CN114051706A - Ofdma基带时钟同步 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于同步化OFDMA无线麦克风系统中的基带时钟的方法。一种实例方法包含从音频传输器接收多个导频副载波。所述方法还包含基于所述导频副载波来确定时序偏移估计。所述方法进一步包含通过将所述时序偏移估计传递通过比例积分控制器来确定调谐值。所述方法还进一步包含通过基于所述调谐值修改参考振荡器来确定经修改参考信号。且所述方法仍进一步包含基于所述经修改参考信号来控制(i)音频采样时钟及(ii)天线数据时钟。

Description

OFDMA基带时钟同步

交叉参考

本申请案主张于2019年5月29日提出申请的美国专利申请案第16/425,694号的优先权，所述申请案的内容以其全文并入本文中。

技术领域

本申请案一般来说涉及用于使用正交频分多址(OFDMA)来进行通信的无线音频系统及装置，特定来说具有音频采样时钟及天线数据时钟的音频装置的时序及频率同步。

背景技术

正交频分复用(OFDM)是一种在多重载波频率上编码数字数据的方法。副载波被一起发送以形成宽频高速通信链路。这种通信链路可用于许多目的，包含数字电视及音频广播、DSL互联网存取、无线网络、电力线网络及移动通信。

在OFDMA音频系统中，可存在存取点及一或多个用户。用户装置必须补偿其相应天线数据时钟相对于存取点的任何频率偏移，使得帧时序及符号时序得以维持。这允许用户装置借助存取点来适当地接收及传输数据。

现有用户装置可包含防止因插入或丢掉采样而引入的音频失真的采样速率转换块。然而，所述采样速率转换块需要额外资源且将延时引入到音频路径中。

因此，对于一种用于OFDMA基带时钟同步的方法及系统，存在以下机会：不需要额外采样速率转换块(特定来说，在高质量音频应用的上下文中)，且因此减少所需资源并且移除音频路径中的延时源。

发明内容

本发明的实施例打算通过提供以下方法及系统来减轻以上所述问题中的一些问题：用于通过从共同参考产生相应基带时钟来将无线麦克风系统中的用户的基带时钟锁定到存取点的方法及系统。所述存取点(也称为“音频传输器”)及每一用户装置(也称为“音频接收器”)全部包含基于参考振荡器设定的一或多个基带时钟(即，控制音频采样时钟及/或数据采样时钟)。本发明的实施例可包含基于经测量相位差来调谐每一用户装置的参考振荡器，使得全部用户及存取点的基带时钟处于同步中。

一种实例性方法包含从音频传输器接收多个导频副载波。所述方法还包含基于所述导频副载波来确定时序偏移估计。所述方法进一步包含通过将所述时序偏移估计传递通过比例积分控制器来确定调谐值。所述方法还进一步包含通过基于所述调谐值修改参考振荡器来确定经修改参考信号。且所述方法仍进一步包含基于所述经修改参考信号来控制(i)音频采样时钟及(ii)天线数据时钟。

依据以下详细说明及随附图式，这些及其它实施例以及各种排列及方面将变得显而易见且被更全面地理解，以下详细说明及随附图式陈述指示其中可采用本发明的原理的各种方式的说明性实施例。

附图说明

图1是根据本公开的一些实施例的无线通信系统的简化框图。

图2是根据本公开的一些实施例的图1的系统的实例性用户装置的简化信号处理流程图。

图3是根据本公开的一些实施例的图2的采样时序偏移估计器的简化信号处理流程图。

图4是图解说明根据本公开的一些实施例的实例性方法的流程图。

具体实施方式

以下说明根据本发明的原理描述、图解说明且示范本发明的一或多个特定实施例。提供本说明书并非将本发明限于本文中所描述的实施例，而是以这种方式阐释且教示本发明的原理：使得所属领域的技术人员能够理解这些原理且在所述理解的情况下能够应用所述原理以不仅实践本文中所描述的实施例，且也实践根据这些原理可想到的其它实施例。本发明的范围打算涵盖可照字面地或在等效内容的原则下归属于所附权利要求书内的所有这类实施例。

应注意，在说明书及图式中，相似或基本上类似元件可用相同元件符号标记。然而，有时可用不同数字标记这些元件，例如在其中这种标记促进更清楚说明的情形中。另外，本文中所陈述的图式未必按比例绘制，且在一些例子中，比例可能已被放大以更清楚地描绘某些特征。这种标记及图式实践未必暗指基础实质目的。如以上所述，本说明书打算被视为整体且根据如本文中所教示的本发明的原理被解释且被所属领域的技术人员理解。

如以上所述，本公开的实施例涉及使用OFDMA的无线音频系统及装置通信，及用于无线音频系统的装置之间的基带同步的方法及系统。为使用户装置与存取点适当通信，所述用户装置必须能够补偿相对于所述存取点的任何频率偏移，使得帧及符号时序得以维持。在一些实施例中，这可通过存取点与用户基带时钟之间的频率及相位锁定完成。所述基带时钟可通过存取点及用户经由其相应天线而传输及接收数据(即，音频数据、控制信号、导频信号等)来对输入音频进行采样且用于各种其它目的。

可通过使存取点及一或多个用户全部从共同参考振荡器产生其相应基带时钟来促进无线音频装置的基带时钟之间的频率及相位锁定。每一用户可基于来自所述基带时钟(甚至来自其它用户)中的任一者的相位偏移测量来调谐其自身参考振荡器以便维持与存取点参考的频率及相位锁定。这导致给定用户的全部基带时钟被锁定到相应存取点参考，这是因为全部基带时钟是从共同参考产生的。

在本公开的实施例中，用户可基于所述用户与存取点之间的采样时钟时序(即，相位)偏移测量来调谐其参考频率(即，参考振荡器)，所述偏移测量是在存取点与用户之间的通信期间针对每一帧而进行的。当在频域中标绘时，OFDMA系统中传输采样时钟与接收采样时钟之间的时序偏移导致频道相位斜率。所述斜率与采样时钟时序偏移成比例。这样，通过确定经传输信号(来自存取点)与经接收信号(在用户处)之间的频道相位偏移的斜率，可确定延时，且因此确定时序偏移测量。然后，可使用此时序偏移测量来调谐用户参考振荡器。然后，可使用所述经调谐参考振荡器来控制用户的天线数据时钟及音频采样时钟，由此使得用户与存取点基带时钟能够同步。且通过对每个帧的时序偏移测量进行确定，可连续调谐用户音频装置的参考振荡器以维持“稳态”同步。此外，通过基于所述参考振荡器控制用户音频装置的天线数据时钟及音频采样时钟两者，两个时钟将彼此同步且与存取点的对应时钟同步。

图1图解说明无线音频通信系统或环境100的实例性简化框图，在所述无线音频通信系统或环境中可使用本公开的方法及设备。无线音频通信系统可包含存取点110及多个用户装置120A-N。

存取点110可以是任何适合计算装置，且可包含处理器、存储器、天线、及/或一或多个其它信号处理或计算组件。在一些实施例中，存取点110可以是自动混频器、膝上型或桌上计算机，或者经配置以与包含用户装置120A-N的各种其它装置(例如，多个无线音频装置)通信的任何其它装置。

存取点110可经配置以用于执行各种功能或动作，例如本公开(及随附图式)中所描述的那些功能或动作。存取点110可包含各种组件，举例来说，包含处理器及存储器。存取点110也可包含显示器、用户接口及/或一或多个其它电子组件。所述处理器可包含一般用途处理器(例如，微处理器)及/或特殊用途处理器(例如，数字信号处理器(DSP))。所述处理器可以是任何适合处理装置或一组处理装置，例如但不限于微处理器，基于微控制器的平台、集成电路、一或多个场可编程门阵列(FPGA)，及/或一或多个特殊应用集成电路(ASIC)。所述存储器可以是易失性存储器(例如，RAM，包含非易失性RAM、磁性RAM、铁电式RAM等)、非易失性存储器(例如，磁盘存储器、FLASH存储器、EPROM、EEPROM、基于忆阻器的非易失性固态存储器等)，不变存储器(例如，EPROM)、只读存储器，及/或高容量存储装置(例如，硬盘机、固态磁盘机等)。在一些实施例中，所述存储器包含多个种类的存储器，特定来说易失性存储器及非易失性存储器。所述存储器可以是其上嵌入有一或多个指令集(例如用于操作本公开的方法的软件)的计算机可读媒体。所述指令可体现如本文中所描述的方法或逻辑中的一或多者。举例来说，所述指令完全地或至少部分地驻存于存储器、计算机可读媒体的任何一或多者内，及/或在指令的执行期间驻存于处理器内。

术语“非暂时性计算机可读媒体”及“计算机可读媒体”包含单个媒体或多个媒体，例如集中式或散布式数据库及/或存储一或多个指令集的相关联高速缓冲存储器及服务器。此外，术语“非暂时性计算机可读媒体”及“计算机可读媒体”包含能够存储、编码或携载由处理器执行的指令集，或致使系统执行本文中所公开的方法或操作中的任何一或多者的任何有形媒体。如本文中所使用，术语“计算机可读媒体”被明确定义为包含任何类型的计算机可读存储装置及/或存储磁盘且排除传播信号。

在一些实例中，存取点110可以是基站、集中式控制器或经配置以与多个无线音频用户装置同时通信的其它计算装置。举例来说，存取点可在会议室中操作，且用户装置可以是与存取点通信的多个麦克风，以提供会议环境。其它实例也是可能的。

存取点110可包含实现与一或多个用户装置120A-N以及参考振荡器的无线音频通信的一或多个天线。所述参考振荡器可用于控制存取点的一或多个基带时钟。举例来说，可基于所述参考振荡器来控制天线采样时钟以便控制各种数据的传输及接收的时序。

存取点110可经配置以便以各种格式且使用各种通信协议将数据传输到一或多个无线音频用户装置120A-N。例如，存取点110可使用OFDMA方案来传输数据，其中数据以帧传输。每一帧可包含多个副载波，所述副载波中的一些副载波用于传输数据，所述副载波中的一些副载波是用于使存取点与用户同步的导频副载波，且所述副载波中的一些副载波是提供保护以免受来自频率频谱中的邻近频道或副频道的干扰的“保护”副载波。在一个实例中，给定频道可分成64个不同副载波。所述频道可包含52个数据副载波、4个导频副载波及8个保护副载波。这些数目仅用于举例，且应了解还可使用其它数目。

每一导频副载波可以特定且已知频率传输，且可经配置以不携载任何音频或控制信息。每一导频副载波的已知频率位置可使得接收帧的用户能够确定相位移位，且因此确定存取点110与用户之间的时序偏移。下文将更详细地对此进行论述。

无线音频用户装置120A-N可以是可携式无线音频接收器、麦克风、会议系统、扬声器及/或可通信地耦合到存取点110的任何其它装置。本文中所公开的实施例是参考各自是麦克风的用户装置而描述的，然而，应了解本文中所公开的概念及特征也可应用于其它类型的用户装置。

每一无线音频用户装置120A-N可包含一或多个天线、参考振荡器、用于通过天线的天线/符号传输及接收的基带时钟、用于音频采样的基带时钟，及用以实施本文中所描述的功能，特定来说关于图2及3所描述的信号处理功能的适当处理及存储器组件。具体来说，就用户装置120A-N的处理器及/或存储器来说，本文中关于存取点110的处理器及/或存储器的公开内容也可应用于每一用户装置120A-N。

每一无线音频用户装置的天线可基于天线数据时钟而操作，所述天线数据时钟确定从天线采样数据的速率。参考振荡器由用户装置用来控制可包含天线数据时钟的各种基带时钟。无线音频用户装置还包含用于音频采样的基带时钟，所述基带时钟确定采样进入到麦克风中的传入音频信号的速率。

图2是根据本公开的一些实施例的图1的系统的实例性无线音频用户装置的简化信号处理流程图200。用户装置120A-N中的任何一或多者可包含关于图2描述的组件及功能性。

图式200图解说明天线202、射频(RF)接收器204、模/数转换器(ADC)206、傅里叶变换块(FFT块)208、采样时序偏移估计器210、比例积分控制器212、参考振荡器218、第一锁相环路220及第二锁相环路222以及音频采样时钟224。

天线202可以是单个天线，或者可包含多个天线。所述多个天线可布置成阵列。RF接收器204可经配置以检测OFDMA信号。

ADC 206可经配置以从RF接收器接收信号。ADC 206也可被称为采样器，这是因为ADC经配置以便以特定速率对输入信号进行采样。采样速率是基于天线数据时钟而确定，所述天线数据是基于参考振荡器218而确定，如下文所描述。FFT块208经配置以将来自ADC206的经采样输入信号转换成频域。

在无线音频用户包含两个或更多个天线的情况下，每一天线可具有对应RF接收器(204)、ADC(206)及FFT块(208)。每一天线的FFT块的输出可馈送到采样时序偏移估计器210中。

采样时序偏移估计器210经配置以接收FFT块208的输出(即，帧)且确定存取点110与用户之间的时序偏移估计。关于图3更详细地对此进行描述。

图3图解说明采样时序偏移估计器210的简化过程流程图300。采样时序偏移估计器210从FFT块208接收帧302作为输入。应理解，采样时序偏移估计器210经配置以接收对应于多个天线的多个帧作为输入且处理每一帧，如本文中所公开。帧302包含跨越帧302的频宽分布的多个资源块304A-N。每一资源块具有各自具有期望频率的两个导频副载波(例如，导频副载波310a及310b)。采样时序偏移估计器210首先确定资源块中的两个导频副载波的频道估计，且然后通过将副载波k+D 310B处的频道估计乘以副载波k 310A处的频道估计的复共轭来计算频道相位斜率。采样时序偏移估计器210针对资源块304A-N(及其对应导频副载波对)重复所述计算，且将所得频道相位斜率值累加以便滤除噪声以及对频率选择性衰减的影响。

采样时序偏移估计器210也经配置以在用户包含两个或更多个天线的情况下针对多个天线估计采样时序偏移。将FFT输出用于额外天线来重复计算导频副载波的频道估计且将每一资源块内的频道估计相乘的相同过程，且从第一天线起将所得频道相位斜率值累加为和。

频道相位(在频率频谱中)的斜率与存取点与用户之间的时序偏移成比例。通过按比例调整经累加频道相位斜率，可针对帧302估计采样中的时序偏移。然后，采样时序偏移估计器210输出所述时序偏移估计。

PI控制器212接收时序偏移估计。PI控制器包含先前确定的时序偏移估计214的加权积分，以及经加权当前时序偏移估计216。PI控制器可基于存取点110与用户之间的偏移上的快速初始收敛之间的取舍以及平滑稳态操作来调整权重。对最近时序偏移重加权会提供较快收敛，但会使系统易受瞬态噪声及微扰影响。将较小权重用于最近时序偏移在PI控制器的稳态操作期间提供较慢收敛但更平滑改变，因此使系统较不易受快速改变及噪声影响。PI控制器212输出将由参考振荡器218使用的调谐值。

参考振荡器218接收由PI控制器输出的调谐信号。所述调谐信号用于修改参考振荡器以便减少存取点110与用户之间的时序偏移。

参考振荡器218的输出被传递到两个锁相环路(PLL)220及222。第一PLL 220产生用于音频采样时钟224的基带时钟频率信号。第二PLL 222产生用于ADC 206的基带时钟频率信号，以便控制天线的采样。

音频采样时钟224在用户装置包含麦克风的情况下收集音频数据。使用相同参考振荡器来提供用于音频采样时钟及通过ADC 206的传输/接收数据的基带时钟信号，使得系统能够减少延时的问题且消除对丢掉或添加采样的需要，以及提供其它操作益处。

图4图解说明根据本公开的实施例的实例性方法400的流程图。方法400可使得无线音频用户装置能够调整其参考振荡器以便使其基带时钟与存取点同步。图4的流程图表示存储于存储器中且可包含一或多个程序的机器可读指令，当由处理器执行时，所述一或多个程序可致使一或多个系统或装置执行本文中所描述的一或多个功能。虽然参考图4中图解说明的流程图描述实例性程序，但另一选择是可使用用于实行本文中所描述的功能的许多其它方法。举例来说，可彼此连续地或并行地重新布置或执行块的执行次序，块可经改变、消除及/或组合以执行方法400。此外，由于方法400是结合图1到3中的组件公开的，因此下文将不详细描述那些组件的一些功能。

方法400在框402处开始。在框404处，方法400包含从存取点接收帧。如上文关于图3所述，帧可包含多个副载波，例如数据副载波、导频副载波等等。

在框406处，方法400可包含确定帧的导频副载波的频道估计。然后，在框408处，使用频道估计来确定每一资源块中导频副载波对的频道相位斜率。在框410处，方法400包含将所有对导频副载波及跨越用户使用的所有天线的相位移位求和。

在框412处，方法400可包含基于每一资源块及每一天线的频道相位斜率值的和来确定时序偏移估计。在采样中测量所述时序偏移估计。

在框414处，方法400可包含基于时序偏移估计来确定用户参考振荡器的调谐值。这可包含将时序偏移估计传递通过比例积分控制器，所述比例积分控制器将权重添加到当前时序偏移及过去时序偏移的积分。这使得用户能够在一些情镜中实现快速收敛，同时也实现平滑稳态操作。

在框416处，方法400可包含基于调谐值来修改参考振荡器。参考振荡器可提供用于控制用户的一或多个基带时钟的参考频率。

在框418处，方法400可包含基于由调谐值修改的参考振荡器来控制天线数据时钟及音频采样时钟。基于相同参考振荡器频率来控制音频采样时钟及天线数据时钟两者使得用户能够减少延时，且避免发生必须插入或丢掉音频采样。然后，方法400可回到框404且从存取点接收下一帧。可重复所述方法以形成稳态反馈环路，从而确保音频采样时钟及天线数据时钟与存取点的基带时钟保持同步。然后，方法400可在框420处结束。

图中的任何过程说明或框应理解为表示模块、区段或代码部分，所述代码部分包含用于实施过程中的特定逻辑功能或步骤的一或多个可执行指令，且替代实施方案包含于本发明的实施例的范围内，其中功能可不以来自所展示或所论述的次序执行，包含基本上同时执行或以相反次序执行，这取决于所涉及的功能性，如所属领域的技术人员将理解。

本公开打算阐释如何做成及使用根据本技术的各种实施例而非限制其真实、预期及清楚的范围及精神。前述说明不打算为穷尽性的或限于所公开的精确形式。鉴于以上教示，修改及变化是可能的。选择且描述实施例以提供对所描述技术的原理及其实际应用的最优说明，且使得所属领域的技术人员能够在各种实施例中且以如适于所涵盖的特定用途的各种修改利用本技术。当根据清楚地、合法地且公正地授予的宽度解释时，如可在本专利申请案及其全部等效内容的申请期间修正，所有这些修改及变化均在如由随附权利要求书所确定的实施例的范围内。

Claims (20)

1.一种用于无线麦克风系统中的基带时钟同步的方法，所述方法包括：

从音频传输器接收多个导频副载波；

基于所述导频副载波来确定时序偏移估计；

通过将所述时序偏移估计传递通过比例积分控制器来确定调谐值；

通过基于所述调谐值修改参考振荡器来确定经修改参考信号；及

基于所述经修改参考信号来控制(i)音频采样时钟及(ii)天线数据时钟。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

接收多个帧，每一帧包含所述多个导频副载波。

3.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括确定每一帧的所述调谐值。

4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括：

确定每一帧的所述经修改参考信号；及

更新每一帧的所述音频采样时钟及所述天线数据时钟。

5.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述时序偏移估计包括：

基于所述多个导频副载波来确定频道相位斜率；及

基于所述频道相位斜率来确定所述时序偏移估计。

6.根据权利要求5所述的方法，其中确定所述频道相位斜率包括：

确定所述多个导频副载波中的每一者的频道估计；

确定对应于所述多个导频副载波的一或多个对的一或多个频道相位斜率值；及

将所述一或多个频道相位斜率值求和。

7.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述调谐值包括：将经加权系数施加到(i)所述时序偏移估计及(ii)先前确定的时序偏移估计的积分。

8.一种无线音频麦克风系统，其包括：

音频传输器，其经配置以：

传输多个导频副载波；及

一或多个音频接收器，每一音频接收器经配置以：

接收所述多个导频副载波；

基于所述多个导频副载波来确定时序偏移；

通过将所述时序偏移估计传递通过比例积分控制器来确定调谐值；

通过基于所述调谐值修改参考振荡器来确定经修改参考信号；及

基于所述经修改参考信号来控制(i)音频采样时钟及(ii)天线数据时钟。

9.根据权利要求8所述的无线音频系统，其中所述音频传输器进一步经配置以传输多个帧，每一帧包含相应多个导频副载波，且其中所述一或多个音频接收器各自进一步经配置以接收所述多个帧。

10.根据权利要求9所述的无线音频系统，其中所述一或多个音频接收器各自进一步经配置以确定每一帧的所述调谐值。

11.根据权利要求10所述的无线音频系统，其中所述一或多个音频接收器各自进一步经配置以；

确定每一帧的所述经修改参考信号；及

更新每一帧的所述音频采样时钟及所述天线数据时钟。

12.根据权利要求8所述的无线音频系统，其中所述一或多个音频接收器各自进一步经配置以通过以下操作来确定所述时序偏移估计：

基于所述多个导频副载波来确定频道相位斜率；及

基于所述频道相位斜率来确定所述时序偏移估计。

13.根据权利要求12所述的无线音频系统，其中所述一或多个音频接收器各自进一步经配置以通过以下操作来确定所述频道相位斜率：

确定所述多个导频副载波中的每一者的频道估计；

确定对应于所述多个导频副载波的一或多个对的一或多个频道相位斜率值；及

将所述一或多个频道相位斜率值求和。

14.根据权利要求8所述的无线音频系统，其中所述一或多个音频接收器各自进一步经配置以通过将经加权系数施加到(i)所述时序偏移估计及(ii)先前确定的时序偏移估计的积分来确定所述调谐值。

15.一种无线音频系统的音频接收器，所述音频接收器包括：

天线，其经配置以从音频传输器接收多个导频副载波；及

电路系统，其经配置以：

基于所述多个导频副载波来确定时序偏移；

基于所述时序偏移估计来确定调谐值；

基于所述调谐值来确定经修改参考信号；及

基于所述经修改参考信号来控制(i)音频采样时钟及(ii)天线数据时钟。

16.根据权利要求15所述的音频接收器，其中所述天线进一步经配置以接收多个帧，每一帧包含所述多个导频副载波，且其中所述电路系统进一步经配置以确定每一帧的所述调谐值。

17.根据权利要求16所述的音频接收器，其中所述电路系统进一步经配置以：

确定每一帧的所述经修改参考信号；及

更新每一帧的所述音频采样时钟及所述天线数据时钟。

18.根据权利要求15所述的音频接收器，其中所述电路系统进一步经配置以通过以下操作来确定所述时序偏移估计：

基于所述多个导频副载波来确定频道相位斜率；及

基于所述频道相位斜率来确定所述时序偏移估计。

19.根据权利要求18所述的音频接收器，其中所述电路系统进一步经配置以通过以下各项操作来确定所述频道相位斜率：

确定所述多个导频副载波中的每一者的频道估计；

确定对应于所述多个导频副载波的一或多个对的一或多个频道相位斜率值；及

将所述一或多个频道相位斜率值求和。

20.根据权利要求15所述的音频接收器，其中所述电路系统进一步经配置以通过将经加权系数施加到(i)所述时序偏移估计及(ii)先前确定的时序偏移估计的积分来确定所述调谐值。

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