TW201931813A - 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；在時域上將無線訊號延遲並與原本的無線訊號進行交相關運算產生延遲交相關訊號；將與主同步訊號相關的主符元延遲並分別與原本的主符元進行交相關運算產生複數延遲交相關主符元；使延遲交相關主符元與延遲交相關訊號進行交相關運算，以根據主峰值辨識主同步訊號的位置；以及根據主同步訊號的位置辨識副同步訊號的位置。

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。在未來的5G通訊技術中，需要高可靠以及低延遲的通訊系統。以低延遲的需求來說，5G需要1毫秒內的點對點通訊延遲。因此，無線通訊裝置與基地台間的時頻同步需要在維持高可靠度的情形下，以更快速的方式完成。
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；在時域上將無線訊號延遲並與原本的無線訊號進行交相關(correlation)運算產生延遲交相關訊號；將與主同步訊號(primary synchronization signal；PSS)相關的複數個主符元延遲並分別與原本的主符元進行交相關運算產生複數延遲交相關主符元；使延遲交相關主符元與延遲交相關訊號進行交相關運算，以根據主峰值辨識主同步訊號的位置；以及根據主同步訊號的位置辨識副同步訊號的位置。
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；在時域上將無線訊號延遲並與原本的無線訊號進行交相關運算產生延遲交相關訊號；將與主同步訊號相關的複數個主符元延遲並分別與原本的主符元進行交相關運算產生複數延遲交相關主符元；使延遲交相關主符元與延遲交相關訊號進行交相關運算，以根據主峰值辨識主同步訊號的位置；以及根據主同步訊號的位置辨識副同步訊號的位置。
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；在時域上將無線訊號延遲並與原本的無線訊號進行交相關運算產生延遲交相關訊號；將與主同步訊號相關的複數個主符元延遲並分別與原本的主符元進行交相關運算產生複數延遲交相關主符元；使延遲交相關主符元與延遲交相關訊號進行交相關運算，以根據主峰值辨識主同步訊號的位置；以及根據主同步訊號的位置辨識副同步訊號的位置。
應用本發明的優點在於可藉由對無線訊號進行低通濾波避免其他寬頻雜訊的干擾，並可藉由時域上的延遲與交相關運算，避免載波頻率偏移以及時變通道中的都普勒效應的影響，快速地辨識主同步訊號，進一步根據主同步訊號辨識副同步訊號，達到時頻同步的功效。
1‧‧‧無線通訊裝置
100‧‧‧儲存模組
102‧‧‧處理模組
104‧‧‧無線通訊模組
110‧‧‧指令
200‧‧‧時頻同步方法
201-207‧‧‧步驟
300‧‧‧時頻同步方法
301-304‧‧‧步驟
WS‧‧‧無線訊號
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，一種時頻同步方法的流程圖；以及第3圖為本發明一實施例中，一種時頻同步方法的流程圖。
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WS。
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WS。
於步驟202，處理模組102使無線訊號WS進行低通濾波。
於一實施例中，無線訊號WS包含主同步訊號(primary synchronization signal；PSS)以及副同步訊號(secondary synchronization signal；SSS)。無線訊號WS可藉由找到主同步訊號以及副同步訊號的位置，進一步確定主同步訊號以及副同步訊號所包含的資訊，而使無線通訊裝置1與基地台同步。
其中，主同步訊號通常位於特定頻段。因此，藉由對無線訊號WS進行適當選擇的頻段濾波，可以避免其他寬頻雜訊的干擾。
於步驟203，處理模組102在時域上將無線訊號WS延遲並與原本的無線訊號WS進行交相關運算產生延遲交相關訊號WSDC(未繪示於圖中)。
於一實施例中，延遲交相關訊號WSDC為a[n]，原本的無線訊號為r[n]，則延遲交相關訊號與原本的該無線訊號之關係為a[n]=r[n]×conj{r[n-k]}，其中k為整數。於不同實施例中，k的數值可隨應用而調整。
於步驟204，處理模組102將與主同步訊號相關的複數個主符元延遲，並分別與原本的主符元進行交相關運算產生複數延遲交相關主符元。
於一實施例中，主同步訊號取自一個有限的序列集合，其包含的主符元為正交分頻多工符元(orthogonal frequency-division multiplexing symbol；OFDM symbol)。於一實施例中，主同步訊號可具有例如，但不 限於已知的三種正交分頻多工符元的形式。因此，步驟204將使此三種正交分頻多工符元均進行延遲與交相關運算。
於步驟205，處理模組102使延遲交相關主符元與延遲交相關訊號WSDC進行交相關運算，以根據主峰值辨識主同步訊號的位置。
於一實施例中，處理模組102可藉由取樣，擷取出無線訊號WS中在時序上的訊號序列，進一步對這些訊號序列根據三種正交分頻多工符元的形式進行例如，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。
然而，由於無線訊號WS已在步驟203中經過交相關運算的處理產生延遲交相關訊號WSDC，因此上述已知的三種正交分頻多工符元也需經過步驟204所述的交相關運算處理，再與延遲交相關訊號WSDC進行滑動相關性的計算，以辨識主同步訊號在時域上的位置。
於一實施例中，經過滑動相關性的計算後，其計算結果將具有一最大值。此最大值即為對應主同步訊號的位置的主峰值。因此，處理模組102可根據主峰值的位置判斷主同步訊號的位置。
於一實施例中，處理模組102可進一步根據主同步訊號的位置偵測出基地台扇區識別碼(sector ID)。
於步驟206，處理模組102根據主同步訊號估測載波頻率偏移(carrier frequency offset；CFO)，並根據載波頻率偏移對無線訊號WS進行補償。
於一實施例中，載波頻率偏移可包含整數載波頻率偏移(integer CFO；ICFO)及/或小數載波頻率偏移(fractional CFO；FCFO)。處理模組102可根據主同步訊號的峰值的相角，先取得粗略的載波頻率偏移，再以粗略的載波頻率偏移對無線訊號WS進行補償取得另一個主同步訊號的峰值，進一步將兩個峰值進行交相關處哩，擷取精確的載波頻率偏移，以對無線訊號WS再次進行更為精確的補償。然而，上述的方式僅為一範例。本發明並不以此為限。
於步驟207，處理模組102根據主同步訊號的位置辨識副同步訊號的位置。
本發明的時頻同步方法200可藉由對無線訊號WS進行低通濾波避免其他寬頻雜訊的干擾，並可藉由時域上的延遲與交相關運算，避免載波頻率偏移以及時變通道中的都普勒效應的影響，快速地辨識主同步訊號，進一步根據主同步訊號辨識副同步訊號，達到時頻同步的功效。
請參照第3圖。第3圖為本發明一實施例中，一種時頻同步方法300的流程圖。時頻同步方法300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300。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3圖的時頻同步方法300，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300，將在下列段落進行說明。
時頻同步方法300可應用於第2圖的時頻同步方法200的步驟207，以步根據主同步訊號辨識副同步訊號。時頻同步方法300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301，處理模組102將無線訊號WS轉換至頻域，以產生頻域無線訊號WSF(未繪示於圖中)。
於步驟302，處理模組102將頻域無線訊號WSF延遲並與原本的頻域無線訊號WSF進行交相關運算產生頻域延遲交相關訊號WSFDC(未繪示於圖中)。
於一實施例中，延遲交相關訊號WSDC為a[n]，原本的無線訊號為r[n]，則延遲交相關訊號與原本的該無線訊號之關係為a[n]=r[n]×conj{r[n-k]}，其中k為整數。於不同實施例中，k的數值可隨應用而調整。
於步驟303，處理模組102將與副同步訊號相關的複數個副符元延遲並分別與原本的副符元進行交相關運算產生複數延遲副符元。
類似於主同步訊號，副同步訊號取自一個有限的序列集合，其包含的主符元為正交分頻多工符元。於一實施例中，副同步訊號可具有例如，但不限於已知的二十多種正交分頻多工符元的形式。因此，步驟303將使這些正交分頻多工符元均進行延遲與交相關運算。
於步驟304，處理模組102使延遲副符元訊號與頻域延遲交相關訊號WSFDC進行交相關運算，以根據副峰值辨識副同步訊號的位置。
於一實施例中，處理模組102可藉由取樣，擷取出頻域無線訊號WSF中在時序上的訊號序列，進一步對這些訊號序列根據各種正交分頻多工符元的形式進行例如，但不限於滑動相關性的計算，以辨識副同步訊號在時域上的正交分頻多工符元。
然而，由於無線訊號WS已在步驟302中經過交相關運算的處理產生頻域延遲交相關訊號WSFDC，因此上述已知的各種正交分頻多工符元也需經過步驟303所述的交相關運算處理，再與頻域延遲交相關訊號WSFDC進行滑動相關性的計算，以辨識副同步訊號在時域上的位置。
於一實施例中，經過滑動相關性的計算後，其計算結果將具有一最大值。此最大值即為對應副同步訊號的 位置的副峰值。因此，處理模組102可根據副峰值的位置判斷副同步訊號的位置。
於一實施例中，處理模組102可進一步根據副同步訊號的位置偵測出基地台識別碼(cell ID)。
本發明的優點在於透過將無線訊號WS轉換至頻域後，藉由延遲與交相關運算，避免延遲擴張(delay spread)以及多路徑通道的影響，快速地辨識副同步訊號，達到時頻同步的功效。
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 (17)

  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；在時域上將該無線訊號延遲並與原本的該無線訊號進行交相關(correlation)運算產生一延遲交相關訊號；將與一主同步訊號(primary synchronization signal；PSS)相關的複數個主符元延遲並分別與原本的該等主符元進行交相關運算產生複數延遲交相關主符元；使該等延遲交相關主符元與該延遲交相關訊號進行交相關運算，以根據一主峰值辨識該主同步訊號的位置；以及根據該主同步訊號的位置辨識一副同步訊號的位置。
  2. 如請求項1所述之時頻同步方法，於接收該無線訊號後更包含：使該無線訊號進行一低通濾波。
  3. 如請求項1所述之時頻同步方法，更包含：根據該主同步訊號偵測一基地台扇區識別碼(sector ID)。
  4. 如請求項1所述之時頻同步方法，其中該延遲交相關訊號為a[n]，原本的該無線訊號為r[n]，該延遲 交相關訊號與原本的該無線訊號之關係為a[n]=r[n]×conj{r[n-k]}，k為整數。
  5. 如請求項1所述之時頻同步方法，該等主符元分別為一正交分頻多工符元(orthogonal frequency-division multiplexing symbol；OFDM symbol)。
  6. 如請求項1所述之時頻同步方法，辨識該副同步訊號的位置的步驟更包含：將該無線訊號轉換至一頻域，以產生一頻域無線訊號；將該頻域無線訊號延遲並與原本的該頻域無線訊號進行交相關運算產生一頻域延遲交相關訊號；將與一副同步訊號(secondary synchronization signal；SSS)相關的複數個副符元延遲並分別與原本的該等副符元進行交相關運算產生複數延遲副符元；以及使該等延遲副符元訊號與該頻域延遲交相關訊號進行交相關運算，以根據一副峰值辨識該副同步訊號的位置。
  7. 如請求項6所述之時頻同步方法，於將該無線訊號轉換至該頻域前，更包含：根據該主同步訊號估測一載波頻率偏移(carrier frequency offset；CFO)；以及根據該載波頻率偏移對該無線訊號進行補償。
  8. 如請求項6所述之時頻同步方法，更包含：根據該副同步訊號偵測一基地台識別碼(cell ID)。
  9. 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；在時域上將該無線訊號延遲並與原本的該無線訊號進行交相關運算產生一延遲交相關訊號；將與一主同步訊號相關的複數個主符元延遲並分別與原本的該等主符元進行交相關運算產生複數延遲交相關主符元；使該等延遲交相關主符元與該延遲交相關訊號進行交相關運算，以根據一主峰值辨識該主同步訊號的位置；以及根據該主同步訊號的位置辨識一副同步訊號的位置。
  10. 如請求項9所述之無線通訊裝置，該時頻同步方法於接收該無線訊號後更包含：使該無線訊號進行一低通濾波。
  11. 如請求項9所述之無線通訊裝置，該時頻同步方法更包含：根據該主同步訊號偵測一基地台扇區識別碼。
  12. 如請求項9所述之無線通訊裝置，其中該延遲交相關訊號為a[n]，原本的該無線訊號為r[n]，該延遲交相關訊號與原本的該無線訊號之關係為a[n]=r[n]×conj{r[n-k]}，k為整數。
  13. 如請求項9所述之無線通訊裝置，該等主符元分別為一正交分頻多工符元。
  14. 如請求項9所述之無線通訊裝置，該時頻同步方法於辨識該副同步訊號的位置的步驟更包含：將該無線訊號轉換至一頻域，以產生一頻域無線訊號；將該頻域無線訊號延遲並與原本的該頻域無線訊號進行交相關運算產生一頻域延遲交相關訊號；將與一副同步訊號(secondary synchronization signal；SSS)相關的複數個副符元延遲並分別與原本的該等副符元訊號進行交相關運算產生複數延遲副符元訊號；以及使該等副同步延遲符元訊號與該頻域延遲交相關訊號進行交相關運算，以根據一副同步峰值辨識該副同步訊號的位置。
  15. 如請求項14所述之無線通訊裝置，該時頻同步方法於將該無線訊號轉換至該頻域前，更包含：根據該主同步訊號估測一載波頻率偏移；以及根據該載波頻率偏移對該無線訊號進行補償。
  16. 如請求項14所述之無線通訊裝置，該時頻同步方法更包含：根據該副同步訊號偵測一基地台識別碼。
  17. 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；在時域上將該無線訊號延遲並與原本的該無線訊號進行交相關運算產生一延遲交相關訊號；將與一主同步訊號相關的複數個主符元延遲並分別與原本的該等主符元進行交相關運算產生複數延遲交相關主符元；使該等延遲交相關主符元與該延遲交相關訊號進行交相關運算，以根據一主峰值辨識該主同步訊號的位置；以及根據該主同步訊號的位置辨識一副同步訊號的位置。
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