CN107347043A - 接收器以及在接收器中补偿载波频率偏移的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种接收器以及在接收器中补偿载波频率偏移(CFO)的方法。所述方法包括：接收多个离散时间样本；从接收的多个离散时间样本获取样本向量；基于样本向量获取多个初步CFO估计；从所述多个初步CFO估计选择具有最大补偿系数的CFO；在接收的离散时间样本中补偿所述CFO。

Description

接收器以及在接收器中补偿载波频率偏移的方法
本申请要求于2016年5月6日提交到印度专利局的第201641015928号印度专利申请和2017年1月16日提交到韩国知识产权局的第10-2017-0007241号韩国专利申请的权益，所述专利申请的全部公开为了所有的目的通过引用合并于此。
技术领域
以下描述涉及一种无线通信系统，更具体地说，涉及一种用于在接收器中补偿载波频率偏移(CFO)的机制。
背景技术
在无线通信系统中，接收器中的信号解调可能被载波频率偏移(CFO)影响。一般地，CFO可能由被配置为将基带信号上转换(up-convert)为通带信号的发送器中的本地振荡器(LO)频率与被配置为将接收的通带信号下转换(down-convert)为基带信号的接收器中的LO频率之间的误匹配而引起。例如，除了多用户多天线通信系统之外，这样的CFO还可发生于无线传感器网络中。
这样的误匹配可导致接收的样本中的值的偏差，因此给定符号的解调可导致错误的决策。此外，CFO可导致被复数相量相乘的各个样本。CFO可在符号解调中被累积，并且随着数据长度增加而对解调产生更不利地影响。除了对基带数据的解调的影响，误匹配还可改变接收的前导码的期望属性。因此，基于接收的前导码的同步和其他操作可被影响。
因此，期望用于在接收器中估计CFO并补偿CFO的简单且具有鲁棒性的机制。
发明内容
提供本发明内容以简化的形式介绍对在以下的具体实施方式中进一步描述的构思的选择。本发明内容不意在标识要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不意在用于帮助确定要求保护的主题的范围。
在一个总的方面，一种用于在接收器中补偿载波频率偏移(CFO)的方法，所述方法包括：接收多个离散时间样本；从接收的多个离散时间样本获取样本向量；基于样本向量获取多个初步CFO估计；从所述多个初步CFO估计选择具有最大补偿系数的CFO；在接收的离散时间样本中补偿所述CFO。每个初步CFO估计与补偿系数关联。
获取样本向量的步骤可包括：从接收的多个离散时间样本获取多个滑动向量；将每个滑动向量划分成至少四个子块；基于所述至少四个子块获取每个滑动向量的相关系数；从所述多个滑动向量选择具有最大相关系数的滑动向量作为样本向量。
可通过将第一子块与第四子块之间的点积的绝对值和第二子块与第三子块之间的点积的绝对值相加，来获取每个滑动向量的相关系数。
获取所述多个初步CFO估计的步骤可包括：获取与所述多个初步CFO估计分别对应的多个角度；将对应的角度除以分母项。
所述方法还可包括：通过识别被与子周期相等的时间段隔开的相似元素和相反极性的元素来获取子周期；获取数值2、π和子周期相乘的积作为所述分母项。
获取所述多个角度的步骤可包括：获取样本向量的多个元素之间的角度作为所述多个角度的第一角度；获取与第一角度相反的负值作为所述多个角度的第二角度；基于前导码角度来获取所述多个角度中除了第一角度和第二角度之外的剩余的角度。前导码角度表示被与前导码周期相等的时间段彼此隔开的多个样本之间的角度。
选择CFO的步骤可包括：通过使用所述多个初步CFO估计补偿样本向量来获取对应的多个补偿向量；获取与对应的多个补偿向量分别对应的多个补偿系数；从所述多个初步CFO估计选择所述多个初步CFO估计中的针对具有最大补偿系数的对应的补偿向量的一个初步CFO作为所述CFO。
获取所述多个补偿系数的步骤可包括：通过将多个第一半补偿向量与过采样前导码序列相关，来获取与所述多个补偿系数的第一半对应的多个第一半补偿系数；通过将多个第二半补偿向量与循环移位序列相关，来获取与所述多个补偿系数的第二半对应的多个第二半补偿系数。
可通过重复前导码过采样率(OSR)的每个元素来获取过采样前导码序列。
可将过采样前导码序列循环移位样本的半周期数，来获取循环移位序列。这里，半周期可等于OSR与前导码长度的一半相乘的积。
一种非暂时性计算机可读存储介质可存储用于使计算硬件执行所述方法的指令。
在另一总的方面，一种接收器包括：处理器，被配置为：补偿CFO；接收多个离散时间样本并从接收的多个离散时间样本获取样本向量；基于样本向量获取多个初步CFO估计并从所述多个初步CFO估计选择具有最大补偿系数的CFO；在接收的多个离散时间样本中补偿所述CFO。这里，每个初步CFO估计与补偿系数关联。
接收器还可包括：块检测器，被配置为接收所述多个离散时间样本并从接收的多个离散时间样本获取样本向量；CFO估计器，被配置为基于样本向量获取所述多个初步CFO估计并从所述多个初步CFO估计选择具有最大补偿系数的CFO，其中，每个初步CFO估计与补偿系数关联；CFO补偿器，被配置为在接收的多个离散时间样本中补偿所述CFO。
处理器可从接收的多个离散时间样本获取多个滑动向量并将每个滑动向量划分成至少四个子块，基于所述至少四个子块获取每个滑动向量的相关系数，并且从所述多个滑动向量选择具有最大相关系数的至少一个滑动向量作为样本向量。
可通过将第一子块与第四子块之间的点积的绝对值和第二子块与第三子块之间的点积的绝对值相加，来获取相关系数。
CFO估计器可通过获取与所述多个初步CFO估计分别对应的多个角度并且将对应的角度除以分母项来获取所述多个初步CFO估计。
处理器可通过识别被与子周期相等的时间段隔开的相似元素和相反极性的元素来获取子周期，并且获取数值2、π和子周期相乘的积作为所述分母项。
处理器可获取样本向量的多个元素之间的角度作为所述多个角度的第一角度以及与第一角度相反的负值作为所述多个角度的第二角度，并基于前导码角度来获取所述多个角度中除了第一角度和第二角度之外的剩余的角度。前导码角度表示被与前导码周期相等的时间段彼此隔开的多个样本之间的角度。
处理器可通过使用所述多个初步CFO估计补偿样本向量来获取对应的多个补偿向量，获取与对应的多个补偿向量分别对应的补偿系数，选择所述多个初步CFO估计中的针对具有最大补偿系数的对应的补偿向量的一个初步CFO估计作为所述CFO，并使用所述CFO补偿接收的离散时间样本。
处理器可通过将多个第一半补偿向量与过采样前导码序列相关来获取所述多个补偿系数的多个第一半补偿系数，并且通过将多个第二半补偿向量与循环移位序列相关来获取所述多个补偿系数的多个第二半补偿系数。
可通过重复前导码OSR的每个元素来获取过采样前导码序列。
可将分布的前导码序列循环移位样本的半周期数来获取循环移位序列。
所述接收器可与电气和电子工程师协会(IEEE)802.15.4q标准兼容。
所述接收器还可包括存储指令的存储器，所述指令实现用于执行以下操作的处理器：接收所述多个离散时间样本并从接收的多个离散时间样本获取样本向量；基于样本向量获取所述多个初步CFO估计并从所述多个初步CFO估计选择具有最大补偿系数的CFO，其中，每个初步CFO估计与补偿系数关联；在接收的多个离散时间样本中补偿所述CFO。
其他特征和方面将通过以下具体实施方式、附图和权利要求而清楚。
附图说明
图1是示出被配置为补偿载波频率偏移(CFO)的接收器的配置的示例的示图。
图2是示出补偿CFO的方法的示例的流程图。
图3是示出使用块检测器获取样本向量的方法的示例的流程图。
图4是示出使用CFO估计器估计CFO的方法的示例的流程图。
图5是示出实现在接收器中补偿CFO的方法的计算环境的示例的示图。
贯穿附图和具体实施方式，相同的参考标号表示相同的元件。为了清楚、说明和方便，附图可不按比例，附图中的元件的相对大小、比例和描绘可被夸大。
具体实施方式
提供以下具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，这里描述的操作的顺序仅为示例，除了必须按照特定次序发生的操作以外，操作的顺序不限于在此阐述的顺序，而是可如理解了本申请的公开之后将清楚的那样改变。此外，为了更加清楚和简明，本领域公知的特征的描述可被省略。
在此描述的特征可以以不同的形式被实现，而将不被解释为限于在此描述的示例。相反，已提供在此描述的示例仅为示出实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些方式，这在理解本申请的公开之后将清楚的。
诸如第一、第二、A、B、(a)、(b)等的术语可在这里使用以描述组件。这些术语中的每一个不用于限定相应组件的本质、次序或顺序，而仅用于将相应组件与其他组件区分。例如，第一组件可被称为第二组件，类似地，第二组件也可被称为第一组件。
应注意，如果在说明书中描述一个组件“连接”、“结合”或“接合”到另一组件，则虽然第一组件可直接连接、结合或接合到第二组件，但是第三组件可“连接”、“结合”或“接合”在第一组件与第二组件之间。此外，应注意，如果在说明书中描述一个组件“直接连接”或“直接接合”到另一组件，则它们之间可不存在第三组件。同样，例如“在……之间”与“紧接在……之间”和“相邻”与“紧接地相邻”的表达也可如上述描述地解释。
这里使用的术语仅为了描述特定实施例的目的，而不意图限制。除非上下文明确地另有指示，否则如在这里使用的单数形式也意图包括复数形式。还将理解，当在这里使用术语“包括”和/或“包含”时，表明存在叙述的特征、整体、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、操作、元件、组件和/或它们的组。
基于对本公开的理解，除非另有定义，否则这里使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。除非在这里明确地定义，否则术语(诸如，在通用字典中定义的术语)将被解释为具有与它们在相关领域和本公开的上下文中的含义一致的含义，而将不被解释为理想化或过于正式的意义。
在一个示例中，基带信号x(t)可在发送器中被上转换为更高频率的载波信号，例如，发送器可将基带信号x(t)上转换为更高频率的载波信号，并发送该更高频率的载波信号。也就是说，基带信号可被上转换为期望的载波频率(例如，fc)。发送的信号可被表示为等式1。其中，Re()表示获取括号内的对象的实部。
[等式1]
由接收器接收的信号x′(t)可被载波频率fc’下转换，并由等式2表示。
[等式2]
在等式2中，y(t)表示被载波频率fc’下转换的信号，HT{x′(t)}表示信号x’(t)的希尔伯特变换(Hilbert transform)。此外，fc′＝fc+δf，其中，δf表示载波频率偏移(CFO)。即，δf表示fc’与fc之间的差。y(t)还可由等式3表示。
[等式3]
y(t)＝x(t)e-j2πδft
在等式3中，x(t)与相量(phasor)(例如，复数e-j2πδft)相乘，相量的角度与模数转换器(ADC)的输出中的样本的时间或样本的索引成比例地增长。x(t)与相量的相乘可影响数据符号的解调。
可使用前导码的周期性(例如，可从前导码获取周期T)来估计CFO。可从接收的多个离散时间样本识别周期T，可执行以下操作来获取CFO估计。
首先可计算等式4。其中，符号*表示共轭。
[等式4]
y(t)·y*(t-T)＝x(t)e-j2πδftx*(t-T)ej2πδf(t-T)
等式4可由等式5来表示。
[等式5]
y(t)·y*(t-T)＝|x(t)|2·e-j2πδfT
在等式5中，y(t)·y*(t-T)的角度等于-2πδfT。因此，y(t)·y*(t-T)的角度可由等式6来表示。
[等式6]
∠{y(t).y*(t-T)}＝-2πδfT
因此，CFOδf可由等式7来表示。
[等式7]
y(t)·y*(t-T)的角度可具有以下范围。
∠{y(t)·y*(t–T)}为从-π到π。
例如，在电气与电子工程师协会(IEEE)802.15.4q标准的接收器(该接收器的前导码周期(或前导码的周期)为32，前导码的持续时间可为32微秒(μs))的情况下，可通过代入等式7的T的值来获取估计的CFO范围。这里，通过代入等式7的T的值(例如，32μs(T＝32μs))并应用y(t)·y*(t–T)的角度的范围，CFO范围可从-15.625千赫兹(kHz)到15.625kHz(-1/2T,1/2T)。
然而，IEEE 802.15.4q标准要求所有的CFO在百万分之(ppm)±40范围(表示从-192kHz到+192kHz的范围)内。也就是说，具有-15.625kHz到15.625kHz的估计的CFO范围的接收器不与IEEE 802.15.4q标准兼容。因此，上面的使用等式7估计CFO的传统方法在CFO范围不满足该标准的要求的情况下或其他类似情况或情形下可能不会有效。此外，虽然使用等式7的传统补偿方法使用连续的时间信号，但是实际上可能对信号的离散时间样本执行CFO估计和补偿。
在下文将描述的示例涉及在接收器中补偿CFO的方法。虽然在下文描述，但是示例可用于克服范围的限制(例如，-15.625kHz到+15.625kHz)并将这样的CFO范围扩展到-250kHz到+250kHz的范围。因此，接收器可与IEEE802.15.4q标准兼容。该方法可包括由接收器接收多个离散时间样本。接收的多个离散时间样本可包括连续时间基带信号的多个离散时间样本。该方法还可包括由接收器从接收的多个离散时间样本获取样本向量。此外，该方法还可包括由接收器基于样本向量获取多个初步CFO估计。这里，所述多个初步CFO估计中的每一个可与补偿系数关联。此外，该方法还可包括由接收器从所述多个初步CFO估计选择具有最大补偿系数的CFO。此外，该方法还可包括由接收器在接收的多个离散时间样本中补偿选择的CFO。
在一个示例中，从接收的多个离散时间样本获取样本向量的步骤可包括从接收的多个离散时间样本获取多个滑动向量。该方法还可包括将所述多个滑动向量中的每一个划分成至少四个子块。此外，该方法还可包括基于四个子块获取滑动向量中的每一个的相关系数。此外，该方法还可包括从所述多个滑动向量选择具有最大相关系数的滑动向量作为样本向量。
可通过将第一子块与第四子块(或，第四子块的共轭)之间点积的绝对值和第二子块与第三子块(或，第三子块的共轭)之间点积的绝对值相加来获取相关系数。可通过将对应的角度除以数值2、常数π和子周期TS相乘的积来获取多个初步CFO估计中的每一个。虽然在下文描述，但是可基于来获取初步CFO估计。
在一个示例中，从多个初步CFO估计选择CFO的步骤可包括以下操作：
操作可包括通过使用所述多个初步CFO估计补偿样本向量来获取对应的多个补偿向量。
操作还可包括获取与各个对应的补偿向量对应的至少一个补偿系数。
操作还可包括从所述多个初步CFO估计选择所述多个初步CFO估计中的与具有最大补偿系数的补偿向量对应的一个初步CFO估计作为CFO。
操作还可包括使用该CFO补偿接收的多个离散时间样本。
在一个示例中，获取多个补偿系数的步骤可包括：通过将多个第一半补偿向量与过采样前导码序列相关来获取多个补偿系数的多个第一半补偿系数，通过将多个第二半补偿向量与循环移位序列相关来获取多个补偿系数的多个第二半补偿系数。虽然在下文描述，但是接收器可基于来获取多个第一半补偿系数，并基于来获取多个第二半补偿系数。
在一个示例中，可通过将前导码序列重复前导码过采样率(OSR)次来获取过采样前导码序列。
可将过采样前导码序列循环移位样本的半周期数，来获取循环移位序列。半周期数可等于OSR与前导码长度的一半相乘的积。
不同于传统机制，这里提出的这样的机制可用于估计CFO并通过克服范围的限制(例如，-15.625kHz到+15.625kHz)来补偿CFO。
图1是示出被配置为补偿CFO的接收器的配置的示例的示图。图1示出的接收器100可以是与IEEE 802.15.4q标准兼容的相干接收器。然而，接收器100不限于示例接收器，可以是无线通信系统中的相干接收器。
参照图1，接收器100包括控制器102、块检测器104、CFO估计器106、CFO补偿器108、通信器110和存储器112。块检测器104、CFO估计器106、CFO补偿器108、通信器110和存储器112可连接到控制器102。
连接到控制器102的块检测器104可接收多个离散时间样本。多个离散时间样本可包括从发送器接收的信号(例如，基带信号)的多个离散时间样本。此外，块检测器104可从接收的多个离散时间样本获取样本向量。
为便于描述，以下描述基于IEEE 802.15.4q标准的前导码序列。这样的序列具有32比特长度，如下：
Xp＝{1 0 -1 0 0 -1 0 -1 1 0 1 0 0 -1 0 1 1 0 1 0 0 -1 0 1 -1 0 1 0 01 0 1}
序列Xp可被划分成多个块，例如，四个块ax、bx、cx和dx，如下：
ax＝{1 0 -1 0 0 -1 0 -1}
bx＝{1 0 1 0 0 -1 0 1}
cx＝{1 0 1 0 0 -1 0 1}
dx＝{-1 0 1 0 0 1 0 1}
可从第一八个元素(例如，第1元素至第8元素)获取块ax。可从下一八个元素(例如，第9元素至第16元素)获取块bx。可从下一八个元素(例如，第17元素至第24元素)获取块cx。可从下一八个元素(例如，第25元素至第32元素)获取块dx。这里，ax＝-dx，bx＝cx。
ax＝-dx和bx＝cx的这样的事实可用于在包括序列Xp的多个样本的流中识别块ax或块cx的起点。虽然在下文描述，但是块检测器104可使用ax＝-dx和bx＝cx的事实来从接收的多个离散时间样本获取样本向量。
这里，在接收器100中，OSR被假设为1。OSR是指比特持续时间或符号持续时间与采样周期之间的比率。OSR被定义为采样频率与比特率之间的比率。接收器100中的OSR为1可指示每接收一个比特获取单个样本。在下文中，贯穿本公开，术语“比特”和术语“符号”可互换使用。此外，接收的离散时间样本被表示为向量r。因此，接收的多个离散时间样本可对应于多个样本r(1)、r(2)、……、buffsize的集合。这里，buffsize表示接收器100的缓冲区大小。
在rslide(n)表示滑动向量的情况下(例如，多个滑动向量)，在样本n中，可通过收集接收的离散时间样本(例如，r(n)至r(n+OSR-1))来获取rslide(n)。在假设OSR为1的情况下，rslide(n)可包括32个样本。通过将rslide(n)划分成至少四个子块，可获取子块ra(n)、rb(n)、rc(n)和rd(n)。这里，子块ra(n)、rb(n)、rc(n)和rd(n)中的每一个的长度可为8×OSR。可通过收集rslide(n)的第一8×OSR数量的样本来获取子块ra(n)。可通过收集rslide(n)的第二8×OSR数量的样本来获取子块rb(n)。可通过收集rslide(n)的第三8×OSR数量的样本来获取子块rc(n)。可通过收集rslide(n)的第四8×OSR数量的样本来获取子块rd(n)。多个子块ra(n)、rb(n)、rc(n)和rd(n)可分别对应于ax、bx、cx和dx。
连接到控制器102的块检测器104可通过执行滑窗相关(sliding windowcorrelation)来检测块，如通过等式8和9所示。
[等式8]
bdindex＝argmaxn{σ(n)}
[等式9]
在等式9中，表示ra(n)和之间的内积或点积。σ(n)表示rslide(n)的相关系数。
样本向量可被获取为与σ(bdindex)对应的rslide(bdindex)。样本向量rslide(bdindex)可具有所有相关系数(例如，σ(n)，其中n＝1,2,...)之中的最大值。这里，并且因此σ(bdindex)可以是所有相关系数(例如，σ(n)，其中n＝1,2,...)之中最大的。
样本向量可用于估计CFO。这里，为了方便起见，样本向量rslide(bdindex)被表示为rsamp，rsamp(k)表示样本向量的第k个元素。
IEEE 802.15.4q标准中的具有长度32的前导码的周期为32μs。该周期可将CFO估计的最大范围限制为-15.625kHz至+15.625kHz。然而，IEEE802.15.4q标准所要求的范围为-192kHz至+192kHz。不满足这样的标准要求的多个CFO估计的最大范围可通过识别前导码(例如，Xp)中的子周期来克服。为了满足标准要求，可需要在前导码中识别2μs的子周期。接收器100可通过识别前导码序列Xp的多个特定元素来识别Xp中的两个比特的子周期，例如，2μs的Ts(Ts＝2μs)。将在下文中详细描述子周期的识别。
前导码序列Xp可为如下：
Xp＝{1 0 -1 0 0 -1 0 -1 1 0 1 0 0 -1 0 1 1 0 1 0 0 -1 0 1 -1 0 1 0 01 0 1}
Xp的多个元素的部分可被位于所述多个元素的部分的右侧两个移位的元素(例如，间隔元素)相乘，以产生正积。例如，Xp(6)×Xp(8)的积是正值。例如，-1×-1＝+1。此外，Xp(9)×Xp(11)、Xp(17)×Xp(19)和Xp(30)×Xp(32)中的每个的积均为正值。这里，接收器100可获取包括Xp(6)、Xp(9)、Xp(17)和Xp(30)中的每一个的索引的集合，例如，Sp＝{6,9,17,30}。
此外，Xp的多个元素的部分可被位于所述多个元素的部分的右侧两个移位的元素(例如，间隔元素)相乘，以产生负积，例如，Xp(1)×Xp(3)的积是负值。例如，1×-1＝-1。此外，Xp(14)×Xp(16)、Xp(22)×Xp(24)和Xp(25)×Xp(27)中的每个的积均为负值。接收器100可获取包括Xp(1)、Xp(14)、Xp(22)和Xp(25)中的每一个的索引的集合，例如，Sm＝{1,14,22,25}。
与包括在集合Sp中的索引对应的元素可与间隔元素隔开Ts＝2μs，与包括在集合Sm中的索引对应的元素可与间隔元素隔开Ts＝2μs。因此，接收器100可识别周期32μs的前导码中的一些元素之间的2μs的子周期。
当与包括在两个集合Sp与Sm中的每一个中的索引对应的每个元素被每个间隔元素相乘时，可产生八个积。虽然在下文描述，但是这样的八个积可用于从接收的多个离散时间样本估计CFO。
当具有2μs的子周期的元素或样本之间的角度为时，估计的CFO范围可基于角度而被扩展。在下文中，将描述对角度的计算。
参照上面的等式7，与关联的CFO可由等式11表示。
[等式11]
在等式11中，可基于等式12确定
[等式12]
在等式12中，和分别表示正积和负积。也就是说，表示对应于包括在集合Sp中的索引的元素和对应于所述索引的元素的对应的间隔元素之间的相乘的积，表示对应于包括在集合Sm中的索引的元素和对应于所述索引的元素的对应的间隔元素之间的相乘的积。可基于等式13确定并且可基于等式14确定
[等式13]
[等式14]
在一个示例中，在使用OSR不为1的接收器100中，等式13可由等式15表示，等式14可由等式16表示。
[等式15]
[等式16]
在一个示例中，索引kn可由等式17表示。
[等式17]
kn＝1+(n–1)×OSR
在一个示例中，块检测器104可进行如下操作；然而，块检测器104的操作不限于以下描述。
块检测器104可基于接收的多个离散时间样本获取多个滑动向量。块检测器104可将多个滑动向量中的每一个划分成多个子块，例如，块检测器104可将滑动向量rslide(n)划分成ra(n)、rb(n)、rc(n)和rd(n)。块检测器104可计算每个滑动向量的相关系数，例如，块检测器104可通过将ra(n)与(或rd(n))之间的点积的绝对值和rb(n)与(或rc(n))之间的点积的绝对值相加，来计算滑动向量rslide(n)的相关系数σ(n)。类似地，块检测器104可计算剩余的滑动向量的相关系数。因此，可计算多个相关系数。块检测器104可确定多个相关系数之中的最大值。例如，最大值可为σ(bdindex)。在这样的示例中，块检测器104可将rslide(bdindex)确定为样本向量rsamp。
块检测器104可识别样本向量rsamp中的多个相似元素和与所述多个相似元素隔开特定时间段的相反极性的多个元素，以识别子周期。这里，每个相似元素和与每个相似元素对应的每个相反极性的元素(与对应的相似元素隔开特定时间段)相乘的积可为正值或负值。例如，当rsamp为{1 0 -1 0 0 -1 0 -1 1 0 1 0 0 -1 0 1 1 0 1 0 0 -1 0 1 -1 0 10 0 1 0 1}时，块检测器104可验证：当第6、第9、第17和第30个元素中的每一个元素和在第6、第9、第17和第30个元素中的每一个元素的右侧隔开距离2的对应元素相乘时，可获取正值(例如，1)。此外，块检测器104可验证：当第1、第14、第22和第25个元素中的每一个元素和在第1、第14、第22和第25个元素中的每一个元素的右侧隔开距离2的对应元素相乘时，可获取负值(例如，-1)。块检测器104可将第6、第9、第17和第30个元素与第1、第14、第22和第25个元素确定为相似元素。此外，块检测器104可将在每个相似元素的右侧与相似元素隔开距离2的元素确定为相反极性的元素。当识别出相似元素和相反极性的元素时，块检测器104可将与每个相似元素和每个对应的相反极性的元素之间的距离2对应的2μs或者与距离2对应的时间段确定为子周期。
块检测器104可确定多个集合Sp和Sm，例如，块检测器104可确定包括第6、第9、第17和第30个元素的各个索引的集合Sp(Sp＝{6,9,17,30})，以及包括第1、第14、第22和第25个元素的各个索引的集合Sm(Sm＝{1,14,22,25})。
块检测器104可基于样本向量和集合Sp计算并基于样本向量和集合Sm计算例如，块检测器104可基于等式13或等式15计算并基于等式14或等式16计算块检测器104可基于和计算在下文中，将描述CFO估计器106。
在一个示例中，连接到控制器102的CFO估计器106可基于样本向量获取多个初步CFO估计。每个CFO估计可与补偿系数关联。CFO估计器106可从多个初步CFO估计选择具有最大补偿系数的初步CFO估计作为CFO。
基于使用角度的等式11获取的CFO估计在例如低信噪比(SNR)体制下可能不够可靠。然而，可通过使用被与前导码周期相等的时间段隔开的多个样本之中的较大的角度(例如，)来提高CFO估计的可靠性。这里，与计算不同，可使用完整的前导码周期来计算并且可能不需要时间信息，因此，被与前导码周期相等的时间段(例如，32μs)隔开的多个样本之中的角度可具有与相比更高的可靠性。
在一个示例中，可基于来调整虽然在下文中描述，但是可被调整为和其中，h∈[1，3]。也就是说，可被调整为六个角度。在下文中，将详细描述的调整。
首先，可基于等式18确定
[等式18]
在通信系统中，前导码序列Xp可如标准中规定地被重复多次，因此，等式18可被保持。
和之间的关系可由等式19表示。
[等式19]
在等式19中，在等式19中，n表示整数。为了调整CFO估计器106和/或控制器102可计算与等式19中的n对应的多个值(例如，和)。例如，CFO估计器106和/或控制器102可基于等式20计算基于等式21计算并基于等式22计算其中，round()表示对括号内的值取整。
[等式20]
[等式21]
[等式22]
在等式20、21和22中，可基于等式23确定。
[等式23]
在等式23中，也就是说，第一角度可为
此外，为了调整CFO估计器106和/或控制器102可计算与等式19中的n对应的多个值(例如，和)。例如，CFO估计器106和/或控制器102可基于等式24计算基于等式25计算并基于等式26计算
[等式24]
[等式25]
[等式26]
在等式24、25和26中，可基于等式27确定。
[等式27]
在等式27中，也就是说，第二角度可为与第一角度相反的负值。
在一个示例中，等式20至等式23可对应于与块检测器104一起描述的块ax或等式25至等式27可对应于与块检测器104一起描述的块cx或
可基于等式28来获取多个初步CFO估计。
[等式28]
在等式28中，可分别基于等式29和等式30确定和
[等式29]
[等式30]
当计算和时，可基于等式29和等式30将调整为，例如，多个角度和此外，可基于所述多个角度计算多个初步CFO估计。
CFO估计器106可进行如下操作。然而，CFO估计器106的操作不限于以下描述。
CFO估计器106可获取样本向量的多个元素之间的角度作为第一角度，并获取与第一角度相反的负值作为第二角度，例如，CFO估计器106可将角度确定为第一角度并将与第一角度相反的负值确定为第二角度
CFO估计器106或控制器102可基于第一角度和前导码角度来计算的示例如下：
CFO估计器106或控制器102可基于计算多个第一整数。所述多个第一整数的示例如下：
和
CFO估计器106或控制器102可基于第二角度和前导码角度来计算的示例如下：
CFO估计器106或控制器102可基于计算多个第二整数。第二整数的示例如下：
和
CFO估计器106可基于前导码角度来确定多个角度。所述多个角度的示例如下：
和
CFO估计器106可基于获取的多个角度和子周期来确定多个初步CFO估计，例如，CFO估计器106可通过将和中的每一个除以-2πTs来获取所述多个初步CFO估计。所述多个初步CFO估计的示例如下：
在下文中，将详细描述CFO补偿器108。
在一个示例中，CFO补偿器108和/或控制器102可使用所述多个初步CFO估计或至少一个初步CFO估计来补偿样本向量，以获取至少一个补偿向量。
补偿向量(例如，和)可从等式29至等式32获取，其中，h∈[1，3]。这里，第k个元素的补偿向量被假设为补偿向量可基于等式31获取，补偿向量可基于等式32获取。
[等式31]
[等式32]
在一个示例中，CFO估计器106和/或控制器102可计算与每个补偿向量对应的补偿系数。CFO估计器106和/或控制器102可基于等式33和等式34计算补偿系数。其中，N表示多个补偿向量的数量。
[等式33]
[等式34]
向量的长度可等于多个初步CFO估计的数量。在等式33和等式34中，表示过采样前导码序列，表示按照过采样前导码序列的长度的一半循环地或周期地移位的过采样前导码。
此外，CFO估计器106和/或控制器102可选择多个初步CFO估计中的一个作为CFO。例如，CFO估计器106和/或控制器102可从多个初步CFO估计选择与具有最大补偿系数的补偿向量对应的初步CFO估计作为CFO。
选择的CFOδfestimate可由等式35表示。
[等式35]
在一个示例中，连接到CFO补偿器108的控制器102可在接收的多个离散时间样本中补偿CFO。然而，示例不限于在以上描述的示例，CFO补偿器108可在接收的多个离散时间样本中补偿CFO。为了更高的可靠性，范围h∈[1，3]可被扩展。范围h∈[1，3]可为了描述的目的被单独使用，因此范围并不限于在以上描述的示例。例如，在等式20至等式23中， 和可代替和使用。类似地，在h∈[1，5]的情况下，可使用和在h∈[1，3]的情况下，可确定六个初步CFO估计。在h∈[1，5]的情况下，可确定十个初步CFO估计。此外，h可包括奇数数量的元素，例如，h＝{1,2,3}、h＝{1,2,3,4,5}和h＝{1,2,3,4,5,6,7}。
当CFOδfestimate被获取时，可基于来补偿CFO。这里，rcomp(n)表示补偿的接收的多个离散时间样本rcomp的第n个元素。
在一个示例中，接收器100的通信器110可在控制器102、块检测器104、CFO估计器106、CFO补偿器108和存储器112之间提供通信接口。
存储器112可包括至少一个计算机可读存储介质。存储器112可包括非易失性存储元件。
图2是示出补偿CFO的方法200的示例的流程图。参照图2，在操作202，方法200包括接收多个离散时间样本。在一个示例中，在方法200中，接收器100的控制器102和/或通信器110可接收多个离散时间样本。
在操作204，方法200包括从接收的多个离散时间样本获取样本向量。在一个示例中，在方法200中，接收器100的控制器102和/或块检测器104可从接收的多个离散时间样本获取样本向量。
在操作206，方法200包括基于样本向量获取多个初步CFO估计。每个初步CFO估计可与补偿系数关联。在一个示例中，在方法200中，控制器102和/或CFO估计器106可基于样本向量获取多个初步CFO估计。
在操作208，方法200包括从多个初步CFO估计选择具有最大补偿系数的CFO。在一个示例中，在方法200中，控制器102和/或CFO估计器106可从多个初步CFO估计选择具有最大补偿系数的CFO。
在操作210，方法200包括在接收的多个离散时间样本中补偿选择的CFO。在一个示例中，在方法200中，控制器102和/或CFO补偿器108可在接收的多个离散时间样本中补偿选择的CFO。
参照图1提供的描述可应用于参照图2描述的操作，因此为了简洁，这里将省略更加详细和重复的描述。
图3是示出使用块检测器获取样本向量的方法300的示例的流程图。参照图3，在操作302，方法300包括：在与接收器100的块检测器104关联的检测窗口中针对接收的多个离散时间样本将1分配给n(n＝1)。在一个示例中，在方法300中，接收器100的控制器102和/或块检测器104可在检测窗口中针对接收的多个离散时间样本将1分配给n(n＝1)。
在操作304，方法300包括从接收的多个离散时间样本获取rslide(n)。在一个示例中，在方法300中，控制器102和/或块检测器104可从接收的多个离散时间样本获取rslide(n)。
在操作306，方法300包括通过将每个滑动向量划分成至少四个子块来获取至少四个子块ra(n)、rb(n)、rc(n)和rd(n)。也就是说，方法300可包括划分rslide(n)和获取ra(n)、rb(n)、rc(n)和rd(n)。在一个示例中，在方法300中，控制器102和/或块检测器104可获取四个子块ra(n)、rb(n)、rc(n)和rd(n)。
在操作308，方法300包括计算相关系数在一个示例中，在方法300中，控制器102和/或块检测器104可计算相关系数
在操作310，方法300包括确定n是否大于检测窗口(n>检测窗口)。在操作312，响应于n大于检测窗口，方法300包括将n+1分配给n(n＝n+1)。
在操作314，响应于n不大于检测窗口，方法300包括获取bdindex＝argmaxn{σ(n)}。
在操作316，方法300包括获取样本向量rslide(bdindex)。
图4是示出使用CFO估计器估计CFO的方法400的示例的流程图。将在下文中描述的估计CFO的方法400可由控制器102执行。然而，示例可不限于示出的示例，因此方法400可由CFO估计器106和/或控制器102执行。
参照图4，在操作402，方法400包括计算h∈[1，3]。这里，表示与子块ax对应的多个角度或h∈[1，3]的情况下的 表示与子块cx对应的多个角度或h∈[1，3]的情况下的
在操作404，方法400包括获取多个补偿信号和这里，h∈[1，3]。
在操作406，方法400包括执行以下两组相关。
以及
在OSR为1(OSR＝1)的情况下，可执行以下两组相关。
以及
在操作408，方法400包括获取CFO估计
图5是示出实现在接收器中补偿CFO的方法的计算环境502的示例的示图。参照图5，计算环境502包括：包括控制器504和算术逻辑单元(ALU)506的至少一个处理单元(PU)508、内存510、存储器512、多个网络装置516、以及多个输入和输出(I/O)装置514。PU 508可处理用于所述方法的指令。PU 508可从控制器504接收命令以执行处理。此外，可在ALU 506的帮助下计算或运算指令的执行所涉及的任何逻辑和算术操作。
总体的计算环境502可包括多个同构核或异构核、不同类型的中央处理器(CPU)、专门介质以及其他加速器。PU 508可处理用于所述方法的指令。此外，可对单个比特或遍及多个比特布置多个PU。
包括实现或执行所需的代码和指令的方法可存储在内存510中或存储器512中，或者存储在内存510和存储器512二者中。在执行时，必需的指令可从对应内存或存储器得到，并由PU 508执行。
通过硬件组件来实现执行在这里描述的关于图2、图3和图4的操作的图1和图5示出的控制器、块检测器、CFO估计器、CFO补偿器、通信器、计算环境和处理器。硬件组件的示例包括控制器、传感器、产生器、驱动器以及本领域普通技术人员公知的任何其他电子组件。在一个示例中，通过一个或多个处理器或计算机来实现硬件组件。通过一个或多个处理元件(诸如，逻辑门阵列、控制器和算术逻辑单元、数字信号处理器、微型计算机、可编程逻辑控制器、现场可编程门阵列、可编程逻辑阵列、微处理器)或本领域普通技术人员公知的能够以限定方式响应并执行指令以得到期望的结果的任何其他装置或装置的组合来实现处理器或计算机。在一个示例中，处理器或计算机包括(或连接到)存储被处理器或计算机执行的指令或软件的一个或多个存储器。通过处理器或计算机实现的硬件组件执行指令或软件(诸如，操作系统(OS)和运行在OS上的一个或多个软件应用)以执行在这里描述的关于图2、图3和图4的操作。硬件组件还响应于指令或软件的执行，访问、操控、处理、创建和存储数据。为简单起见，这里描述的示例的描述中使用单数术语“处理器”或“计算机”，但是在其他示例中，多个处理器或计算机被使用，或者一个处理器或计算机包括多个处理元件或多重类型的处理元件，或者二者。在一个示例中，硬件组件包括多个处理器，在另一示例中，硬件组件包括一个处理器和一个控制器。硬件组件具有不同的处理配置中的任何一个或多个，所述不同处理配置的示例包括：单个处理器、独立处理器、并行处理器、单指令单数据(SISD)多处理、单指令多数据(SIMD)多处理、多指令单数据(MISD)多处理、以及多指令多数据(MIMD)多处理。
执行本申请中所描述的操作的图2、图3和图4所示的方法被计算硬件(例如，一个或多个处理器或计算机)执行，其中，计算硬件如上所述被实现为执行指令或软件以执行本申请中所描述的由所述方法执行的操作的。例如，可通过单个处理器、或者两个或更多个处理器、或者一个处理器和一个控制器来执行单个操作或者两个或更多个操作。可通过一个或多个处理器、或者一个处理器和一个控制器来执行一个或多个操作，可通过一个或多个其他处理器、或者另一处理器和另一控制器来执行一个或多个其他操作。一个或多个处理器、或者一个处理器和一个控制器可执行单个操作或者两个或更多个操作。
用于控制计算硬件(例如，一个或多个处理器或计算机)实现硬件组件并执行如上所述的方法的指令或软件可被写为计算机程序、代码段、指令或它们的任何组合，用于单独或共同地指示或配置一个或多个处理器或计算机作为机器或专用计算机进行操作，以执行由硬件组件和如上所述的方法执行的操作。在一个示例中，指令或软件包括被一个或多个处理器或计算机直接执行的机器代码，诸如，由编译器产生的机器代码。在另一个示例中，指令或软件包括被一个或多个处理器或计算机使用解释器执行的更高级代码。可基于附图中示出的框图和流程图以及说明书中的对应描述，使用任何编程语言来编写指令或软件，这些框图和流程图以及说明书中的对应描述公开了用于执行由硬件组件和如上所述的方法执行的操作的算法。
用于控制处理器或计算机实现硬件组件并执行如上所述的方法的指令或软件、以及任何关联的数据、数据文件和数据结构被记录、存储或固定在一个或多个非暂时性计算机可读存储介质中。非暂时性计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、BD-RE、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘以及本领域普通技术人员公知的任何装置，所述任何装置能够以非暂时性方式存储指令或软件以及任何关联的数据、数据文件和数据结构，并且能够向处理器或计算机提供指令或软件以及任何关联的数据、数据文件和数据结构，以使处理器或计算机能够执行指令。在一个示例中，指令或软件以及任何关联的数据、数据文件和数据结构被分布在联网的计算机系统上，以使指令和软件以及任何关联的数据、数据文件和数据结构被处理器或计算机以分布方式存储、访问和执行。
虽然本公开包括具体示例，但是本领域普通技术人员将清楚的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神和范围的情况下，可以对这些示例进行形式和细节上的各种改变。这里描述的示例仅被认为具有描述性意义，而不用于限制的目的。每个示例中的特征和方面的描述被认为可适用于其他示例中的类似特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术、和/或如果描述的系统、架构、装置或电路中的组件以不同的方式组合和/或由其他组件及其等同物替换或补充，则可得到合适的结果。因此，本公开的范围不是由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物限定，并且权利要求及其等同物的范围内的所有变化被解释为包括在本公开中。

Claims (23)

1.一种用于在接收器中补偿载波频率偏移CFO的方法，所述方法包括：
接收多个离散时间样本；
从接收的多个离散时间样本获取样本向量；
基于样本向量获取多个初步CFO估计，其中，每个初步CFO估计与补偿系数关联；
从所述多个初步CFO估计选择具有最大补偿系数的CFO；
在接收的多个离散时间样本中补偿所述CFO。
2.如权利要求1所述的方法，其中，获取样本向量的步骤包括：
从接收的多个离散时间样本获取多个滑动向量；
将每个滑动向量划分成至少四个子块；
基于所述至少四个子块获取每个滑动向量的相关系数；
从所述多个滑动向量选择具有最大相关系数的滑动向量作为样本向量。
3.如权利要求2所述的方法，其中，通过将第一子块与第四子块之间的点积的绝对值和第二子块与第三子块之间的点积的绝对值相加，来获取每个滑动向量的相关系数。
4.如权利要求1所述的方法，其中，获取所述多个初步CFO估计的步骤包括：
获取与所述多个初步CFO估计分别对应的多个角度；
将对应的角度除以分母项。
5.如权利要求4所述的方法，还包括：
通过识别被与子周期相等的时间段隔开的相似元素和相反极性的元素来获取子周期；
获取数值2、π和子周期相乘的积作为所述分母项。
6.如权利要求4所述的方法，其中，获取所述多个角度的步骤包括：
获取样本向量的多个元素之间的角度作为所述多个角度的第一角度；
获取与第一角度相反的负值作为所述多个角度的第二角度；
基于前导码角度来获取所述多个角度中除了第一角度和第二角度之外的剩余的角度，其中，前导码角度是被与前导码周期相等的时间段彼此隔开的多个样本之间的角度。
7.如权利要求1所述的方法，其中，选择CFO的步骤包括：
通过使用所述多个初步CFO估计补偿样本向量来获取对应的多个补偿向量；
获取与对应的多个补偿向量分别对应的多个补偿系数；
从所述多个初步CFO估计选择所述多个初步CFO估计中的与具有最大补偿系数的补偿向量对应的的一个初步CFO估计作为所述CFO。
8.如权利要求7所述的方法，其中，获取多个补偿系数的步骤包括：
通过将多个第一半补偿向量与过采样前导码序列相关，来获取与所述多个补偿系数的第一半对应的多个第一半补偿系数；
通过将多个第二半补偿向量与循环移位序列相关，来获取与所述多个补偿系数的第二半对应的多个第二半补偿系数。
9.如权利要求8所述的方法，其中，通过将前导码序列重复前导码过采样率OSR次来获取过采样前导码序列。
10.如权利要求8所述的方法，其中，将过采样前导码序列循环移位样本的半周期数，来获取循环移位序列，
其中，半周期数等于OSR与前导码长度的一半相乘的积。
11.一种非暂时性计算机可读存储介质，存储用于使计算硬件执行如权利要求1所述的方法的指令。
12.一种被配置为补偿载波频率偏移CFO的接收器，所述接收器包括：
处理器，被配置为：
接收多个离散时间样本，并从接收的多个离散时间样本获取样本向量；
基于样本向量获取多个初步CFO估计，并从所述多个初步CFO估计选择具有最大补偿系数的CFO，其中，每个初步CFO估计与补偿系数关联；
在接收的多个离散时间样本中补偿所述CFO。
13.如权利要求12所述的接收器，其中，处理器还被配置为：从接收的多个离散时间样本获取多个滑动向量并将每个滑动向量划分成至少四个子块，基于所述至少四个子块获取每个滑动向量的相关系数，并且从所述多个滑动向量选择具有最大相关系数的至少一个滑动向量作为样本向量。
14.如权利要求12所述的接收器，其中，通过将第一子块与第四子块之间的点积的绝对值和第二子块与第三子块之间的点积的绝对值相加，来获取相关系数。
15.如权利要求12所述的接收器，其中，处理器被配置为：通过获取与所述多个初步CFO估计分别对应的多个角度并且将对应的角度除以分母项来获取所述多个初步CFO估计。
16.如权利要求15所述的接收器，其中，处理器还被配置为：通过识别被与子周期相等的时间段隔开的相似元素和相反极性的元素来获取子周期，并且获取数值2、π和子周期相乘的积作为所述分母项。
17.如权利要求15所述的接收器，其中，处理器还被配置为：获取样本向量的多个元素之间的角度作为所述多个角度的第一角度，并获取与第一角度相反的负值作为所述多个角度的第二角度，并基于前导码角度来获取所述多个角度中除了第一角度和第二角度之外的剩余的角度，
其中，前导码角度是被与前导码周期相等的时间段彼此隔开的多个样本之间的角度。
18.如权利要求12所述的接收器，其中，处理器还被配置为：通过由所述多个初步CFO估计补偿样本向量来获取对应的多个补偿向量，获取与对应的多个补偿向量分别对应的多个补偿系数，选择所述多个初步CFO估计中的与具有最大补偿系数的补偿向量的对应的一个初步CFO估计作为所述CFO，并使用所述CFO补偿接收的离散时间样本。
19.如权利要求12所述的接收器，其中，处理器还被配置为：通过将多个第一半补偿向量与过采样前导码序列相关，来获取所述多个补偿系数的多个第一半补偿系数，并且通过将多个第二半补偿向量与循环移位序列相关，来获取所述多个补偿系数的多个第二半补偿系数。
20.如权利要求19所述的接收器，其中，通过重复前导码过采样率OSR的每个元素来获取过采样前导码序列。
21.如权利要求19所述的接收器，其中，将过采样前导码序列循环移位样本的半周期数来获取循环移位序列。
22.如权利要求12所述的接收器，其中，所述接收器与电气和电子工程师协会IEEE802.15.4q标准兼容。
23.如权利要求12所述的接收器，还包括存储指令的内存和/或存储器，所述指令被处理器执行以：
接收所述多个离散时间样本，并从接收的离散时间样本获取样本向量；
基于样本向量获取所述多个初步CFO估计，并从所述多个初步CFO估计选择具有最大补偿系数的CFO，其中，每个初步CFO估计与补偿系数关联；
在接收的离散时间样本中补偿所述CFO。
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