CN1825841A - 补偿频率偏移和信道变化的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种补偿频率偏移和信道变化的设备，包括：频率偏移补偿单元，基于接收信号的最终度量值来估计通过接收端接收的接收信号的频率偏移，以及补偿器，基于所述估计的频率偏移来补偿接收信号的频率偏移；快速傅立叶变换器(FFT)，将具有所述补偿的频率偏移的接收信号变换成频域接收信号；和频率偏移和信道变化补偿单元，以子载波估计从FFT输出的信号的信道系数，基于导频信号和所述估计的信道系数来补偿来自FFT的接收信号的残余频率偏移和信道变化，以及基于具有补偿的残余频率偏移和信道变化的接收信号和所述估计的信道系数来检测从发送端发送的信号。

Description

说明书 补偿频率偏移和信道变化的设备和方法

本申请要求于2005年2月26日提交到韩国知识产权局的第10-2005-0016264号韩国专利申请的优先权，该申请全部公开于此以资参考。

                          技术领域

与本发明一致的设备和方法涉及补偿频率偏移和信道变化，更具体地讲，涉及在多入多出(MIMO)-正交频分复用(OFDM)接收器中补偿频率偏移和信道变化。

                          背景技术

一般地，OFDM接收机被用在无线局域网(LAN)的物理层。由于由多径衰减和它们各自的本地振荡频率之间的差值引起的接收信号的失真，导致OFDM接收机的频率与发送端的频率不同步。因此，OFDM接收机具有频率偏移补偿功能，从而接收信号的频率不超过频率同步容许度。

图1是具有频率偏移补偿功能的传统OFDM接收机的方框图。参照图1，传统的OFDM接收机包括：RF下变频器111，将通过天线101接收的射频(RF)信号变换成基带信号；本地振荡器(LO)112；模数转换器(ADC)120，将模拟信号变换成数字信号；第一频率偏移补偿器130，补偿从ADC 120输出的载波的频率偏移；快速傅立叶变换器(FFT)140，将时域信号变换成频域信号；第二频率偏移补偿器150，补偿从FFT 140输出的残余频率偏移；解映射器160，将恢复的正交调幅(QAM)信号映射为比特流；以及前向纠错(FEC)解码器170，对编码的比特流解码。

当RF下变频器111将通过天线101接收的RF信号变换成基带信号时，如果由于接收端的LO 112和发送端的LO(未示出)之间的频率差值而引起接收的RF信号失真，则ADC 120对所述失真的基带信号取样并将取样的信号变换成数字信号。

为了从所述ADC 120变换的失真的数字信号获得未失真的接收信号，第一频率偏移补偿器130使用延迟相关器131对周期重复的时域取样进行延迟相关，通过使用反正切运算单元132测量关于延迟相关的取样的复数值的相位角来估计频率偏移值，使用数控振荡器(NCO)133来产生具有关于估计的频率偏移的频率的复合度量函数，以及使用乘法器134将复合度量函数的共轭值与从ADC输出的时域接收信号相乘以补偿频率偏移。

使用FFT 140将其频率偏移被补偿的接收信号变换成频域信号。然而，当发送信号通过信道时，由于多径衰减导致由FFT 140产生的频域信号可能失真。

为了补偿由于多经衰减引起的接收信号的这种失真，第二频率偏移补偿器150补偿从FFT 140输出的信号的残余频率偏移。

为此，第二频率偏移补偿器150使用信道估计器151根据每一子载波的位置来估计信道系数，并将估计的信道系数存储在存储器152中。第二频率偏移补偿器150使用除法器153将接收信号的导频信号之后的数据符号除以存储在存储器152中的估计的信道系数，并存储原始发送信号。第二频率偏移补偿器150的这种恢复处理被称为接收信号的均衡处理。

如果第二频率偏移补偿器150被操作，理想地，由于附加噪声的影响仅保留在恢复的发送信号中，所以没必要对信号失真再执行补偿。然而，由于频率偏移的估计误差以及信道特性的微小变化导致在初始包阶段前同步部分中估计的值改变缓慢。

为了补偿这种变化，发送端将先前已知的导频信号发送到数据符号中的几个子载波位置，接收端使用导频信号估计在接收信号中的变化，并补偿多余的失真。

因此，第二频率偏移补偿器150通过使用开关154和平均值检测器155计算包括在恢复的发送信号中的导频信号的平均值来估计在数据符号中关于平均值改变的相位和大小，并通过使用除法器156将数据符号中的数据子载波除以平均值获得在FFT 140之后的其残余频率偏移被补偿的信号。

解映射器160将其残余频率偏移被补偿的信号变换成比特流。FEC解码器170使用来自解映射器160的比特流来执行纠错解码，并获得最终比特信息。

然而，传统的OFDM接收机的频率偏移补偿可被应用到包括单发射天线和单接收天线的单入单出(SISO)通信系统，而不能应用到使用多个发射天线发射空间复用多比特流和使用多个接收天线接收空间复用多比特流的MIMO通信系统。

在MIMO通信系统中必须考虑多个发送端之间的频率不平衡和多个接收端之间的频率不平衡。然而，由于传统的OFDM接收机仅考虑单发送端和单接收端之间的频率偏移，所以很难将传统的OFDM接收机应用到MIMO通信系统。

                          发明内容

本发明提供一种适合MIMO通信系统的补偿频率偏移和信道变化的设备和方法，以及MIMO-OFDM接收机。

本发明还提供一种使用多个接收信号来精确估计和补偿频率偏移和信道变化的设备和方法，以及MIMO-OFDM接收机。

根据本发明的一方面，提供一种补偿多个接收信号之间的频率偏移的设备，该设备包括：多个延迟相关器，检测多个接收信号的延迟相关值；最终度量值检测器，基于所述多个接收信号的延迟相关值来检测最终度量值；频率偏移估计器，基于所述最终度量值来估计多个接收信号的频率偏移；和补偿器，基于所述估计的频率偏移来补偿多个接收信号的频率偏移。

根据本发明的另一方面，提供一种补偿具有多个接收端的接收器的频率偏移和信道变化的设备，所述接收器接收包括从多个发送端发送的相互交叉的导频信号的发送信号，该设备包括：多个信道估计器，以子载波估计从多个接收端接收的接收信号的信道系数；和预补偿器，基于所述估计的信道系数和导频信号来补偿多个接收信号的残余频率偏移和信道变化。

根据本发明的另一方面，提供一种具有多个接收端的接收器，该接收器包括：多个延迟相关器，检测从多个接收端发送的多个接收信号的延迟相关值；最终度量值检测器，基于所述多个接收信号的延迟相关值来检测最终度量值；频率偏移估计器，基于所述最终度量值来估计多个接收信号的频率偏移；和补偿器，基于所述估计的频率偏移来补偿多个接收信号的频率偏移。

根据本发明的另一方面，提供一种具有多个接收端的接收器，所述接收器接收包括从多个发送端发送的相互交叉的导频信号的发送信号，该接收器包括：多个信道估计器，以子载波估计从多个接收端接收的接收信号的信道系数；和预补偿器，基于所述估计的信道系数和导频信号来补偿多个接收信号的残余频率偏移和信道变化。

根据本发明的另一方面，提供一种接收器，在多个接收端接收包括从多个发送端发送的相互交叉的导频信号的发送信号，该接收器包括：频率偏移补偿单元，基于多个接收信号的最终度量值来估计通过多个接收端接收的多个接收信号的频率偏移，和补偿器，基于所述估计的频率偏移来补偿多个接收信号的频率偏移；多个FFT，将具有所述补偿的频率偏移的接收信号变换成频域接收信号；和频率偏移和信道变化补偿单元，以子载波估计来自多个FFT的信号的信道系数，基于导频信号和所述估计的信道系数来补偿从多个FFT输出的接收信号的残余频率偏移和信道变化，以及基于具有补偿的残余频率偏移和信道变化的接收信号和所述估计的信道系数来检测从多个发送端发送的信号。

根据本发明的另一方面，提供一种补偿多个接收信号的频率偏移的方法，该方法包括：检测多个接收信号的延迟相关值；基于所述多个接收信号的延迟相关值来检测最终度量值；基于所述最终度量值来估计多个接收信号的频率偏移；和基于所述估计的频率偏移来补偿多个接收信号的频率偏移。

根据本发明的另一方面，提供一种补偿接收器的频率偏移和信道变化的方法，所述接收器在多个接收端接收包括从多个发送端发送的相互交叉的导频信号的发送信号，该方法包括：以子载波估计从多个接收端接收的接收信号的信道系数；和基于所述估计的信道系数和导频信号来补偿多个接收信号的残余频率偏移和信道变化。

根据本发明的另一方面，提供一种补偿具有多个接收端的接收器的频率偏移和信道变化的方法，所述接收器接收包括从多个发送端发送的相互交叉的导频信号的发送信号，该方法包括：检测多个接收信号的延迟相关值；基于所述多个接收信号的延迟相关值来检测最终度量值；基于所述最终度量值来估计多个接收信号的频率偏移；基于所述估计的频率偏移来补偿多个接收信号的频率偏移；将具有所述补偿的频率偏移的接收信号变换成频域信号；以子载波估计频域信号的信道系数；基于导频信号和所述估计的信道系数来补偿接收信号的残余频率偏移和信道变化；和基于具有所述补偿的残余频率偏移和信道变化的接收信号和所述估计的信道系数来检测从多个发送端发送的信号。

                          附图说明

参照附图对其示例性实施例的详细描述，本发明的上述和/或其它方面将变得更加清楚，其中：

图1是具有频率偏移补偿功能的传统OFDM接收机的方框图；

图2是根据本发明的示例性实施例的具有补偿频率偏移和信道变化的设备的MIMO-OFDM接收机的方框图；

图3示例性示出导频信号的发送；

图4示出根据本发明的示例性实施例的图2所示的预补偿器；

图5示出根据本发明的另一示例性实施例的图2所示的预补偿器；

图6示出根据本发明的另一示例性实施例的图2所示的预补偿器；

图7示出根据本发明的另一示例性实施例的图2所示的预补偿器；

图8是根据本发明的示例性实施例的补偿频率偏移和信道变化的方法的流程图。

                        具体实施方式

现在，将参照附图来充分描述本发明，其中，本发明的示例性实施例被示出。

图2是根据本发明的示例性实施例的具有补偿频率偏移和信道变化的设备的MIMO-OFDM接收机的方框图。所述OFDM接收机包括3个接收端。参照图2，所述OFDM接收机包括：第一到第三天线201_1到201_3，第一到第三RF下变频器202_1到202_3，第一到第三LO 203_1到203_3，第一到第三ADC 204_1到204_3，频率偏移补偿单元210，第一到第三快速傅立叶变换器(FFT)220_1到220_3，残余频率偏移和信道变化补偿单元230、第一到第二解映射器240_1到240_2和FEC解码器250。

根据本发明的示例性实施例，频率偏移补偿单元210被称为频率偏移补偿设备。根据本发明的示例性实施例，残余频率偏移和信道变化补偿单元230被称为残余频率偏移和信道变化补偿设备。

第一到第三RF下变频器202_1到202_3将分别从第一到第三天线201_1到201_3接收的RF信号变换成基带信号。第一LO 203_1向第一RF下变频器202_1提供LO频率，第二LO 203_2向第二RF下变频器202_2提供LO频率，第三LO 203_3向第三RF下变频器202_3提供LO频率。第一到第三LO 203_1到203_3可被配置为单个LO。

第一ADC 204_1将从第一RF下变频器202_1输出的基带信号变换成数字信号。第二ADC 204_2将从第二RF下变频器202_2输出的基带信号变换成数字信号。第三ADC 204_3将从第三RF下变频器202_3输出的基带信号变换成数字信号。

频率偏移补偿单元210补偿从第一到第三ADC 204_1到204_3输出的数字信号的载波的频率偏移。频率偏移补偿单元210包括：与第一到第三ADC204_1到204_3相应的第一到第三延迟相关器211_1到211_3，最终度量值检测器212、反正切运算单元213、NCO 214和与第一到第三ADC 204_1到204_3相应的第一到第三乘法器215_1到215_3。

在基于IEEE 802.11a标准的所述OFDM接收机中，由于在短前同步部分中发送每16个取样重复的10个模式，所以第一到第三延迟相关器211_1到211_3使用具有16个取样的延迟的延迟相关值获得复数延迟相关值r_n(t)，如下：

$r_n\left(t\right)=\frac{1}{16}\underset{k=0}{\overset{15}{\mathrm{\Σ}}}{y}_n(t-k)y_n^{*}(t-k-16)---\left(1\right)$

其中，y_n(t)表示在第n接收天线的短前同步部分中的接收信号，t表示在接收信号中的时间度量，k表示延迟度量，以及*表示公轭值。

最终度量值检测器212使用从第一到第三延迟相关器211_1到211_3输出的延迟相关值r_n(t)的平均值来获得最终度量值m(t)，通过第一到第三延迟相关器211_1到211_3噪声的效果被减小，m(t)如下：

$m\left(t\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{r}_n\left(t\right)---\left(2\right)$

最终度量值m(t)被用于估计频率偏移。

最终度量值检测器212选择在输入延迟相关值中具有最大功率的接收信号的延迟相关值作为代表值。

反正切运算单元213计算im(m(t_d))/re(m(t_d))，即最终度量值m(t)的相位角。分子im(m(t_d))表示在信号检测点t_d的最终度量值m(t)的虚数，分母re(m(t_d))表示在信号检测点t_d的最终度量值m(t)的实数。反正切运算单元213将计算的相位角与取样周期T_s相乘，将乘得的值除以重复周期值16，并估计频率偏移 如下，

$\mathrm{\Δ}\hat{f}={\tan }^{-1}\left\{\frac{\mathrm{im}\left(m\left(t_d\right)\right)}{\mathrm{re}\left(m\left(t_d\right)\right)}\right\}\·\frac{T_s}{2\mathrm{\π}\·16}---\left(3\right)$

估计的频率偏移值在信号检测点t_d被取样，并被固定为整个包的频率偏移值。反正切运算单元213将估计的频率偏移值发送到NCO 214。

NCO 214产生与估计的频率偏移值的频率相应的复数度量信号，如下：

$\exp (-2\mathrm{\π}\·j\·\mathrm{\Δ}\hat{j}\·n\·T_s)---\left(4\right)$

向第一到第三乘法器215_1到215_3的每一个提供复数度量信号。

第一到第三乘法器215_1到215_3将各时域接收信号与复数度量信号相乘，并补偿接收信号的频率偏移。向第一到第三FFT 220_1到220_3发送具有从第一到第三乘法器215_1到215_3输出的补偿的频率偏移的接收信号。

第一到第三FFT 220_1到220_3将各时域接收信号变换成频域接收信号。向残余频率偏移和信道变化补偿单元230发送频域接收信号。

残余频率偏移和信道变化补偿单元230补偿频域接收信号的残余频率偏移和信道变化。如图2所示，残余频率偏移和信道变化补偿单元230包括第一到第三信道估计器231_1到231_3，3个第一存储器232_1到232_3，3个第二存储器233_1到233_3，预补偿器234和MIMO检测器235。

第一到第三信道估计器231_1到231_3使用频域接收信号中与长前同步符号相应的信号在相应接收端以子载波为单位估计发送端的信道系数。此时，必须保持从每一发射天线发射的长前同步之间的正交性以获得每一发射天线和接收天线之间的路径的信道数量。为此，当一个发送端向某部分发送长前同步而其它发送端不向所述部分发送信号时，每一发送端交替地发送长前同步。

第一到第三信道估计器231_1到231_3的每一个以子载波为单元估计2个发送端的信道系数。因此，一个发送端的估计的信道系数被存储在相应的第一存储器232_1到232_3，而另一发送端的估计的信道系数被存储在相应的第二存储器233_1到233_3。如果发送端的数量是M，则第一到第三信道估计器231_1到231_3以子载波为单位估计M个信道系数和代替第一存储器232_1到232_3和第二存储器233_1到233_3的M个存储器以存储估计的M个信道系数。

在数据符号部分中，存储在第一存储器232_1到232_3和第二存储器233_1到233_3中的信道系数被MIMO检测器235读取。

预补偿器234使用导频信号和存储在第一存储器232_1到232_3和第二存储器233_1到233_3中的信道系数来补偿频域接收信号的残余频率偏移和信道变化。本发明假设每一发送端通过图3所示的交叉导频信号来发送，图3示出发送导频信号的示例。参照图3，通过基于IEEE 802.11a标准的2个发射天线来发射4个导频信号。

图4示出根据本发明的示例性实施例的图2所示的预补偿器234。参照图4，当2个发送端和3个接收端具有不同的频率偏移时，预补偿器234包括信道系数变化率检测器410、420、430、440、450和460以补偿频域接收信号的残余频率偏移和信道变化。

信道系数变化率检测器410、420、430、440、450和460包括：开关SW，选择每一相应的导频信号；除法器Div，将由开关SW选择的导频信号除以子载波的信道系数；平均值检测器AVG，检测从除法器Div输出的当前值和先前值的平均值；运算单元tan^-1，对由平均值检测器AVG检测的平均值执行反正切运算；以及复数度量值发生器Exp()，产生从运算单元tan^-1输出的值的复数度量值。复数度量值相应于信道系数变化率。

信道系数变化率的绝对值表示信道和RF下变频器的增益变化，信道系数变化率的相位角表示残余频率偏移。当没有信道变化时，信道系数变化率是1.0。当在发送端发送多个导频信号时，平均值检测器AVG获得信道系数变化率的平均值，由此精确地估计信道系数变化。

通过每一接收端关于2个发送端的包括乘法器415、425、435、445、455和465的预补偿器234使用乘法器415、425、435、445、455和465将频域接收信号与从相应的信道系数变化率检测器410、420、430、440、450和460检测的信道系数变化率相乘，并补偿频域接收信号的残余频率偏移和信道变化。具有补偿的残余频率偏移和信道变化的接收信号被预补偿输出，它们被发送到MIMO检测器235。

图5示出根据本发明的另一示例性实施例的图2所示的预补偿器234。参照图5，不管发送端的数量每一发送端具有相同的频率偏移，3个接收端具有不同的频率偏移。因此，表示发送端之间的不平衡的参数δω_TX具有近似0的值。在这种情况下，在每一接收端预补偿器234包括信道系数变化率检测器510、520和530以及乘法器515、525和535。

信道系数变化率检测器510、520和530与图4所示的信道系数变化率检测器410、420、430、440、450和460相同。信道系数变化率检测器510、520和530使用存储在与相应于每一接收端的第一和第二存储器中的接收端相应的第一和第二存储器中的信道系数。乘法器515、525和535将由信道系数变化率检测器510、520和530提供的信道系数变化率与通过相应的接收端发送的接收信号相乘，并补偿残余频率偏移和频域接收信号的信道变化。具有补偿的残余频率偏移和信道变化的接收信号被发送到MIMO检测器235。

图6示出根据本发明的另一示例性实施例的图2所示的预补偿器234。参照图6，2个发送端具有不同的频率偏移，3个接收端具有相同的频率偏移。因此，表示接收端之间的不平衡的参数δω_RX具有近似0的值。

在3个接收端中的某接收端中，预补偿器234包括与2个发送端相应的信道系数变化率检测器610和620，以及乘法器615和625和在另外2个接收端中与2个发送端相应的乘法器630、635、640和645。

乘法器630、635、640和645具有从相应于2个发送端的信道系数变化率检测器610和620输出作为输入信号的信道系数变化率。即，乘法器630将从信道系数变化率检测器610输出的信道系数变化率与频域接收信号相乘。乘法器635将从信道系数变化率检测器620输出的信道系数变化率与频域接收信号相乘。乘法器640将从信道系数变化率检测器610输出的信道系数变化率与频域接收信号相乘。乘法器645将从信道系数变化率检测器620输出的信道系数变化率与频域接收信号相乘。

信道系数变化率检测器610和620与图4和图5所示的信道系数变化率检测器相同。

图7示出根据本发明的另一示例性实施例的图2所示的预补偿器234。参照图7，不管发送端的数量，每一发送端具有与3个接收端相同的频率偏移。因此，参数δω_TX和参数δω_RX具有近似0的值。

图7所示的预补偿器234在3个接收端中的一个接收端中包括信道系数变化率检测器710和乘法器705，以及在其他2个接收端中包括乘法器720和730。乘法器720和730将由信道系数变化率检测器710提供的信道系数变化率与频域接收信号相乘，并输出具有补偿的残余频率偏移和信道变化的接收信号。所述输出的接收信号被发送到MIMO检测器235。

信道系数变化率检测器710使用存储在第一存储器232_1或第二存储器233_1中的信道系数。

MIMO检测器235使用存储在相应于每一接收端的存储器232_1到232_3、233_1到233_3中的信道系数来检测在从预补偿器234发送的每一接收信号中的发送信号。每一接收信号是具有补偿的残余频率偏移和信道变化的信号。

MIMO检测器235使用贝尔实验室分层空时(BLAST)处理算法、迫零(ZF)算法、最小均方差(MMSE)线性均衡算法和最大似然(ML)算法中的一个。具体地讲，MIMO检测器235使用诸如ZF和MMSE线性均衡算法的线性算法来检测发送信号。

当收发器没有频率偏移而MIMO检测器235使用ZF时，所述MIMO检测器235基于从相应于每一接收端的第一和第二存储器232_1到232_3、233_1到233_3读取的每一子载波的信道系数使用矩阵H来检测发送信号的矢量x和从预补偿器234输出的每一接收端的接收信号矢量y，如下：

$\hat{X}={\left(H^{*}H\right)}^{-1}{H}^{*}y---\left(5\right)$

典型地，在2个发送端和3个接收信号的情况下，方程5被修改如下：

$H=\left[\begin{array}{cc}A& D\\ B& E\\ C& F\end{array}\right],H^{*}H=\left[\begin{array}{cc}{\left|A\right|}^2+{\left|B\right|}^2+{\left|C\right|}^2& A^{*}D+B^{*}E+C^{*}F\\ D^{*}A+E^{*}B+F^{*}C& {\left|D\right|}^2+{\left|E\right|}^2+{\left|F\right|}^2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\σ}}_1^2& {\mathrm{\ρ}}_{12}\\ {\mathrm{\ρ}}_{12}^{*}& {\mathrm{\σ}}_2^2\end{array}\right]$

${\left(H^{*}H\right)}^{-1}=\frac{1}{y{=\mathrm{\σ}}_1^2{\mathrm{\σ}}_2^2-{\left|{\mathrm{\ρ}}_{12}\right|}^2}\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\σ}}_2^2& -{\mathrm{\ρ}}_{12}\\ {-\mathrm{\ρ}}_{12}^{*}& {\mathrm{\σ}}_1^2\end{array}\right],H^{*}y=\left[\begin{array}{c}{A}^{*}{y}_1+B^{*}{y}_2+C^{*}{y}_3\\ D^{*}{y}_1+E^{*}{y}_2+F^{*}{y}_3\end{array}\right]---\left(6\right)$

其中，σ₁ ²和σ₂ ²分别表示第一和第二发送端的信道系数乘方，而ρ₁₂表示第一和第二发送端的信道系数的交叉相关值。

当信道变化时，每一子载波的信道系数矩阵H被定义为变化的信道系数矩阵

所述矩阵

是通过将每一信道系数变化率μ与信道系数相乘所获得，如下：

$\tilde{H}=\left[\begin{array}{cc}\tilde{A}& \tilde{D}\\ \tilde{B}& \tilde{E}\\ \tilde{C}& \tilde{F}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\μ}}_A\·A& {\mathrm{\μ}}_D\·D\\ {\mathrm{\μ}}_B\·B& {\mathrm{\μ}}_E\·E\\ {\mathrm{\μ}}_C\·C& {\mathrm{\μ}}_F\·F\end{array}\right]---\left(7\right)$

当一个数据符号没有增益变化而具有残余频率偏移时，每一信道变化率μ被表示为复数度量数函数。如果与残余信道频率偏移相应的相位差是Δω，则变化的信道系数矩阵 如下：

$\tilde{H}=\left[\begin{array}{cc}\exp (j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_A)\·A& \exp (j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_D)\·D\\ \exp (j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_B)\·B& \exp (j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_E)\·E\\ \exp (j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_C)\·C& \exp (j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_F)\·F\end{array}\right]---\left(8\right)$

如上所述，通过将在长前同步部分中获得的信道系数H与每一残余信道频率偏移Δω相乘获得由残余频率偏移变化的信道系数。在这种情况下，所述MIMO检测器235必须使用变化的信道系数矩阵

而不是信道系数H来检测MIMO。为此，基于变化的信道系数矩阵 的方程被修改以设计分离接收信号的MIMO检测器235如下：

${\left({\tilde{H}}^{*}\tilde{H}\right)}^{-1}=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_1^2{\mathrm{\σ}}_2^2-{\left|{\mathrm{\ρ}}_{12}\right|}^2}\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\σ}}_2^2& -\exp (-j\·{\mathrm{\δ\ω}}_{\mathrm{TX}}){\mathrm{\ρ}}_{12}\\ -\exp (j\·{\mathrm{\δ\ω}}_{\mathrm{TX}}){\mathrm{\ρ}}_{12}^{*}& {\mathrm{\σ}}_1^2\end{array}\right]$

${\tilde{H}}^{*}y=\left[\begin{array}{c}\exp (-j\·\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_A)\·A^{*}\·y_1+\exp (-j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_B)\·B^{*}\·y_2+\exp (-j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_C)\·C^{*}\·y_3\\ \exp (-j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_D)\·D^{*}\·y_1+\exp (-j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_E)\·E^{*}\·y_2+\exp (-j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_F)\·F^{*}\·y_3\end{array}\right]---\left(9\right)$

当方程9的矩阵被应用到图4时，exp(-j·Δω_A)·y₁是具有由乘法器415提供的补偿的残余频率偏移和信道变化的值，exp(-j·Δω_B)·y₂是具有由乘法器435提供的补偿的残余频率偏移和信道变化的值，exp(-j·Δω_C)·y₃是具有由乘法器455提供的补偿的残余频率偏移和信道变化的值，exp(-j·Δω_D)·y₁是具有由乘法器425提供的补偿的残余频率偏移和信道变化的值，exp(-j·Δω_E)·y₂是具有由乘法器445提供的补偿的残余频率偏移和信道变化的值，以及exp(-j·Δω_F)·y₃是具有由乘法器465提供的补偿的残余频率偏移和信道变化的值。

参数δω_TX表示2个发送端之间的频率偏移不平衡。在2个发送端之间的频率偏移不平衡与2个发送端之间的子载波频率不平衡一致。当使用不同的时钟源或不同的VCO时，所述2个发送端之间的频率偏移不平衡会出现。

2个发送端之间的频率偏移不平衡被同等地应用到每一接收，如下：

δω_TX＝Δω_A-Δω_D＝Δω_B-Δω_E＝Δω_C-Δω_F                         (10)

如果δω_TX很小，则方程9的函数 按原因使用如方程6的函数(H*H)^-1。因此，在信道估计部分中计算的值被应用到MIMO检测处理，而不在每一数据符号部分计算

另外，δω_TX很小，在一个接收天线中接收的每一发射天线的频率偏移被定义如下：

Δω_RX1≈Δω_A≈Δω_D，Δω_RX2≈Δω_B≈Δω_E，Δω_RX3≈Δω_C≈Δω_F   (11)

在MIMO检测器235中使用的运算函数如下：

${\tilde{H}}^{*}y=\left[\begin{array}{c}\exp (-j\·\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{RX}1})\·A^{*}\·y_1+\exp (-j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_{\mathrm{RX}2})\·B^{*}\·y_2+\exp (-j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_{\mathrm{RX}3})\·C^{*}\·y_3\\ \exp (-j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_{\mathrm{RX}1})\·D^{*}\·y_1+\exp (-j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_{\mathrm{RX}2})\·E^{*}\·y_2+\exp (-j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_{\mathrm{RX}3})\·F^{*}\·y_3\end{array}\right]$

$=H^{*}\·\left[\begin{array}{c}\exp (-j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_{\mathrm{RX}1})\·y_1\\ \exp (-j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_{\mathrm{RX}2})\·y_2\\ \exp (-j\·{\mathrm{\Δ\ω}}_{\mathrm{RX}3})\·y_3\end{array}\right]---\left(12\right)$

方程12的矩阵被应用到图5。exp(-jΔω_RX1)·y₁是由乘法器515提供的值，exp(-jΔω_RX2)·y₂是由乘法器525提供的值，exp(-jΔω_RX3)·y₃是由乘法器535提供的值。

图6示出发送端的频率偏移相互不等和接收端的频率偏移相互相等的情况，即Δω_RX1＝Δω_RX2＝Δω_RX3。图7示出发送端的频率偏移相互相等和接收端的频率偏移相互相等的情况。

当所述MIMO检测器235使用MMSE，并且通过将附加噪声功率项添加到方程5的逆矩阵项附加噪声相对小时，噪声函数被看作接近于ZF。

第一和第二解映射器240_1和240_2将由MIMO检测器235检测的发送信号变换成比特流。由所述MIMO检测器235检测的发送信号是复数正交调幅(QAM)信号。

FEC解码器250使用由第一和第二解映射器240_1和240_2转换的比特流来执行FEC，并获得最终比特信息。

图8是根据本发明的示例性实施例的补偿频率偏移和信道变化的方法的流程图。所述方法被应用到具有多个接收端的接收器，所述接收器接收包括从多个发送端发送的相互交叉的导频信号的发送信号。

检测多个接收信号的延迟相关值(操作801)。基于所述多个接收信号的延迟相关值来检测最终度量值(操作802)。如图2所述，基于所述最终度量值来估计多个接收信号的频率偏移(操作803)。

如图2所述，基于估计的频率偏移来补偿多个接收信号的频率偏移(操作804)，并且具有补偿的频率偏移的接收信号被变换成频域信号(操作805)。

按子载波来估计变换成频域信号的多个接收信号的信道系数(操作806)。基于估计的信道系数和导频信号来补偿多个接收信号的残余频率偏移和信道变化(操作807)。如图4到图7所述，使用基于接收端和发送端之间的频率偏移的同一性确定的方法来补偿多个接收信号的残余频率偏移和信道变化。

基于具有补偿的残余频率偏移和信道变化的接收信号和信道系数检测到从多个发送端发送的接收信号的矢量(操作808)。

如上所述，本发明可以精确地估计和补偿在包括多个发送端和多个接收端的MIMO-OFDM系统中的频率偏移并提供能补偿信道变化的OFDM接收机。

如果多个发送端的频率偏移相互不同或相同，则使用代表值来补偿多个接收端的接收信号，从而减少计算量。

尽管已参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (18)

1、一种补偿多个接收信号之间的频率偏移的设备，该设备包括：

多个延迟相关器，检测所述多个接收信号的延迟相关值；

最终度量值检测器，基于所述多个接收信号的延迟相关值来检测最终度量值；

频率偏移估计器，基于所述最终度量值来估计多个接收信号的频率偏移；和

补偿器，基于所述估计的频率偏移来补偿多个接收信号的频率偏移。

2、如权利要求1所述的设备，其中，所述最终度量值检测器检测所述多个接收信号的延迟相关值的平均值作为最终度量值。

3、如权利要求1所述的设备，其中，所述最终度量值检测器检测在所述多个接收信号中的具有最大功率的接收信号的延迟相关值作为最终权值。

4、如权利要求3所述的设备，其中，所述频率偏移估计器计算最终度量值的相位角，将计算的相位角和取样周期相乘所获得的值除以前同步部分的重复周期值，并估计频率偏移。

5、如权利要求4所述的设备，其中，所述补偿器包括：

振荡器，产生与所述估计的频率偏移的频率相应的复数度量信号；和

多个乘法器，将多个接收信号的每个与所述产生的复数度量信号相乘。

6、如权利要求2所述的设备，其中，所述频率偏移估计器计算最终度量值的相位角，将计算的相位角和取样周期相乘所获得的值除以前同步部分的重复周期值，并估计频率偏移。

7、一种补偿具有多个接收端的接收器的频率偏移和信道变化的设备，所述接收器接收包括从多个发送端发送的相互交叉的导频信号的发送信号，该设备包括：

多个信道估计器，以子载波估计从多个接收端接收的接收信号的信道系数；和

预补偿器，基于所述估计的信道系数和导频信号来补偿多个接收信号的残余频率偏移和信道变化。

8、如权利要求7所述的设备，其中，多个信道估计器使用接收信号的长前同步符号来估计信道系数。

9、如权利要求8所述的设备，其中，所述预补偿器包括：

多个信道变化率估计器，基于所述估计的信道系数和导频信号来估计信道变化率；和

多个乘法器，将接收信号与估计的信道变化率相乘，并获得具有补偿的残余频率偏移和信道变化的接收信号。

10、如权利要求9所述的设备，其中，根据多个发送端的频率偏移之间的相关和多个接收端的频率偏移之间的相关来确定多个信道变化率估计器和多个乘法器的数量和排列。

11、如权利要求7所述的设备，其中，预补偿器包括：

多个信道变化率估计器，基于所述估计的信道系数和导频信号估计信道变化率；和

多个乘法器，将接收信号与估计的信道变化率相乘，并获得具有补偿的残余频率偏移和信道变化的接收信号。

12、一种具有多个接收端的接收器，该接收器包括：

多个延迟相关器，检测从多个接收端发送的多个接收信号的延迟相关值；

最终度量值检测器，基于所述多个接收信号的延迟相关值来检测最终度量值；

频率偏移估计器，基于所述最终度量值来估计所述多个接收信号的频率偏移；和

补偿器，基于所述估计的频率偏移来补偿多个接收信号的频率偏移。

13、一种具有多个接收端的接收器，所述接收器接收包括从多个发送端发送的相互交叉的导频信号的发送信号，该接收器包括：

多个信道估计器，以子载波估计从多个接收端接收的接收信号的信道系数；和

预补偿器，基于所述估计的信道系数和导频信号来补偿多个接收信号的残余频率偏移和信道变化。

14、如权利要求13所述的接收器，还包括检测器，基于在多个信道估计器中估计的信道系数和具有由预补偿器补偿的残余频率偏移和信道变化的接收信号来检测从多个发送端发送的信号。

15、一种接收器，在多个接收端接收包括从多个发送端发送的相互交叉的导频信号的发送信号，该接收器包括：

频率偏移补偿单元，基于多个接收信号的最终度量值来估计通过多个接收端接收的多个接收信号的频率偏移，并基于所述估计的频率偏移来补偿所述多个接收信号的频率偏移；

多个快速傅立叶变换器，将具有所述补偿的频率偏移的接收信号变换成频域接收信号；和

频率偏移和信道变化补偿单元，以子载波估计从多个快速傅立叶变换器输出的信号的信道系数，基于导频信号和所述估计的信道系数来补偿来自多个快速傅立叶变换器的接收信号的残余频率偏移和信道变化，以及基于具有补偿的残余频率偏移和信道变化的接收信号和所述估计的信道系数来检测从多个发送端发送的信号。

16、一种补偿多个接收信号的频率偏移的方法，该方法包括：

检测所述多个接收信号的延迟相关值；

基于所述多个接收信号的延迟相关值来检测最终度量值；

基于所述最终度量值来估计所述多个接收信号的频率偏移；和

基于所述估计的频率偏移来补偿所述多个接收信号的频率偏移。

17、一种补偿接收器的频率偏移和信道变化的方法，所述接收器在多个接收端接收包括从多个发送端发送的相互交叉的导频信号的发送信号，该方法包括：

以子载波估计从多个接收端接收的接收信号的信道系数；和

基于所述估计的信道系数和导频信号来补偿多个接收信号的残余频率偏移和信道变化。

18、一种补偿具有多个接收端的接收器的频率偏移和信道变化的方法，所述接收器接收包括从多个发送端发送的相互交叉的导频信号的发送信号，该方法包括：

检测多个接收信号的延迟相关值；

基于所述多个接收信号的延迟相关值来检测最终度量值；

基于所述最终度量值来估计所述多个接收信号的频率偏移；

基于所述估计的频率偏移来补偿多个接收信号的频率偏移；

将具有所述补偿的频率偏移的接收信号变换成频域信号；

以子载波估计频域信号的信道系数；

基于导频信号和所述估计的信道系数来补偿接收信号的残余频率偏移和信道变化；和

基于具有所述补偿的残余频率偏移和信道变化的接收信号和所述估计的信道系数来检测从多个发送端发送的信号。

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