TW201924414A - 無線通訊裝置及其時頻同步方法與非暫態電腦可讀取紀錄媒體 - Google Patents

無線通訊裝置及其時頻同步方法與非暫態電腦可讀取紀錄媒體 Download PDF

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Abstract

一種時頻同步方法，包含：接收來自基地台之無線訊號，並辨識無線訊號之主同步訊號在時域上的複數個正交分頻多工符元；轉換正交分頻多工符元至頻域上產生複數個原始符元訊號；將原始符元訊號以及接收符元訊號進行內積，以取得功率漏失係數與通道增益的乘積；藉由線性搜尋法，根據功率漏失係數逼近無線訊號之小數載波頻率偏移的實際值。

Description

無線通訊裝置及其時頻同步方法與非暫 態電腦可讀取紀錄媒體
本發明是有關於一種無線通訊技術，且特別是有關於一種通訊裝置及其時頻同步方法與非暫態電腦可讀取紀錄媒體。
在無線通訊裝置與基地台進行聯繫時，必須經過時間與載波頻率同步的步驟。部分時頻同步的技術是先經由尋找其他資料通道(data channel)的循環起頭(Cyclic Prefix)進行小數頻率偏移的估測，再處理主同步訊號取得整數載波頻率偏移。這樣的方式，將由於使用循環起頭收斂速度較慢，而需進行大量的相關性計算。並且，由於資料通道不一定存在，並需要額外的演算法先確定副同步訊號的存在與否。就可靠度來說，這樣的方式並不理想。
因此，如何設計一個新的無線通訊裝置及其時頻同步方法與非暫態電腦可讀取紀錄媒體，以解決上述的問題，乃為此一業界亟待解決的問題。
因此，本發明之一態樣是在提供一種時頻同步方法，應用於無線通訊裝置中，包含：接收來自基地台之無線訊號，並辨識無線訊號之主同步訊號(primary synchronization signal；PSS)在時域上的複數個正交分頻多工符元(orthogonal frequency-division multiplexing symbol；OFDM symbol)；轉換正交分頻多工符元至頻域上產生複數個原始符元訊號(Original Signal Pattern)；將原始符元訊號以及接收符元訊號的特定子集進行內積，以取得功率漏失係數(power leakage coefficient)與通道增益(channel gain)的乘積；藉由線性搜尋法(line search)，根據功率漏失係數逼近無線訊號之小數載波頻率偏移(fractional carrier frequency offset)的實際值。
本發明之另一態樣是在提供一種無線通訊裝置，包含：儲存模組以及處理模組。儲存模組配置以儲存複數電腦可執行指令。處理模組耦接於儲存模組，配置以執行指令，以執行時頻同步方法。時頻同步方法包含：接收來自基地台之無線訊號，並辨識無線訊號之主同步訊號在時域上的複數個正交分頻多工符元；轉換正交分頻多工符元至頻域 上產生複數個原始符元訊號；將原始符元訊號以及接收符元訊號進行內積，以取得功率漏失係數與通道增益的乘積；藉由線性搜尋法，根據功率漏失係數逼近無線訊號之小數載波頻率偏移的實際值。
本發明之又一態樣是在提供一種非暫態電腦可讀取紀錄媒體，儲存電腦程式，電腦程式包含電腦可執行之複數指令，用以執行應用於無線通訊裝置中的時頻同步方法，無線通訊裝置包含儲存複數電腦可執行指令之儲存模組以及處理模組，處理模組執行指令以執行時頻同步方法。時頻同步方法包含：接收來自基地台之無線訊號，並辨識無線訊號之主同步訊號在時域上的複數個正交分頻多工符元；轉換正交分頻多工符元至頻域上產生複數個原始符元訊號；將原始符元訊號以及接收符元訊號進行內積，以取得功率漏失係數與通道增益的乘積；藉由線性搜尋法，根據功率漏失係數逼近無線訊號之小數載波頻率偏移的實際值。
應用本發明的優點在於先對主同步訊號進行計算獲得正交分頻多工符元，並取得整數載波頻率偏移後，再藉由已知的符元頻域訊號估測小數載波頻率偏移，不僅計算量大幅下降，且對於雜訊的抵抗力高。並且，由於主同步訊號必定存在，這樣的時頻同步方法將具有更高的可靠度。
1‧‧‧無線通訊裝置
100‧‧‧儲存模組
101‧‧‧無線訊號
102‧‧‧處理模組
104‧‧‧無線通訊模組
110‧‧‧指令
200‧‧‧時頻同步方法
201-206‧‧‧步驟
第1圖為本發明一實施例中，一種無線通訊裝置之方塊圖；第2圖為本發明一實施例中，時頻同步方法的流程圖；以及第3圖為本發明一實施例中，功率漏失係數的平方與欲找尋的小數載波頻率偏移的關係圖。
請參照第1圖。第1圖為本發明一實施例中，一種無線通訊裝置1之方塊圖。於一實施例中，無線通訊裝置1為例如，但不限於智慧型手機或是平板電腦等手持式行動通訊裝置，並可與基地台(未繪示)進行無線通訊。當無線通訊裝置1與基地台開剛始進行連接時，可透過時頻同步的程序，使雙方得以正確地進行通訊。
無線通訊裝置1包含：儲存模組100以及處理模組102。
處理模組102耦接於儲存模組100。處理單元102可為各種具有運算能力的處理器，並可透過不同的資料傳輸路徑與上述的模組進行資料傳輸。
儲存模組100配置以儲存複數電腦可執行指令。於不同實施例中，儲存模組100可為例如，但不限於唯讀記憶體、快閃記憶體、軟碟、硬碟、光碟、隨身碟、磁帶、可由網路存取之資料庫或其他本領域的通常知識者所熟知可執行同樣功能的記憶體。
需注意的是，上述的元件僅為範例性的描述。於其他實施例中，無線通訊裝置1可包含其他類型的元件。
請同時參照第2圖。第2圖為本發明一實施例中，一種時頻同步方法200的流程圖。時頻同步方法200可應用於如第1圖所繪示的無線通訊裝置1中，或經由其他硬體元件如資料庫、一般處理器、計算機、伺服器、或其他具特定邏輯電路的獨特硬體裝置或具特定功能的設備來實作，如將程式碼和處理器/晶片整合成獨特硬體。
此方法可實作為一電腦程式，並儲存於一電腦可讀取記錄媒體中，而使電腦讀取此記錄媒體後控制無線通訊裝置1的模組執行時頻同步方法200。電腦可讀取記錄媒體可為唯讀記憶體、快閃記憶體、軟碟、硬碟、光碟、隨身碟、磁帶、可由網路存取之資料庫或熟悉此技藝者可輕易思及具有相同功能之電腦可讀取紀錄媒體。
更詳細的說，電腦可讀取記錄媒體可為例如第1圖的儲存模組100，配置以儲存複數電腦可執行指令110。處理模組102可執行指令110，進一步執行第2圖的時頻同步方法200，提供無線通訊裝置1的功能。
無線通訊裝置1在運作時，由處理模組102所執行的時頻同步方法200，將在下列段落進行說明。
時頻同步方法200包含下列步驟(應瞭解到，在本實施方式中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行)。
於步驟201，處理模組102接收來自基地台之無線訊號101，並辨識無線訊號101之主同步訊號在時域上的複數個正交分頻多工符元。
於一實施例中，處理模組102可實際上透過無線通訊裝置1中更包含的無線通訊模組104接收無線訊號101。無線訊號101包含主同步訊號以及副同步訊號，其中主同步訊號取自一個有限的序列集合，其內的序列集合在頻域上彼此為循環偏移(cyclic shift)。
進一步地，處理模組102可藉由取樣，擷取出無線訊號101中在時序上的訊號序列，進一步對這些訊號序列進行例如，但不限於滑動相關性(sliding correlation)的計算，以辨識主同步訊號在時域上的正交分頻多工符元。
於一實施例中，主同步訊號可包含例如，但不限於已知的三種正交分頻多工符元的形式。因此在經過滑動相關性的計算後，處理模組102即可辨識出主同步訊號從傳送端(例如基地台)所傳送出的正交分頻多工符元。
於步驟202，處理模組102轉換正交分頻多工符元至頻域上產生複數個原始符元訊號d。
於一實施例中，正交分頻多工符元在頻域上佔據例如，但不限於127個資源單位(resource element)。因此，正交分頻多工符元轉換至頻域上產生的原始符元訊號d可以向量表示為d=[d(0),d(1),...,d(126)]T。進一步地，根據原始符元訊號d=[d(0),d(1),...,d(126)]T，處理模組102可偵測出基地台扇區識別碼(sector ID)。
於步驟203，處理模組102擷取主同步訊號在頻域上實際包含的複數個接收符元訊號r，並根據原始符元訊號d及接收符元訊號r取得無線訊號101之整數載波頻率偏移。
於一實施例中，接收符元訊號r為接收端所接收到的符元符號，可同樣以向量表示為r=[r(0),r(1),...,r(126)]T。由於基地台與無線通訊裝置1之間的通道間具有頻率偏移的現象，將產生整數載波頻率偏移以及小數載波頻率偏移。因此，處理模組102根據原始符元訊號d及接收符元訊號r的差距，即可取得整數載波頻率偏移。
於步驟204，處理模組102將原始符元訊號d以及接收符元訊號r進行內積，以取得功率漏失係數α(ε,0)與通道增益G的乘積。
由於主同步訊號的序列為M序列，具有虛擬隨機(pseudo random)的性質，將使原始符元訊號d中鄰近的序列接近正交，而使相鄰的次載波的干擾(inter-carrier interference)可以忽略不計。因此，原始符元訊號d與接收符元訊號r的內積結果，可將次載波的干擾忽略，而簡化為近似功率漏失係數α(ε,0)與通道增益G間的乘積。
於步驟205，處理模組102藉由線性搜尋法，根據功率漏失係數α(ε,0)逼近無線訊號之小數載波頻率偏移的實際值。
請參照第3圖。第3圖為本發明一實施例中，功率漏失係數的平方|α(ε,0)|2與欲找尋的小數載波頻率偏移ε 的關係圖。其中，橫軸為小數載波頻率偏移ε，縱軸為功率漏失係數的平方|α(ε,0)|2經過常規化(normalization)的結果。
於一實施例中，功率漏失係數α(ε,0)的平方|α(ε,0)|2為欲找尋的小數載波頻率偏移ε的函數，且|α(ε,0)|2是準凸方程式(quasi-convex function)。
因此，處理模組102可透過線性搜尋法，找尋使|α(ε,0)|2具有區域最大值(local maximum)的小數載波頻率偏移ε。更詳細地說，處理模組102可持續進行數值的迭代，對兩次連續獲得的原始符元訊號d以及接收符元訊號r的內積進行比較，決定新的小數載波頻率偏移ε的數值，逐漸逼近小數載波頻率偏移ε的實際值。
於不同實施例中，線性搜尋法可為例如，但不限於黃金比例搜尋法(golden section search)、費式搜尋法(Fibonacci search)、二分搜尋法(dichotomous search)或循序搜尋法(sequential search)。
於一實施例中，處理模組102可根據所找到的小數載波頻率偏移ε，自無線訊號101中的副同步訊號(secondary synchronization signal；SSS)偵測基地台識別碼(cell ID)。
於步驟206，處理模組102可根據小數載波頻率偏移ε決定小數載波頻率偏移補償值，並根據小數載波頻率偏移補償值對無線訊號101進行補償。
於一實施例中，在步驟206完成後，流程將回至步驟203，繼續接收無線訊號101，並在補償後擷取主同步訊號在頻域上實際包含的複數個接收符元訊號r，以再經由步驟204至206持續逼近小數載波頻率偏移ε的數值。
於一實施例中，在上述的步驟204中，原始符元訊號d與接收符元訊號r進行內積的計算，可藉由原始符元訊號d的子集合的選擇來去除子載波間干擾(Inter-Carrier-Interference,ICI)，並藉此進一步加強擷取功率漏失函數α(ε,0)的精準度。更詳細地說，處理模組102可選擇原始符元訊號d的子集合來與對應的接收符元訊號r進行內積，以更精準地擷取功率漏失係數α(ε,0)。其中，子集合中的原始符元訊號，例如但不限於d(K-1)、...、d(K+L-2)，在適當選擇K與L的數值後，為彼此正交。
部分時頻同步的技術是先處理副同步訊號以取得小數載波頻率偏移後，再處理主同步訊號取得整數載波頻率偏移。這樣的方式，將由於副同步訊號的形式較為多樣，而需進行大量的相關性計算。並且，由於副同步訊號不一定存在，並需要額外的演算法先確定副同步訊號的存在與否。就可靠度來說，這樣的方式並不理想。
相較下，本發明的優點在於先對主同步訊號進行計算獲得正交分頻多工符元，並取得整數載波頻率偏移後，再藉由已知的符元頻域訊號估測小數載波頻率偏移，不僅計算量大幅下降，且對於雜訊的抵抗力高。並且，由於主 同步訊號必定存在，這樣的時頻同步方法將具有更高的可靠度。
雖然本案內容已以實施方式揭露如上，然其並非配置以限定本案內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本案內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (15)

  1. 一種時頻同步方法，應用於一無線通訊裝置中，包含：接收來自一基地台之一無線訊號，並辨識該無線訊號之一主同步訊號(primary synchronization signal；PSS)在一時域上的複數個正交分頻多工符元(orthogonal frequency-division multiplexing symbol；OFDM symbol)；轉換該等正交分頻多工符元至一頻域上產生複數個原始符元訊號；將該等原始符元訊號以及複數個接收符元訊號進行內積，以取得一功率漏失係數(power leakage coefficient)與一通道增益(channel gain)的乘積；藉由一線性搜尋法(line search)，根據該功率漏失係數逼近該無線訊號之一小數載波頻率偏移(fractional carrier frequency offset)的一實際值。
  2. 如請求項1所述之時頻同步方法，其中該功率漏失係數為該小數載波頻率偏移的函數，該時頻同步方法更包含：藉由該線性搜尋法，找尋使該功率漏失係數的平方為最大值的該小數載波頻率偏移。
  3. 如請求項1所述之時頻同步方法，更包含： 選擇該等原始符元訊號之一子集合，其中該子集合中的該等原始符元訊號與該子集合位置相鄰的原始符元訊號子集合彼此正交；以及將該子集合中的該等原始符元訊號以及對應的該等接收符元訊號進行內積，以取得該功率漏失係數與該通道增益的乘積。
  4. 如請求項1所述之時頻同步方法，該線性搜尋法包含一黃金比例搜尋法(golden section search)、一費式搜尋法(Fibonacci search)、一二分搜尋法(dichotomous search)或一循序搜尋法(sequential search)。
  5. 如請求項1所述之時頻同步方法，更包含：根據該無線訊號之一整數載波頻率偏移(integer carrier frequency offset)偵測一基地台扇區識別碼(sector ID)。
  6. 如請求項1所述之時頻同步方法，更包含：根據該小數載波頻率偏移，自該無線訊號中之一副同步訊號(secondary synchronization signal；SSS)偵測一基地台識別碼(cell ID)。
  7. 如請求項1所述之時頻同步方法，更包含： 根據該小數載波頻率偏移決定一小數載波頻率偏移補償值；以及根據該小數載波頻率偏移補償值對該無線訊號進行補償。
  8. 一種無線通訊裝置，包含：一儲存模組，配置以儲存複數電腦可執行指令；以及一處理模組，耦接於該儲存模組，配置以執行該等指令，以執行一時頻同步方法，該時頻同步方法包含：接收來自一基地台之一無線訊號，並辨識該無線訊號之一主同步訊號在一時域上的複數個正交分頻多工符元；轉換該等正交分頻多工符元至一頻域上產生複數個原始符元訊號；將該等原始符元訊號以及該等接收符元訊號進行內積，以取得一功率漏失係數與一通道增益的乘積；藉由一線性搜尋法，根據該功率漏失係數逼近該無線訊號之一小數載波頻率偏移的一實際值。
  9. 如請求項8所述之無線通訊裝置，其中該功率漏失係數為該小數載波頻率偏移的函數，該時頻同步方法更包含：藉由該線性搜尋法，找尋使該功率漏失係數的平方為最大值的該小數載波頻率偏移。
  10. 如請求項8所述之無線通訊裝置，該時頻同步方法更包含：選擇該等原始符元訊號之一子集合，其中該子集合中的該等原始符元訊號與該子集合位置相鄰的原始符元訊號子集合彼此正交；以及將該子集合中的該等原始符元訊號以及對應的該等接收符元訊號進行內積，以取得該功率漏失係數與該通道增益的乘積。
  11. 如請求項8所述之無線通訊裝置，該線性搜尋法包含一黃金比例搜尋法、一費式搜尋法、一二分搜尋法或一循序搜尋法。
  12. 如請求項8所述之無線通訊裝置，該時頻同步方法更包含：根據該無線訊號之一整數載波頻率偏移(integer carrier frequency offset)偵測一基地台扇區識別碼。
  13. 如請求項8所述之無線通訊裝置，該時頻同步方法更包含：根據該小數載波頻率偏移，自該無線訊號中之一副同步訊號偵測一基地台識別碼。
  14. 如請求項8所述之無線通訊裝置，該時頻同步方法更包含：根據該小數載波頻率偏移決定一小數載波頻率偏移補償值；以及根據該小數載波頻率偏移補償值對該無線訊號進行補償。
  15. 一種非暫態電腦可讀取紀錄媒體，儲存一電腦程式，該電腦程式包含電腦可執行之複數指令，用以執行應用於一無線通訊裝置中的一時頻同步方法，該無線通訊裝置包含儲存複數電腦可執行指令之一儲存模組以及一處理模組，該處理模組執行該等指令以執行該時頻同步方法，該時頻同步方法包含：接收來自一基地台之一無線訊號，並辨識該無線訊號之一主同步訊號在一時域上的複數個正交分頻多工符元；轉換該等正交分頻多工符元至一頻域上產生複數個原始符元訊號；將該等原始符元訊號以及該等接收符元訊號進行內積，以取得一功率漏失係數與一通道增益的乘積；藉由一線性搜尋法，根據該功率漏失係數逼近該無線訊號之一小數載波頻率偏移的一實際值。
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