CN103532896B

CN103532896B - 可变带宽系统的定时估计方法和装置

Info

Publication number: CN103532896B
Application number: CN201210232157.8A
Authority: CN
Inventors: 徐兵
Original assignee: Leadcore Technology Co Ltd
Current assignee: Chen core technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2017-06-13
Anticipated expiration: 2032-07-05
Also published as: CN103532896A

Abstract

本发明涉及一种可变带宽系统的定时估计方法，能提高小带宽时的定时估计精度，而且不会明显提高复杂度。该方法包括以下步骤：从经过快速傅里叶变换的接收信号中提取参考信号；获得参考信号的信道估计；根据需要的定时精度对参考信号的信道估计扩展带宽；对扩展带宽后的信号进行快速反傅里叶变换，获得时域信道冲击响应；在该时域信道冲击响应寻找定时位置；以及输出该定时位置。

Description

可变带宽系统的定时估计方法和装置

技术领域

本发明涉及可变带宽系统的定时估计方法和装置，适用于长期演进系统。

背景技术

正交频分复用（OFDM）是一种多载波调制技术，主要思想是将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，随后调制到每个正交的子载波上进行传输。理想情况下，各正交子载波上的信号没有相互干扰。每个子载波上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子载波上的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。由于其频谱效率高、能较容易的对付多径传播引起的符号间干扰，因而在无线移动通信中得到了越来越多的应用，并且被普遍认为是未来4G的核心技术。

OFDM系统通过引入循环前缀（CP，Cyclic Prefix）来避免符号间干扰。循环前缀就是将每个OFDM符号的最后一部分数据在该OFDM符号之前重复。

终端与基站通信的前提是获得与基站的同步，主要是通过小区搜索过程完成，完成初始同步后终端还要继续保持与基站的同步。由于终端的移动，信道条件的变化等等，终端与基站的同步关系可能随时发生变化，因此终端需要随时估计该同步关系并及时调整终端的定时，这样才不致于失步。

OFDM系统发送端最终发送的是时域信号，接收机接收到的也是时域信号，在经过处理到基带信号后，需要通过快速傅里叶变换（FFT）模块变换到频域，然后在频域进行数据的解调等处理。

图1是OFDM频域信号的示意图。OFDM系统在时间上的基本单位是OFDM符号，在频率上的基本单位是子载波，时间和频率上的最小单位成为资源单元（RE，Resource Element）。图1中的RS表示参考信号（Reference Signal），主要是用于信道估计，通常RS总是需要发送的。

定时估计常用的方法是利用RS进行，一种方法是利用频率方向上相邻RS的相位差进行。这种方法的主要是利用时域上的定时偏差反映在频域上就是一定的相位旋转的原理，但这种方法在多径衰落信道下很难准确估计出定时，主要是因为不同的多径延迟引起频域上不同相位旋转，叠加之后相位偏差信息不能再准确反映时域的定时偏差。

另一种方法如图2所示，在去除循环前缀201和快速傅立叶变换202后，在步骤203提取RS，在步骤204进行RS处的频域信道估计，然后在步骤205经快速反傅立叶变换到时域，得到时域信道冲激响应，再于步骤206中找到时域信道冲激响应中功率最大的抽头或者类似的其他策略找到起始抽头，该抽头的位置即认为是终端定时的位置。最后于步骤207输出这一定时位置。

但对于长期演进系统（LTE）系统这种带宽可变的系统，不同的带宽所包含的RS数目不一样，从而导致估计定时精度不同。

通常情况下，上述方法估计定时的精度如下表1所示：

表1不同带宽下估计定时的精度

可以看出，在系统带宽较小时，定时精度较差，这可能会导致接收性能恶化。

仍以LTE为例，终端经过小区搜索后获得了定时，这时的定时精度为32Ts（Ts为LTE的最小时间单元，1Ts=1/30720000s），这主要是由于有效同步信号只占频带中间的0.96MHz带宽。同步之后，终端需要读取广播信道（Broadcast Channel,BCH），此时由于终端还不知道系统的真实带宽，只能按照1.4MHz带宽进行接收，读取BCH的过程可以进一步估计定时，但此时的定时精度也只能到16Ts，再加上实际估计的误差，定时误差可能更大，读取BCH之后，终端获取了系统的真实带宽，开始读取后续系统消息，例如如果系统的真实带宽是20MHz，终端就需要将接收机的带宽从1.4MHz切换到20MHz。由于此前读取BCH期间定时精度受限，此时终端的定时误差就是以16Ts为单位，这就有可能导致终端在信道条件不是很好的情况下读取系统消息失败，从而导致小区驻留失败。

解决上述小带宽时定时估计精度差的问题，通常的思路是对信道冲激响应进行插值，以进一步提高精度，例如目前3G系统中通常是这么做的，然而这需要增加额外的模块及复杂度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于这种可变带宽系统的定时估计方法，尤其能提高小带宽时的定时估计精度，而且不会明显提高复杂度。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种可变带宽系统的定时估计方法，包括以下步骤：从经过快速傅里叶变换的接收信号中提取参考信号；获得参考信号的信道估计；根据需要的定时精度对参考信号的信道估计扩展带宽；对扩展带宽后的信号进行快速反傅里叶变换，获得时域信道冲击响应；在该时域信道冲击响应寻找定时位置；以及输出该定时位置。

在本发明的一实施例中，根据需要的定时精度对参考信号的信道估计扩展带宽之后还包括：

对扩展带宽后的信号进行加窗操作。

在本发明的一实施例中，获得参考信号的信道估计的方法包括最小二乘法。

在本发明的一实施例中，获得参考信号的信道估计的方法包括最小均方差法。

在本发明的一实施例中，获得参考信号的信道估计的方法包括变换域信道估计。

在本发明的一实施例中，根据需要的定时精度对参考信号的信道估计扩展带宽的步骤包括：在参考信号的信道估计的两侧补零，其中补零长度根据需要的定时精度确定。

在本发明的一实施例中，在参考信号的信道估计的两侧补零的长度相同。

本发明还提出一种可变带宽系统的定时估计装置，包括：提取模块，用于从经过快速傅里叶变换的接收信号中提取参考信号；信道估计模块，获得参考信号的信道估计；带宽扩展模块，根据需要的定时精度对参考信号的信道估计扩展带宽；快速反傅里叶变换模块，对扩展带宽后的信号进行快速反傅里叶变换，获得时域信道冲击响应；寻找模块，在该时域信道冲击响应寻找定时位置；以及输出模块，输出该定时位置。

本发明的定时估计方法和装置采用在带宽扩展后进行快速反傅里叶变换的实现方式，其效果相当于对时域信道冲激响应进行插值，但实现方式远比更为直接对时域信道冲激响应进行插值简单，基本不需要增加任何复杂度。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是OFDM频域信号的示意图。

图2是现有的常用定时估计和调整的方法流程图。

图3是本发明一实施例的定时估计和调整的方法流程图。

图4是本发明一实施例的定时估计和调整的装置示意图。

图5是本发明一实施例的带宽扩展示意图。

具体实施方式

图3是本发明一实施例的定时估计和调整的方法流程图。参照图3所示，本实施例的方法流程如下：

首先于步骤301从接收信号中去除循环前缀（CP），接着进行快速傅里叶变换（FFT），这两个步骤是目前OFDM系统包含的步骤。

从步骤303开始定时估计流程。在步骤301，从经过快速傅里叶变换的接收数据中按照参考信号（RS）的分布将参考信号提取出来。

在步骤304，在参考信号处进行信道估计。在此实施例中，使用目前常用的估计方法，即最小二乘（Least Square，LS）方法，从而获得图1中的RS处的信道估计。在其他实施例中，也可以采用其他一些公知的信道估计算法，例如最小均方差法（MMSE），变换域信道估计等。

在步骤305，根据需要的定时精度扩展带宽。扩展的方法是在提取出的RS信道估计两侧补零，且两侧补零长度相同。

对LTE系统来说，如图5所示。具体补零之后的总长度（即IFFT长度）与需要定时估计精度关系如下表2所示。

表2

本领域技术人员可据此确定其它OFDM系统中补零的长度和定时估计精度间的关系。

在一可选实施例中，为了减少频域数据突变引起的时域能量泄露，可以对频域数据进行加窗操作。加窗操作是本领域公知技术，此处不详细说明。

在步骤306，对扩展频宽后的数据进行快速反傅里叶变换（IFFT），得到时域信道冲激响应。

在步骤307，在时域信道冲激响应中寻找定时位置。在此实施例中，可按照现有的公开技术寻找定时位置。

对LTE系统来说，需要将该定时位置进行一单位换算，即乘以4/3，以得到最终的定时位置。

对于其它OFDM系统来说，单位换算的关系可依据参考信号分布确定。

在步骤308，将结果作为定时估计结果输出。

图4是本发明一实施例的定时估计和调整的装置示意图。参照图4所示，装置包括去除循环前缀模块401、快速傅里叶变换模块402、信号提取模块403、信道估计模块404、带宽扩展模块405、快速反傅里叶变换模块406、寻找模块407以及输出模块408。这些模块401-407分别用以执行图3所示的步骤301-307。其中，模块403-408是定时估计装置的组成部分。

本实施例在带宽扩展后进行快速反傅里叶变换的实现方式，其效果相当于对时域信道冲激响应进行插值，然而本实施例不采用对时域信道冲激响应进行插值，而采用在频域进行带宽扩展，然后进行快速反傅里叶变换的方法实现，其实现方式更为简单，基本不需要增加任何复杂度。

而且，本实施例的IFFT模块可以完全复用原有的IFFT模块，不需要任何扩展。例如，1.4MHz带宽时，如果希望定时精度能达到Ts级别，只需要带宽扩展模块将频域信道估计序列扩展到长度为256，之后IFFT就可以使用20MHz系统带宽的IFFT进行。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种可变带宽系统的定时估计方法，包括以下步骤：

从经过快速傅里叶变换的接收信号中提取参考信号；

获得参考信号的信道估计；

根据需要的定时精度对参考信号的信道估计扩展带宽；

对扩展带宽后的信号进行快速反傅里叶变换，获得时域信道冲击响应；

在该时域信道冲击响应寻找定时位置；以及

输出该定时位置。

2.如权利要求1所述的可变带宽系统的定时估计方法，其特征在于，根据需要的定时精度对参考信号的信道估计扩展带宽之后还包括：

对扩展带宽后的信号进行加窗操作。

3.如权利要求1所述的可变带宽系统的定时估计方法，其特征在于，获得参考信号的信道估计的方法包括最小二乘法。

4.如权利要求1所述的可变带宽系统的定时估计方法，其特征在于，获得参考信号的信道估计的方法包括最小均方差法。

5.如权利要求1所述的可变带宽系统的定时估计方法，其特征在于，获得参考信号的信道估计的方法包括变换域信道估计。

6.如权利要求1所述的可变带宽系统的定时估计方法，其特征在于，根据需要的定时精度对参考信号的信道估计扩展带宽的步骤包括：在参考信号的信道估计的两侧补零，其中补零长度根据需要的定时精度确定。

7.如权利要求4所述的可变带宽系统的定时估计方法，其特征在于，在参考信号的信道估计的两侧补零的长度相同。

8.一种可变带宽系统的定时估计装置，包括：

提取模块，用于从经过快速傅里叶变换的接收信号中提取参考信号；

信道估计模块，获得参考信号的信道估计；

带宽扩展模块，根据需要的定时精度对参考信号的信道估计扩展带宽；

快速反傅里叶变换模块，对扩展带宽后的信号进行快速反傅里叶变换，获得时域信道冲击响应；

寻找模块，在该时域信道冲击响应寻找定时位置；以及

输出模块，输出该定时位置。

9.如权利要求8所述的可变带宽系统的定时估计装置，其特征在于，该带宽扩展模块还对扩展带宽后的信号进行加窗操作。

10.如权利要求8所述的可变带宽系统的定时估计装置，其特征在于，该信道估计模块使用最小二乘法获得参考信号的信道估计。

11.如权利要求8所述的可变带宽系统的定时估计装置，其特征在于，该信道估计模块使用最小均方差法获得参考信号的信道估计。

12.如权利要求8所述的可变带宽系统的定时估计装置，其特征在于，该信道估计模块使用变换域信道估计获得参考信号的信道估计。

13.如权利要求8所述的可变带宽系统的定时估计装置，其特征在于，根据需要的定时精度对参考信号的信道估计扩展带宽的步骤包括：在参考信号的信道估计的两侧补零，其中补零长度根据需要的定时精度确定。

14.如权利要求13所述的可变带宽系统的定时估计装置，其特征在于，在参考信号的信道估计的两侧补零的长度相同。