CN1787508A - 频率偏移估计方法和利用所述方法的频率偏移校正设备 - Google Patents

Abstract

频率偏移校正单元估计初始频率偏移并校正估计出的初始频率偏移。然后，频率偏移校正单元还通过并入频率偏移的残余分量来校正频率偏移。接收权重矢量计算单元利用LMS算法来估计接收权重矢量信号。然后，接收权重矢量计算单元通过对导频信号应用LMS算法来估计导频信号中所包含的频率偏移的残余分量。乘法器利用接收权重矢量信号对频率域信号进行加权，且加法器对乘法器的输出进行总和，从而输出合成信号。

Description

频率偏移估计方法和利用所述方法的频率偏移校正设备

技术领域

本发明涉及一种频率偏移估计技术，更具体地，本发明涉及一种估计由多个天线接收到的信号中所包含的频率偏移的频率偏移估计方法，还涉及一种利用所述方法的频率偏移校正设备。

背景技术

在无线通信中，通常需要的是，能够有效地使用有限的频率资源。有效使用频率资源的一种技术是自适应阵列天线技术。在自适应阵列天线技术中，对多个天线中要处理的信号的幅度和相位进行控制，从而形成预定方向图的天线。更具体地，具有自适应阵列天线的设备分别改变由多个天线接收到的信号的幅度和相位，并对多个这样改变后的接收信号进行总和。结果，该设备接收与由具有对应于所述幅度和相位上的变化(此后称之为“权重”)的方向图的天线所接收到的信号等效的信号。然后，按与所述权重相对应的天线的方向图来发射这些信号。

在自适应阵列天线技术中，计算权重的处理包括：基于最小均方误差(MMSE)方法的处理。作为MMSE方法，诸如RLS(递归最小平方)算法和LMS(最小均方)算法等自适应算法得以使用。通常，另一方面，频率偏移存在于从发射设备的本地振荡器输出的载波和从接收设备的本地振荡器输出的载波之间。结果，引起了相位误差。例如，如果使用诸如QPSK(正交相移键控)作为发射设备和接收设备之间的调制方案，则接收信号的星座会由于该相位误差而发生旋转。该星座的旋转通常会使信号的传输质量发生恶化。在一些情况下，可以通过自适应阵列天线技术中的自适应算法来估计频率偏移(例如，参见以下相关技术列表中的参考文件(1))

相关技术列表

(1)日本专利申请待审公开No.Hei10-210099。

当将要使用LMS算法作为自适应算法来计算权重时，还可以按照将频率偏移包含在权重的形式来计算这些频率偏移。然而，其中能够计算频率偏移的范围通常会较窄。因此，频率偏移变得越大，则所述频率偏移的精确估计将变得越难。此外，如果天线的数量增加，则要施加LMS算法的权重的数量也会增加。因此，能够计算频率偏移的范围将趋向于进一步变窄。另一方面，作为拓宽能够利用LMS算法来估计频率偏移的范围的一种方法，该方法可以采用使LMS算法的步长参数变得更大。然而，根据该方法，该滤波效果通常较小，从而导致了信号传输质量的下降。

发明内容

考虑到前面的情况提出了本发明，其目的是提出一种估计频率偏移来校正由多个天线所接收到的信号之间所包含的频率偏移的方法，以及提出一种利用所述方法的频率偏移校正设备。

为了解决上述问题，根据本发明优选实施例的一种频率偏移校正设备包括：输入单元，输入分别对应于多个天线、包含已知信号的多个接收信号；校正单元，分别校正所述多个接收信号中所包含的频率偏移；处理单元，通过对多个校正接收信号应用自适应算法，分别获得与所述已知信号及权重矢量和已知信号之间的误差相对应的权重矢量；估计单元，根据所获得的权重矢量和所获得的误差，来估计多个校正接收信号中所包含的频率偏移的残余分量、以及与已知信号相对应的频率偏移的残余分量。所述校正单元通过反映频率偏移的估计残余分量来校正频率偏移。

根据该实施例，在自适应算法中所获得的加权因子和误差用于对频率偏移的残余分量的估计。因此，可以使残余分量的估计处理和自适应算法的一部分得到通用。结果，可以对频率偏移进行校正，同时防止电路规模的增加。

作为频率偏移的残余分量，所述估计单元可以将多个校正接收信号的复共轭分别乘以所获得的误差，并从将乘法结果除以所获得的权重矢量的除法结果中提取虚分量。在这种情况下，可以利用简化的处理来估计频率偏移的残余分量。

所述处理可以获得与除了已知信号之外的其他信号相对应的权重矢量；并且所述设备还可以包括加权单元，利用由所述处理单元获得的权重矢量，分别对多个校正接收信号进行加权。在这种情况下，通过权重矢量来进行加权，从而能够提高传输质量。

所述频率偏移校正设备还可以包括频率域转换单元，分别将多个校正接收信号转换到频率域中并输出对每一个校正接收信号的多个频率域信号。所述处理单元可以通过对相互对应的已知信号应用自适应算法，提取多个频率域信号中包含的已知信号分量并获取权重矢量和误差。所述估计单元可以根据权重矢量和误差来估计与已知信号相对应的频率偏移的残余分量。在这种情况下，根据本实施例的设备可以应用于多载波信号。

所述处理单元可以提取多个频率域信号中所包含的多个已知信号，并且可以获取分别与所述多个已知信号相对应的权重矢量和误差；而所述估计单元估计分别与多个已知信号相对应的频率偏移，并根据分别与多个已知信号相对应的估计出的频率偏移，并且可以获得要由所述校正单元使用的频率偏移的残余分量。在这种情况下，使用分别与多个已知信号相对应的频率偏移的残余分量，从而获得要用于校正的频率偏移的残余分量，从而提高获取精度。

根据本发明的另一优选实施例涉及一种估计频率偏移的方法。该方法的特征在于：通过向分别对应于多个天线的包含已知信号的多个接收信号应用自适应算法，分别获得与已知信号相对应的权重矢量、以及权重矢量和已知信号之间的误差，并且根据所获得的权重矢量和误差来估计多个校正接收信号中所包含的频率偏移的残余分量、以及与已知信号相对应的频率偏移的残余分量。

根据本发明的另一优选实施例涉及一种估计频率偏移的方法。所述方法包括：输入分别与多个天线相对应的包含已知信号的多个接收信号；分别校正多个接收信号中所包含的频率偏移；通过对多个校正接收信号应用自适应算法来分别获得与已知信号相对应的权重矢量、以及所述权重矢量和已知信号之间的误差；以及根据所获得的权重矢量和所获得的误差，来估计多个接收信号中所包含的频率偏移的残余分量、以及与已知信号相对应的频率偏移的残余分量。所述校正可以在于：通过反映频率偏移的估计出的残余分量来校正频率偏移。

所述估计可以在于：作为频率偏移的残余分量，将多个校正接收信号的复共轭分别乘以所获得的误差，然后，从将乘法结果除以所获得的权重矢量的除法结果中提取虚分量。所述获取可以在于：获取与除了已知信号之外的其他信号相对应的权重矢量；所述方法还包括分别利用通过所述获取获得的权重矢量对多个校正接收信号进行加权。

所述方法还可以包括：分别将多个校正接收信号转换到频率域中，并输出对每一个校正接收信号的多个频率域信号。所述获取可以在于：提取多个频率域信号中所包含的已知信号分量，并通过向相互对应的已知信号应用自适应算法来获得权重矢量和误差，并且所述估计可以在于：根据所获得的权重矢量和误差来估计与已知信号相对应的频率偏移的残余分量。

所述获取可以在于：提取多个频率域信号中所包含的已知信号，并获取分别对应于多个已知信号的权重矢量和误差；以及所述估计可以在于：估计分别对应于多个已知信号的频率偏移，并从分别对应于多个已知信号的估计出的频率偏移中获取要在校正单元中使用的频率偏移的残余分量。所述估计可以在于：估计要将多个校正接收信号转换到频率域的周期中的频率偏移的残余分量。所述获取可以在于：获取与除了已知信号之外的其他信号相对应的权重矢量；并且所述方法还可以包括：分别利用通过所述获取获得的权重矢量对多个频率域信号进行加权。

数据可以由多个流构成。已知信号可以由多个流构成。控制信号可以由多个流构成。

应该注意，上述方法、设备、系统、记录介质和计算机程序等之间的结构组件和改变的表达的任意组合均是有效的，可以由当前实施例所涵盖。

而且，本发明内容不必描述所有所需特征，从而使本发明还可以是这些描述特征的子组合。

附图说明

现在，将参考典型且非限定性的附图，仅作为示例来描述实施例，其中在多个附图中，相同组件的编号类似，其中：

图1示出了根据本发明实施例的多载波信号的频谱；

图2示出了根据本发明实施例的通信系统结构；

图3示出了根据本发明实施例的突发格式的结构；

图4示出了图1所示的第一无线电单元的结构；

图5示出了图1所示的信号处理单元的结构；

图6示出了图5所示的第一频率域信号的结构；

图7示出了图5所示的频率偏移校正单元的结构；

图8示出了图5所示的接收权重矢量计算单元的结构；以及

图9是示出了校正图5中的频率偏移的过程的流程图。

具体实施方式

现在，将根据举例说明本发明而并未限定本发明范围的以下实施例来描述本发明。这些实施例中所描述的所有特征及其组合并非一定是本发明所必须的。

在详细描述本发明之前，将首先描述本发明的概况。根据本发明的实施例涉及一种对多个天线所接收到的多个信号分别执行自适应阵列信号处理的基站设备。这里，对接收到的信号进行调制，特别是通过正交频分复用(OFDM)，并且这些接收到的信号形成了突发信号。基站设备将多个接收到的信号转换为多个基带信号。多个转换后的基带信号分别包含频率偏移。

根据本实施例的基站设备粗略地或松散地估计突发信号之间的其引导部分的前同步码中的、基带信号所包含的频率偏移，并且通过前馈来校正所估计的频率偏移。在通过FFT(快速傅立叶变换)将其转换为频率域信号之后，对其执行自适应阵列信号处理。在前同步码周期终止之后，基站设备估计估计出的偏移中所包含的残余分量，然后，通过对其进行反馈来校正这样估计出的残余频率偏移。

图1示出了根据本发明实施例的多载波信号的频谱。特别地，图1示出了与OFDM调制方案兼容的多载波信号的频谱。在OFDM调制方案中的多载波之一通常被称为子载波。然而，这里，子载波由“子载波号”来指定。类似于IEEE 802.11a标准，这里定义了53个子载波，即“-26”到“26”。应该注意，将子载波号“0”设置为空，从而减小基带信号中的直流分量的效果。通过可变地设置的调制方案来调制每一个子载波。这里使用BPSK(二进制相移键控)、QPSK(正交相移键控)、16QAM(正交幅度调制)和64QAM中的任意调制方案。

如果在接收到的多载波信号中存在频率偏移，则子载波信号的相位将会发生旋转。现在将对此进行解释。从发射设备发射的信号由以下等式(1)来表达：

S＝A(A₁exp(jω₁t)+A₂exp(jω₂t)+A₃exp(jω₃t)Λ+A_nexp(jω_nt))        (1)

其中A₁到A_n均为指示每一个子载波中所包含的信号分量的矢量。如果频率偏移被添加到多载波信号中，则接收信号表达为：

Sexp(jωt)＝(A₁exp(jω₁t)+A₂exp(jω₂t)+Λ+A_nexp(jω_nt))exp(jωt)   (2)

当频率偏移较小时，exp(jωt)可以近似为常数C，并且等式(2)中的信号可以表达为：

SC＝(A₁exp(jω₁t)+A₂exp(jω₂t)+Λ+A_nexp(jω_nt))C                   (3)

当对该信号进行FFT时，每一个子载波被表达为CA₁、CA₂等。这等效于以下情况：每一个子载波信号以对应于其频率偏移的相位发生旋转。

图2示出了根据本发明实施例的通信系统100的结构。通信系统100包括终端设备10、基站设备34和网络32。终端设备10包括基带单元26、调制解调器单元28、无线电单元30和用于终端设备的天线16。基站设备34包括：第一基站天线14a、第二基站天线14b、……、以及第N基站天线14n，通常被称为“用于基站设备的天线14”或“基站天线14”；第一无线电单元12a、第二无线电单元12b、……、以及第N无线电单元12n，通常被称为“无线电单元12”；信号处理单元18、调制解调器单元20、基带单元22和控制单元24。作为信号，基站设备34包括：第一数字接收信号300a、第二数字接收信号300b、……、以及第N数字接收信号300n，通常被称为“数字接收信号300”；第一数字发射信号302a、第二数字发射信号302b、……、以及第N数字发射信号302n，通常被称为“数字发射信号302”；合成信号304、预分离信号308、信号处理器控制信号310和无线电单元控制信号318。

基站设备34中的基带单元22是与网络32的接口。终端设备10中的基带单元26是与连接到终端设备10上的PC或与终端设备10内部的应用程序的接口。基带单元22和26对从和由通信系统100发射和接收的信号执行其各自的上层处理。基带单元22和26还可以执行纠错或自动重传处理，但是这里省略了对这样的处理的描述。

基站设备34中的调制解调器单元20和终端设备10中的调制解调器单元28执行调制处理和解调处理。作为调制方案，调制解调器单元20和调制解调器单元28执行BPSK、QPSK、16QAM和64QAM中的任意调制方案。从控制单元24接收要采用的哪一个调制方案的指令。调制解调器单元20和28响应OFDM调制方案来执行调制处理中的IFFT，并执行解调处理中的FFT。

信号处理单元18执行自适应阵列信号处理。稍后将描述自适应阵列信号处理中的细节。基站设备24的无线电单元12和终端设备10的无线电单元30执行基带信号和射频信号之间的频率转换处理。这里，基带信号由信号处理单元18、调制解调器单元20、基带单元22、基带单元26和调制解调器单元28处理。无线电单元12和无线电单元30进一步执行放大处理、A-D或D-A转换处理等。

基站设备34中的基站天线14和终端设备10中的终端天线对射频信号执行发射/接收处理。各个天线的方向性可以是任意的，并且基站天线14的数量由N表示。控制单元24控制无线电单元12、信号处理单元18、调制解调器单元20和基带单元22的定时等。

图3示出了根据本发明实施例的突发格式的结构。这是在作为无线LAN(局域网)之一的IEEE802.11a标准的业务信道中所使用的突发格式。IEEE802.11a标准使用OFDM调制方案。在OFDM调制方案中，傅立叶变换尺寸和保护间隔中的符号数量的总和定义为一个单元。在本实施例中，单个单元被称为“OFDM符号”。在IEEE802.11标准中，傅立叶变换的尺寸为64(此后，一个FFT点将被称为“FFT点”)。因此，由于针对保护间隔的FFT点的数量为16，因此，OFDM符号等效于80个FFT点。

将主要用于定时同步和信道估计的前同步码放置在突发的四个引导OFDM符号中。该前同步码信号等效于已知信号。因此，信号处理单元18可以使用前同步码作为稍后描述的训练信号。跟随在“前同步码”之后的“报头”和“数据”并非已知信号，但等效于数据信号。在IEEE802.11a标准中，已知的导频信号包含在甚至是数据信号周期中的子载波号“-21”、“-7”、“7”和“21”中。

图4示出了第一无线电单元12a的结构。第一无线电单元12a包括开关单元40、接收器42和发射器44。接收器42包括频率转换单元46、AGC(自动增益控制)单元48、正交检测单元50和A-D转换单元52。发射器44包括放大单元54、频率转换单元56、正交调制单元58和D-A转换单元60。

开关单元40根据来自控制单元24的无线电单元控制信号318(图4中并未示出)来将信号的输入和输出切换到接收器42和发射器44。即，开关单元40在发射时选择来自发射器44的信号，而在接收时，其选择去往接收器42的信号。接收器42中的频率转换单元46和发射器44中的频率转换单元56在射频和中频之间对目标信号执行频率转换。

AGC单元48通过自动控制增益来放大接收信号，从而使接收信号的幅度等于位于A-D转换单元52的动态范围内的幅度。正交检测单元50通过对中频信号执行正交检测，来产生基带模拟信号。另一方面，正交调制单元58通过对基带模拟信号执行正交调制来产生中频信号。A-D转换单元52将基带模拟信号转换为数字信号，而D-A转换单元60将基带数字信号转换为模拟信号。放大单元54放大要发射的射频信号。

图5示出了信号处理单元18的结构。信号处理单元18包括：频率偏移校正单元110；FFT单元170；第一乘法器62a、第二乘法器62b、……、以及第N乘法器62n，通常被称为“乘法器62”；加法器64；接收权重矢量计算单元68；参考信号产生器70；第一乘法器74a、第二乘法器74b、……、以及第N乘法器74n，通常被称为“乘法器74”；发射权重矢量计算单元76；和响应矢量计算单元80。信号处理单元18中所涉及的信号包括权重参考信号306；第一接收权重矢量信号312a、第二接收权重矢量信号312b、……、以及第N接收权重矢量信号312n，通常被称为“接收权重矢量信号312”；第一发射权重矢量信号314a、第二发射权重矢量信号314b、……、以及第N发射权重矢量信号314n，通常被称为“发射权重矢量信号314”；响应参考信号320；响应矢量信号322；残余频率信号324；第一校正接收信号326a、第二校正接收信号326b、……、以及第N校正接收信号326n，通常被称为“校正接收信号326”；以及第一频率域信号330a、第二频率域信号330b、……、以及第N频率域信号330n，通常被称为“频率域信号330”。

频率偏移校正单元110输入分别与多个基站天线14相对应的数字接收信号300(这里未示出)。数字接收信号300已知处于前同步码周期中，并且其在数字信号周期中包含导频信号。频率偏移校正单元110校正分别包含在数字接收信号300中的频率偏移，然后输出这些信号，作为校正接收信号326。尽管稍后将描述细节，频率偏移校正单元110首先估计频率偏移(此后被称为“初始频率偏移”)，并且利用这样估计出的初始频率偏移来校正数字接收信号300。然后，频率偏移校正单元110还通过反映频率偏移中的残余分量来校正频率偏移。频率偏移的残余分量包括在初始频率偏移已经校正之后仍然存在的频率偏移。在这种情况下，使用残余频率信号324。

FFT单元170对校正接收信号326执行傅立叶变换，从而输出频率域信号330。即，FFT单元170将校正接收信号326分别变换到频率域中。这里，假定与多个子载波相对应的信号在每一个频率域信号330(例如，在第一频率域信号330a)中串行地排列。图6示出了作为频率域信号的第一频率域信号330a的结构。这里，假定第i OFDM符号在于子载波以子载波号“1”到“26”和子载波号“-26”到“-1”的次序排列。还假定第“(i-1)”OFDM符号位于第i OFDM符号之前，并且第“(i+1)”OFDM符号位于第i OFDM符号之后。

再次参考图5，利用LMS算法，接收权重矢量计算单元68根据频率域信号330、合成信号304和权重参考信号306来计算接收权重矢量信号312。这里，还分别与多个基站天线14相对应地、以及与频率域中的多个子载波相对应地获得接收权重矢量信号312。这里，如果天线数量由N表示而子载波的数量由M表示，则LMS算法将表达为以下等式(4)：

W_m(t+1)＝W_m(t)+μX_m(t)e(t^*)           (4)

$e\left(t\right)=d\left(t\right)-W_m^H\left(t\right)X_m\left(t\right)$

其中W_m(t)是在时间t处与子载波m相对应的接收响应矢量，而其分量的数量等于天线N的数量。如上所述，逐子载波地执行LMS算法。这里，假定在前同步码周期期间对接收权重矢量信号312进行估计，并且接收权重矢量信号312在前同步码周期终止之后将是固定的。在数据信号周期中，类似于此的接收权重矢量312还对应于导频信号和除了导频信号之外的其他信号。

即使在前同步码周期已经终止之后，接收权重矢量计算单元68从频率域信号330中提取多个子载波中所分配的导频信号，并且通过对导频信号应用LMS算法获得与导频信号相对应的接收权重矢量信号312、以及接收权重矢量信号312与导频信号之间的误差。这里，将LMS算法应用于多个频率域信号中的相互对应的导频信号。例如，LMS算法应用于多个频率域信号330中与子载波号“-21”相对应的分量。作为以上的结果，接收权重矢量计算单元68获得了针对导频信号的数量(即，“4”)的误差。

根据接收权重矢量信号和误差，接收权重矢量计算单元68估计频率域信号330之间的导频信号中所包含的频率偏移的残余分量。即，接收权重矢量计算单元68将与导频信号相对应的频率域信号330的复共轭分别与这些误差相乘，然后，从除以与导频信号相对应的接收权重矢量信号312的结果中提取虚分量。这里，“与导频信号相对应”还可以等效于“与分配了导频信号的子载波相对应”。利用以上处理，估计分别与导频信号相对应的频率偏移的残余分量。

另外，接收权重矢量计算单元68对分别与导频信号相对应的频率偏移的残余分量执行诸如平均处理等统计处理，从而获取频率偏移的残余分量。接收权重矢量计算单元68输出这样得到的频率偏移的残余分量，作为残余频率信号324。估计频率偏移的残余分量，作为要将校正接收信号326转换为频率域的周期(即，“一个OFDM符号”的周期)中的值。

乘法器62利用接收权重矢量信号312对频率域信号330进行加权，并且加法器64将复用器62的输出加在一起，然后输出合成信号304。由于如上所述，频率域信号330在这里按照子载波号的次序排列，接收权重矢量信号312也与其相对应地排列。也就是，每一个乘法器62连续输入按照子载波号的次序排列的接收权重矢量信号312。因此，加法器64逐载波地将乘法结果加在一起。结果，合成信号304也按照子载波号的次序串行地排列，如图6所示。

在以下描述中，同样地，如果要处理的信号定义在频率域中，将基本上逐载波地执行该处理。为了简化描述，这里将解释单个子载波的处理。因此，为了实现多个子载波的处理，并行地或串行地执行单个子载波的处理。

在训练周期期间，参考信号产生器70输出预先存储的训练信号，作为权重参考信号306和响应参考信号320。在训练周期之后，将预先存储的导频信号作为权重参考信号306输出。

响应矢量计算单元80根据频率域信号330和响应参考信号320来计算响应矢量信号322，作为接收信号相对于发射信号的接收响应特性。计算响应矢量信号322的方法可以是任意的，但是可以如下根据诸如相关处理来执行。这里，假定频率域信号330和响应参考信号320不仅从信号处理单元18内部输入，而且从与经由信号线的要处理的其他信号相对应的信号处理单元(这里未示出)输入。如先前所述，以下描述将焦点放在多个子载波之一上。如果对应于第一处理对象的频率域信号330被表示为x₁(t)，对应于第二处理对象的频率域信号330被表示为x₂(t)，对应于第一处理对象的响应参考信号320被表示为S₁(t)且对应于第二处理对象的响应参考信号320被表示为S₂(t)，则x₁(t)和x₂(t)将表达为以下等式(5)：

X₁(t)＝h₁₁S₁(t)+h₂₁S₂(t)    (5)

X₂(t)＝h₁₂S₁(t)+h₂₂S₂(t)

其中h_ij是从第i终端设备到第j基站天线14j的响应特性，其中忽略了噪声。第一相关矩阵R₁由以下等式(6)表达，其中E为总体平均：

$R1=\left[\begin{array}{cc}E\left[x_1{S}_1^{*}\right]& E\left[x_1{S}_2^{*}\right]\\ E\left[x_2{S}_1^{*}\right]& E\left[x_2{S}_2^{*}\right]\end{array}\right]---\left(6\right)$

响应参考信号320之间的第二相关矩阵R₂由以下等式7来计算：

$R1=\left[\begin{array}{cc}E{[S}_1{S}_1^{*}]& E\left[S_1{S}_2^{*}\right]\\ E\left[S_2{S}_1^{*}\right]& E\left[S_2{S}_2^{*}\right]\end{array}\right]---\left(7\right)$

最后，将第一相关矩阵R₁乘以第二相关矩阵R₂的逆矩阵，从而获得响应矢量信号322，由以下等式(8)来表达：

$\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\end{array}\right]=R_1{R}_2^{-1}---\left(8\right)$

发射权重矢量计算单元76根据接收权重矢量信号312或充当接收响应特性的响应矢量信号322，来估计对预分离信号308加权所需的发射权重矢量信号314。估计发射权重矢量信号314的方法可以是任意的。然而，作为最简单的方法，可以完整地使用接收权重矢量信号312。可选地，可以利用传统技术来校正接收权重矢量信号312或响应矢量信号322，同时考虑由接收处理和发射处理之间的定时差值而引起的传播环境的多普勒频率变化。

乘法器74利用发射权重矢量信号314对预分离信号308分别进行加权，然后，输出这样加权的发射权重矢量信号314，作为数字发射信号302。这里，假定由信号处理器控制信号310来指示上述操作中的定时。

在硬件方面，上述结构可以由任意计算机的CPU、存储器和其他LSI来实现。在软件方面，其由具有预留管理功能等的存储器加载的程序来实现，但是这里绘出和描述的是与此协同地实现的功能块。因此，本领域的技术人员将会理解：这些功能块可以按诸如仅是硬件、仅是软件或其组合等各种形式来实现。

图7示出了频率偏移校正单元110的结构。频率偏移校正单元110的结构是赋予第一频率偏移校正单元110a、第二频率偏移校正单元110b、……、以及第N频率偏移校正单元110n的统称。每一个频率偏移校正单元110a到110n包括延迟单元120、相位误差检测器122、平均单元124、初始频率设置单元126、乘法器128、乘法器130和残余频率设置单元132。

延迟单元120对输入数字接收信号300进行延迟。这里，延迟单元120将其延迟一个OFDM符号。相位误差检测器122检测由延迟单元120延迟的数字接收信号300与输入数字接收信号300之间的相位误差。该相位误差对应于由于频率偏移所引起的一个OFDM符号中的相位旋转量。如果数字接收信号300包含信号分量，则移除这些信号分量。平均单元124对由相位误差检测器122检测到的相位误差进行平均，以便抑制噪声分量。初始频率设置单元126将由平均单元124平均后的相位误差设置为与初始频率偏移相对应的相位误差，并输出要基于初始频率偏移而振荡的信号。乘法器128将要以从初始频率设置单元126输出的初始频率偏移发生振荡的信号与输入数字接收信号300相乘，并从输入数字接收信号300中移除与初始频率偏移相对应的相位误差。

残余频率设置单元132通过利用已经从外部输入的残余频率信号324来连续更新残余频率偏移，来设置残余频率偏移，并输出基于最近更新的残余频率偏移发生振荡的信号。这里，由于在训练信号周期已经终止之后输入残余频率信号324，因此在训练信号周期已经终止之后，输出基于残余频率偏移发生振荡的信号。乘法器130将来自乘法器128的输出信号乘以来自残余频率设置单元132的输出信号，从而从乘法器128中移除输出信号中所包含的残余频率偏移，并且输出结果信号，作为校正接收信号326。

图8示出了接收权重矢量计算单元68的结构。接收权重矢量计算单元68是赋予第一接收权重矢量计算单元68a、第二接收权重矢量计算单元68b、……、以及第N接收权重矢量计算单元68n的统称，并且包括判定单元180。每一个接收权重矢量计算单元68a到68n包括加法器140、复共轭单元142、乘法器148、步长参数存储单元150、乘法器152、加法器154、延迟单元156、估计单元158和开关182。估计单元158包括复共轭单元160、乘法器162、除法器164、虚分量提取单元166和乘法器168。

加法器140计算合成信号304和权重参考信号306之间的差值，并且输出误差信号。加法器140获得与所有子载波相对应的合成信号304和权重参考信号306之间的误差信号。在前同步码结束之后，加法器140获得与导频信号相对应的合成信号304和权重参考信号306之间的误差信号。合成信号304和权重参考信号306均具有图6所示的格式。复共轭单元142对该误差信号进行复共轭转换。

乘法器148将复共轭转换后的误差信号乘以第一频率域信号330a，从而产生第一乘法结果。乘法器152将第一乘法结果乘以步长参数存储单元150中所存储的步长参数，从而产生第二乘法结果。延迟单元156和加法器154对第二乘法结果进行反馈。之后，将第二乘法结果与新的第二乘法结果相加。按照该方式，将由LMS算法连续更新的加法结果作为接收权重矢量312来输出。尽管在前同步码周期上对所有子载波进行上述处理，但是在前同步码结束之后对导频信号执行该处理。开关182固定在前同步码结束时的接收权重矢量信号312的值。

估计单元158估计频率偏移的残余分量。在描述估计单元158的每一个组件之前，将概述估计单元158的整个操作。为了清楚地说明，将解释如何估计针对单个导频信号的频率偏移的残余分量。这里假定在时间t处的接收权重矢量312表示为W(t)。另外，与频率域信号330中所包含的残余频率偏移相对应的相位由φ表示。然后，在时间t+1处的接收权重矢量W(t+1)由以下等式(9)来表达：

W(t+1)＝W(t)exp(jφ)            (9)

如果接收权重矢量W(t+1)和W(t)之间的误差为Δ，则接收权重矢量W(t+1)和W(t)之间的关系由以下等式(10)来表达：

W(t+1)＝W(t)+Δ               (10)

组合或等同上述等式(9)和等式(10)会产生：

W(t)exp(jφ)＝W(t)+Δ          (11)

如果相位φ较小，则等式(11)表达为：

W(t)·jφ＝Δ         (12)

因此，相位φ表达为：

$\mathrm{\φ}=\mathrm{Img}\left[\frac{\mathrm{\Δ}}{W\left(t\right)}\right]---\left(13\right)$

其中“Img”表示虚分量。如果等式(13)与LMS算法的递归公式相关，则误差将表达为：

Δ＝μ·X*(t)·e(t)       (14)

其中μ是LMS算法中的步长参数，X是与频率域信号330相对应的矢量，以及e是与LMS算法中的误差信号相对应的矢量。因此，要估计的相位φ表达为：

$\mathrm{\φ}=\mathrm{Img}\left[\frac{\mathrm{\μ}{X}^{*}\left(t\right)e\left(t\right)}{W\left(t\right)}\right]=\mathrm{\μImg}\left[\frac{X^{*}\left(t\right)e\left(t\right)}{W\left(t\right)}\right]---\left(15\right)$

如上所述，由于插入了四个导频信号，因此针对单个导频信号估计出的相位φ已经经过了统计处理，然后获得了与一个基站天线14相对应的相位。如果统计处理正在进行平均，则要获得的相位表达为以下等式(16)。

$\mathrm{\φ}=\frac{\mathrm{\μ}}{4}\mathrm{Img}\underset{m=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{X_m^{*}\left(t\right)e_m\left(t\right)}{W_m\left(t\right)}\right]---\left(16\right)$

在等式(16)中，要获得的相位也由φ来表示。换句话说，这样构造估计单元158来计算等式(16)。另外，已经分别针对多个基站天线14获得的相位可以被平均。

复共轭单元160对频率域信号330进行复共轭转换。乘法器162将复共轭转换后的频率域信号330乘以从加法器140输出的误差信号。除法器164将由乘法器162获得的乘法结果除以从延迟单元156输出的接收权重矢量信号312。虚分量提取单元166从除法结果中提取虚分量。乘法器168将除法结果中的虚分量乘以步长参数以产生残余分量信号332。每一个残余分量信号332对应于上述的每一个基站天线14，且还对应于与每一个导频信号相对应的相位。

判定单元180输入多个残余分量信号332，然后通过对这些残余分量信号332执行统计处理来获得一个相位。然后，判定单元180将一个相位作为残余频率信号324输出。这里，判定单元180执行如上所述的作为统计处理的平均。通过诸如此类的处理，获得了其中考虑了所有基站天线14且还考虑了所有导频信号的相位。应该注意，在完成前同步码周期之后，输出该残余频率信号324。

图9是示出了校正频率偏移的过程的流程图。在前同步码周期期间(S10的“是”)，延迟单元120、相位误差检测器122和平均单元124估计初始频率偏移(S12)。当已经完成估计时，初始频率设置单元126设置估计出的初始频率偏移，且乘法器128校正数字接收信号300中所包含的初始频率偏移(S14)。然后，接收权重矢量计算单元68估计接收权重矢量(S16)，并且乘法器62和加法器64通过接收权重矢量来执行自适应阵列处理(S18)。

当前同步码周期终止时(S10中的“否”)，接收权重矢量计算单元68根据频率域信号330来估计频率偏移的残余分量，并将其作为残余频率信号324输出(S20)。然后，将残余频率信号324反馈到残余频率设置单元132，并且乘法器130校正频率偏移的残余分量(S22)。根据接收权重矢量信号312，乘法器62和加法器64对频率域信号330执行自适应阵列处理。即使在前同步码已经终止之后，继续对初始频率偏移进行校正。

下面将描述采用上述结构的基站设备34的操作。在接收突发的前同步码周期期间，延迟单元120、相位误差检测器122和平均单元124估计数字接收信号300中所包含的初始频率偏移。在训练信号周期期间，将来自乘法器128的输出信号作为校正接收信号326输出。FFT单元170将校正接收信号326转换到频率域中，然后输出频率域信号330。将频率域信号330输入到接收权重矢量计算单元68，并且由接收权重矢量计算单元68估计接收权重矢量信号312。

在训练信号周期已经终止之后，乘法器130通过基于残余频率信号324的残余频率误差来校正从乘法器128输出的信号，并将这样校正后的信号作为校正接收信号326输出。FFT单元170将校正接收信号326转换到频率域中，并输出频率域信号330。接收权重矢量计算单元68估计残余频率信号324。将残余频率信号324反馈到残余频率设置单元132。在频率域信号330的每一个均在乘法器62处利用接收权重矢量信号312加权之后，由加法器64将其总和在一起。

根据本发明的实施例，在估计频率偏移的残余分量时使用了在自适应算法中所获得的加权因子和误差。因此，可以使对残余分量的估计处理和自适应算法的一部分得到通用。由于处理的一部分能够共享，因此能够防止电路规模的增加。由于能够校正频率偏移，能够提高传输质量。由于将导频信号用作估计频率偏移所需的参考，能够防止估计频率偏移时的参考信号的误差。由于导频信号充当参考，因此能够取消对合成信号的判定处理。由于能够取消对合成信号的判定处理，能够缩短估计频率偏移时的延迟周期。可以通过简化的处理来估计频率偏移的残余分量。由于在利用权重因子进行加权的同时来执行自适应阵列处理，因此能够提高传输质量。这些实施例同样可以应用于多载波信号。由于利用与多个导频信号相对应的残余分量来获得频率偏移的残余分量，能够提高获取精度。

在计算接收权重矢量之前通过前馈来校正初始频率偏移，并且校正频率偏移的残余分量。因此，即使频率偏移较大，也能够对其进行校正。可以将在自适应算法中获取接收权重矢量所需的步长参数设置为特定的较小值，即使存在频率偏移。因此，能够防止由于噪声而引起的信号恶化。而且，在计算频率偏移的残余分量时可以使用在自适应算法的过程中计算出的值，从而能够防止电路规模的增加。

已经基于仅是说明性的实施例描述了本发明。因此，本领域的技术人员将会理解：对每一个组件和过程的组合的其他各种修改均是可能的，并且这样的修改也处于本发明的范围内。

根据本发明的这些实施例，接收权重矢量计算单元68使用LMS算法作为通过其来估计接收权重矢量信号312的自适应算法。然而，可以在接收权重矢量计算单元68中使用除了LMS算法之外的其他自适应算法。例如，作为替代，可以使用RLS算法。根据该修改，接收权重矢量信号312收敛得更快。即，如果产生了接收权重矢量和估计残余频率偏移所需的误差信号就足够了。

根据本发明的这些实施例，延迟单元120将数字接收信号300延迟了一个符号来估计初始频率偏移。然而，本发明并不局限于此，例如，可以将数字接收信号300延迟多个符号。根据该修改，能够提高检测频率偏移的精度。也就是，可以根据作为频率偏移的残余分量所期望的值来设置要延迟的符号数。

在本实施例中，通信系统100传输多载波信号，并且假定在多载波信号的一部分中插入导频信号。然而，其配置并不局限于此，例如，通信系统100可以传输单载波信号，并且可以将导频信号插入到单载波信号的部分周期中。换句话说，可以离散地且周期性地插入导频信号。在这样的情况下，在离散的定时处估计频率偏移的残余分量。通信系统100可以是MIMO(多输入多输出)系统。在这种情况下，终端设备10具有多个终端天线16，并且传输分别与多个终端天线16相对应的信号。然后，基站设备34具有多个信号处理单元18和多个调制解调器单元29，用于分别对应于多个终端天线16的信号。根据该修改，本发明可以应用于各种类型的通信系统。也就是，如果将导频信号用作利用其来估计频率偏移的残余分量的参考就足够了。

在本实施例中，判定单元180执行平均处理来根据多个残余分量信号332来获得一个残余频率信号324。然而，其配置并不局限于此，例如，判定单元180可以执行除了平均之外的诸如获取中值等统计处理。此外，判定单元180可以简单地从多个残余分量信号332中选择一个，并且将其所选信号取作残余频率信号324。根据该修改，能够通过采用各种方法来确定残余频率信号324。即，只要能够确定单个残余频率信号324就足够了。

尽管已经使用特定的术语描述了本发明的优选实施例，但是这样的描述仅是说明性的，应该理解，在不脱离所附权利要求的精神或范围的情况下，可以进行改变和修改。

Claims (15)

1、一种频率偏移校正设备，包括：

输入单元，输入分别对应于多个天线、包含已知信号的多个接收信号；

校正单元，分别校正所述多个接收信号中所包含的频率偏移；

处理单元，通过对多个校正接收信号应用自适应算法，分别获得与所述已知信号及权重矢量和已知信号之间的误差相对应的权重矢量；

估计单元，根据所获得的权重矢量和所获得的误差，来估计多个校正接收信号中所包含的频率偏移的残余分量、以及与已知信号相对应的频率偏移的残余分量；

其中所述校正单元通过反映频率偏移的估计残余分量来校正频率偏移。

2、根据权利要求1所述的频率偏移校正设备，其特征在于作为频率偏移的残余分量，所述估计单元将多个校正接收信号的复共轭分别乘以所获得的误差，并从将乘法结果除以所获得的权重矢量的除法结果中提取虚分量。

3、根据权利要求1所述的频率偏移校正设备，其特征在于所述处理单元获得与除所述已知信号之外的其他信号相对应的权重矢量；

所述设备还包括加权单元，利用由所述处理单元获得的权重矢量，分别对多个校正接收信号进行加权。

4、根据权利要求1所述的频率偏移校正设备，其特征在于还包括频率域转换单元，分别将多个校正接收信号转换到频率域中并输出对每一个校正接收信号的多个频率域信号；

其中所述处理单元通过对相互对应的已知信号应用自适应算法，提取多个频率域信号中包含的已知信号分量并获取权重矢量和误差；以及

其中所述估计单元根据权重矢量和误差来估计与已知信号相对应的频率偏移的残余分量。

5、根据权利要求4所述的频率偏移校正设备，其特征在于所述处理单元提取多个频率域信号中所包含的多个已知信号，并且获取分别与所述多个已知信号相对应的权重矢量和误差；以及

其中所述估计单元估计分别与多个已知信号相对应的频率偏移，并根据分别与多个已知信号相对应的估计出的频率偏移，来获得要由所述校正单元使用的频率偏移的残余分量。

6、根据权利要求4所述的频率偏移校正设备，其特征在于所述估计单元估计在要将多个校正接收信号转换到频率域的周期中的频率偏移的残余分量。

7、根据权利要求4所述的频率偏移校正设备，其特征在于所述处理单元获得与除了已知信号之外的其他信号相对应的权重矢量；

所述设备还包括加权单元，分别利用由所述处理单元所获得的权重矢量对多个频率域信号进行加权。

8、一种估计频率偏移的方法，其特征在于：通过向分别对应于多个天线的、包含已知信号的多个接收信号应用自适应算法，分别获得与已知信号相对应的权重矢量、以及权重矢量和已知信号之间的误差，并且根据所获得的权重矢量和误差来估计多个校正接收信号中所包含的频率偏移的残余分量、以及与已知信号相对应的频率偏移的残余分量。

9、一种估计频率偏移的方法，所述方法包括：

输入分别与多个天线相对应的、包含已知信号的多个接收信号；

分别校正多个接收信号中所包含的频率偏移；

通过对多个校正接收信号应用自适应算法来分别获得与已知信号相对应的权重矢量、以及所述权重矢量和已知信号之间的误差；以及

根据所获得的权重矢量和所获得的误差，来估计多个接收信号中所包含的频率偏移的残余分量、以及与已知信号相对应的频率偏移的残余分量；

其中所述校正在于：通过反映频率偏移的估计出的残余分量来校正频率偏移。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述估计在于：作为频率偏移的残余分量，将多个校正接收信号的复共轭分别乘以所获得的误差，然后，从将乘法结果除以所获得的权重矢量的除法结果中提取虚分量。

11、根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述获取在于：获取与除了已知信号之外的其他信号相对应的权重矢量；

所述方法还包括分别利用通过所述获取获得的权重矢量对多个校正接收信号进行加权。

12、根据权利要求9所述的方法，还包括：分别将多个校正接收信号转换到频率域中，并输出对每一个校正接收信号的多个频率域信号；

其中所述获取在于：提取多个频率域信号中所包含的已知信号分量，并通过向相互对应的已知信号应用自适应算法来获得权重矢量和误差，并且所述估计在于：根据所获得的权重矢量和误差来估计与已知信号相对应的频率偏移的残余分量。

13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述获取在于：提取多个频率域信号中所包含的已知信号，并获取分别对应于多个已知信号的权重矢量和误差；以及

其中所述估计在于：估计分别对应于多个已知信号的频率偏移，并从分别对应于多个已知信号的估计出的频率偏移中获取要在校正单元中使用的频率偏移的残余分量。

14、根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述估计在于：估计要将多个校正接收信号转换到频率域的周期中的频率偏移的残余分量。

15、根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述获取在于：获取与除了已知信号之外的其他信号相对应的权重矢量；

所述方法还包括：分别利用通过所述获取获得的权重矢量对多个频率域信号进行加权。

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