CN109561039B - 频率偏移推测方法、装置及存储介质 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一实施例，提供一种频率偏移推测装置，其是利用从无线局域网系统的发射端周期性地发出的多个训练信号推测频率偏移的装置，其特征在于包括：接收部，接收所述多个训练信号；测定部，以预设的测定周期为单位测定在所述接收部接收到的训练信号的相位；存储部，存储在所述测定部测定到的训练信号的相位；以及运算部；且所述运算部分别针对预设的多个时间间隔而从所述存储部读取相隔各时间间隔的训练信号对的相位，在计算所述训练信号对的相位差的平均值后，根据所述平均值推测频率偏移，对计算出的各频率偏移推测值赋予加权值而计算加权平均。

Description

频率偏移推测方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及一种频率偏移推测方法，具体而言，涉及一种在无线局域网(Wireless Local Area Network)系统中利用短训练信号序列(Short Training Field，STF)推测频率偏移的方法。
背景技术
这部分所记述的内容仅用以提供本发明的背景信息，并不构成现有技术。
通常，正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，以下称为“OFDM”)方式为如下的数据传输方式：在将高速的数据信号转换成低速的数据信号后，将调制的数据信号传送到相互具有正交性的各副载波 (sub-carrier)。
OFDM方式在发生收发端间的频率偏移(offset)时，副载波间的正交性减小，产生信道干扰(ICI：Inter Channel Interference)而信号的大小与相位发生变化。
因此，使用OFDM方式的无线局域网系统在传输数据前，在包括STF (ShortTraining Field，短训练信号序列)与LTF(Long Training Field，长训练信号序列)的前同步码(preamble)区间推测频率偏移，之后根据推测出的值补偿频率偏移。
在韩国公开专利第10-2005-0034116号(2005年4月14日公开)中，揭示有在无线局域网系统中精确地补偿频率偏移的方法。韩国公开专利第 10-2005-0034116号揭示有如下方法：利用从无线局域网系统的发射端接收到的STF的长度推测粗略(coarse)频率偏移而进行补偿，在利用补偿粗略频率偏移所得的长训练信号序列推测精细(fine)频率偏移而进行补偿时，改变精细频率偏移补偿时点，由此减少因计算及补偿频率偏移引起的时间延迟。
然而，现有技术及韩国公开专利第10-2005-0034116号仅利用相隔特定时间间隔的训练信号之间，因此无法验证频率偏移推测值，可达成的准确度也有限。
发明内容
[发明要解决的问题]
根据本发明所提出的频率偏移推测方法，利用相隔多个时间间隔的训练信号对导出多个频率偏移推测值，计算所导出的多个频率偏移推测值的加权平均而导出最终频率偏移，由此可提高频率偏移推测的准确度。
[解决问题的手段]
根据本发明的一实施例，提供一种频率偏移推测装置，其是利用从无线局域网系统的发射端周期性地发出的多个训练信号推测频率偏移的装置，其特征在于包括：接收部，接收所述多个训练信号；测定部，以预设的测定周期为单位测定在所述接收部接收到的训练信号的相位；存储部，存储在所述测定部测定到的训练信号的相位；以及运算部；且所述运算部分别针对预设的多个时间间隔而从所述存储部读取相隔各时间间隔的训练信号对的相位，在计算所述训练信号对的相位差的平均值后，根据所述平均值推测频率偏移，对计算出的各频率偏移推测值赋予加权值而计算加权平均。
根据本发明的其他实施例，提供一种频率偏移推测方法，其是接收端利用从无线局域网系统的发射端周期性地发出的多个训练信号推测频率偏移的方法，其特征在于包括：接收所述多个训练信号的过程；以预设的测定周期为单位测定在所述接收部接收到的训练信号的相位的过程；将在所述测定部测定到的训练信号的相位保存到所述接收端内部的存储装置的过程；分别针对预设的多个时间间隔而从所述存储装置读取相隔各时间间隔的训练信号对的相位的过程；分别针对所述预设的多个时间间隔而计算所述训练信号对的相位差的平均值，根据所述平均值推测频率偏移的过程；以及对分别在所述预设的多个时间间隔计算出的频率偏移推测值赋予加权值而计算加权平均的过程。
[发明的效果]
根据本发明，可较现有技术更准确地在无线局域网系统中推测频率偏移而进行补偿，因此可将副载波间的干扰现象最少化而提高整个无线局域网系统的通信性能。
附图说明
图1是表示无线局域网数据包的构造图。
图2是表示以往在无线局域网系统中利用STF推测频率偏移的方法的框图。
图3是表示本发明实施例的频率偏移推测方法的框图。
图4是表示本发明实施例的频率偏移推测装置的框图。
图5是表示本发明实施例的接收端的频率偏移推测方法的流程图。
图6是现有技术与本发明的可能推测出的频率偏移的频数分布对照图。
具体实施方式
以下，通过例示性的附图详细地对本发明的一实施例进行说明。应注意，在对各图的构成要素附加参照符号时，即便相同的构成要素表示在不同的图中，也尽可能地使用相同的符号。另外，在对本发明的一实施例进行说明时，在判断为对相关公知的构成或功能的具体说明会混淆本发明的主旨的情况下，省略其详细说明。
在对本发明实施例的构成要素进行说明时，可使用第一、第二、i)、ii)、 a)、b)等符号。这些符号仅用以将所述构成要素区分于其他构成要素，相应的构成要素的本质、位次、顺序等并不受上述符号的限定。在本说明书中，当记载为某个部分“包括”或“具备”某个构成要素时，只要无明确相反的记载，则意味着相应的部分还可包括其他构成要素，并不排除附加其他构成要素。“部”、“模块”等术语是指对至少一个功能或动作进行处理的单元，所述单元可为“硬件”、“软件”或“硬件与软件的结合”。
图1是表示无线局域网数据包的构造的图。
如图1所示，使用OFDM方式的无线局域网系统的数据包在主数据前具有包括STF与LTF的前同步码(preamble)区间。在如上所述的数据包构造中，STF位于数据包的最前方，用于数据包检测、自动增益调节(Automatic Gain Control)、时间同步、频率同步等各种目的。
利用STF的频率偏移推测方法是利用在STF中按照固定的周期反复传输相同的信号(以下，称为“训练信号”)，根据重复的训练信号间的距离与相位旋转量推测频率偏移。在通过如上所述的方法推测频率偏移时，用于计算频率偏移的训练信号对的数量越多，则噪声、测定误差等越得到修正，因此推测准确度变高。
另外，成对的训练信号间的时间间隔越短，则可推测的频率偏移的范围越增加，但推测准确度变低，成对的训练信号间的距离越长，则可推测的频率偏移的范围越减小，但推测准确度变高。
总而言之，用于推测频率偏移的训练信号对的数量越多、成对的训练信号间的距离越长，则频率偏移推测值的准确度越高。
图2是表示以往在无线局域网系统中利用STF推测频率偏移的方法的框图。
当在STF中按照固定的周期反复传输相同的训练信号时，图2所示的方法在接收端使用可存储0.8μs的输入信号的缓冲器计算相隔0.8μs的训练信号对的相位差。累积相位差而减少噪声效果。
如果训练信号的接收结束，则接收端在将相位差的累积值除以训练信号对的数量而求出相位差的平均值后，利用反正切(atan)函数推测频率偏移。
图3是表示本发明实施例的频率偏移推测方法的框图。
本发明实施例的频率偏移推测方法是对用于推测频率偏移的训练信号对的间隔进行各种设定，由此也可利用特定的数量的训练信号提高频率偏移推测值的准确度。
在现有技术中，当在STF中按照固定的周期反复传输相同的训练信号时，无线局域网系统的接收端以预设的测定周期为单位测定训练信号的相位而保存到存储器，利用训练信号之间的时间间隔与测定周期相同的训练信号对推测频率偏移。
例如，在测定周期为0.8μs的情况下，以0.8μs为单位测定训练信号的相位而保存到存储器，仅利用训练信号之间的时间间隔为0.8μs的训练信号对推测频率偏移。
然而，本发明实施例的频率偏移推测方法一并利用训练信号之间的时间间隔为测定周期的整数倍的训练信号对，由此明显地提高频率偏移推测值的准确度。
例如，在无线局域网系统的接收端以0.8μs为单位测定训练信号的相位而保存到存储器时，不仅利用训练信号之间的时间间隔为0.8μs的训练信号对推测频率偏移，而且也一并利用训练信号之间的时间间隔为0.8μs 的整数倍、即1.6μs、2.4μs、3.2μs的训练信号对推测频率偏移。
与此相关，存在如下问题：成对的训练信号间的时间间隔越短，则可推测的频率偏移的范围越增加，成对的训练信号间的时间间隔越长，则可推测的频率偏移的范围越减小。
例如，0.8μs的训练信号对推测的频率偏移的范围为-2.0～2.0，1.6 μs的训练信号对推测的频率偏移的范围为-1.0～1.0，可利用具有2.4μs 距离的训练信号对推测的频率偏移的范围为-0.67～0.67，3.2μs的训练信号对推测的频率偏移的范围为-0.5～0.5。因此，在利用各种时间间隔的训练信号对的情况下，存在如下问题：如何测定超过可利用各时间间隔的训练信号对推测的范围的频率偏移。
然而，即便改变训练信号对的频率范围及频率偏移的推测范围会改变，频率偏移推测值也不会输出为完全无关的意料之外的值。其原因在于，在推测出的结果值超过推测范围的情况下，可以依据训练信号对来校正获得的相位值，使频率偏移落在推测范围内。
例如，如果假设频率偏移为1.2且无噪声的情况，则利用0.8μs的训练信号对的频率推测范围为-2～2，因此可推算频率偏移为1.2。但利用1.6 μs的训练信号对推测出的频率偏移计算为1.2－2.0，因此可推算频率偏移为-0.8。利用2.4μs的训练信号对推测出的频率偏移为1.2－1.34，因此可推算频率偏移为-0.14。利用3.2μs的训练信号对推测出的频率偏移为 1.2－1.0，因此可推算频率偏移为0.2。因此，不论推测范围时的结果值如何变化，利用0.8μs的训练信号对，就可以校正各种不同周期的训练信号对所导出的频率偏移推测值。
在本发明实施例的频率偏移推测方法中，也可更利用训练信号之间的时间间隔为3.2μs以上、例如4.0μs、4.8μs的训练信号对推测频率偏移。然而，在本说明书中，方便起见，以利用训练信号之间的时间间隔为 0.8μs、1.6μs、2.4μs、3.2μs的训练信号对推测频率偏移的方法为例来进行说明。
在利用训练信号之间的时间间隔为0.8μs的训练信号对推测频率偏移的过程中，接收端累积存储在接收端的内部存储装置的训练信号中的相隔 0.8μs的训练信号对的相位差而计算其平均，根据相位差的平均值推测频率偏移。将根据0.8μs间隔的训练信号对计算出的频率偏移推测值称为 offset_1。
在利用训练信号之间的时间间隔为1.6μs的训练信号对推测频率偏移的过程中，接收端累积存储在接收端的内部存储装置的训练信号中的相隔 1.6μs的训练信号对的相位差而计算其平均，根据相位差的平均值推测频率偏移。将根据1.6μs间隔的训练信号对计算出的频率偏移推测值称为 offset_2。
在利用训练信号之间的时间间隔为2.4μs的训练信号对推测频率偏移的过程中，接收端累积存储在接收端的内部存储装置的训练信号中的相隔 2.4μs的训练信号对的相位差而计算其平均，根据相位差的平均值推测频率偏移。将根据2.4μs间隔的训练信号对计算出的频率偏移推测值称为 offset_3。
在利用训练信号之间的时间间隔为3.2μs的训练信号对推测频率偏移的过程中，接收端累积存储在接收端的内部存储装置的训练信号中的相隔 3.2μs的训练信号对的相位差而计算其平均，根据相位差的平均值推测频率偏移。将根据3.2μs间隔的训练信号对计算出的频率偏移推测值称为 offset_4。
接收端对根据具有不同的时间间隔的训练信号对计算出的频率偏移推测值即offset_1、offset_2、offset_3、offset_4赋予加权值而计算加权平均，由此导出最终频率偏移推测值。
基于时间间隔的长度及训练信号对的数量而对具有各时间间隔的训练信号对赋予加权值。
例如，推测频率偏移3.2μs，如果训练信号的发送周期为40MHz，则输入128个样品。
offset_1是利用相隔0.8μs(32个样品(samples))的信号，故而用于推测offset_1的样品的个数为128－32＝96个。
offset_2是利用相隔1.6μs(64个样品)的信号，故而用于推测 offset_2的样品的个数为128－64＝64个。
offset_3是利用相隔2.4μs(96个样品)的信号，故而用于推测 offset_3的样品的个数为128－96＝32个。
offset_4是利用相隔3.2μs(128个样品)的信号，故而用于推测 offset_4的样品的个数为128－128＝0个。
用于计算的样品的数量越多、计算时进行比较的两个样品之间的距离越远，则频率偏移推测值的准确度越准确。也就是说，用于推测频率偏移的训练信号对的数量越多、成对的训练信号间的距离越远，则频率偏移推测值的准确度越高。
在赋予加权值时，可在算术上成正比地对训练信号对的数量、成对的训练信号间的距离赋予加权值，也可另外利用将训练信号对的数量及训练信号间的距离设为代入值的加权值赋予函数赋予加权值。在本说明书中，以在算术上成正比地赋予加权值的情况为例来进行说明。
当在算术上成正比地赋予加权值时，对各频率偏移推测值赋予加权值的结果如下。
offset_1利用96个训练信号对，训练信号间的距离为0.8(测定周期的1倍)，因此对offset_1赋予加权值的结果为offset_1×96×1。
offset_2利用64个训练信号对，训练信号间的距离为1.6(测定周期的2倍)，因此对offset_2赋予加权值的结果为offset_2×64×2。
offset_3利用32个训练信号对，训练信号间的距离为2.4(测定周期的3倍)，因此对offset_3赋予加权值的结果为offset_3×32×3。
offset_4利用0个训练信号对，训练信号间的距离为3.2(测定周期的 4倍)，因此对offset_4赋予加权值的结果为offset_4×0×4。
接收端在计算加权值后，计算加权平均而导出最终频率偏移推测值。最终频率偏移推测值如下。
最终频率偏移推测值＝(offset_1×96×1+offset_2×64×2+ offset_3×32×3+offset_4×0×4)/(96×1+64×2+32×3+0×4)
图4是表示本发明实施例的频率偏移推测装置的框图。
本发明实施例的频率偏移推测装置包括接收部110、测定部120、存储部130及运算部140。
无线局域网系统的发射端在STF中按照固定的周期反复传输相同的训练信号。
接收部110接收从无线局域网系统的发射端发出的训练信号。
测定部120以预设的测定周期为单位测定训练信号的相位。例如，能够以0.8μs为单位测定训练信号的相位。
测定到的相位保存到存储部130。存储部可为存储器，也可为缓冲器。例如，存储部可为可存储0.8μs的输入信号的缓冲器。
运算部140分别针对预设的多个时间间隔而从存储部130读取相隔各时间间隔的训练信号对的相位，在计算训练信号对的相位差的平均值后，根据相位差的平均值推测频率偏移。
运算部140在对分别针对预设的多个时间间隔而计算出的各频率偏移推测值赋予加权值后计算加权平均，由此导出最终频率偏移推测值。
在运算部140中，用以计算训练信号对的相位差的多个时间间隔优选为测定周期的整数倍。例如，在测定周期为0.8μs的情况下，多个时间间隔可为0.8μs、1.6μs、2.4μs、3.2μs等。
运算部140在对分别针对预设的多个时间间隔而计算出的各频率偏移推测值赋予加权值时，可基于各时间间隔的长度而赋予加权值。另外，运算部140可基于相隔各时间间隔的训练信号对的数量而赋予加权值。
具体而言，运算部140在对分别针对预设的多个时间间隔而计算出的各频率偏移推测值赋予加权值时，如果各时间间隔较长，则可赋予更大的加权值。另外，运算部140可在相隔各时间间隔的训练信号对的数量较多时，赋予更大的加权值。
具体的加权值赋予方法及加权平均计算方法与以上所说明的内容相同。
图5是表示本发明实施例的接收端的频率偏移推测方法的流程图。
本发明实施例的接收端的频率偏移推测方法包括接收过程(S210)、测定过程(S220)、存储过程(S230)、读取过程(S240)、相位差计算过程(S250) 及加权平均计算过程(S260)。
无线局域网系统的发射端在STF中按照固定的周期反复传输相同的训练信号。
接收端接收从无线局域网系统的发射端发出的训练信号(S210)。
接收端以预设的测定周期为单位测定训练信号的相位(S220)。例如，能够以0.8μs为单位测定训练信号的相位。
接收端将测定到的相位保存到接收端内部的存储装置(S230)。存储装置可为存储器，也可为缓冲器。例如，存储装置可为可存储0.8μs的输入信号的缓冲器。
接收端分别针对预设的多个时间间隔而从存储装置读取相隔各时间间隔的训练信号对的相位(S240)，在利用所读取的相位计算训练信号对的相位差的平均值后，根据相位差的平均值推测频率偏移(S250)。
接收端在对分别针对预设的多个时间间隔而计算出的各频率偏移推测值赋予加权值后计算加权平均，由此导出最终频率偏移推测值(S260)。
用以计算训练信号对的相位差的多个时间间隔优选为测定周期的整数倍。例如，在测定周期为0.8μs的情况下，多种时间间隔可为0.8μs、 1.6μs、2.4μs、3.2μs等。
接收端在对分别针对预设的多个时间间隔而计算出的各频率偏移推测值赋予加权值时，可基于各时间间隔的长度而赋予加权值。另外，接收端可基于相隔各时间间隔的训练信号对的数量而赋予加权值。
具体而言，接收端在对分别针对预设的多个时间间隔而计算出的各频率偏移推测值赋予加权值时，如果各时间间隔较长，则可赋予更大的加权值。另外，接收端可在相隔各时间间隔的训练信号对的数量较多时，赋予更大的加权值。
具体的加权值赋予方法及加权平均计算方法与以上所说明的内容相同，因此省略其详细说明。
图5记载为依序执行S210至S260，但所述图5仅用以例示性地说明本发明的技术思想，S210至S260的执行并不限定于时间序列顺序。本发明所属的技术领域内的普通技术人员可在不脱离本发明的本质特性的范围内变更S210至S260的顺序、省略S210至S260中的一个以上的过程、或并列执行S210至S260中的一个以上的过程等对图5的方法进行各种修正及变形。
另一方面，通过上述实施例说明的频率偏移推测方法可在可由电脑或智能手机读取的记录媒体中，以可由电脑或智能手机读取的代码实现。可由电脑或智能手机读取的记录媒体包括存储可通过电脑系统读取的数据的所有种类的记录装置。即，可由电脑或智能手机读取的记录媒体包括如磁性存储媒体(例如，只读存储器(Read Only Memory，ROM)、软盘、硬盘等)、光学读取媒体(例如，只读光盘(Compact Disc-Read Only Memory，CD-ROM)、数字多功能光盘(Digital Versatile Disc，DVD)等)、闪存(例如，通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)、固态驱动器(Solid State Drive， SSD))等的存储媒体。另外，可分散到通过网络连接的电脑系统而以分散方式存储执行可由电脑或智能手机读取的代码。
图6是现有技术与本发明的可能推测出的频率偏移的频数分布对照图。实验中所使用的实际频率偏移为0，信噪比(Signal to Noise Ratio，SNR) 为6dB，用于计算的STF的长度为4.25μs。
图6(a)是现有技术的频率偏移推测结果，图6(b)是本发明实施例的频率偏移推测结果。可知在与图6(a)进行比较时，图6(b)的剩余频率偏移变得更接近0而推测准确度提高。
另外，剩余频率偏移的分散值结果在现有技术中为6.4182，但在本发明实施例的频率偏移推测中为2.0482，因此可知本发明的性能特别优异。
本实施例仅用以例示性地说明本发明的技术思想，本发明所属的技术领域内的普通技术人员可在不脱离本发明的本质特性的范围内对本实施例进行各种修正及变形。
本实施例用以说明本发明的技术思想，而并非用以限定本发明的技术思想，因此本发明的权利范围并不限定于本实施例。本发明的保护范围应由权利要求书解释，应解释为与上述保护范围相同或等同的所有技术思想均包括在本发明的权利范围内。

Claims (11)

1.一种频率偏移推测装置，其是利用从无线局域网系统的发射端周期性地发出的多个训练信号推测频率偏移的装置，其特征在于包括：接收部，接收所述多个训练信号；
测定部，以预设的测定周期为单位测定在所述接收部接收到的训练信号的相位；
存储部，存储在所述测定部测定到的训练信号的相位；以及
运算部；且
所述运算部分别针对预设的多个时间间隔，并从所述存储部读取相隔各时间间隔的训练信号对的相位，在计算所述训练信号对的相位差的平均值后，根据所述平均值推测频率偏移，对计算出的各频率偏移推测值赋予加权值而计算加权平均，其中所述运算部基于所述各时间间隔的长度而赋予加权值。
2.根据权利要求1所述的频率偏移推测装置，其特征在于，
所述各时间间隔为所述测定周期的整数倍。
3.根据权利要求1所述的频率偏移推测装置，其特征在于，
所述运算部在所述各时间间隔较长时，赋予更大的加权值。
4.根据权利要求1所述的频率偏移推测装置，其特征在于，
所述运算部基于相隔所述各时间间隔的训练信号对的数量而赋予加权值。
5.根据权利要求4所述的频率偏移推测装置，其特征在于，
所述运算部在相隔所述各时间间隔的训练信号对的数量较多时，赋予更大的加权值。
6.一种频率偏移推测方法，其是接收端利用从无线局域网系统的发射端周期性地发出的多个训练信号推测频率偏移的方法，其特征在于包括：
接收所述多个训练信号；
以预设的测定周期为单位测定在接收部接收到的训练信号的相位；
将在测定部测定到的训练信号的相位保存到所述接收端内部的存储装置；
分别针对预设的多个时间间隔而从所述存储装置读取相隔各时间间隔的训练信号对的相位；
分别针对所述预设的多个时间间隔而计算所述训练信号对的相位差的平均值，根据所述平均值推测频率偏移；以及
对分别在所述预设的多个时间间隔计算出的频率偏移推测值赋予加权值而计算加权平均的过程，其中计算所述加权平均的过程包括基于所述各时间间隔的长度而赋予加权值的过程。
7.根据权利要求6所述的频率偏移推测方法，其特征在于，
所述各时间间隔为所述测定周期的整数倍。
8.根据权利要求6所述的频率偏移推测方法，其特征在于，
计算所述加权平均的过程在所述各时间间隔较长时，赋予更大的加权值。
9.根据权利要求6所述的频率偏移推测方法，其特征在于，
计算所述加权平均的过程包括基于相隔所述各时间间隔的训练信号对的数量而赋予加权值的过程。
10.根据权利要求6所述的频率偏移推测方法，其特征在于，
计算所述加权平均的过程包括在相隔所述各时间间隔的训练信号对的数量较多时，赋予更大的加权值的过程。
11.一种计算机存储介质，其上存储有计算机指令，当所述计算机指令被计算机执行时使计算机执行如权利要求6至10中任一项所述的频率偏移推测方法。
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