TWI353739B - Device and method for estimating fractional carrie - Google Patents

Description

1353739 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種估算發射器與接收器之小數頻偏 (fractional carrier frequency offset between transmitter and receiver)的裝置與方法。本發明通常應用於正交分頻多工 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)相關 系統，其中包括正交分頻多工存取技術（Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access, OFDMA)，如微波 存取全球互通技術（Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX)。 【先前技術】 第1圖為一無線通信系統100，其中包括一發射器102 以及一接收器104。該發射器102以一信號混頻所欲發 射的信號，並且以一天線1〇6發射混頻後的信號。該 接收益104利用天線108接收發射器1〇2所發射的信號， 並且將其以一信號，<'混頻。本說明書將該接收器1〇4混 頻後的信號稱為一接收信號，其值如下： 射斋102與δ亥接收器104之間的—頻偏（carrier行叫此耶乂 offset)。以該無線通信系統100的一子載波間距卜汕⑶出以 spacing)將該頻偏/Δ單位化，可將該頻偏厶分割成一整數部 伤/；,"以及一小數部份办flC，其中/λ：=/^+。本發明將估 算該小數部分办flC。 0821-A21735TWF(N2)：P62950014TW；gtoriousJien 5 1353739 己有多種估算上述小數頻偏(//rac)的技術揭露於世上。 如美國專利案U.S. 5,732,1 13，將計算該接收信號的一 第與一第二前導重複碼(preamble repetition)之間的一延 遲相關性（delay correiati〇n);並且將該延遲相關性的相位 乘以，弧長係數’藉以求得上述小數頻偏。 以下舉例說明專利案U.S. 5,732，113之技術内容。第2 圖圖解一恶線網路區域系統（Wireless Local Area Networks, 簡稱WLAN’即IEEE 8〇2.1la)的接收信號r⑺之前導信 暑 號。該前導信號包括一短前導資料（short preamble)以及一 長前導資料(long preamble)。該短前導資料包括十段完全相 同的前導重複碼人广人⑺。該長前導資料包括兩段完全相同 Λ 的前導重複碼Βι、與Β2。該接收信號之短前導資料的 任意兩段重複訊號（如Α!與Α2)間存在一延遲相關性（標示 為Α2) ’其估异公式如下： Ν-] Ζ12=Σ〜 .r(:,+D)， «=0 • 其中，TV代表一累加的取樣點數，代表該兩段前導重複 瑪A1與A2相同點之間的延遲(delay)。〜r w組成該前導 重複碼Αι ’並且α〜組成該前導重複碼A:。’ *，代表 共軛運算（complex conjugation)。上述接收信號听)的取樣 週期為乃。 以第1圖之無線通糸統為例，由於Γ(/)=ί(ί)·&Ύ4'，故 並且仙部η在沒有雜訊與頻率擾動 (frequency disturbance)的狀況下，&1=1^+乃。上述第—與第 二重複區段Α!與A2之間延遲相關性可依以下方式簡 0821-A21735TWF(N2)：P62950014TW：glorious_tien 6 1353739 接收器之間的小數頻偏估算方法可門化如下. 、★[仏丨上 β ·(公式3) 上述公式3並不止限定於0;為〇度角、也為度角、 二也為^度角的無線通信系統。任何上述三個相位也、 U3彼此相差W度角的系統皆可使用本發明。 —此外，必須注意的是，本發明所提及的一第___第 -、或之後所提及的—第三前導重複碼並 :號時間順序。亦可不依照時間順序命名接收信t 勺月=重㈣為本發明所指之第_、第二、與第三前導複 係數即可。 "上述公式3可以應用於各式頻道模型，例如SUI-4頻 遏模型或A W G N頻道模型。在本發明的另一實施例，本發 出-種小數頻偏估測方式，不僅需要一接收信號呦 ，、弟-與-第二前導重複碼之延遲相關性k(本發明稱 之為第-延遲相關性）’尚需要該第一與一第三前導重複碼 之延f相關性〜(本發明稱之為第二延遲相關性）。上述第 -與第延遲，關性與…的計算方式如 \=士 v二=g )·=| ζ ;以及 ,"二 2)3 = έr"r，，+2D = Σ(sn+2DeJ2^'^)=Β·.eJe · V «=〇 / ^ > 其中，一,〜)、並且5 «=〇 由於本實施例所採用的WiMAX系统中，卜女故上述第 —與第二延遲相關性的相位和（z Zi2+ z zi3)為（_响叩）。 發射器與接收器之間的-小數頻偏之計算方法如下： 0821-A21735TWF(N2):P629500l4Tw：g|〇ri〇us_tien 11 1353739 ffrac 6tcDTs x[^zl2+Zzl}] (公式4) 上述公式4不僅可應用於行動装置之頻道模型（如 ITU-R Vehlcular A頻道模型），在固定頻道模型（例如sui_4 頻道模型或AWGN頻道模型）中亦有相當良好的表現。 第4圖為本發明所揭露之小數頻偏估測方法的一種實 施方^的流程圖。步驟402計算一接收信號咐的一第一 與-第二前導重複瑪之延遲相關性代表一個前導重 複碼的取樣數。i)代表該第二前導重複碼與該第一前導重 複碼之間的延遲。，*，代表共㈣算。步驟4〇4對該延遲相 關性〜的相位騎—旋轉相位補償運算，以補償該延遲相 關性〜内的-旋轉相位…補償後結果為—處理後相位資 々步驟4〇6將以一弧長係數杨以該處理後相位 資料’所得的結果即發射器與接收器之間的小數頻 偏。必須注意的是，該接收信號咐的任兩個前導重複碼（例 如：最早出現與其次出現之前導重複碼，最早出現與最後 出現之前導重複碼，或最後出現與稍前出現之前 皆可用來當作本發明所提及之第—與第二前導重複碼以估 算小數頻偏。為了說明方便，本說明書以最早出現之前導 重複碼為上述第-前導重複碼’並且以猶後出現之前導重 複碼為上述第二前導重複碼，其中ζ · 、 丨2 —丄广"’ r("+〇) 〇 〃在某些無線通信系統中，上述接^號吻可能屬於一 =扇面…第—扇面 '或一第三扇面。當該接收信號咐 屬於上逑第-、第二、或第三扇面時，上述 將分別存在—旋轉相位也+⑽，彼此相差12^角：： 〇82l-A21735TWF(N2):P6295〇〇l4TW；Ql〇ri〇usJjen )2 1353739 . 此類無線通信系統所採用的調變方法可為正交分頻多工 (OFDM)技術，如 IEEE 802.16e(通稱為 WiMAX)。 在上述第一與第二前導重複碼分別為最早出現與其次 出現之前導重複碼的例子中，基於上述公式3，步驟404 更包括以下技術：將上述延遲相關性之相位乘以3以 產生一第一數值3·/ζ ;2 ;以及將該第一數值3·/ζ /2轉換 至相位區間-7Γ至7Γ以產生處理後相位貧料。 /(ΖζΙ2)=[3.ΖΖ|上，將把；轉換至-7Γ〜7Γ。此時，步驟 畚 406所採用的弧長係數d為——^^，7Γ代表圓週率，7；為 π · D .Ts 該接收信號的一取樣週期。若z,2 = ϋ:· r(,,+fl)，則步驟406 所採用的弧長係數/為^~l-—。 - 6 · π · D. Ts 此外，本發明更基於公式4揭露一種適用於行動裝置 之頻道模型的小數頻偏估測方法。在一第一、一第二、與 一第三前導重複碼分別為最早出現、其次出現、與最後出 現之前導重複碼的例子中，上述步驟404更包括下列技 • 術：計算該接收信號r⑺的第一前導重複碼與第三前導重 , N-\ 複碼之延遲相關性Z/3，其中zl3 =乞r„ ·r(:,+2D);將上述延遲相關 H = 0 性心2與Z7j之相位相加以產生上述處理後相位資料/「/ 〜2)，其中/「/匀2) = ("/乙2+/Z/J。此時，步驟406所採用 的弧長係數A為-< ^，7Γ代表圓週率，7；為該接收信號

6.π. D，TS 厂⑺的一取樣週期。若Z|2 =gr„'VD)、ζ,3 = ^,、+2β)，則步驟406 «=0 /;=0 所採用的弧長係數乂為——-——。 6. π. D. Ts 第5圖為本發明所揭露之小數頻偏估算裝置，其理論 0821-A21735TWF(N2):P62950014TW：glorious_tien 13 1353739 柯杜管小數頻偏估算裝置500包括一第一延遲相關 c〇6 ΊΓ^502 '知轉相位補償器504、以及一第一乘法器 Μ」一延遲相關性估算器502將估算一接收信號广⑺ m·/ W導重^石馬以及一第二前導重複碼之間的延遲相 ‘ 。☆士述第—與第二前導重複碼分別為最早出現與 二2 2刚Ϊ重複碼的例子中，該第-延遲相關性估算 口。502所執行的運算為代表-個前導重複

石^^數^代表該第二前導重複瑪與該第—前導重複 延遲。，*，代表共輛運算。該延遲相關性…中包 目位Φ。為了補償該旋轉相㈣，該旋轉相位補償 :理J對Ϊ延遲相關性的相位〜進行運算，以產生- 处1目I貢料以^。該旋轉相位補償器· 地、一第二乘法器510、以及-相位轉換㈣。 =相=鼻器谓將估算該該延遲相關性的相位 弟一乘法器510將把該相位乘以三， — &弟數值轉換至一弧度區間 〜π，以產生上述處理後相位資料介/。 又 [phase]:運算將把如，轉換至，π。嗲— u 3 A „ 該處理後相位資料/R祕以一弧長:「數乘^〇6 ^ 果即發射器以及接收器之間的小數頻偏。主DA /'… 乃為該接收信號的一取樣週期。若—代表圓週率， Z|2=Sr:.w則該第 乘法裔5 0 6將令έ亥處理後相位資斜yy / 數一_1_。 、 # 2/汐乘以一弧長係 6· π-D-Ts 基於公式4，第6圖為本發明所* β揭路的另—種小數頻 0821-A21735TWF(N2)；P62950014TW：gl〇ri〇us_tlen ^ 1353739 偏估算裝置。小數頻偏估算裝置600與第5圖之小數頻偏 估算裝置500之不同處在於其旋轉相位補償器602。該旋 轉相位補償器602包括一第一相位估算器604、一第二延 遲相關性估測器606、一第二相位估算器608、以及一加法 器610。該第二延遲相關性估測器606將估算一接收信號 r(t)的一第一前導重複碼與一第三前導重複碼之延遲相關 性。在一第一、一第二、與一第三前導重複碼分別為最 早出現、其次出現、與最後出現之前導重複碼的例子中， b = 珣。上述第一與第二相位估算器604與608將估 "=0 算上述延遲相關性z72與Zn的相位/z72與。該加法器 610將令ZZi2與Z Z13相加以產生上述處理後相位貢料/if / 匀2」，其中/〔/2/2戶/匀2+/心3。小數頻偏估算裝置600不 僅可應用於行動裝置之頻道模型（如ITU-R Vehicular A頻 道模型），在固定頻道模型（例如SUI-4頻道模型或AWGN 頻道模型）中亦有相當良好的表現。 本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍内，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之 保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 0821-A21735TWF(N2)：P62950014TW；glorious_tien 15 1353739 • 【圖式簡單說明】 ' 第1圖圖解一無線通信系統； 第2圖圖解WLAN系統内接收信號之前導信號； 第 3 圖圖解 WiMAX 技術之 3-sector cellular planning; 第4圖為本發明之小數頻偏估算方法； 第5圖為本發明之小數頻偏估算裝置；以及 第6圖為本發明另一小數頻偏估算裝置。 * 【主要元件符號說明】 100〜無線通信系統； _ 102〜發射器； 104〜接收器； 106、108〜天線； 402〜計算z12 ; 404〜補償z12中的一旋轉相位（/)，其中產生/T/zJ ; 籲 406- A · f(Zzn) > 500〜小數頻偏估算裝置； 502〜第一延遲相關性估算器； 504〜旋轉相位補償器； 506〜第一乘法器； 508〜相位估算器； 510〜第二乘法器 512〜相位轉換器； 600〜小數頻偏估算裝置； 0821-A21735TWF(N2)；P62950014TW：glorious_tien 16 1.353739

602〜旋轉相位補償器； 604〜第一相位估算器； 606〜第二延遲相關性估測器； 608〜第二相位估算器；以及 610〜加法器。 0821-A21735TWF(N2)；P62950014TW；glorious_tien 17

Claims (1)

1353739 、申請專利範圍： 包括 種估算發射H與接收ϋ之小數頻偏的方法，其中 ^异-第一延遲相關性’該第一延遲相關性存在於— 接收4號的一第一前導曹避石民w芬 味%/ 引命更複碼以及一弟二丽導重複碼之 間， 缺 /第延遲相關性的相位進行一旋轉相位補償運 鲁异，以補償該第一延遲相關性的一旋轉相位，其中該第— 延遲相關性之相位經過該旋轉相位補償運算後，將轉 一處理後相位資料；以及 ㈣處理後相位資料乘以—弧長係數，以計算發 與接收器之間的一小數頻偏。 °° . 2.如申請專利範圍第1項所述之估算發射器與接收器 之小數頻偏的方法，其中該接收信號經判斷後， 至：第-扇面、-第二扇面、或-第三扇面，其中，屬』 =『扇面的上述接收#號之上述旋轉相位彼此不同並且相 差了π，7Γ代表圓週率。 3_如申請專利範圍帛1項所述之估算發射器與接收器 之小數頻偏的方法’其中上述接收信號所採㈣調變模式 為一正交分頻多工技術。 、 4.如申請專利範圍第3項所述之估算發射器與接收器 之小數頻偏的方法’其中該正交分頻多工技術將應用： IEEE 802.16e規範，IEEE 8〇2.16e即微波存取全球互通技 術。 0821-A21735TWF(N2) ；P62950014TW；gl〇ri〇us_tien 1.353739 5. 如申請專利範㈣2項所述之估算發射器盘接收器 之小數頻偏的方法，其中上述旋轉相位補償運算更包括： 將邊第一延遲相關性的相位乘以三，以計算出一第一 數值；以及 # 藉由轉換該第一數值至一弧度區間以產生上述處理後 相位寊料’該弧度區間為-7Γ至7Γ。 6. 如申請專利範圍第5項所述之估算 之小數頻偏的方法，其中該弧長係數為接3 β π-D-T 1 s ^ 接收信號的-取樣週期』代表上述第一與第丄 碼間的延遲。 饭 7. 如申請專利範圍第2項所述之估算發射器與接收器 之小數㈣方法，其中上述旋轉相位補償運算更包括： 斤^算一第二延遲相關性，該第二延遲相關性存在於該 弟y料重㈣以及該純信號的—第三前導重複碼之 間； 將上述第-延遲相關性的相位與該第二延遲相關性的 相位相加，以计异出上述處理後相位資料。 之小圍/ 7項所述之估算發射器與接收器 之J數頻偏的方法，其中該弧長係數為L__，匕為該 6^'D'T 接收信號的一取樣週期，乃代表上述第-與第丄前導重複 碼間的延遲。 9. |重估异發射器與接收器之小數頻偏的裝置，其中 E-j -go -第-延遲相關性估算器，估算一第一延遲相關性， 〇821-A2l735TWF(N2)：P629500,4TW：g|〇ri〇us_tler, 遲存在於-接收信號的♦前導重複碼 弟一别導重複碼之間； 運算，=:=^2該第一延遲相關性的相位進行 位補償哭將ί出:遲相關性的一旋轉相位，該旋轉相 貝：將輸出-處理後相位資料；以及 數，以:;管：Γ裔’將5亥處理後相位資料乘以-弧長係 。十4射器與接收器之間的一小數頻偏。 $丨H如U鄉11帛9項所叙料發射與接收器 ΠΤ装置，其中該接收信號經判斷後，將被歸二 苐扇面、一第二扇面、或一第三扇面，其中，屬於 ^扇面t述接收信號之上述旋轉相位彼 目 差/，7Γ代表圓週率。 」1且子目 u’★申π專利範圍第9項所述之估算發射II與接收器 之小數頻偏的裝置’其中上述接收信號所採 二 為一正交分頻多工技術。 欠糗式 。。12·如中請專利範圍第U項所述之估算發射器與接收 态之小數頻偏的裝置’其中該正交分頻多工技術將應用於 IEEE 802.16e規範，IEEE 8〇216e即微波存取全球互通技 術。 13.如申請專利範圍第1〇項所述之估算發射器與接收 益之小數頻偏的裝置’其中該旋轉相位補償器更包括： 一相位估算器，估算該第一延遲相關性的相位； 第一乘法器，將該第一延遲相關性的相位乘以三， 以計算出一第一數值；以及 082l-A21735TWF(N2)；P62950014TW;glori〇us_tien 20 1353739 相位轉換益’籍由轉換該第_數值至一弧度區間以 生上述處理後相位資料，該弧度區間為至π。 口〇 1 — r; / /| 1 石 為之小數頻偏的裝置，其中該弧長係數為 圍2項所述之估算發射器與接收 6 .π · D TS \J /ί ' ' s 該接收信號的—取樣週m代表上述第-與第i前導重 複碼間的延遲。 15.如U利|&圍第1Q項所述之估算發射器與接收 裔之小數頻偏的裝置，其中該旋轉相位補償器更包括： -第-相位估算H，估算該第—延遲相雜的相位； H遲相關録算器，估算H遲相關性， =弟二延遲湖性存在於㈣—料重複碼以及該接收信 號的一第三前導重複碍之間； 、一第"相位估算器，估算該第二延遲相關性的相位； 以及 -加法器’將上述第-延遲相關性的相位與該第二延 遲相關性的相位相加，以計算出上述處理後相位資料。 口。！6.如申請專利範圍第15項所述之 哭 …、數頻偏的裝置’其中該弧長係數為—二接= 6·π-D-T 1s 馬 該接收信號的一取樣週期，〇代表上述第-與第二前導重 複碼間的延遲。 引^重 〇821-A2l735TWF(N2)：P62950014TW：glorious_tien 21