TW201916650A - 頻率偏移推測方法、裝置及記錄媒體 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種利用從無線區域網路系統週期性地發出的多個訓練訊號推測頻率偏移的裝置，其包括一接收部、一測定部、一儲存部及一運算部。該接收部接收該多個訓練訊號，該測定部以一預設的測定週期測定在該接收部接收到的多個訓練訊號的相位，儲存部儲存在該測定部測定到的該多個訓練訊號的相位，運算部於預設的多個時間間隔中從該儲存部讀取該多個訓練訊號的相位，在計算各個相隔該時間間隔的多個訓練訊號對的相位差的平均值後，根據該平均值推測一頻率偏移，並對計算出的該頻率偏移推測賦予加權值而計算加權平均。

Description

頻率偏移推測方法、裝置及記錄媒體
本發明涉及一種頻率偏移推測方法，具體而言，涉及一種在無線區域網路(Wireless Local Area Network)系統中利用短訓練訊號序列(Short Training Field，STF)推測頻率偏移的方法。
通常，正交頻分複用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，以下稱為“OFDM”)方式為如下的資料傳輸方式：在將高速的資料訊號轉換成低速的資料訊號後，將調製的資料訊號傳送到相互具有正交性的各副載波(sub-carrier)。
OFDM方式在收發端間發生頻率偏移(offset)時，副載波間的正交性減小，產生頻道干擾(ICI：Inter Channel Interference)而訊號的大小與相位發生變化。
因此，使用OFDM方式的無線區域網路系統在傳輸資料前，在包括STF(Short Training Field，短訓練訊號序列)與LTF(Long Training Field，長訓練訊號序列)的前同步碼(preamble)區間推測頻率偏移，之後根據推測出的值補償頻率偏移。
在韓國公開專利第10-2005-0034116號(2005年4月14日公 開)中，揭示有在無線區域網路系統中精確地補償頻率偏移的方法。韓國專利公開第10-2005-0034116號揭示有如下方法：利用從無線區域網路系統的發射端接收到的STF的長度推測粗略(coarse)頻率偏移而進行補償，在利用補償粗略頻率偏移所得的長訓練訊號序列推測精細(fine)頻率偏移而進行補償時，改變精細頻率偏移補償時點，由此減少因計算及補償頻率偏移引起的時間延遲。
然而，現有技術及韓國專利公開第10-2005-0034116號僅利用相隔特定時間間隔的訓練訊號之間，因此無法驗證頻率偏移推測值，可達成的準確度也有限。
根據本發明所提出的頻率偏移推測方法，利用相隔多個時間間隔的訓練訊號對匯出多個頻率偏移推測值，計算所匯出的多個頻率偏移推測值的加權平均而匯出最終頻率偏移，由此可提高頻率偏移推測的準確度。
根據本發明的一實施例，提供一種頻率偏移推測裝置，其是利用從無線區域網路系統的發射端週期性地發出的多個訓練訊號推測頻率偏移的裝置，其特徵在於包括：接收部，接收該多個訓練訊號；測定部，以預設的測定週期為單位測定在該接收部接收到的訓練訊號的相位；儲存部，儲存在該測定部測定到的訓練訊號的相位；以及運算部；且該運算部分別針對預設的多個時間間隔而從該儲存部讀取相隔各時間間隔的訓練訊號對的相位，在計算該訓練訊號對的相位差的平均值後，根據該平均值推測頻率偏移，對計算出的各頻率偏移推測值賦予加權值而計算加權平均。
根據本發明的其他實施例，提供一種頻率偏移推測方法，其是接收端利用從無線區域網路系統的發射端週期性地發出的多個訓練訊號推測頻率偏移的方法，其特徵在於包括：接收該多個訓練訊號的過程；以預設的測定週期為單位測定在該接收部接收到的訓練訊號的相位的過程；將在該測定部測定到的訓練訊號的相位保存到該接收端內部的儲存部的過程；分別針對預設的多個時間間隔而從該儲存部讀取相隔各時間間隔的訓練訊號對的相位的過程；分別針對該預設的多個時間間隔而計算該訓練訊號對的相位差的平均值，根據該平均值推測頻率偏移的過程；以及對分別在該預設的多個時間間隔計算出的頻率偏移推測值賦予加權值而計算加權平均的過程。
根據本發明，可較現有技術更準確地在無線區域網路系統中推測頻率偏移而進行補償，因此可將副載波間的干擾現象最小化而提高整個無線區域網路系統的通訊性能。
110‧‧‧接收部
120‧‧‧測定部
130‧‧‧儲存部
140‧‧‧運算部
S210~S260‧‧‧步驟
第1圖為表示無線區域網路資料包的構造圖。
第2圖為表示以往在無線區域網路系統中利用STF推測頻率偏移的方法的方塊圖。
第3圖為表示本發明實施例的頻率偏移推測方法的方塊圖。
第4圖為表示本發明實施例的頻率偏移推測裝置的方塊圖。
第5圖為表示本發明實施例的接收端的頻率偏移推測方法的流程圖。
第6圖為現有技術與本發明的可能推測出的頻率偏移的頻譜分佈對照 圖。
以下，通過示範性的附圖詳細地對本發明的一實施例進行說明。應注意，在對各圖的構成要素附加參照符號時，即便相同的構成要素表示在不同的圖中，也盡可能地使用相同的符號。另外，在對本發明的一實施例進行說明時，在判斷為對相關已周知的元件或功能的具體說明不會混淆本發明的主旨的情況下，省略其詳細說明。
在對本發明實施例的構成要素進行說明時，可使用第一、第二、i)、ii)、a)、b)等符號。這些符號僅用以將該構成要素區分於其他構成要素，相應的構成要素的本質、位元次、順序等並不受上述符號的限定。在本說明書中，當記載為某個部分“包括”或“具備”某個構成要素時，只要無明確相反的記載，則意味著相應的部分還可包括其他構成要素，並不排除附加其他構成要素。“部”、“模組”等術語是指對至少一個功能或動作進行處理的單元，該單元可為“硬體”、“軟體”或“硬體與軟體的結合”。
第1圖為本發明無線區域網路資料包的構造圖。
如第1圖所示，使用OFDM方式的無線區域網路系統的資料包在主資料前具有包括STF與LTF的前同步碼(preamble)區間。在如上該的資料包構造中，STF位於資料包的最前方，用於資料包檢測、自動增益調節(Automatic Gain Control)、時間同步、頻率同步等各種目的。
利用STF的頻率偏移推測方法是利用在STF中按照固定的週期反復傳輸相同的訊號(以下，稱為“訓練訊號”)，根據重複的訓練訊號間的距離與相位旋轉量推測頻率偏移。在通過如上所述的方法推測頻率偏移 時，用於計算頻率偏移的訓練訊號對的數量越多，則雜訊、測定誤差等越得到修正，因此推測準確度變高。
另外，成對的訓練訊號間的時間間隔越短，則可推測的頻率偏移的範圍越增加，但推測準確度變低，成對的訓練訊號間的距離越長，則可推測的頻率偏移的範圍越減小，但推測準確度變高。
總而言之，用於推測頻率偏移的訓練訊號對的數量越多、成對的訓練訊號間的距離越長，則頻率偏移推測值的準確度越高。
第2圖是表示先前技術在無線區域網路系統中利用STF推測頻率偏移的方法的方塊圖。
當在STF中按照固定的週期反復傳輸相同的訓練訊號時，第2圖所示的方法在接收端使用可儲存0.8μs的輸入訊號的緩衝器計算相隔0.8μs的訓練訊號對的相位差。累積相位差而減少雜訊效果。
如果訓練訊號的接收結束，則接收端在將相位差的累積值除以訓練訊號對的數量而求出相位差的平均值後，利用反正切(atan)函數推測頻率偏移。
第3圖為本發明實施例的頻率偏移推測方法的方塊圖。
本發明的頻率偏移推測方法是對用於推測頻率偏移的訓練訊號對的間隔進行各種設定，由此也可利用特定的數量的訓練訊號提高頻率偏移推測值的準確度。
在現有技術中，當在STF中按照固定的週期反復傳輸相同的訓練訊號時，無線區域網路系統的接收端以預設的測定週期為單位測定訓練訊號的相位而保存到記憶體，利用訓練訊號之間的時間間隔與測定週期 相同的訓練訊號對推測頻率偏移。
例如，在測定週期為0.8μs的情況下，以0.8μs為單位測定訓練訊號的相位而保存到記憶體，僅利用訓練訊號之間的時間間隔為0.8μs的訓練訊號對推測頻率偏移。
然而，本發明實施例的頻率偏移推測方法一併利用訓練訊號之間的時間間隔為測定週期的整數倍的訓練訊號對，由此明顯地提高頻率偏移推測值的準確度。
例如，在無線區域網路系統的接收端以0.8μs為單位測定訓練訊號的相位而保存到記憶體時，不僅利用訓練訊號之間的時間間隔為0.8μs的訓練訊號對推測頻率偏移，而且也一併利用訓練訊號之間的時間間隔為0.8μs的整數倍、即1.6μs、2.4μs、3.2μs的訓練訊號對推測頻率偏移。
與此相關，存在如下問題：成對的訓練訊號間的時間間隔越短，則可推測的頻率偏移的範圍越增加，成對的訓練訊號間的時間間隔越長，則可推測的頻率偏移的範圍越減小。
例如，0.8μs的訓練訊號對推測的頻率偏移的範圍為-2.0~2.0，1.6μs的訓練訊號對推測的頻率偏移的範圍為-1.0~1.0，可利用具有2.4μs距離的訓練訊號對推測的頻率偏移的範圍為-0.67~0.67，3.2μs的訓練訊號對推測的頻率偏移的範圍為-0.5~0.5。因此，在利用各種時間間隔的訓練訊號對的情況下，存在如下問題：如何測定超過可利用各時間間隔的訓練訊號對推測的範圍的頻率偏移。
然而，即便改變訓練訊號對的頻率範圍及頻率偏移的推測範圍會改變，頻率偏移推測值也不會輸出為完全無關的意料之外的值。其原 因在於，在推測出的結果值超過推測範圍的情況下，可以依據訓練訊號對來校正獲得的相位值，使頻率偏移落在推測範圍內。
例如，如果假設頻率偏移為1.2且無雜訊的情況，則利用0.8μs的訓練訊號對的頻率推測範圍為-2~2，因此可推算頻率偏移為1.2。但利用1.6μs的訓練訊號對推測出的頻率偏移計算為1.2-2.0，因此可推算頻率偏移為-0.8。利用2.4μs的訓練訊號對推測出的頻率偏移為1.2-1.34，因此可推算頻率偏移為-0.14。利用3.2μs的訓練訊號對推測出的頻率偏移為1.2-1.0，因此可推算頻率偏移為0.2。因此，不論推測範圍時的結果值如何變化，利用0.8μs的訓練訊號對，就可以校正各種不同週期的訓練訊號對所匯出的頻率偏移推測值。
在本發明實施例的頻率偏移推測方法中，也可更利用訓練訊號之間的時間間隔為3.2μs以上、例如4.0μs、4.8μs的訓練訊號對推測頻率偏移。然而，在本說明書中，方便起見，以利用訓練訊號之間的時間間隔為0.8μs、1.6μs、2.4μs、3.2μs的訓練訊號對推測頻率偏移的方法為例來進行說明。
在利用訓練訊號之間的時間間隔為0.8μs的訓練訊號對推測頻率偏移的過程中，接收端累積儲存在接收端的內部儲存部的訓練訊號中相隔0.8μs的訓練訊號對的相位差而計算其平均，根據相位差的平均值推測頻率偏移。將根據0.8μs間隔的訓練訊號對計算出的頻率偏移推測值稱為offset_1。
在利用訓練訊號之間的時間間隔為1.6μs的訓練訊號對推測頻率偏移的過程中，接收端累積儲存在接收端的內部儲存部的訓練訊號中 的相隔1.6μs的訓練訊號對的相位差而計算其平均，根據相位差的平均值推測頻率偏移。將根據1.6μs間隔的訓練訊號對計算出的頻率偏移推測值稱為offset_2。
在利用訓練訊號之間的時間間隔為2.4μs的訓練訊號對推測頻率偏移的過程中，接收端累積儲存在接收端的內部儲存部的訓練訊號中的相隔2.4μs的訓練訊號對的相位差而計算其平均，根據相位差的平均值推測頻率偏移。將根據2.4μs間隔的訓練訊號對計算出的頻率偏移推測值稱為offset_3。
在利用訓練訊號之間的時間間隔為3.2μs的訓練訊號對推測頻率偏移的過程中，接收端累積儲存在接收端的內部儲存部的訓練訊號中的相隔3.2μs的訓練訊號對的相位差而計算其平均，根據相位差的平均值推測頻率偏移。將根據3.2μs間隔的訓練訊號對計算出的頻率偏移推測值稱為offset_4。
接收端對根據具有不同的時間間隔的訓練訊號對計算出的頻率偏移推測值即offset_1、offset_2、offset_3、offset_4賦予加權值而計算加權平均，由此匯出最終頻率偏移推測值。
很據時間間隔的長度及訓練訊號對的數量而對具有各時間間隔的訓練訊號對賦予加權值。
例如，推測頻率偏移3.2μs，如果訓練訊號的發送週期為40MHz，則輸入128個取樣。
offset_1是利用相隔0.8μs(32個取樣(samples))的訊號，故而用於推測offset_1的取樣的個數為128-32=96個。
offset_2是利用相隔1.6μs(64個取樣)的訊號，故而用於推測offset_2的取樣的個數為128-64=64個。
offset_3是利用相隔2.4μs(96個取樣)的訊號，故而用於推測offset_3的取樣的個數為128-96=32個。
offset_4是利用相隔3.2μs(128個取樣)的訊號，故而用於推測offset_4的取樣的個數為128-128=0個。
用於計算的取樣的數量越多、計算時進行比較的兩個取樣之間的距離越遠，則頻率偏移推測值的準確度越準確。也就是說，用於推測頻率偏移的訓練訊號對的數量越多、成對的訓練訊號間的距離越遠，則頻率偏移推測值的準確度越高。
在賦予加權值時，可在算術上成正比地對訓練訊號對的數量、成對的訓練訊號間的距離賦予加權值，也可另外利用將訓練訊號對的數量及訓練訊號間的距離設為代入值的加權值賦予函數賦予加權值。在本說明書中，以在算術上成正比地賦予加權值的情況為例來進行說明。
當在算術上成正比地賦予加權值時，對各頻率偏移推測值賦予加權值的結果如下。
offset_1利用96個訓練訊號對，訓練訊號間的距離為0.8(測定週期的1倍)，因此對offset_1賦予加權值的結果為offset_1×96×1。
offset_2利用64個訓練訊號對，訓練訊號間的距離為1.6(測定週期的2倍)，因此對offset_2賦予加權值的結果為offset_2×64×2。
offset_3利用32個訓練訊號對，訓練訊號間的距離為2.4(測定週期的3倍)，因此對offset_3賦予加權值的結果為offset_3×32×3。
offset_4利用0個訓練訊號對，訓練訊號間的距離為3.2(測定週期的4倍)，因此對offset_4賦予加權值的結果為offset_4×0×4。
接收端在計算加權值後，計算加權平均而匯出最終頻率偏移推測值。最終頻率偏移推測值如下。
最終頻率偏移推測值=(offset_1×96×1+offset_2×64×2+offset_3×32×3+offset_4×0×4)/(96×1+64×2+32×3+0×4)。
第4圖是表示本發明實施例的頻率偏移推測裝置的方塊圖。
本發明實施例的頻率偏移推測裝置包括接收部110、測定部120、儲存部130及運算部140。無線區域網路系統的發射端在STF中按照固定的週期反覆復傳輸相同的訓練訊號。接收部110接收從無線區域網路系統的發射端發出的訓練訊號。測定部120以預設的測定週期為單位測定訓練訊號的相位。例如，以0.8μs為單位測定訓練訊號的相位。測定到的相位保存到儲存部130。儲存部可為記憶體，也可為緩衝器。例如，儲存部可為可儲存0.8μs的輸入訊號的緩衝器。
運算部140分別針對預設的多個時間間隔而從儲存部130讀取相隔各時間間隔的訓練訊號對的相位，在計算訓練訊號對的相位差的平均值後，根據相位差的平均值推測頻率偏移。運算部140在對分別針對預設的多個時間間隔而計算出的各頻率偏移推測值賦予加權值後計算加權平均，由此匯出最終頻率偏移推測值。
在運算部140中，用以計算訓練訊號對的相位差的多個時間間隔優選為測定週期的整數倍。例如，在測定週期為0.8μs的情況下，多個時間間隔可為0.8μs、1.6μs、2.4μs、3.2μs等。
運算部140在對分別針對預設的多個時間間隔而計算出的各頻率偏移推測值賦予加權值時，可根據各時間間隔的長度而賦予加權值。另外，運算部140也可基於相隔各時間間隔的訓練訊號對的數量而賦予加權 值。
具體而言，運算部140在對分別針對預設的多個時間間隔而計算出的各頻率偏移推測值賦予加權值時，如果各時間間隔較長，則可賦予更大的加權值。另外，運算部140可在相隔各時間間隔的訓練訊號對的數量較多時，賦予更大的加權值。
第5圖是表示本發明實施例的接收端的頻率偏移推測方法的流程圖。
本發明實施例的接收端的頻率偏移推測方法包括接收過程(S210)、測定過程(S220)、儲存過程(S230)、讀取過程(S240)、相位差計算過程(S250)及加權平均計算過程(S260)。無線區域網路系統的發射端在STF中按照固定的週期反復傳輸相同的訓練訊號。接收端接收從無線區域網路系統的發射端發出的訓練訊號(S210)。接收端以預設的測定週期為單位測定訓練訊號的相位(S220)。例如，能夠以0.8μs為單位測定訓練訊號的相位。
接收端將測定到的相位保存到接收端內部的儲存部(S230)。儲存部可為記憶體，也可為緩衝器。例如，儲存部可為可儲存0.8μs的輸入訊號的緩衝器。接收端分別針對預設的多個時間間隔而從儲存部讀取相隔各時間間隔的訓練訊號對的相位(S240)，在利用所讀取的相位計算訓練訊號對的相位差的平均值後，根據相位差的平均值推測頻率偏移(S250)。接收端在對分別針對預設的多個時間間隔而計算出的各頻率偏移推測值賦予加權值後計算加權平均，由此匯出最終頻率偏移推測值(S260)。
用以計算訓練訊號對的相位差的多個時間間隔優選為測定週期的整數倍。例如，在測定週期為0.8μs的情況下，多種時間間隔可為0.8μs、1.6μs、2.4μs、3.2μs等。
接收端在對分別針對預設的多個時間間隔而計算出的各頻率偏移推測值賦予加權值時，可根據各時間間隔的長度而賦予加權值。另外，接收端可根據相隔各時間間隔的訓練訊號對的數量而賦予加權值。
具體而言，接收端在對分別針對預設的多個時間間隔而計算出的各頻率偏移推測值賦予加權值時，如果各時間間隔較長，則可賦予更大的加權值。另外，接收端可在相隔各時間間隔的訓練訊號對的數量較多時，賦予更大的加權值。
具體的加權值賦予方法及加權平均計算方法與以上所說明的內容相同，因此省略其詳細說明。
第5圖記載為依序執行S210至S260，但該第5圖僅用以例示性地說明本發明的技術思想，S210至S260的執行並不限定於時間序列順序。本發明所屬的技術領域內的普通技術人員可在不脫離本發明的本質特性的範圍內變更S210至S260的順序、省略S210至S260中的一個以上的過程、或並列執行S210至S260中的一個以上的過程等對第5圖的方法進行各種修正及變形。
另一方面，通過上述實施例說明的頻率偏移推測方法可在可由電腦或智慧手機讀取的記錄媒體中，以可由電腦或智慧手機讀取的代碼實現。可由電腦或智慧手機讀取的記錄媒體包括儲存可通過電腦系統讀取的資料的所有種類的記錄裝置。即，可由電腦或智慧手機讀取的記錄媒體包括如磁性儲存媒體(例如，唯讀記憶體(Read Only Memory，ROM)、軟碟、硬碟等)、光學讀取媒體(例如，唯讀光碟(Compact Disc-Read Only Memory，CD-ROM)、數位多功能光碟(Digital Versatile Disc，DVD)等)、快閃記憶體(例如，通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)、固態驅動器(Solid State Drive，SSD))等的儲存媒體。另外，可分散到通過網路連接的電腦系統而以分散方式儲存執行可由電腦或智慧手機讀取的代碼。
第6圖是現有技術與本發明的可能推測出的頻率偏移的頻數分佈對照圖。實驗中所使用的實際頻率偏移為0，訊號雜訊比(Signal to Noise Ratio，SNR)為6dB，用於計算的STF的長度為4.25μs。
第6圖中的(a)圖是現有技術的頻率偏移推測結果，第6圖中的(b)圖是本發明實施例的頻率偏移推測結果。可知在與第6圖中的(a) 圖進行比較時，第6圖中的(b)圖的剩餘頻率偏移變得更接近0而推測準確度提高。
另外，剩餘頻率偏移的分散值結果在現有技術中為6.4182，但在本發明實施例的頻率偏移推測中為2.0482，因此可知本發明的性能特別優異。
本實施例僅用以例示性地說明本發明的技術思想，發明所屬技術領域中具有通常知識者，依本說明書中的實施例，在不脫離本發明的本質特性的範圍內對本實施例進行各種修正及變形。
本實施例用以說明本發明的技術思想，而並非用以限定本發明的技術思想，因此本發明的保護範圍並不限定於本實施例。本發明的保護範圍應由專利申範圍解釋，且包含與上述保護範圍相同或等同的所有技術思想均包括在本發明的權利範圍內。

Claims (13)

  1. 一種頻率偏移推測裝置，利用從無線區域網路系統的發射端週期性地發出的多個訓練訊號來推測頻率偏移，包括：一接收部，接收該多個訓練訊號；一測定部，以一預設的測定週期為單位測定在該接收部接收到的該多個訓練訊號的相位；一儲存部，儲存在該測定部測定到的該多個訓練訊號的相位；以及一運算部，於預設的多個時間間隔中從該儲存部讀取該多個訓練訊號的相位，在計算各個該時間間隔中的多個訓練訊號對的相位差的平均值後，根據該平均值推測一頻率偏移，並對計算出的該頻率偏移推測賦予一加權值並計算一加權平均。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的頻率偏移推測裝置，其中該各時間間隔為該測定週期的整數倍。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述的頻率偏移推測裝置，其中該運算部根據該各時間間隔的長度而賦予該加權值。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述的頻率偏移推測裝置，其中該運算部在該各時間間隔較長時，賦予的該加權值較大。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的頻率偏移推測裝置，其中該運算部根據該各時間間隔中的該訓練訊號對的數量而賦予該加權值。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述的頻率偏移推測裝置，其中該運算部在該各時間間隔中的該訓練訊號對的數量較多時，賦予的該加權值較大。
  7. 一種頻率偏移推測方法，其是接收端利用從無線區域網路系統的發射端週期性地發出的多個訓練訊號推測頻率偏移的方法，包括：接收該多個訓練訊號；以一預設的測定週期為單位測定在一接收部接收到的該多個訓練訊號的相位； 儲存在該測定到的該多個訓練訊號的相位到該接收端內部的一儲存部；在預設的多個時間間隔中從該儲存部讀取該各時間間隔中的該多個訓練訊號的相位；計算各個該時間間隔中的多個訓練訊號對的相位差的平均值，根據該平均值推測一頻率偏移；以及對計算出的該頻率偏移推測賦予一加權值並計算一加權平均。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述的頻率偏移推測方法，其中該各時間間隔為該測定週期的整數倍。
  9. 根據申請專利範圍第7項所述的頻率偏移推測方法，其中該加權值是根據該各時間間隔的長度而賦予。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述的頻率偏移推測方法，其中當該各時間間隔較長時，賦予更大的該加權值。
  11. 根據申請專利範圍第7項所述的頻率偏移推測方法，其中該加權值是根據該各時間間隔中的該訓練訊號對的數量而賦予。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述的頻率偏移推測方法，其中當在該各時間間隔中的該訓練訊號對的數量較多時，賦予更大的該加權值。
  13. 一種可由電腦讀取的記錄媒體，其記錄有執行根據申請專利範圍第7至12項中任一項所述的方法的程式。
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