CN104753836B

CN104753836B - 一种载波频偏估计方法

Info

Publication number: CN104753836B
Application number: CN201510107461.3A
Authority: CN
Inventors: 张玉贤; 张红磊; 关文伟; 曾江州
Original assignee: Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute ASTRI
Current assignee: Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute ASTRI
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2018-03-06
Anticipated expiration: 2035-03-11
Also published as: US20160226696A1; US9491024B2; CN104753836A

Abstract

本发明公开了一种载波频偏(CFO)估计方法，包括：在无线设备处接收一个Zadoff‑Chu信号；根据接收信号和一个或多个已知Zadoff‑Chu序列的相关性，确定多个相关峰。该方法包括：根据这多个相关峰的相位和一个粗略CFO估计，确定接收信号的载波频偏(CFO)。粗略CFO估计可以根据所述多个相关峰中的特定峰的平方功率比来确定，相关峰的相位可用于消除粗略CFO估计的不确定性。

Description

一种载波频偏估计方法

【技术领域】

本发明涉及无线通信系统中确定载波频偏。更具体地，本公开涉及根据接收到的无线信号的相关峰相位来确定无线通信系统中载波频率偏。

【背景技术】

在无线通信系统(如正交频分复用(OFDM)系统)中，接收机(如基站)和发射机(如无线设备)之间会出现载波频偏(CFO)，这会降低这些无线通信系统(如长期演进(LTE)系统和/或高级LTE系统)的性能。载波频偏CFO的发生可能是由于发射机和接收机中振荡器的频率偏离，也可能是由于接收机、或发射机、或两者的运动而引起的多普勒频移。载波频偏CFO会导致无线通信系统的性能降低，从而降低了提供给接收机的服务质量。例如，载波频偏CFO会导致发射机和接收机之间的同步丢失，这会导致服务中断(如通话中断等)。此外，载波频偏CFO会增加发射机和/或接收机的功率消耗(如由于接收机和发射机之间更频繁地试图获得同步)。

【发明内容】

本发明公开了一种用于确定接收信号的载波频偏(CFO)的系统、方法、装置和计算机可读存储介质。在一个实施例中，用于确定CFO的系统、方法、装置和计算机可读存储介质，使用与相关输出功率有关的特性，和与相关输出相位有关的特性，以确定频偏CFO。在一个实施例中，所述相关输出可以从一个Zadoff-Chu序列得到。同时使用相关输出的功率和相关输出的相位，会增加CFO估计的准确度。根据实施例确定的CFO估计可以适合于高速列车(HST)的情况(例如，当发送信号的设备正在以每小时350公里的速度行进时，实施例可以改善的精度确定CFO)。此外，实施例的CFO估计还可以适合于其他情况，例如发送信号的设备正在飞机、船舶、或另一种陆地交通工具上高速行驶时。

在一个实施例中，当从一个HST场景中的设备上接收到信号时，该信号可能与至少一个已知的序列(如具有零自相关性的Zadoff-Chu根序列)相关，这会使接收该信号的设备观察到多个相关峰(相关的结果)，其中所述相关峰包括一个左峰、一个主峰、和一个右峰，其中相关产生复数值，其代表每个相关峰的幅度或振幅。此外，可以根据接收信号来确定前导索引。在一个实施例中，多个相关峰的平方功率比可以根据多个相关峰的幅值而确定，然后将这些平方功率比与CFO候选的预定平方功率比进行比较，以确定一个粗略的CFO估计。在一个实施例中，将接收的多个相关峰的的平方功率比与CFO候选的预定平方功率比进行比较，可以使用查找表格来执行，其中，CFO候选的预定平方功率比存储在查找表格中。

在一个实施例中，至少一个相关峰的相位可以被确定并用来确定一个最终的CFO估计，其中最终的CFO估计可用于发送信号设备和接收信号设备之间的后续通信。在一个实施例中，确定最终的CFO估计可以包括：将接收信号至少一个相关峰的相位和一个已知CFO峰的相位进行比较，其中最终CFO估计可以至少部分地根据比较结果来确定。在一个实施例中，最终CFO估计的符号可以至少部分地根据比较结果来确定。相位比较可用于解决粗略CFO估计的不确定性问题，所述不确定性会出现在一些HST情景中。

前述已经相当广泛地概括了本发明的特征和技术优势，以便可以更好地理解以下本发明的详细描述。本发明的其它特征和优势将在随后进行描述，其构成本发明权利要求的主题。本领域技术人员应该注意到，可以轻松地利用披露的概念和具体实施例作为一个基础，用来修改或设计能够执行本发明相同目的的其它结构。本领域技术人员也应该认识到，这种等同构造没有偏移在附加权利要求内阐述的本发明精神和范围。被看作本发明特性的新颖性特征，有关其组织和运作方法，与其它目的和优势一起，从以下结合附图的描述可以更好地加以理解。但是，应该深刻地认识到，在此提供的每个附图仅是用作描述和说明用途，并不是意在作为限制本发明的定义。

【附图说明】

为了更完整地理解本发明，请参考以下描述并结合附图，其中：

图1显示使用高速检测模式确定接收信号的载波频偏(CFO)的一个系统框图。

图2是一个实施例的在无线设备与发射机之间建立和保持一个连接的方法的梯形图。

图3显示一个实施例的具有不同载波频偏(CFO)的信号的相关输出。

图4显示将观察到的相关峰功率映射到一个载波频偏(CFO)曲线图。

图5显示使用观察到的相关峰的相对功率来估计载波频偏(CFO)的不确定区域。

图6显示接收信号相关峰的平方功率比曲线图。

图7显示实施例的与一个已知前导索引有关的预定理论值的曲线图。

图8A和8B显示，只根据相关峰值功率而确定载波频偏(CFO)估计，和根据实施例确定CFO估计的精度比较。

图9A和9B分别显示只根据相关峰值功率来确定载波频偏(CFO)的绝对平均差(单位Hz)和标准偏差(单位Hz)，以及根据实施例来确定CFO估计的绝对平均差和标准偏差。

图10A和10B显示，只根据相关峰值功率而确定载波频偏(CFO)估计，和根据实施例确定CFO估计的精度比较。

图11A和11B分别显示只根据相关峰值功率来确定载波频偏(CFO)的绝对平均差(单位Hz)和标准偏差(单位Hz)，以及根据实施例来确定CFO估计的绝对平均差和标准偏差。

图12A和12B显示，只根据相关峰值功率而确定载波频偏(CFO)估计，和根据实施例确定CFO估计的精度比较。

图13A和13B分别显示只根据相关峰值功率来确定载波频偏(CFO)的绝对平均差(单位Hz)和标准偏差(单位Hz)，以及根据实施例来确定CFO估计的绝对平均差和标准偏差。

图14是使用接收信号的相位信息来确定载波频偏(CFO)的方法的流程图。

【具体实施方式】

图1显示使用高速检测模式确定与接收信号有关的载波频偏(CFO)的一个系统100的框图。如图1所示，系统100包括无线设备102及一个收发机104。收发机104可以发送无线信号到无线设备102，并从无线设备102接收数据。例如，在一个实施例中，收发机104可以是根据一个或多个标准/协议(如第三代(3G)标准、第4代(4G)/长期演进(LTE)标准、LTE高级标准、802.11无线通信协议等)运行的无线通信网络(如蜂窝通信网、蜂窝数据网、无线局域网(WLAN)等)中的一个基站(如一个演进节点B(eNB)、毫微微基站(Femtocell)、宏基站(Macrocell)、微微基站(Picocell)等)，并且可以和无线设备102建立一个无线连接。该无线连接可以使无线设备102发送数据到一个或多个远程设备(图1中未示出)，并从一个或多个远程设备接收数据。在一个实施例中，无线设备102可以是智能电话、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、便携式计算设备、平板计算设备、个人计算设备、或者可根据实施例运行的其他设备。

应当指出，无线设备102和/或收发机104可以包括一个或多个处理器(如数字信号处理器(DSP)、中央处理单元(CPU)、包括两个或多个处理核的单个CPU等)和存储器(如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动器(HDD)、固态驱动器(固态硬盘)、或能以持久或非持久方式存储数据的其它类型存储器)。在一个实施例中，无线设备102和收发机104的存储器可以存储指令，当一个或多个处理器执行这些指令时，会使相应的一个或多个处理器运行如图1-14所描述的与无线设备102和收发机104相关的程序。

当建立收发机104和无线设备102之间的无线连接时，无线设备102可以发送一个信号到收发机104。在一些用例中，该信号可与载波频偏CFO相关联。例如，当无线设备102移动时，无线设备102相对于收发机104(其可以是固定的)的速度会引起多普勒频移，该信号就与多普勒频移引起的载波频偏CFO相关联。另外，该信号也可能与无线设备102和收发机104的振荡器之间的频率偏离引起的载波频偏CFO相关联。载波频偏CFO会导致在频域中的载波间干扰(ICI)，这会降低系统100的性能。另外，在时域中，信号也会由载波频偏CFO引起的相移变化而失真。为了减轻载波频偏CFO对信号的影响，一些标准强制了约束载波频偏CFO的要求。例如，在一些通信标准中，无线设备的载波频偏CFO要有+/-0.1ppm的精度要求(如对于2.4GHz的载波频率，载波频偏CFO为+/-240Hz)。虽然这样的要求能适用于许多用例，但也有一些用例可能不适合这样的要求。

例如，高速列车(HST)已经越来越普遍，而且这些列车能够以时速约350公里/小时(km/h)行驶。在这种情况下，高速列车HST上无线设备(如无线设备102)发送的信号由于HST的行进速率会有+/-1340Hz的载波频偏CFO。因此，由于载波频偏CFO估计得不准确，高速列车HST上无线设备会遇到无线通信网络(如包括收发机104的无线通信网络)服务和系统性能都下降的情况。

图2是一个实施例的在无线设备与发射机之间建立和保持一个连接的方法的梯形图。如图2所示，无线设备102可以发送一个连接信号(attachment signal)202给收发机104。在一个实施例中，可以使用一个物理随机接入信道(PRACH)来传输连接信号202。在一个实施例中，由于无线设备102在高速列车(HST)运行环境中操作，该连接信号202的载波频偏(CFO)可能高达+/-1340Hz。如图2所示，收发机104可使用经由PRACH接收的连接信号202确定第一CFO估计。由于使用PRACH传输信号的设置(如参考信号的结构)，与PRACH相关的CFO估计范围可以达到+/-1500Hz。因为使用PRACH发送信号的CFO估计范围要大于连接信号的最大CFO(即+/-1500Hz>+/-1340Hz)，因此根据实施例该载波频偏CFO可由收发机104来估计。

一旦接收到该连接信号202，收发机104就发送一个随机接入响应消息204到无线设备102。随后，无线设备102发送后续上行链路信号206给收发机104。在一个实施例中，可以使用一个物理上行共享信道(PUSCH)来传输后续上行链路信号206。使用PUSCH发送信号的CFO估计范围可以是+/-1000Hz(如由于在PUSCH上发送的参考信号的结构)，这会引入误差到根据由PUSCH接收到信号而估计的载波频偏CFO(如根据后续上行链路信号206)。例如，因为PUSCH的CFO估计范围小于连接信号的CFO(即+/-1000Hz<+/-1340Hz)，所以根据后续上行链路信号206由收发机104估计出的CFO可能是不准确的，并且随着时间的推移，这样的不准确性会降低系统100的性能。

这种不准确性可以通过使用PRACH接收连接信号202而估计的载波频偏CFO来校正。但是，在某些条件下(例如连接信号202有较低的信号噪声比(SNR)，和/或当该连接信号202相关的归一化CFO很小时)PRACH接收到的连接信号202内也会出现不确定性，这将在下面有更详细的描述。因此，虽然根据后续上行链路信号206估计的载波频偏CFO不准确，但是使用PRACH的CFO估计的不确定性会导致一个不正确的CFO估计，这会减少使用PRACH的CFO估计去校正使用PUSCH接收到信号的CFO估计的有效性。如下面更详细的描述，本发明的一个或多个实施例提供了一种对使用PRACH的CFO估计不确定性的解决方法，这会在下面有更详细的描述。

再回到图1，收发机104包括一个或多个天线110、一个检测单元120、和一个载波频偏CFO估计单元130。CFO估计单元130可以确定从无线设备102接收到信号的CFO估计。在一个实施例中，CFO估计单元130可以根据从物理随机接入信道(PRACH)接收到的信号确定载波频偏CFO。如图1所示，CFO估计单元130包括数据库140、功率比较单元150、相位确定单元160、和一个CFO判定单元170。在一个实施例中，数据库140可存储多个候选CFO的信息，在这下面有更详细的描述。

在收发机104的运行实施例中，收发机104可在一个或多个天线110上接收信号，并把所接收的信号提供给检测单元120。在一个实施例中，在一个或多个天线110上接收到的信号可以通过PRACH来自无线设备102，而无线设备102是在一架高速运行的列车HST上。也就是说，该信号可在收发机104上接收，而无线设备102是在一架高达350公里/小时速度行驶的高速列车HST上。在一个实施例中，检测单元120包括一个滤波器和一个相关器(图1未示出)。该滤波器可对接收信号进行滤波，以产生一个滤波信号，并将该滤波信号提供给相关器，相关器将接收到的信号与一个或多个已知的本地序列进行相关运算，以产生一个或多个相关输出。在一个实施例中，这一个或多个相关输出中每个输出都有一个恒定的幅度。在一个实施例中，已知的本地序列可以是一个Zadoff-Chu(ZC)根序列(如一个没有循环移位的ZC序列)，相关输出可以是已知本地序列和接收信号的相关性输出，这会在相关器中观察到有一个或多个单位脉冲函数。当载波频偏CFO很小时，在相关器中可以观察到单个相关输出(如恒定幅度的单个峰值)，当CFO很大时(如在高速列车HST情况下)，可以观察到有三个相关输出(如恒定幅度的三个峰值)。

图3显示一个实施例的具有不同载波频偏(CFO)的代表信号的相关输出。线图310显示对于小CFO的信号，将该信号和一已知本地序列进行相关运算后，在相关器中可以观察到一个恒定幅度的主峰(P₀)312(即单个相关输出)。另外，线图310还显示，主峰312是在第一检测区观察到的。

线图320显示对于大CFO的信号(如在高速运行列车HST上发送的信号的CFO)，在相关器的第一检测区可以观察到主峰(P₀)312，在相关器的第二检测区可以观察到一个恒定幅度的右峰(P₁)，在相关器的第三检测区可以观察到一个恒定幅度的左峰(P_-1)，其中在第二和第三检测区都和第一检测区域由一距离(du)间隔开。在一个实施例中，第二和第三检测区可能就是接收信号CFO的潜在不确定性。应该指出，P₀、P₁和P_-1的功率(即幅度)可根据CFO不同而不同，因此它可以被映射到CFO估计。但是应该指出，只根据P₀、P₁和P_-1的功率映射来确定CFO估计，可能会导致一个不正确的CFO估计，这会在下面有更详细的描述。

再回到图1，检测单元120可以通过将信号与一个本地根序列(如一个Zadoff-Chu序列或另一个有零自相关性的序列)进行相关运算而确定一个或多个与信号有关的峰。在一个实施例中，接收到的具有0循环移位的Zadoff-Chu序列与和频偏Δf可以由下得出：

在等式(1)中，u是Zadoff-Chu序列的根索引(root index)，Δf是频偏，N是Zadoff-Chu序列的长度，是虚部单位，du是一个循环移位，θ_u可以被视为恒定的相移。

在一个实施例中，检测单元120也可根据相关性确定一个或多个峰。例如，相关器中看到的一个或多个峰可以包括多个峰，其中这多个峰包括一个主峰(P₀)、一个右峰(P₁)和一个左峰(P_-1)。在一个实施例中，主峰(P₀)可以由下式给出：

在等式(2)中，u是Zadoff-Chu序列的根索引，Δf是频偏，N是Zadoff-Chu序列的长度，是虚部单位，其中*表示复共轭。

在一个实施例中，右峰(P₁)可以由下式给出：

在等式(3)中，u是Zadoff-Chu序列的根索引，Δf是频偏，N是Zadoff-Chu序列的长度，是虚部单位，du是一个循环移位，θ_u可以被视为恒定的相移。

在一个实施例中，右峰(P₁)和主峰(P₀)之间的复数值之比可以由下式给出：

在等式(4)中，u是Zadoff-Chu序列的根索引，Δf是频偏，N是Zadoff-Chu序列的长度，是虚部单位，du是一个循环移位。

在一个实施例中，左峰(P_-1)和主峰(P₀)之间的复数值之比可以由下式给出：

在等式(5)中，u是Zadoff-Chu序列的根索引，Δf是频偏，N是Zadoff-Chu序列的长度，是虚部单位，du是一个循环移位。

检测单元120可产生输出122，其被传递到功率比较单元150、相位确定单元160、和CFO判定单元170。在一个实施例中，输出122包括相关器中看到的每个峰的峰值数据。在一个实施例中，峰值数据包括每个峰的功率(或幅度)和相位的复数值代表(即每个P₀、P₁、和P_-1的复数值)。因此，检测单元120可确定每个峰的相位，输出122包括每个峰的相位。

在其他实施例中，除了确定峰值数据，检测单元120还可以确定信号的前导索引(preamble index)。检测单元120可通过对本地Zadoff-Chu序列的每个前导索引，结合三个循环移位的窗口(如三个检测区)观察到的功率以获得一个时偏，而确定前导索引。所确定的前导索引可以是一个特定前导索引，其对观察到的峰具有相同时偏。在一个实施例中，每个检测窗口都对应一个观察到的峰，这将在图3中有更详细的描述。如图1所示，输出122可以被提供给功率比较单元150、相位确定单元160、和CFO判定单元170。

数据库140可以存储多个CFO候选的信息。例如，在一个实施例中，这多个CFO候选的信息可以包括：对于每个候选CFO，理论峰值对应于一个特定CFO估计。例如，数据库140的一个特定条目可以与一个特定CFO候选相关联，并且可以包括所述特定CFO候选的主峰和两个侧峰(如左峰和右峰)之间的平方功率比值的信息，其中所述特定CFO候选的主峰和右峰之间的平方功率比值表示为(r₁)，其中所述特定CFO候选的主峰和左峰之间的平方功率比值表示为(R_-1)。在一个实施例中，R₁和R_-1可以表示为：

在等式(6)和(7)中，P₀′是预先确定的CFO候选的主峰幅值，P₁′是预先确定的CFO候选的右峰幅值的，是预先确定的CFO候选的左峰幅值，其中CFO候选与一个已知的CFO(f_i)相关。在一个实施例中，包含在输出122中的峰数据可以包括接收信号的主峰(P₀)和两个侧峰(P₁和P_-1)之间的平方功率的比值，其中相关输出的主峰(P₀)和右峰(P₁)之间的平方功率之比值是其中相关输出的主峰(P₀)和左峰(P_-1)之间的平方功率之比值是

数据库140提供的CFO候选数据142(如一个或多个CFO候选)到功率比较单元150，功率比较单元150比较接收信号峰值的的平方功率比和包含在CFO候选数据142里每个CFO候选的平方功率比(如r₁和r_-1)，以确定接收信号的一个粗略的CFO估计(|Δf_coarse|)。在一个实施例中，功率比较单元150可以使用查找表格(如数据库140可以是查找表格的形式)来进行比较。在其他实施例中，功率比较单元150执行使用一个目标函数g(f_i)雷进行比较，其中g(f_i)可以由下式给出：

在等式(8)中，P₁是右峰的相关输出，P₀是主峰的相关输出，P_-1是左峰的相关输出，是相关输出的主峰(P₀)和右峰(P₁)之间的平方功率比，是相关输出的主要峰(P₀)和左峰(P_-1)之间的平方功率比，f_i是多个CFO候选中的一个特定的CFO候选的已知的CFO，r₁(f_i)是该特定CFO候选的右峰和该特定CFO候选的主峰之间的平方功率比的预定代表值，r_-1(f_i)是该特定CFO候选的左峰和该特定CFO候选的主峰之间的平方功率比的预定代表值。另外，在等式(8)中，r₁(f_i)和r_-1(f_i)可以由下式给出：

因此，从等式(9)和等式(10)可以看出，r₁是有CFO(f_i)的CFO候选主峰和CFO候选右峰之间的平方功率比，r_-1是CFO候选主峰和CFO候选左峰之间的平方功率比。在一个实施例中，功率比较单元150可确定粗略的CFO估计为：

在等式(11)中，可找到一个候选CFO估计值(Δf_coarse)，其离接收信号的相关输出峰值的平方功率比有最近距离。换言之，在等式(11)中，(Δf_coarse)可被设置成等于其平方功率比最接近匹配接收信号相关峰的平方功率比的一个CFO候选。因此，Δf_coarse可近似于接收信号的一个通过相关峰的功率所指示的CFO。

功率比较单元150可以给CFO判定单元170提供一个粗略的CFO估计，如图1中显示的输出152。比较接收信号相关峰的平方功率比，和CFO候选的平方功率比，以确定一个粗略的CFO估计，这可以提供一个良好的接收信号CFO的初始估计。例如，图4显示了将观察到的相关峰功率映射到一个载波频偏(CFO)曲线图400。在图4中，显示了曲线图400和图3中的第二线图320。在曲线图400中，y轴代表相关器输出的大小(如P₀、P₁、P_-1的大小)，x轴表示归一化的CFO(以副载波为单位)。在曲线图400中，显示了第一曲线412、第二曲线422和第三曲线424。第一曲线412表示归一化CFO和主峰(P₀)312幅度之间的关系，第二曲线422表示归一化CFO和右峰(P₁)322幅度之间的关系，第三曲线424表示归一化CFO和左峰(P_-1)322幅度之间的关系。

在曲线图400中，通过找到这样一条直线(如直线440)，其与每个曲线412、422、424相交的位置(如在y轴上的位置)都对应于各个峰值，然后确定该直线在曲线图400的x轴上的坐标是一个CFO，然后将CFO估计450映射到相关峰(P₀，P₁，P_-1)的幅值(如功率)。例如，直线410、420、430指示各个峰值312、322、324。从图4可以看出，直线440与每个曲线412、422、424相交的位置正是各个峰值312、322、324。因此，当接收信号的CFO对应于CFO估计450时，各个峰值312、322、324应该分别对应于直线440与直线410、420、430的交点上。

再回到图1，应该指出，与其他使用相对功率比的CFO估计技术相比，使用查找表格来比较相关峰的平方功率比和CFO候选的平方功率比，以确定粗略的CFO估计，可以简化该粗略CFO估计值的计算，从而减少获得粗略CFO估计所需的计算复杂度。另外，因为接收信号相关峰的平方功率比可被映射到CFO，如图4所述，所以根据比较接收信号相关峰的平方功率比和CFO候选的平方功率比，而确定的粗略CFO估计，可为接收信号的CFO提供一个良好的近似。但是，对于一些CFO区的不同CFO候选，接收信号相关峰的平方功率比可能很类似(如|Δf|<500Hz等)，这会导致不正确的CFO测定。

图5显示使用接收信号相关峰的相对功率来估计载波频偏(CFO)的不确定区域。在图5中，显示了图4中的曲线图400，以及显示了多个不确定的区域，包括第一不确定区510、第二不确定区520、和第三不确定区530。当归一化CFO较小(如|Δf|<500Hz)时，第一不确定区510会使得难以估算CFO。例如，在第一不确定区510，左峰(P_-1)和右峰(P₁)的峰值(如图4的曲线424和422)很相似，这会导致不正确的CFO符号判定(例如，CFO是正还是负，或者是在0值的左侧还是右侧？)。当接收信号的信噪比(SNR)较低时，也会出现第一不确定区510内的不确定性。另外，当归一化CFO接近+/-1(如1000Hz<|Δf|<1500Hz)时，当两个侧峰和主峰的峰值在副载波的左右两侧都很相似时，也会出现第二不确定区520和/或第三不确定区530内的不确定性。上述的不确定性会导致不正确的CFO估计，即使当CFO估计是基于经由PRACH接收的信号。因此，只根据峰值(如图3的峰312、322、324)的关系来确定CFO估计，会导致不正确的CFO估计，即使当CFO估计是基于经由PRACH接收的信号。实施例中的CFO估计单元(如图1的CFO估计单元130)可运行解决CFO正确区域的不确定性，然后再确定CFO估计，由此增加CFO估计的精度。在一个实施例中，CFO估计单元130可根据左峰(P_-1)的相位、右峰(P₁)的相位、和主峰(P₀)的相位来解决不确定性，这将在下面有更详细的描述。

为了进一步说明不确定性如何导致不准确的CFO估计，参见图6，图6显示接收信号相关峰的平方功率比曲线图600。曲线图600包括了第一曲线610和第二曲线620。第一曲线610是右峰(P₁)和主峰(P₀)之间的平方功率比，第二曲线620是左峰(P_-1)和主峰(P₀)之间的平方功率比。从曲线图600可以看出，不确定区612或622出现在左峰或右峰平方功率比在归一化CFO＝+/-1两侧有大致相同相对功率的地方。此外，对于小CFO，也可以看到还有一个不确定区域602，其中左和右峰的平方功率比也大致相同。比较曲线图600中的不确定区602、612、622和图5中的不确定区510、520、530，可以看出，只使用相关峰的功率(如幅值)可能不足以精确地确定各种CFO值的CFO估计。特别是，图6的不确定区602、612、622和图5的不确定区510、520、530说明仅使用平方功率比和其他功率相关参数来确定高速列车HST情况下的(如大约+/-1340Hz的CFO，以及在低信噪比(SNR)条件下确定的CFO)CFO估计，会导致不准确的CFO估计，这会降低系统与无线设备(如蜂窝语音和/或数据网络)的通信性能。本发明通过使用峰值相位解决上述图5和图6的不确定性以更准确地估计CFO，本发明包括这样一种更准确估计CFO的系统、方法、装置和计算机可读存储介质，将在以下有更详细的描述。

回到图1，功率比较单元150可以提供粗略的CFO估计给CFO判定单元170(如作为输出152)。CFO判定单元170可以根据该粗略的CFO估计和各个峰相关输出的相位来确定最终的CFO估计172，这将在下面有更详细的描述。如图1所示，相位确定单元160可从检测单元120接收输出122，并根据输出122确定接收信号的理论峰值(或相位)。在一个实施例中，相位确定单元160可以根据包含在输出122里的前导索引确定理论峰值(或相位)。在一个实施例中，峰的理论峰值(或相位)可以包括右峰的理论值α₁，可以包括左峰的理论值α_-1。在一个实施例中，相位确定单元160可使用由下式给出的查找表格来确定右峰和主峰之间的理论相位差α₁、左峰和主峰之间的理论相位差α_-1：

其中ΔF是副载波间隔(sub-carrier spacing)，Δf是一已知CFO，是右峰和主峰之间的第一相位差(当(0＜Δf＜ΔF)时)；是右峰和主峰之间的第二相位差(当(-ΔF＜Δf＜0)时)；是左峰和主峰之间的第一相位差(当(0＜Δf＜ΔF)时)；是左峰和主峰之间的第二相位差(当(-ΔF＜Δf＜0)时)；这些可以从等式(4)中得到，根据预定的CFO值而产生。

图7显示了实施例的与一个已知前导索引相关联的预定理论值的曲线图700。曲线图700包括一个与右相关峰的理论角度相关联的第一曲线722，和一个与左相关峰的理论角度相关联的第二曲线724。在图7可以看出，在邻近副载波间隔的区域(如在归一化CFO＝+/-1的区域)中，当CFO穿过副载波间隔时，较强侧峰的角度可以有一个180°的相移。例如，第一曲线722显示了当归一化CFO＝+1时的一个180°相移，如理论值740和742所示，第二曲线724显示了当归一化CFO＝-1时的一个180°相移，如理论值750和752所示。

在一个实施例中，对于归一化CFO＝+1周围的CFO区域(如+1000Hz<CFO<+1500Hz)，理论值742和相位差之间的距离可表达为理论值740和相位差之间的距离可表达为其中所述相位差是指右相关峰与主相关峰之间的相位差，其中α₁由α确定(上面已有描述)，当Zadoff-Chu序列和一个特定前导索引相关联并且0＜Δf＜ΔF时α₁对应理论值742，其中当Zadoff-Chu序列和该特定前导索引相关联并且Δf＞ΔF时α₁对应理论值740，是右相关峰与主相关峰之间的相位差，Δf是粗略的CFO估计，ΔF是副载波间隔。在一个实施例中，当副载波间隔是1250Hz且CFO在1000Hz和1500Hz之间时，CFO(或归一化CFO)可约为+1。

在一个实施例中，对于归一化CFO＝-1周围的CFO区域(如-1500Hz<CFO<-1000Hz)，理论值750和相位差之间的距离可表达为理论值752和相位差之间的距离可表达为其中所述相位差是指左相关峰与主相关峰之间的相位差，其中α_-1由α确定(上面已有描述)，当Zadoff-Chu序列和一个特定前导索引相关联并且Δf＜(-ΔF)时α₁对应理论值750，其中当Zadoff-Chu序列和该特定前导索引相关联并且(-ΔF)＜Δf＜0时α₁对应理论值752，是左相关峰与主相关峰之间的相位差，Δf是粗略的CFO估计，ΔF是副载波间隔。在一个实施例中，当副载波间隔是1250Hz且CFO在-1500Hz和-1000Hz之间时，CFO(或归一化CFO)可约为-1。

另外，从图7可以看出，在小CFO区域726处(如归一化CFO＝0或|CFO|<500Hz周围的区域)，当相位穿过归一化CFO＝0时第一曲线722和第二曲线724都有180°的相移，对于第一曲线722如理论值730和734所示，对于第二曲线724如理论值732和736所示。在一个实施例中，对于小CFO区域，理论值734、736和相关输出之间的距离可以表达为其中δ₁是0<Δf<ΔF时理论值734和右相关峰与主相关峰相位差之间的距离，和0<Δf<ΔF时理论值736和左相关峰与主相关峰相位差之间的距离之和；其中ΔF是副载波间隔，是右相关峰与主峰之间的相位差；是左相关峰与主峰之间的相位差；当接收信号(或与接收信号相关的Zadoff-Chu序列)与Zadoff-Chu序列的一特定前导索引相关联并且0<Δf<ΔF时，α₁(0<Δf<ΔF)是理论值734；当接收信号(或与接收信号相关的Zadoff-Chu序列)与Zadoff-Chu序列的该特定前导索引相关联并且0<Δf<ΔF时(Δf是CFO估计)，α_-1(0<Δf<ΔF)是理论值736；其中表示理论值734和右相关峰与主相关峰相位差之间的距离，表示理论值736和左相关峰与主相关峰相位差之间的距离。另外，在小CFO区域，理论值730、732和其相关输出之间的距离可以表达为其中δ₂是-ΔF<Δf<0时理论值730和右相关峰与主相关峰相位差之间的距离，和-ΔF<Δf<0时理论值732和左相关峰与主相关峰相位差之间的距离之和；其中ΔF是副载波间隔，是右相关峰与主峰之间的相位差；是左相关峰与主峰之间的相位差；当接收信号(或与接收信号相关的Zadoff-Chu序列)与Zadoff-Chu序列的一特定前导索引相关联并且-ΔF<Δf<0时，α₁(-ΔF<Δf<0)是理论值730；当接收信号(或与接收信号相关的Zadoff-Chu序列)与Zadoff-Chu序列的该特定前导索引相关联并且-ΔF<Δf<0时，α_-1(-ΔF<Δf<0)是理论值732；其中Δf是粗略的CFO估计；其中表示理论值730和右相关峰与主相关峰相位差之间的距离，表示理论值732和左相关峰与主相关峰相位差之间的距离。其中α₁和α_-1由α确定(上面已有描述)，是右相关峰与主相关峰之间的相位差，是左相关峰与主相关峰之间的相位差，Δf是CFO估计，ΔF是副载波间隔。在一个实施例中，当副载波间隔是1250Hz且CFO在-500Hz和500Hz之间时，CFO(或归一化CFO)就在0附近。

实施例中的CFO估计单元(如图1中的CFO估计单元130)可以使用上述关系，以确定与CFO相关的区域，这将在下面有更详细的描述的。

再回到图1，相位确定单元160可以生成一个输出162，其包括左峰和主峰之间、以及右峰和主峰之间的理论相位(或角度)差方面的信息。CFO判定单元170可以根据粗略的CFO估计和相位信息(如理论相位和与接收信号有关的峰值相位)来确定最终的CFO估计。使用相位信息来确定最终的CFO估计可以解决只使用相对功率值来确定CFO估计带来的不确定性，这将在下面有更详细的描述。

CFO判定单元170可确定接收信号的CFO区域。例如，CFO判定单元可确定接收信号的CFO是在副载波间隔的负侧还是在副载波间隔的正侧。在一个实施例中，根据功率比较结果(如等式(8)的g(f_i))和相关峰的相位可以确定CFO区域，这会用到检测的前导索引的预定值。在一个实施例中，检测的前导索引的预定值包括在输出162中。

在一个实施例中，CFO判定单元170进一步根据包括在输出152里的粗略估计来确定接收信号的CFO区域，并使用相位信息来确定最终的CFO估计。例如，当粗略估计|Δf_coarse|＜500Hz，CFO判定单元170就计算：

在等式(12)，是右峰和主峰之间的相位(或角度)差，是左峰和主峰之间的相位(或角度)差，α是从相位确定单元160接收的预定值，其中σ是预定值和其相关输出之间的绝对差。在一个实施例中，在计算σ后，CFO判定单元170可确定σ值是否大于π。如果σ大于π越大，CFO判定单元170就将该值替换为2π-该值。CFO判定单元170可以通过根据σ值确定CFO的正负符号来解决CFO的不确定性。

为了说明，让并让其中是第i行第j列σ的条目，其中δ₁和δ₂分别是正区和负区的平方距离。然后CFO判定单元170根据等式(13)确定最终CFOΔf：

因此，可以从等式(13)看出，当δ₁<δ₂，最终CFO估计(Δf)的符号是正的，否则最终CFO估计的符号(Δf)为负。因此，已经表明，对于小CFO(如|Δf|<500Hz)，CFO判定单元170可以使用多个相关峰的相位信息解决不确定性(如图5不确定性区域510)。

另一个例子，当1000Hz<Δf_coarse＜1500Hz,CFO判定单元170计算：

在等式(14)，是右峰和主峰之间的相位(或角度)差，α是从相位确定单元160接收的预定值，α(:,1)是第一列α，其中σ是预定值和其相关输出之间的差。在一个实施例中，在计算σ后，CFO判定单元170可确定σ值是否大于π。如果σ大于π越大，CFO判定单元170就将该值替换为2π-该值。CFO判定单元170可以通过根据σ值确定CFO是在正副载波的哪一侧来解决CFO的不确定性问题。

为了说明，让并让其中δ₁是当0<Δf<ΔF时离第一理论相位的距离，其中δ₂是当Δf>ΔF时离第二理论相位的距离，其中P_x是左峰和右峰之一，其中P₀是主峰，其中当0<Δf<ΔF时a_x(0＜Δf＜ΔF)是当Δf>ΔF时a_x(Δf＞ΔF)是其中是信号右峰的角度(或相位)。然后CFO判定单元170评估是否δ₁<δ₂以确定CFO区域，其中δ₁<δ₂表示右峰相位是更接近副载波间隔的左侧(如CFO区域在负的一侧)还是更接近副载波间隔的右侧(如CFO区域在正的一侧)。例如，当δ₁<δ₂，峰P₁的相位到第一理论相位的距离比峰P₁的相位到第二理论相位的距离要更近。因为δ₁与0<Δf<ΔF有关，CFO判定单元170可以确定CFO是在ΔF的左侧，所以消除了最终CFO估计的潜在不确定性。因此，评估δ₁<δ₂可以便于确定CFO的范围，其可以用于确定最终CFO估计。例如，CFO判定单元170可以根据下式确定最终的CFOΔf：

在等式(15)，Δf是最终的CFO估计，f_i是与多个CFO候选中一个特定CFO候选相关联的已知CFO，是相关输出的主峰和相关输出的右峰之间的平方功率比，是相关输出的主峰和相关输出的左峰之间的平方功率比，r₁(f_i)是特定CFO候选的右峰和特定CFO候选的主峰之间的平方功率比，r_-1(f_i)是特定CFO候选的左峰和特定CFO候选的主峰之间的平方功率比，其中特定CFO候选即是粗略的CFO。因此，从等式(14)和(15)可以看出，因为使用了相关峰的相位来确定最终CFO估计，所以最终CFO估计(Δf)的准确度提高了。

从等式(14)和(15)可以看出，实施例的CFO判定单元170使用相关峰的相位而解决了CFO估计的不确定性(如图5的不确定性区域520)。因此，实施例的CFO判定单元170可以解决CFO估计的不确定性问题(如图5的第二不确定性区域520)，从而增加了最终CFO估计值的准确度。

在一个实施例中，等式(15)可解，且最终CFO估计可以由下式给出：

还有另外一个例子，当-1500Hz<Δf_coarse＜-1000Hz时，CFO判定单元170计算：

在等式(17)，是左峰和主峰之间的相位差，α是从相位确定单元160接收的预定值，α(:,2)是第二列α，其中σ是预定值和其相关输出之间的差。在一个实施例中，在计算σ后，CFO判定单元170可确定σ值是否大于π。如果σ大于π越大，CFO判定单元170就将该值替换为2π-该值。CFO判定单元170可以通过根据σ值确定CFO是在负副载波的哪一侧来解决CFO的不确定性问题。

为了说明，让并让然后CFO判定单元170评估是否δ₁<δ₂以确定CFO区域。例如，CFO判定单元170可以根据下式确定最终的CFOΔf：

在等式(18)，Δf是最终的CFO估计，f_i是与多个CFO候选中一个特定CFO候选相关联的已知CFO，是接收信号的主相关峰和接收信号的右相关峰之间的平方功率比，是接收信号的主相关峰和接收信号的左相关峰之间的平方功率比，r₁(f_i)是特定CFO候选的右峰和特定CFO候选的主峰之间的平方功率比，r_-1(f_i)是特定CFO候选的左峰和特定CFO候选的主峰之间的平方功率比，其中特定CFO候选即是粗略的CFO。

从等式(17)和(18)可以看出，最终CFO估计((Δf)的精度可以通过使用相关峰的相位以确定最终CFO估计而得到提高。因此，实施例的CFO判定单元170可以解决CFO估计的不确定性问题(如图5的第二不确定性区域530)，从而增加了最终CFO估计值的准确度。

在一个实施例中，等式(18)可解，且最终CFO估计可以由下式给出：

在等式(19)中，g(f_i)是从等式(8)得到的，f_i是多个CFO候选中的一个特定CFO候选的已知CFO，Δf是最终的CFO估计。

因此，已经显示了实施例的系统100特别是实施例的收发机104，可以增加精确度地确定最终的CFO估计。例如如上所述，通过使用多个相关峰的相位，CFO估计单元130可消除可能导致不正确判定CFO的潜在不确定性，这比只根据多个峰的功率水平来确定CFO估计的系统有优势，如图2和4-6所述。此外，根据实施例确定最终CFO估计的优点和益处将在图8A-13B中描述。

应该指出，虽然在图1中描述了为经由PRACH接收信号确定CFO估计，其中信号与一个Zadoff-Chu序列相关，但是本发明并不限定于这样的信号，因为这些实施例可以容易地应用于和经PRACH传输和接收的信号特征相似的其它信号和传输信道，例如当将接收信号和一个已知序列进行相关运算时表现出多个相关峰，例如在如图5和6的不确定性区域有这多个相关峰的相移，等等。此外，实施例也可以应用到非PRACH接收的信号上，例如其上使用Zadoff-Chu序列发送信号的其他信道。因此，这一个或多个实施例可以改善无线通信系统的运行，如3G通信系统、4G/LTE通信系统、高级LTE通信系统、802.11通信系统等。

图8A和8B显示，只根据相关峰值功率而确定载波频偏(CFO)估计，和根据实施例确定CFO估计的精度比较。应该指出，图8A和8B显示的CFO估计是通过系统模拟(如图1系统100)来产生的，其中CFO模拟的情况是-5分贝信噪比(SNR)、高速列车场景、270Hz。在图8A，曲线图810显示了多个CFO估计的精度，其中每个CFO估计都是只根据相关峰值功率而确定的。如在曲线812所示，大约95.2％的只根据相关峰值功率确定的CFO估计被确定在正确的区域，如在曲线814所示，大约4.8％的只根据相关峰值功率确定的CFO估计位于不正确的区域。

相比之下，在图8B，曲线图820也显示了多个CFO估计的精度，其中每个CFO估计是根据实施例(即根据相关峰的功率和相位来确定CFO估计)来确定的。如曲线图822所示，100％的根据实施例中确定的CFO估计被确定在正确的区域，如曲线图824所示，没有一个根据实施例确定的CFO估计是在不正确的区域。因此，图8A和8B显示了根据实施例确定的CFO估计精度会增加CFO位于正确区域(如具有正确符号或区域的CFO的检测窗)的可能性。因此，根据实施例确定的CFO估计(即根据相关峰的功率和相位来确定CFO估计)可以提高性能并降低无线通信系统(如图1的系统100)内的干扰。

图9A和9B分别显示只根据相关峰值功率来确定载波频偏(CFO)的绝对平均差(单位Hz)和标准偏差(单位Hz)，以及根据实施例来确定CFO估计的绝对平均差和标准偏差。应该指出，图9A和9B显示的图表是通过系统模拟(如图1系统100)来产生的，其中CFO是以270Hz来模拟的。在图9A中，第一图表910显示了只根据相关峰值功率来确定CFO估计以及根据实施例来确定CFO估计的绝对平均差(单位Hz)。在第一图表910，第一曲线912显示只根据相关峰值功率来确定CFO估计的绝对平均差(单位Hz)，第二曲线914表示根据实施例来确定CFO估计的绝对平均差(单位Hz)。如图9A所示，根据实施例确定的CFO估计具有减小的绝对平均差(单位Hz)。因此，第一图表910显示了当CFO估计是根据实施例来确定的(即CFO估计是根据相关峰的功率和相位来确定的)，可以有一个降低的绝对平均差(Hz)，即使当信噪比(SNR)很低时。

在图9B中，第二图表920显示了只根据相关峰值功率来确定CFO估计以及根据实施例来确定CFO估计的标准偏差(单位Hz)。在第二图表920，第一曲线922显示只根据相关峰值功率来确定CFO估计的标准偏差(单位Hz)，第二曲线924表示根据实施例来确定CFO估计的标准偏差(单位Hz)。如图9B所示，根据实施例确定的CFO估计具有减小的标准偏差(单位Hz)，即使当信噪比(SNR)很低时。

图10A和10B显示，只根据相关峰值功率而确定载波频偏(CFO)估计，和根据实施例确定CFO估计的精度比较。应该指出，图10A和10B显示的CFO估计是通过系统模拟(如图1系统100)来产生的，其中CFO是以1100Hz、-5分贝信噪比(SNR)来模拟的。在图10A，第一曲线图1010显示了多个CFO估计的精度，其中每个CFO估计都是只根据相关峰值功率而确定的。如在曲线1012所示，大约28.1％的只根据相关峰值功率确定的CFO估计被确定在正确的区域，如在曲线1014所示，大约71.9％的只根据相关峰值功率确定的CFO估计位于不正确的区域。因此图10A说明，当CFO是1100Hz时，只根据相关峰值功率确定的大多数CFO估计都在不正确的区域。

相比之下，在图10B，曲线图1020也显示了多个CFO估计的精度，其中每个CFO估计是根据实施例(即根据相关峰的功率和相位来确定CFO估计)来确定的。如曲线图1022所示，几乎100％(即99.97％)的根据实施例中确定的CFO估计被确定在正确的区域，如曲线图1024所示，少于1％(即0.03％)的根据实施例确定的CFO估计是在不正确的区域。因此，图10A和10B显示了根据实施例确定的CFO估计精度会增加CFO位于正确区域(即1250Hz的左侧)的可能性。因此，根据实施例确定的CFO估计(即根据相关峰的功率和相位来确定CFO估计)可以提高性能并降低无线通信系统(如图1的系统100)内的干扰。

图11A和11B分别显示只根据相关峰值功率来确定载波频偏(CFO)的绝对平均差(单位Hz)和标准偏差(单位Hz)，以及根据实施例来确定CFO估计的绝对平均差和标准偏差。应该指出，图11A和11B显示的图表是通过系统模拟(如图1系统100)来产生的，其中CFO是以1100Hz来模拟的。在图11A中，第一图表1110显示了只根据相关峰值功率来确定CFO估计以及根据实施例来确定CFO估计的绝对平均差(单位Hz)。在第一图表1110，第一曲线1112显示只根据相关峰值功率来确定CFO估计的绝对平均差(单位Hz)，第二曲线1114表示根据实施例来确定CFO估计的绝对平均差(单位Hz)。如图11A所示，根据实施例确定的CFO估计具有减小的绝对平均差(单位Hz)。因此，第一图表1110显示了当CFO估计是根据实施例来确定的(即CFO估计是根据相关峰的功率和相位来确定的)，可以有一个降低的绝对平均差(Hz)，即使当信噪比(SNR)很低时。

在图11B中，第二图表1120显示了只根据相关峰值功率来确定CFO估计以及根据实施例来确定CFO估计的标准偏差(单位Hz)。在第二图表1120，第一曲线1122显示只根据相关峰值功率来确定CFO估计的标准偏差(单位Hz)，第二曲线1124表示根据实施例来确定CFO估计的标准偏差(单位Hz)。如图11B所示，根据实施例确定的CFO估计具有减小的标准偏差(单位Hz)，即使当信噪比(SNR)很低时。

图12A和12B显示，只根据相关峰值功率而确定载波频偏(CFO)估计，和根据实施例确定CFO估计的精度比较。应该指出，图12A和12B显示的CFO估计是通过系统模拟(如图1系统100)来产生的，其中CFO是以1340Hz来模拟的。在图12A，第一曲线图1210显示了多个CFO估计的精度，其中每个CFO估计都是只根据相关峰值功率而确定的。如在曲线1212所示，大约65.1％的只根据相关峰值功率确定的CFO估计被确定在正确的区域，如在曲线1214所示，大约34.9％的只根据相关峰值功率确定的CFO估计位于不正确的区域。因此图12A说明，当CFO是1340Hz时，只根据相关峰值功率确定的很多CFO估计都在不正确的区域。

相比之下，在图12B，曲线图1220也显示了多个CFO估计的精度，其中每个CFO估计是根据实施例(即根据相关峰的功率和相位来确定CFO估计)来确定的。如曲线图1222所示，超过97％(即97.2％)的根据实施例中确定的CFO估计被确定在正确的区域，如曲线图1224所示，2.8％的根据实施例确定的CFO估计是在不正确的区域。因此，图12A和12B显示了根据实施例确定的CFO估计精度会增加CFO位于正确区域(即1250Hz的右侧)的可能性。因此，根据实施例确定的CFO估计(即根据相关峰的功率和相位来确定CFO估计)可以提高性能并降低无线通信系统(如图1的系统100)内的干扰。

图13A和13B分别显示只根据相关峰值功率来确定载波频偏(CFO)的绝对平均差(单位Hz)和标准偏差(单位Hz)，以及根据实施例来确定CFO估计的绝对平均差和标准偏差。应该指出，图13A和13B显示的图表是通过系统模拟(如图1系统100)来产生的，其中CFO是以1340Hz来模拟的。在图13A中，第一图表1310显示了只根据相关峰值功率来确定CFO估计以及根据实施例来确定CFO估计的绝对平均差(单位Hz)。在第一图表1310，第一曲线1312显示只根据相关峰值功率来确定CFO估计的绝对平均差(单位Hz)，第二曲线1314表示根据实施例来确定CFO估计的绝对平均差(单位Hz)。如图13A所示，根据实施例确定的CFO估计具有减小的绝对平均差(单位Hz)。因此，第一图表1310显示了当CFO估计是根据实施例来确定的(即CFO估计是根据相关峰的功率和相位来确定的)，可以有一个降低的绝对平均差(Hz)，即使当信噪比(SNR)很低时。

在图13B中，第二图表1320显示了只根据相关峰值功率来确定CFO估计以及根据实施例来确定CFO估计的标准偏差(单位Hz)。在第二图表1320，第一曲线1322显示只根据相关峰值功率来确定CFO估计的标准偏差(单位Hz)，第二曲线1324表示根据实施例来确定CFO估计的标准偏差(单位Hz)。如图13B所示，根据实施例确定的CFO估计具有减小的标准偏差(单位Hz)，即使当信噪比(SNR)很低时。

图14是使用接收信号的相位信息来确定载波频偏(CFO)的方法1400的流程图。在一个实施例中，方法1400可由图1中的收发机104来执行。在一个实施例中，方法1400可作为指令存储在存储器，当所述指令由图1收发机104的处理器执行时，会使处理器执行方法1400，其中所述指令可被存储在收发机104的计算机可读存储介质内。

在步骤1410，从无线设备接收信号，在步骤1420，根据信号和一已知Zadoff-Chu序列的相关性确定接收信号的多个相关峰。在步骤1430，根据这多个相关峰和一个粗略的CFO估计确定信号的载波频偏(CFO)。在一个实施例中，粗略的CFO估计可以根据所述多个相关峰来确定。例如，根据比较多个相关峰的平方功率比和一个或多个CFO候选的平方功率比，可以确定一个粗略的CFO估计。在一个实施例中，这一个或多个CFO候选可以存储在查找表格中，比较也可以使用查找表格来进行，如图1所述。

在一个实施例中，多个相关峰的相位包括多个相关峰中一个左相关峰和一个主相关峰之间的相位差，以及一个右相关峰和一个主相关峰之间的相位差，如图1所述。在一个实施例中，与左相关峰和右相关峰值相关的相位差可以根据理论值来确定，如图1所述。在一个实施例中，理论值可以根据一个前导索引来确定，其中前导索引是根据信号和已知Zadoff-Chu序列之间的相关性来确定。

在一个实施例中，方法1400可被用来执行长期演进(LTE)高速模式检测使用物理随机接入信道(PRACH)发送的信号。例如，当无线设备正在一架高速列车(HST)运行时(或者当无线设备或收发机104正以高速率行进时，例如在飞机、船、另一类型的基于陆地的交通工具上等等)，在无线设备(如图1的无线设备102)连接到收发机(如图1的收发机104)的过程中，可以执行该方法1400。通过使用基于多个相关峰的平方功率而确定的粗略CFO估计，以及根据多个相关峰的相位，而确定信号的CFO估计，增加了正确判断CFO的可能性，如图1和图7-13B所述。此外，对于使用方法1400进行CFO计算的通信系统来说，使用方法1400确定CFO可以减少载波间干扰(ICI)的出现。

虽然已经详细说明了本发明及其优越性，但应理解，在不脱离所附权利要求定义的本发明的条件下可以做出各种改变，替换和变化。此外，本申请的范围不限定到此处说明书中描述的处理过程，机器，制造，物质构成，手段，方法和步骤等的特定实施例。本领域的普通专业人员从说明书可以容易理解，根据本发明可以利用实质上执行了与这里说明的相应实施例相同功能或实现了相同结果的目前已有的或者将来会开发出的处理过程，机器，制造，物质构成，手段，方法和步骤。因此，所附的权利要求书旨在包括这些处理过程，机器，制造，物质构成，手段，方法或步骤。

Claims

1.一种载波频偏估计方法，包括步骤：

从一个无线设备接收一个信号；

根据所述信号和一个Zadoff-Chu序列的相关性，确定多个相关峰；

根据所述多个相关峰的相位和一个粗略的载波频偏CFO估计，确定所述信号的载波频偏CFO，其中所述粗略的载波频偏CFO估计是根据所述多个相关峰而确定的；

其中，根据多个CFO候选，确定所述粗略的载波频偏CFO估计；

其中，确定所述多个相关峰的平方功率比，其中所述平方功率比包括所述多个相关峰中一个左相关峰和一个主相关峰之间的平方功率比，以及所述多个相关峰中一个右相关峰和一个主相关峰之间的平方功率比；

比较所述多个相关峰的平方功率比和预定值，所述预定值对应于相应相关峰的平方功率比，其包含在所述多个CFO候选中的每个CFO候选中；

根据所述比较，从所述多个CFO候选中确定所述粗略的载波频偏CFO估计。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述信号是通过一个物理随机接入信道PRACH而接收的，其中所述方法包括：

对所述信号和所述Zadoff-Chu序列进行相关性运算，得到所述多个相关峰，并确定所述Zadoff-Chu序列的一个索引；

至少部分根据所述索引，确定所述多个相关峰的相位。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述多个CFO候选存储在一个查找表格中。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述多个相关峰的平方功率比与所述预定值的比较是使用以下目标函数g(f_i)的：

其中P₁是所述右相关峰的相关输出，P₀是所述主相关峰的相关输出，P_-1是所述左相关峰的相关输出，是所述右相关峰和所述主相关峰之间的平方功率比，是所述左相关峰和所述主相关峰之间的平方功率比，f_i是所述多个CFO候选中一个特定CFO候选的一个特定已知CFO，r₁(f_i)是所述特定CFO候选的一个右相关峰和一个主相关峰之间的平方功率比的一个预定值代表，其中r_-1(f_i)是所述特定CFO候选的一个左相关峰和其主相关峰之间的平方功率比的一个预定值代表。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述粗略CFO估计是根据下式确定的：

<mrow> <msub> <mi>&Delta;f</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>a</mi> <mi>r</mi> <mi>s</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mi>arg</mi> <mi> </mi> <msub> <mi>min</mi> <msub> <mi>f</mi> <mi>i</mi> </msub> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>g</mi> <mo>(</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow>

其中arg min_fi(g(f_i))确定一个CFO候选，其具有所述多个相关峰和所述多个CFO候选的相应相关峰之间的平方功率比之间的最小差。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述方法包括：

确定所述粗略CFO估计是否对应一个CFO不确定性区域；

一旦确定所述粗略CFO估计对应一个CFO不确定性区域，就确认所述接收信号的CFO的CFO区。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述CFO不确定性区域是多个CFO不确定性区域中的其中一个，所述多个CFO不确定性区域包括第一CFO不确定性区、第二CFO不确定性区、和第三CFO不确定性区，其中所述第一CFO不确定性区是在0附近的归一化CFO，所述第二CFO不确定性区是在+1附近的归一化CFO，所述第三CFO不确定性区是在-1附近的归一化CFO，其中当载波间隔是1250Hz且所述CFO在-500Hz和500Hz之间时，所述归一化CFO就在0附近，当载波间隔是1250Hz且所述CFO在1000Hz和1500Hz之间时，所述归一化CFO就在+1附近，当载波间隔是1250Hz且所述CFO在-1500Hz和-100Hz之间时，所述归一化CFO就在-1附近。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述确认CFO区的步骤是指确认所述接收信号的CFO是在所述第一CFO不确定性区内、所述第二CFO不确定性区内、还是在所述第三CFO不确定性区内，其中所述方法包括：确定所述接收信号的CFO是在所述确认的CFO区的第一侧还是第二侧。

9.如权利要求8所述的方法，其中确定所述CFO是在所述确认的CFO区的第一侧还是第二侧，是至少部分基于所述多个相关峰的相位而确定的。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述多个相关峰包括一个左相关峰、一个主相关峰、和一个右相关峰，其中当所述确认的CFO区是所述第一CFO不确定性区时，确定所述CFO是在第一侧还是第二侧包括评估δ₁<δ₂，

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其中δ₁是当0<△f<△F时第一理论值和所述右相关峰与主相关峰相位差之间的距离，和0<△f<△F时第二理论值和所述左相关峰与主相关峰相位差之间的距离之和，其中δ₂是当-△F<△f<0时第三理论值和所述右相关峰与主相关峰相位差之间的距离，和-△F<△f<0时第四理论值和所述左相关峰与主相关峰相位差之间的距离之和，其中△F是副载波间隔，其中是所述右相关峰与所述主相关峰之间的相位差，其中是所述左相关峰和所述主相关峰之间的相位差，其中当所述接收信号与所述Zadoff-Chu序列的一个特定前导索引相关且0<△f<△F时，α₁有所述第一理论值，其中当所述接收信号与所述Zadoff-Chu序列的所述特定前导索引相关且0<△f<△F时，α_-1有所述第二理论值，其中当所述接收信号与所述Zadoff-Chu序列的所述特定前导索引相关且-△F<△f<0时，α₁有所述第三理论值，其中当所述接收信号与所述Zadoff-Chu序列的所述特定前导索引相关且-△F<△f<0时，α_-1有所述第四理论值，其中△f是所述CFO估计；

其中当δ₁<δ₂时，所述接收信号的CFO是|△f|，否则所述接收信号的CFO就是-|△f|，其中△f对应所述确认的CFO区的第一侧，-|△f|对应所述确认的CFO区的第二侧。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述多个相关峰包括一个左相关峰、一个主相关峰、和一个右相关峰，其中当所述确认的CFO区是所述第二CFO不确定性区时，确定所述CFO是在第一侧还是第二侧包括评估δ₁<δ₂，其中

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其中δ₁是当0<△f<△F时第一理论值和所述右相关峰与主相关峰相位差之间的距离，其中δ₂是当△f>△F时第二理论值和所述右相关峰与主相关峰相位差之间的距离，其中P₁是所述右相关峰，P₀是所述主相关峰，其中当所述接收信号与所述Zadoff-Chu序列的一个特定前导索引相关且0<△f<△F时，α₁有所述第一理论值，其中当所述接收信号与所述Zadoff-Chu序列的所述特定前导索引相关且△f>△F时，α₁有所述第二理论值，其中是所述右相关峰与所述主相关峰之间的相位差，其中△F是副载波间隔，其中△f是所述CFO估计，其中所述CFO由下式确定：

其中CFO_final是所述接收信号的CFO，f_i是一个特定CFO候选的一个已知CFO，是所述右相关峰和所述主相关峰之间的平方功率比，是所述左相关峰和所述主相关峰之间的平方功率比，r₁(f_i)是所述特定CFO候选的右相关峰和所述特定CFO候选的主相关峰之间的平方功率比，r_-1(f_i)是所述特定CFO候选的左相关峰和所述特定CFO候选的主相关峰之间的平方功率比。

12.如权利要求9所述的方法，其中所述多个相关峰包括一个左相关峰、一个主相关峰、和一个右相关峰，其中当所述确认的CFO区是所述第三CFO不确定性区时，确定所述CFO是在第一侧还是第二侧包括评估δ₁<δ₂，其中

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其中δ₁是第一理论值和所述左相关峰与主相关峰相位差之间的距离，其中δ₂是第二理论值和所述左相关峰与主相关峰相位差之间的距离，其中P_-1是所述左相关峰，P₀是所述主相关峰，其中当所述接收信号与所述Zadoff-Chu序列的一个特定前导索引相关且△f<(-△F)时，α_-1有第一预定值，其中当所述接收信号与所述Zadoff-Chu序列的所述特定前导索引相关且(-△F)<△f<0时，α_-1有所述第二理论值，其中是所述左相关峰和所述主相关峰之间的相位差，其中△F是副载波间隔，其中△f是所述CFO估计，其中接收信号的所述CFO由下式确定：

13.一种存储指令的计算机可读介质，当处理器执行所述指令时，会使所述处理器执行以下步骤：

从无线设备接收信号；

其中执行步骤包括：根据多个CFO候选，确定所述粗略的载波频偏CFO估计；

其中所述执行步骤包括：

确定所述多个相关峰的平方功率比，其中所述平方功率比包括所述多个相关峰中一个左相关峰和一个主相关峰之间的平方功率比，以及所述多个相关峰中一个右相关峰和一个主相关峰之间的平方功率比；

14.如权利要求13所述的计算机可读介质，其中所述多个CFO候选存储在一个查找表格中。

15.如权利要求14所述的计算机可读介质，其中所述多个相关峰的平方功率比与所述预定值的比较是使用以下目标函数g(f_i)的：

16.如权利要求15所述的计算机可读介质，其中所述粗略CFO估计是根据下式确定的：

17.如权利要求13所述的计算机可读介质，其中所述执行步骤包括：

确定所述粗略CFO估计是否对应一个CFO不确定性区域；

18.如权利要求17所述的计算机可读介质，其中所述CFO不确定性区域是多个CFO不确定性区域中的其中一个，所述多个CFO不确定性区域包括第一CFO不确定性区、第二CFO不确定性区、和第三CFO不确定性区，其中所述第一CFO不确定性区是在0附近的归一化CFO，所述第二CFO不确定性区是在+1附近的归一化CFO，所述第三CFO不确定性区是在-1附近的归一化CFO，其中当载波间隔是1250Hz且所述CFO在-500Hz和500Hz之间时，所述归一化CFO就在0附近，当载波间隔是1250Hz且所述CFO在1000Hz和1500Hz之间时，所述归一化CFO就在+1附近，当载波间隔是1250Hz且所述CFO在-1500Hz和-100Hz之间时，所述归一化CFO就在-1附近。

19.如权利要求18所述的计算机可读介质，其中所述确认CFO区的步骤是指确认所述接收信号的CFO是在所述第一CFO不确定性区内、所述第二CFO不确定性区内、还是在所述第三CFO不确定性区内，其中所述执行步骤包括：确定所述接收信号的CFO是在所述确认的CFO区的第一侧还是第二侧。

20.如权利要求19所述的计算机可读介质，其中所述多个相关峰包括一个左相关峰、一个主相关峰、和一个右相关峰，其中当所述确认的CFO区是所述第一CFO不确定性区时，确定所述CFO是在第一侧还是第二侧包括评估δ₁<δ₂，

21.如权利要求19所述的计算机可读介质，其中所述多个相关峰包括一个左相关峰、一个主相关峰、和一个右相关峰，其中当所述确认的CFO区是所述第二CFO不确定性区时，确定所述CFO是在第一侧还是第二侧包括评估δ₁<δ₂，其中

22.如权利要求19所述的计算机可读介质，其中所述多个相关峰包括一个左相关峰、一个主相关峰、和一个右相关峰，其中当所述确认的CFO区是所述第三CFO不确定性区时，确定所述CFO是在第一侧还是第二侧包括评估δ₁<δ₂，其中

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23.如权利要求21所述的计算机可读介质，其中所述多个相关峰的相位是至少根据所述多个相关峰的理论值而确定的，其中所述理论值是根据所述Zadoff-Chu序列的一个索引确定的。

24.一种载波频偏估计装置，包括：

至少一个处理器，其执行以下步骤：

从一个无线设备接收一个信号；

一个连接到所述处理器的存储器；

其中所述至少一个处理器执行以下步骤：根据多个CFO候选，确定所述粗略的载波频偏CFO估计；

其中所述至少一个处理器执行以下步骤：

根据所述比较，从所述多个CFO候选中确定所述粗略的CFO估计。

25.如权利要求24所述的装置，其中所述信号是通过一个物理随机接入信道PRACH而接收的，其中所述至少一个处理器执行以下步骤：

至少部分根据所述索引，确定所述多个相关峰的相位。

26.如权利要求24所述的装置，其中所述多个CFO候选存储在一个查找表格中。

27.如权利要求24所述的装置，其中所述多个相关峰的平方功率比与所述预定值的比较是使用以下目标函数g(f_i)的：

28.如权利要求27所述的装置，其中所述粗略CFO估计是根据下式确定的：

29.如权利要求24所述的装置，其中所述至少一个处理器执行以下步骤：

确定所述粗略CFO估计是否对应一个CFO不确定性区域；

30.如权利要求29所述的装置，其中所述CFO不确定性区域是多个CFO不确定性区域中的其中一个，所述多个CFO不确定性区域包括第一CFO不确定性区、第二CFO不确定性区、和第三CFO不确定性区，其中所述第一CFO不确定性区是在0附近的归一化CFO，所述第二CFO不确定性区是在+1附近的归一化CFO，所述第三CFO不确定性区是在-1附近的归一化CFO，其中当载波间隔是1250Hz且所述CFO在-500Hz和500Hz之间时，所述归一化CFO就在0附近，当载波间隔是1250Hz且所述CFO在1000Hz和1500Hz之间时，所述归一化CFO就在+1附近，当载波间隔是1250Hz且所述CFO在-1500Hz和-100Hz之间时，所述归一化CFO就在-1附近。

31.如权利要求30所述的装置，其中所述确认CFO区的步骤是指确认所述接收信号的CFO是在所述第一CFO不确定性区内、所述第二CFO不确定性区内、还是在所述第三CFO不确定性区内，其中所述至少一个处理器执行以下步骤：确定所述接收信号的CFO是在所述确认的CFO区的第一侧还是第二侧。

32.如权利要求31所述的装置，其中确定所述CFO是在所述确认的CFO区的第一侧还是第二侧，是至少部分基于所述多个相关峰的相位而确定的。

33.如权利要求32所述的装置，其中所述其中所述多个相关峰包括一个左相关峰、一个主相关峰、和一个右相关峰，其中当所述确认的CFO区是所述第一CFO不确定性区时，确定所述CFO是在第一侧还是第二侧包括评估δ₁<δ₂，

34.如权利要求32所述的装置，其中所述多个相关峰包括一个左相关峰、一个主相关峰、和一个右相关峰，其中当所述确认的CFO区是所述第二CFO不确定性区时，确定所述CFO是在第一侧还是第二侧包括评估δ₁<δ₂，其中

35.如权利要求32所述的装置，其中所述多个相关峰包括一个左相关峰、一个主相关峰、和一个右相关峰，其中当所述确认的CFO区是所述第三CFO不确定性区时，确定所述CFO是在第一侧还是第二侧包括评估δ₁<δ₂，其中

36.如权利要求24所述的装置，其中所述多个相关峰的相位是至少根据所述多个相关峰的理论值而确定的，其中所述理论值是根据所述Zadoff-Chu序列的一个索引确定的。