CN103795667B - 一种基于正交频分复用系统的定时补偿方法 - Google Patents

一种基于正交频分复用系统的定时补偿方法 Download PDF

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Abstract

一种基于正交频分复用系统的定时补偿方法,所述方法包括:接收端首次估计接收数据的定时偏差TAEsti,并结合保护量TAGuard计算定时提前量TA;发送端按照TA发送数据;接收端根据TAGuard对接收到数据中每个正交频分OFDM符号进行数据搬移;在接收端再次估计TAEsti时,将信道冲激响应的峰值目标位置确定在OFDM符号的起始位置,并依照信道估计的信道冲激响应的峰值与目标位置之差,再次估计并更新TAEsti,然后计算TA。应用本发明实施例后,能够既保证OFDM系统没有符号间干扰,又消除了前者带来的定时偏差,同时在实现上没有增加复杂度,从而提高系统的整体性能。

Description

一种基于正交频分复用系统的定时补偿方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域,更具体地,涉及一种基于正交频分复用系统的定时补偿方法。
背景技术
正交频分(OFDM)系统中插入循环前缀(CP)包括:对调制信号做N点逆傅立叶变换(IFFT),则OFDM符号长度为N,将OFDM符号末端循环样点个数(Ncp)点复制到OFDM符号的前端,复制的Ncp点成为循环前缀。接收端去除Ncp采样点,就可以恢复出N点的OFDM符号,然后做傅立叶变换(FFT)等频域处理操作。
OFDM通信系统中,为了保持上行多址方案的频域正交性,eNB通过发送给UE定时提前量,对传播时延做补偿。实际系统中,由于存在定时估计误差,UE到达eNB的时刻相对于eNB的参考时间点有延时和提前两种情况。导致去CP后的N点OFDM数据不一定是发送端加CP前的原始数据。
对于UE提前发送的情况,去CP后的N点OFDM符号会有下一个OFDM符号的数据,由于存在码间干扰,性能较差;对于UE延迟发送的情况,去CP后的N点OFDM符号仍然是本符号的数据,是N点FFT周期内的数据。
去CP后的N点OFDM符号与原数据有时延。根据离散傅里叶变换(DFT)的特性,在频域上表现为子载波间有相位偏转。这种情况可以通过信道估计等予以一定程度的补偿,性能损失较小。
OFDM系统中为了避免提前发送带来的码间干扰,UE故意延迟发送。若定时估计为TAEsti个采样点(采样周期为Ts),则在此基础上减去一个余量TAGuard,使得UE在定时补偿的基础上再延迟TAGuard,这样实际发送给UE的定时提前量为TA=TAEsti-TAGuard,其中TAGuard是经验值。
在实际应用中,假设定时估计值为TAEsti,并且定时估计有±ΔT的估计误差。+ΔT表示UE会提前发送ΔT,eNB去除CP后的N点数据会有ΔT各样点取到下一个符号。按照为了保证在去除CP之后的N点数据仍然在OFDM符号内,eNB会根据定时估计TAEsti再让UE延迟发送TAGuard,一般情况下TAGuard>ΔT。如果去除CP后直接做N点FFT,则事实上定时误差为±ΔT-TAGuard。
定时误差在频域上相当于准确定时N点OFDM符号的子载波间有个相位旋转,利用信道估计和均衡可以消除这种相位旋转带来变化。由于信道估计的非理想性,对高码率高调制方式下,性能略有损失。但是在LTE系统上行信号中有码分的信道,如物理上行链路控制信道(PUCCH),侦听参考信号(SRS)等,在存在定时偏差的情况下,正交码的正交性随着定时偏差的变大而变差,性能损失较大。
发明内容
本发明实施例提出一种基于正交频分复用系统的定时补偿方法,能够减少对定时误差的影响,从而提高信道的码分性能。
本发明实施例的技术方案如下:
一种基于正交频分复用系统的定时补偿方法,所述方法包括:
接收端首次估计接收数据的定时偏差TAEsti,并结合保护量TAGuard计算定时提前量TA;
发送端按照TA发送数据;
接收端根据TAGuard对接收到数据中每个正交频分OFDM符号进行数据搬移;
在接收端再次估计TAEsti时,将信道冲激响应的峰值目标位置确定在OFDM符号的起始位置,并依照信道估计的信道冲激响应的峰值与目标位置之差,再次估计并更新TAEsti,然后计算TA。
所述接收端首次估计接收数据的定时偏差包括:
接收端对接收信号进行初始帧同步估计,估计出接收数据有TAEsti个采样点的定时偏差。
所述结合TAGuard计算定时提前量包括:定时提前量=TAEsti-TAGuard。
所述接收端根据TAGuard对接收到数据中每个OFDM符号进行数据搬移包括:
接收端将接收数据中N点时域样点的前TAGuard个样点搬移到OFDM符号的最后。
所述搬移包括:将N点时域样点中第TAGuard+1个样点至最后一个样点从头到尾依次写入存储器,然后再将N点时域样点中前TAGuard个样点从头到尾依次写入最后一个样点数据的后部。
所述搬移包括:在N点时域样点的数据中,首先读取前TAGuard后面的数据,然后再依次读取前TAGuard中的数据。
所述依照信道估计的信道冲激响应的峰值与目标位置之差,再次估计并更新TAEsti,然后计算TA包括:
接收端对后续接收的数据做信道估计,根据信道估计的冲激响应的峰值位置与目标峰值位置差确定TAEsti,定时提前量等于更新后的TAEsti。
一种基于正交频分复用系统的定时补偿系统,所述系统包括发送端和接收端,
接收端,用于首次估计接收数据的定时偏差TAEsti,并结合保护量TAGuard计算定时提前量TA;根据TAGuard对接收到数据中每个正交频分OFDM符号进行数据搬移;再次估计TAEsti时,将信道冲激响应的峰值目标位置确定在OFDM符号的起始位置,并依照信道估计的信道冲激洗响应的峰值与目标位置之差,再次估计并更新TAEsti,然后计算定时提前量;
发送端,用于按照TA发送数据。
所述接收端包括第一估计模块,搬移模块和第二估计模块;
第一估计模块,用于首次估计接收数据的TAEsti,并结合TAGuard计算定时提前量;
搬移模块,用于根据TAGuard对接收到数据中每个OFDM符号进行数据搬移;
第二估计模块,再次估计TAEsti时,将信道冲激响应的峰值目标位置确定在OFDM符号的起始位置,并依照信道估计的信道冲激响应的峰值与峰值目标位置之差,再次估计并更新TAEsti,然后计算定时提前量。
所述搬移模块包括去循环前缀单元、数据搬移单元、傅立叶FFT单元和解资源映射单元,
循环前缀单元,用于去除OFDM符号的前缀;
数据搬移单元,用于根据TAGuard对接收到数据中每个OFDM符号进行数据搬移;
FFT单元,用于将搬移后的时域数据转换为频域数据;
解资源映射单元,用于取出用户的频域数据。
所述数据搬移单元进一步用于,将N点时域样点中第TAGuard+1个样点至最后一个样点从头到尾依次写入存储器,然后再将N点时域样点中前TAGuard个样点从头到尾依次写入最后一个样点数据的后部。
所述数据搬移单元进一步用于,在N点时域样点的数据中,首先读取前TAGuard后面的数据,然后再依次读取前TAGuard中的数据。
从上述技术方案中可以看出,在本发明实施例中接收端首次估计接收数据的TAEsti,并结合TAGuard计算TA;接收端将TA通知发送端,发送端按照TA发送数据;接收端根据TAGuard对接收到数据中每个OFDM符号进行数据搬移;在接收端再次估计TAEsti时,将信道冲激响应的峰值目标位置确定在OFDM符号的起始位置,并依照信道估计的信道冲激洗响应的峰值与目标位置的差再次估计并更新TAEsti,然后计算定时提前量。对每个OFDM符号进行数据搬移,并按照TA发送数据,能够减少对定时误差的影响,从而提高信道的码分性能。
附图说明
图1为基于正交频分复用系统的定时补偿方法流程示意图;
图2为基于正交频分复用系统的定时补偿系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白,下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
在本发明实施例中,接收端首次估计接收数据的TAEsti,并结合TAGuard计算定时提前量TA;接收端将TA通知发送端,发送端按照TA发送数据;接收端根据TAGuard对接收到数据中每个OFDM符号进行数据搬移,这样既保证了去CP后的N点FFT在本OFDM符号内,又保证不扩大TAEsti的定时误差。
在接收端再次估计TAEsti时,将信道冲激响应的峰值目标位置确定在OFDM符号的起始位置,并依照信道估计的信道冲激响应的峰值与目标位置的差再次估计并更新TAEsti,然后计算TA。
这样,当发送端需要传输数据时,对TAEsti进行估计,实施数据搬移并及时更新TAEsti以确定TA。因此,能够减少对定时误差的影响,进一步提高信道的码分性能。
下面结合附图1详细说明本发明的技术方案,具体包括以下步骤:
步骤101、接收端首次估计接收数据TAEsti,并结合TAGuard计算定时提前量。
接收端首次估计接收数据的定时偏差,估计到接收端的数据延迟了TAEsti个采样点包括:对接收信号做初始帧同步,估计出发送端有TAEsti个采样点的定时偏差。
定时提前量是在需要补偿TAEsti个采样点的基础上,发送端再延时TAGuard个采样点发送,即定时提前量为:TA=TAEsti-TAGuard,其中TAGuard是接收端预设的经验值。
步骤102、发送端按照定时提前量发送数据。
由于发送端按照定时提前量发送数据。接收端对接收信号做去循环前缀的操作后,N点OFDM符号仍然是本符号的数据,就可以看做是N点FFT周期内的数据。
步骤103、接收端根据TAGuard对接收到数据中每个OFDM符号进行数据搬移。
接收端将接收数据中N点时域样点的前TAGuard个样点搬移到OFDM符号的最后。
数据搬移包括以下两种方式:方式一:对RAM进行写操作的时候实现数据搬移;方式二:读出RAM中的数据实现数据搬移。由于在现有技术中,即使不做数据搬移也需要进行RAM的读写操作,故本发明技术方案在没有增加复杂度的情况下,通过数据搬移补偿了由TAGuard引入的定时偏差。
方式一:对RAM进行写操作的时候实现数据搬移
将N点时域样点中第TAGuard+1个样点至最后一个样点从头到尾依次写入存储器,然后再将N点时域样点中前TAGuard个样点从头到尾依次写入最后一个样点数据的后部。
具体地:去除CP后的N点数据流为d0,d1,...dN-1,N个数据存储单元的RAM中做数据缓存。写入RAM时,先将数据dTAGuard写入到RAM的第一个地址单元,地址指针依次增加,写入数据。地址指针指到第N-TAGuard个地址单元后,将数据d0,d1,...dTAGuard-1从头到尾依次写入dN-TAGuard-1后的地址,写好的N点数据已完成数据搬移。接下来的FFT模块按数据顺序读出并处理即可。
方式二:读出RAM中的数据实现数据搬移
在N点时域样点的数据中,首先读取前TAGuard后面的数据,然后再依次读取前TAGuard中的数据。
去除CP后的N点数据流为d0,d1,...dN-1,在N个数据存储单元的RAM中做数据缓存,按数据流顺序d0,d1,...dN-1写入RAM。读出的时候,先读出数据dTAGuard,然后按照RAM地址递增的方式读出数据到dN-1,地址指针指到最后一个地址单元后,会自动从RAM的起始地址开始读数据,这样读出的N点数据已完成数据搬移。
步骤104、在接收端再次估计TAEsti时,将信道冲激响应的峰值目标位置确定在OFDM符号的起始位置,并依照信道估计的信道冲激响应的峰值与目标位置的差再次估计并更新TAEsti,然后计算定时提前量。
目标位置是指没有定时偏差时,信道估计冲激响应出现的位置。信道冲激响应的峰值目标位置与目标位置的差即接收数据的定时偏差。信道估计的信道冲激响应特指信道估计单元估计出的信道响应。
定时估计算法是首先对接收信号做信道估计,信道估计的信道冲激响应峰值位置与目标峰值位置的距离差为定时偏差的估计的结果TAEsti,单位是采样周期Ts,如果信道估计的信道冲激响应峰值位置在OFDM符号的起始位置,表示无定时偏差。
将信道冲激响应的峰值目标位置确定在OFDM符号起始位置,这样实际估计的峰值位置就是发送设备延迟了TAGuard的峰值位置。再次依照信道估计的信道冲激响应的峰值和目标位置确定TAEsti,即更新后的TAEsti等于信道估计的信道冲激响应的峰值与目标位置的差。将估计出新的TA=TAEsti值,下发给发送端。发送端按照更新的TA值调整发送数据,将发送数据延迟TA发送给接收端。
在存在传输数据的情况下,接收端会依照信道冲激响应的峰值目标位置和目标位置估计并更新TAEsti,这是一个循环估计的过程。而不存在传输数据的情况下,接收端则无需进行估计。
参见附图2是基于正交频分复用系统的定时补偿系统结构示意图,具体包括:接收端201和发送端202。接收端201包括第一估计模块2011,搬移模块2012和第二估计模块2013。
发送端202,用于按照定时提前量发送数据。
第一估计模块2011,用于首次估计接收数据的TAEsti个采样点,并结合TAGuard计算定时提前量。
搬移模块2012,用于根据TAGuard对接收到数据中每个OFDM符号进行数据搬移。
搬移模块包括去循环前缀单元、数据搬移单元、傅立叶FFT单元和解资源映射单元。
循环前缀单元,用于去除OFDM符号的前缀;
数据搬移单元,用于根据TAGuard对接收到数据中每个OFDM符号进行数据搬移;进一步用于将N点时域样点中第TAGuard+1个样点至最后一个样点从头到尾依次写入存储器,然后再将N点时域样点中前TAGuard个样点从头到尾依次写入最后一个样点数据的后部;在N点时域样点的数据中,首先读取前TAGuard后面的数据,然后再依次读取前TAGuard中的数据。
FFT单元,用于将搬移后的时域数据转换为频域数据;
解资源映射单元,用于取出用户的频域数据;
第二估计模块2013,再次估计TAEsti时,用于将信道冲激响应的峰值目标位置确定在OFDM符号的起始位置,并依照信道估计的信道冲激响应的峰值与目标位置再次估计并更新TAEsti,然后计算定时提前量。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。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。

Claims (12)

1.一种基于正交频分复用系统的定时补偿方法,其特征在于,所述方法包括:
接收端首次估计接收数据的定时偏差TAEsti,并结合保护量TAGuard计算定时提前量TA;所述TAGuard是接收端预设的经验值;
发送端按照TA发送数据;
接收端根据TAGuard对接收到数据中每个正交频分OFDM符号进行数据搬移;
在接收端再次估计TAEsti时,将信道冲激响应的峰值目标位置确定在OFDM符号的起始位置,并依照信道估计的信道冲激响应的峰值与目标位置之差,再次估计并更新TAEsti,然后计算TA。
2.根据权利要求1所述基于正交频分复用系统的定时补偿方法,其特征在于,所述接收端首次估计接收数据的定时偏差包括:
接收端对接收信号进行初始帧同步估计,估计出接收数据有TAEsti个采样点的定时偏差。
3.根据权利要求2所述基于正交频分复用系统的定时补偿方法,其特征在于,所述结合TAGuard计算定时提前量包括:定时提前量=TAEsti-TAGuard。
4.根据权利要求1所述基于正交频分复用系统的定时补偿方法,其特征在于,所述接收端根据TAGuard对接收到数据中每个OFDM符号进行数据搬移包括:
接收端将接收数据中N点时域样点的前TAGuard个样点搬移到OFDM符号的最后。
5.根据权利要求4所述基于正交频分复用系统的定时补偿方法,其特征在于,所述搬移包括:将N点时域样点中第TAGuard+1个样点至最后一个样点从头到尾依次写入存储器,然后再将N点时域样点中前TAGuard个样点从头到尾依次写入最后一个样点数据的后部。
6.根据权利要求4所述基于正交频分复用系统的定时补偿方法,其特征在于,所述搬移包括:在N点时域样点的数据中,首先读取前TAGuard后面的数据,然后再依次读取前TAGuard中的数据。
7.根据权利要求1所述基于正交频分复用系统的定时补偿方法,其特征在于,所述依照信道估计的信道冲激响应的峰值与目标位置之差,再次估计并更新TAEsti,然后计算TA包括:
接收端对后续接收的数据做信道估计,根据信道估计的冲激响应的峰值位置与目标峰值位置差确定TAEsti,定时提前量等于更新后的TAEsti。
8.一种基于正交频分复用系统的定时补偿系统,其特征在于,所述系统包括发送端和接收端,
接收端,用于首次估计接收数据的定时偏差TAEsti,并结合保护量TAGuard计算定时提前量TA;根据TAGuard对接收到数据中每个正交频分OFDM符号进行数据搬移;所述TAGuard是接收端预设的经验值;再次估计TAEsti时,将信道冲激响应的峰值目标位置确定在OFDM符号的起始位置,并依照信道估计的信道冲激响应的峰值与目标位置之差,再次估计并更新TAEsti,然后计算定时提前量;
发送端,用于按照TA发送数据。
9.根据权利要求8所述基于正交频分复用系统的定时补偿系统,其特征在于,所述接收端包括第一估计模块,搬移模块和第二估计模块;
第一估计模块,用于首次估计接收数据的TAEsti,并结合TAGuard计算定时提前量;
搬移模块,用于根据TAGuard对接收到数据中每个OFDM符号进行数据搬移;
第二估计模块,再次估计TAEsti时,将信道冲激响应的峰值目标位置确定在OFDM符号的起始位置,并依照信道估计的信道冲激响应的峰值与峰值目标位置之差,再次估计并更新TAEsti,然后计算定时提前量。
10.根据权利要求9所述基于正交频分复用系统的定时补偿系统,其特征在于,所述搬移模块包括去循环前缀单元、数据搬移单元、傅立叶FFT单元和解资源映射单元,
去循环前缀单元,用于去除OFDM符号的前缀;
数据搬移单元,用于根据TAGuard对接收到数据中每个OFDM符号进行数据搬移;
FFT单元,用于将搬移后的时域数据转换为频域数据;
解资源映射单元,用于取出用户的频域数据。
11.根据权利要求10所述基于正交频分复用系统的定时补偿系统,其特征在于,所述数据搬移单元进一步用于,将N点时域样点中第TAGuard+1个样点至最后一个样点从头到尾依次写入存储器,然后再将N点时域样点中前TAGuard个样点从头到尾依次写入最后一个样点数据的后部。
12.根据权利要求10所述基于正交频分复用系统的定时补偿系统,其特征在于,所述数据搬移单元进一步用于,在N点时域样点的数据中,首先读取前TAGuard后面的数据,然后再依次读取前TAGuard中的数据。
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