过时域样点计数的方法计算出存在采样点数误差的位置:
通过对上行待发送数据中的采样点计数,根据ζ计算上行待发送数据累积误差达到整数个点时对应的采样点的计数位置,以其作为所述存在采样点数误差的位置。当ζ>0且累积误差超过一个整数点时,则在将{ai}预补偿为{bk}时,需要在当前位置删除一个{ai}的值;当ζ<0且累积误差超过一个整数点时,则在将{ai}预补偿为{bk}时,需要在当前位置增加一个样本值,从而实现采样点数修正。
通过时域样点计数的方法计算出存在采样点数误差的位置具体可如图4所示,包括如下步骤:
步骤S401:计算所述上行待发送数据累积达到的总的采样点数误差
其中,K为所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,Ng表示OFDM符号中循环前缀CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数,“||”表示取绝对值运算,表示下取整运算;
步骤S402:计算累积误差达到整数个采样点时对应的采样点的计数位置
其中,表示上取整运算,n=1,2,…Q。
较佳地,考虑到实际中ζ非常小,在计算存在采样点数误差的位置时,可转换为对OFDM符号计数。即,根据ζ计算上行待发送数据累积误差达到整数个点时对应的OFDM符号的计数位置,以其作为所述存在采样点数误差的位置。在具体实现时,除了包括上述步骤S1011和S1012外,还包括:
步骤S403:计算累积误差达到整数个采样点时对应的OFDM符号的计数位置其中,Nu=Nfft+Ng,n=1,2,…Q。
考虑到采样时钟频率偏差将会引起相位旋转,将采样时钟偏差引起的相位旋转表示为:
其中,l表示OFDM符号序号,l=1,2,…K,k表示子载波序号,k=-Nfft/2,...-1,0,1,...,Nfft/2-1,Ng表示OFDM符号中循环前缀CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数。
其中,βl,k不仅与子载波序号有关,还与符号数有关,它会随着符号数的增加而增加。当时域样点的采样时钟频率累积误差达到一个采样点时,频域数据相位值也会发生显著的变化。
因此,在执行步骤S101时,还可以通过频域相位判断的方法来计算存在采样点数误差的位置,具体可包括:
依次判断上行待发送数据中各OFDM符号的相位旋转是否满足条件其中,OFDM符号的计数位置l=1,2,…K,K表示所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,Ng表示OFDM符号中CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数;“||”表示取绝对值运算;当满足条件时,将当前累计的采样点数误差n增1,将当前OFDM符号的计数位置l作为累积误差达到n个采样点时对应的OFDM符号的计数位置Mn,其中n为正整数,初始值为1。
下面以一具体实例来说明本发明实施例采用频域相位判断方法来确定存在采样点数误差位置的方法。以Nfft=256,Ng=64时第128个子载波(正频率最大)以及-128个子载波在不同符号数目时由于ζ产生的相位γlk为例进行说明。其中:
图5(a)为ζ=-50ppm时相位变化示意图,图5(b)为ζ=50ppm时相位变化示意图,横轴表示符号数,纵轴表示相位。从图5(a)可以看出,当数据的采样间隔Ts转化为采样间隔Ti,采样样本多一个点时,第128个子载波上的相位小于等于-π,第-128个子载波上的相位大于等于π,即当ζ<0,Ti<Ts时,到一定时刻,IFFT输出采样样本会多出一个点,此时从图5(b)可以看出,当数据的采样间隔Ts转化为采样间隔Ti,采样样本少一个点时,第128个子载波上的相位大于等于π,第-128个子载波上的相位小于等于-π,即当ζ>0,Ti>Ts时,到一定时刻,IFFT输出采样样本会少一个点,此时
因此,本发明实施例提出通过判断上行待发送数据中各OFDM符号的相位旋转是否满足条件也能够确认发生采样点数误差的位置。
在执行步骤S102时,进行频域的相位补偿包括2部分:其一是补偿ζ引起的相位旋转;其二是由于需要在时域进行点数修正,而点数修正会造成频域相位旋转,因此,修正第n个采样点数误差需要在频域对此相位变化进行补偿。因此,进行频域相位补偿具体可如图6所示,包括步骤:
步骤S601:计算在频域进行相位补偿的相位值的总和
其中:
γlk用于补偿ζ引起的相位旋转,k表示子载波序号,Ng表示OFDM符号中CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数,OFDM符号的计数位置l=1,2,…K,K表示所述上行待发送数据中OFDM符号的总数;
±αl用于补偿时域点数修正引起相位旋转,αl的极性由ζ的极性确定:
其中,k表示子载波序号,n表示采样点数的累积误差值,Q表示上行待发送数据累积达到的总的采样点数误差,Mn表示累积误差达到n个采样点时对应的OFDM符号的计数位置;OFDM符号的计数位置l=1,2,…K,K表示所述上行待发送数据中OFDM符号的总数;
其中,额外相位仅仅在发生采样点数修正时才有。假设第M个OFDM符号需要修正采样点数,则从M开始的后续符号都要去除的影响,第一次发生窗口平移时n=1;第二次发生窗口平移时,n=2;以此类推。
步骤S602:在频域上按照算式对上行待发送数据Zl,k进行相位补偿;其中,表示进行相位补偿后的频域数据。完成了对ζ和采样点数修正引起的相位旋转的补偿。
在执行步骤S103时,即在判断出存在采样点数误差的位置后,进行采样点数修正时,可根据ζ来判断该位置是需要增加点还是删除点:如果ζ<0,则在进行采样点数修正时在该位置增加一个采样点;如果ζ>0,则在进行采样点数修正时在该位置删除一个采样点,从而完成采样点数的修正。增加采样点时,可取该位置附近的的样点值作为所述增加的采样点的值。
本发明实施例在对上行待发送数据执行采样时钟的频率补偿时,可以以OFDM符号为处理单位,依次对上行待发送数据中的各OFDM符号执行如下处理:判断当前OFDM符号是否为存在采样点数误差的位置;如果是,则对当前OFDM符号进行频域的相位补偿和时域的采样点数修正;如果否,则对当前OFDM符号进行频域的相位补偿,然后继续处理下一OFDM符号。具体如图7所示,包括步骤:
步骤S701:设置采样点数误差计数值n初始值为1,OFDM符号计数值m的初始值为1;
步骤S702:判断m是否小于或者等于K,K为OFDM符号的最大计数值;如果是,则执行步骤S703,否则结束;
步骤S703:进行频域的相位补偿,执行步骤S704;
步骤S704:进行IFFT处理,执行步骤S705;
IFFT处理前为频域数据,执行的是频域的处理;IFFT处理之后得到时域的数据,之后即可进行时域处理;
步骤S705:判断m是否等于Mn,Mn为上行待发送数据累积误差达到整数个点时对应的OFDM符号的计数位置,如果是,则执行步骤S706,否则执行步骤S708;
步骤S706:执行采样点数修正,执行步骤S707;
在时域进行采样点数修正时,如果ζ<0,则在对应的位置插入采样点;如果ζ>0,则在对应的位置删除采样点;
步骤S707:对n进行自增1运算,即n=n+1,执行步骤S708;
即继续对下一处采样点数误差进行处理;
步骤S708:对m进行自增1运算,即m=m+1,然后返回步骤S702。
即继续判断下一个OFDM符号。
本发明实施例在对上行待发送数据执行采样时钟的频率补偿时,也可以以OFDM符号为处理单位,对上行待发送数据中的所有OFDM符号统一执行频域的相位补偿,之后,再对相位补偿后的所有OFDM符号统一执行时域的采样点数修正。
为了更为直观的体现本发明实施例采样时钟频域补偿方法,请参见图8,该图示出了一种具体的上行采样时钟频率偏差预校正模型,可用于实现本发明实施例采样时钟频率补偿:根据接收到的下行数据进行SFO估计;在IFFT处理之前,增加频域相位预补偿,对上行待发送数据预先补偿ζ和采样点数修正引起的相位旋转;在IFFT处理之后,增加对上行待发送数据的时域采样点数误差修正,从而通过时频域联合补偿的方式在发射端完成对采样时钟频率偏差的补偿。
在对上行待发送数据进行时频域处理过程中,还包括一些常见其他的处理,例如串并转换、加CP、脉冲成型等,如图9所示,本发明在此不做限制。
为了实现上述采样时钟频率补偿方法,本发明实施例还提供一种采样时钟频率补偿装置,如图10所示,包括:
SFO估计模块1001,用于根据采样时钟频率偏差ζ计算上行待发送数据存在采样点数误差的位置;
频域处理模块1002,与所述SFO估计模块1001相连,用于从所述SFO估计模块1001获取所述存在采样点数误差的位置信息,接收频域的上行待发送数据,根据所述存在采样点数误差的位置信息对所述频域的上行待发送数据进行相位补偿,以补偿ζ和采样点数修正引起的相位旋转,输出相位补偿后的上行待发送数据;
快速傅里叶逆变换IFFT模块1003,与所述频域处理模块1002相连,用于接收所述相位补偿后的上行待发送数据,对其进行IFFT处理,变换为时域的上行待发送数据并输出;
时域处理模块1004,与所述SFO估计模块1001和所述IFFT模块1003均相连,用于从所述SFO估计模块1001获取所述存在采样点数误差的位置信息,接收所述时域的上行待发送数据,根据所述存在采样点数误差的位置信息对所述时域的上行待发送数据进行采样点数修正。
较佳地,所述SFO估计模块1001,用于根据接收到的下行数据计算ζ。
较佳地,所述SFO估计模块1001,用于根据接收到的下行数据的同步前导计算载波频偏根据计算相对频偏其中fc为所述下行数据的载波频率,将该相对频偏η作为采样时钟频率偏差ζ=η。
较佳地,所述SFO估计模块1001,用于通过在时域对上行待发送数据进行采样点计数以计算存在采样点数误差的位置。
较佳地,所述SFO估计模块1001通过采样点计数以计算存在采样点数误差的位置包括:
计算所述上行待发送数据累积达到的总的采样点数误差其中,K为所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,Ng表示OFDM符号中循环前缀CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数,“||”表示取绝对值运算,表示下取整运算;
计算累积误差达到整数个采样点时对应的采样点的计数位置其中,表示上取整运算,n=1,2,…Q。
较佳地,所述SFO估计模块1001通过采样点计数以计算存在采样点数误差的位置还包括:
计算累积误差达到整数个采样点时对应的OFDM符号的计数位置其中,Nu=Nfft+Ng,n=1,2,…Q。
较佳地,所述SFO估计模块1001还可以通过在频域对上行待发送数据进行相位判断以计算存在采样点数误差的位置。
较佳地,所述SFO估计模块1001通过相位判断以计算存在采样点数误差的位置包括:
依次判断各OFDM符号的相位旋转是否满足如下条件其中,OFDM符号的计数位置l=1,2,…K,K表示所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,Ng表示OFDM符号中CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数;“||”表示取绝对值运算;
当判断满足所述条件时,将当前OFDM符号的计数位置l作为累积误差达到整数个采样点时对应的OFDM符号的计数位置Mn,将当前累计的采样点数误差n增1,其中n为正整数,初始值为1。
较佳地,所述频域处理模块1002,用于依次对上行待发送数据中的各OFDM符号执行如下处理:对当前OFDM符号进行相位补偿后输出;所述时域处理模块1004,用于依次对上行待发送数据中的各OFDM符号执行如下处理:判断当前OFDM符号是否为存在采样点数误差的位置,如果是,则对当前OFDM符号进行时域的采样点数修正后输出,如果否,则直接输出。
较佳地,所述时域处理模块1004,在进行采样点数修正时,如果ζ<0,则在对应的位置插入采样点;如果ζ>0,则在对应的位置删除采样点。
较佳地,所述频域处理模块1002执行相位补偿包括:
计算在频域进行相位补偿的相位值的总和其中:k表示子载波序号,Ng表示OFDM符号中CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数,OFDM符号的计数位置l=1,2,…K,K表示所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,n表示采样点数的误差值,Q表示上行待发送数据预补偿后累积达到的总的采样点数误差,Mn表示累积误差达到n个采样点时对应的OFDM符号的计数位置;
在频域上按照算式对上行待发送数据Zl,k进行相位补偿;其中,表示进行相位补偿后的频域数据。
为了实现上述采样时钟频率补偿方法,本发明实施例还提供另一种采样时钟频率补偿装置,如图11所示,包括:
SFO估计模块1101,用于根据采样时钟频率偏差ζ计算上行待发送数据存在采样点数误差的位置;
第一IFFT模块1102,用于接收频域的上行待发送数据,对其进行IFFT处理,变换为时域的上行待发送数据;
时域处理模块1103,分别与所述SFO估计模块1101和所述第一IFFT模块1102相连,用于从所述SFO估计模块1101获取所述存在采样点数误差的位置信息,接收时域的上行待发送数据,根据所述存在采样点数误差的位置信息对所述时域的上行待发送数据进行采样点数修正,输出采样点数修正后的上行待发送数据;
快速傅里叶变换FFT模块1104,与所述时域处理模块1103相连,用于接收所述采样点数修正后的上行待发送数据,对其进行FFT处理,变换为频域的上行待发送数据并输出;
频域处理模块1105,与所述SFO估计模块1101和所述FFT模块均相连,用于从所述SFO估计模块1101获取所述存在采样点数误差的位置信息,接收所述频域的上行待发送数据,根据所述存在采样点数误差的位置信息对所述频域的上行待发送数据进行相位补偿,以补偿ζ和采样点数修正引起的相位旋转,输出相位补偿后的上行待发送数据;
第二IFFT模块1106,与所述频域处理模块1105相连,用于接收所述相位补偿后的上行待发送数据,对其进行IFFT处理,变换为时域的上行待发送数据。
较佳地,所述SFO估计模块1101,用于根据接收到的下行数据计算ζ。
较佳地,所述SFO估计模块1101,用于根据接收到的下行数据的同步前导计算载波频偏根据计算相对频偏其中fc为所述下行数据的载波频率,将该相对频偏η作为采样时钟频率偏差ζ=η。
较佳地,所述SFO估计模块1101,用于通过在时域对上行待发送数据进行采样点计数以计算存在采样点数误差的位置。
较佳地,所述SFO估计模块1101通过采样点计数以计算存在采样点数误差的位置包括:
计算所述上行待发送数据累积达到的总的采样点数误差其中,K为所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,Ng表示OFDM符号中循环前缀CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数,“||”表示取绝对值运算,表示下取整运算;
计算累积误差达到整数个采样点时对应的采样点的计数位置其中,表示上取整运算,n=1,2,…Q。
较佳地,所述SFO估计模块1101通过采样点计数以计算存在采样点数误差的位置还包括:
计算累积误差达到整数个采样点时对应的OFDM符号的计数位置其中,Nu=Nfft+Ng,n=1,2,…Q。
较佳地,所述SFO估计模块1101还可以通过在频域对上行待发送数据进行相位判断以计算存在采样点数误差的位置。
较佳地,所述SFO估计模块1101通过相位判断以计算存在采样点数误差的位置包括:
依次判断各OFDM符号的相位旋转是否满足如下条件其中,OFDM符号的计数位置l=1,2,…K,K表示所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,Ng表示OFDM符号中CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数;“||”表示取绝对值运算;
当判断满足所述条件时,将当前OFDM符号的计数位置l作为累积误差达到整数个采样点时对应的OFDM符号的计数位置Mn,将当前累计的采样点数误差n增1,其中n为正整数,初始值为1。
较佳地,所述频域处理模块1105,用于依次对上行待发送数据中的各OFDM符号执行如下处理:对当前OFDM符号进行相位补偿后输出;所述时域处理模块1103,用于依次对上行待发送数据中的各OFDM符号执行如下处理:判断当前OFDM符号是否为存在采样点数误差的位置,如果是,则对当前OFDM符号进行时域的采样点数修正后输出,如果否,则直接输出。
较佳地,所述时域处理模块1103,在进行采样点数修正时,如果ζ<0,则在对应的位置插入采样点;如果ζ>0,则在对应的位置删除采样点。
较佳地,所述频域处理模块1105执行相位补偿包括:
计算在频域进行相位补偿的相位值的总和其中:k表示子载波序号,Ng表示OFDM符号中CP的长度,Nfft表示对OFDM符号中非CP部分采样的点数,OFDM符号的计数位置l=1,2,…K,K表示所述上行待发送数据中OFDM符号的总数,n表示采样点数的误差值,Q表示上行待发送数据预补偿后累积达到的总的采样点数误差,Mn表示累积误差达到n个采样点时对应的OFDM符号的计数位置;
在频域上按照算式对上行待发送数据Zl,k进行相位补偿;其中,表示进行相位补偿后的频域数据。
根据所述公开的实施例,可以使得本领域技术人员能够实现或者使用本发明。本发明提供的STA获得传输资源的方案并不仅仅限制于中短距离无线通信系统,对于本领域技术人员来说,这些实施例的各种修改是显而易见的,并且这里定义的总体原理也可以在不脱离本发明的范围和主旨的基础上应用于其他实施例。以上所述的实施例仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。