通信系统里发射机和接收机之间频率同步的系统和方法技术方案

本发明专利技术描述的系统和方法能够提供有关非相干调制信号和/或差分相干调制信号的基于训练序列或基于前导序列的同步。通过使用一种消除接收信号的载波频率偏移(CFO)效应的技术，进行时间同步。通过使用一种由接收信号CFO引起的恒定偏置以估计CFO的技术，进行频率同步。另外，通过使用一种由CFO引起相位旋转以估计CFO的技术，进行频率同步。本发明专利技术的时间同步和频率同步可以独立进行，不需要使用一个同步运算的结果来进行另一个同步的运算。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【相关申请】本专利技术与美国专利申请(律师专案号：HKAP.P0106US)，标题为“通信系统里发射机和接收机之间时间同步的系统和方法”，同时提交申请，在此其通过引用结合入本专利技术。
本专利技术涉及发射机和接收机之间的同步，特别涉及使用非相干调制技术和/或差分相干调制技术的通信中的基于训练序列或基于前导序列的同步。
技术介绍
数字数据通信已经越来越普遍，几乎是随处可见。例如，数字通信已经普遍应用在各种不同数据通信系统里，如计算机网络系统(包括个人局域网(PANs)、局域网(LANs)、城域网(MANs)、广域网(WANs)、互联网等)和通信系统(包括公共交换电话网(PSTN)、蜂窝网络、电缆传输系统等)。这些数字数据通信运行时，发射机发射二进制信息，经由传输媒介，到一个或多个接收机。例如，发射机上的数据源提供一个信号(如语音信号、视频信号、多媒体信号等)，该信号被数字化后，通过改变一个特定载波(如方波或正弦波)的一个或多个参数(如频率、相位、或振幅)进行调制，然后这个被调制的载波被发射到传输媒介。在许多应用里包括码分多址(CDMA)通信系统，都是使用非相干调制技术如频移键控(FSK)，以及差分相干调制技术如差别相移键控(DPSK)，用于数字数据通信。接收机一旦通过传输媒介接收到被调制的载波，会解调并解码信号。但是，传输信号可能会因为传输媒介里的噪声、干扰、和/或失真而遭到破坏或劣化。因此，接收机解调并解码所接收到的劣化信号，估计出原始数据。为了从所接收到的劣化信号中准确地估计出原始数据，接收机的设计会很复杂，因为发射机和接收机通常不同步。例如，接收机和发射机有关载波的时钟可能不同步，传播延迟可能导致发射机和接收机上有关信号的时差，等等，从而出现有关时间同步的问题。类似地，有关晶体(crystal)、混频器和其它电路的制造差异也可能产生频差，其会导致出现有关频率同步的问题。因此，接收机所接收信号的同步通常是非常重要的，因此为了准确地提取出原始数据，需要进行时间、相位、和/或频率同步。特别是在基于数据包的通信系统里，时间和频率同步对于有效传输是异常关键的，其中时间同步确定所接收信号的符号边界，频率同步估计并补偿发射机和接收机之间的载波频偏(CFO)。在与发射机进行数字通信时，接收机可以运行解读一个接收信号，以便与发射机建立时间和频率同步。例如，当用户开启手机与基站进行通信时，手机接收机可以运行以与基站发射机同步其时间和频率。因此，接收机的同步功能通常都和接收信号相关联，因此，同步信息是从接收信号导出的。关于FSK和DPSK调制信号，已经有许多时间同步和频率同步技术。但是，这些技术有时并不适用于某些通信场景或某些通信系统构造。例如，现有的时间同步和频率同步技术经常与低复杂性电路设置、低功耗接收机设置、或采用短期训练序列的通信系统不兼容。此外，某些这类技术还不能提供高性能运行。一种频率同步的技术，如美国专利8,605,830和8,948,320(在此其通过引用结合入本专利技术)，使用傅里叶变换在频域里进行频率同步。但是，进行傅里叶变换有着很高的计算复杂度，导致需要使用相当大的电路芯片尺寸和相当高的能耗。因此，这种技术就不太适用于低功率配置(如蓝牙低功耗(BLE)系统)、相当有限资源的配置以及相当低复杂性的电路设置(如一些专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)电路实施)等。另一种技术如美国专利7,039,132(在此其通过引用结合入本专利技术)，使用一种时钟恢复算法(如早迟门算法early-lategatealgorithm)进行时间同步。但是，为了收敛算法，这种时钟恢复算法通常需要一个很长的训练序列。因此，该技术不太适用于采用短期训练序列的系统设置(如BLE系统)。还有一种技术如美国专利7,039,132(在此其通过引用结合入本专利技术)，使用一种联合的频率和时间同步技术。在此技术里，估计时间同步是基于频率同步的结果。因此，频率估计的残余将影响时间同步的结果。因此，这种技术在许多情况下效果并不理想，特别是在频率估计很差的情况下。
技术实现思路
本专利技术涉及有关非相干调制信号(如FSK调制信号)和/或差分相干调制信号(如DPSK调制信号)的基于训练序列或基于前导序列的同步系统和方法。例如，本专利技术实施例提供基于训练序列的方法，用于FSK系统(如BLE系统、Z-WAVE系统、CDMA系统、全球移动(GSM)通信系统、紧急警报系统等)和/或DPSK系统(如无线LAN系统、蓝牙系统、无线视频识别(RFID)系统、正交频分复用(OFDM)系统、ZIGBEE系统等)的时间和频率同步。在根据本专利技术实施例运行时，时间同步和频率同步是独立进行的，不需要使用一个同步运算的结果来进行另一个同步运算。因此，一个同步结果里的残余或误差不会被带入到另一个同步结果里。此外，在某些构造里可以并行或部分并行地实施时间和频率同步技术。本专利技术实施例使用一种用于消除有关接收信号的CFO效应的技术以进行时间同步。例如，实施例使用接收训练序列的二阶差分以消除CFO效应，进行时间同步。实施例运行时，对前述二阶差分提供的结果和从一个本地序列(如训练序列的本地实例)导出的结果进行互相关计算。例如，可以在二阶差分向量和本地序列向量之间进行互相关计算，从而估计符号边界。特别地，本专利技术实施例可以使用本地序列的符号向量，由此，互相关符号向量，以提供一个低复杂性的电路实施，却能提供高可靠性的符号边界估计。本专利技术实施例使用一种由有关接收信号的CFO引出的恒定偏置来估计CFO的技术，以进行频率同步。根据实施例，在接收信号的差分序列里由CFO引出的恒定偏置可以被用于频率同步。例如，根据本专利技术的一些实施例，在接收训练序列的一阶差分里由CFO所引出的恒定偏置被用于频率同步。另外，本专利技术实施例使用一种由CFO导致的相位旋转来估计CFO的技术，以进行频率同步。根据实施例，对重复一个时间间隔的信号来说，CFO导致的相位旋转可以被用于频率同步。例如，当训练序列是一个重复模式时，可以从两部分接收的重复信号之间的内积(innerproduct)来估计CFO。根据实施例，仅仅需要使用移位器和加法器，就可以实施前述时间和/或频率同步技术。这种实施特别适用于低功耗和低成本系统。尽管如此，本专利技术概念的实施能够提供高性能的同步。前述已经相当广泛地阐述了本专利技术的特征和技术优势，由此将更容易理解以下本专利技术的详细描述。本专利技术的其它特征和优势将在其后描述，一起构成本专利技术权利要求部分。应该注意到，本领域技术人员可以轻松地利用披露的概念和具体实施例作为一个基础，为达到本专利技术相同目的而修改或设计出其它结构。本领域技术人员也应该认识到，这种等同构造并不脱离权利要求内阐述的本专利技术精神和范围。被看作本专利技术特性的新颖性特征，无论是其组织还是运行方法，与其它目的和优势一起，通过以下的描述并结合附图，将会得到更好的理解。但是，需要强调的是，每个附图仅是用作描述和叙述，并不是意图限制本专利技术。【附图说明】为了更完整地理解本专利技术，请参考以下描述并结合附图，其中：图1显示本专利技术实施例的时间同步和/或频率同步系统。图2A和2B显示图1发射机实施例的详情。图3显示图1接收机实施例的详情。图4显示可以用于本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数据包通信的频率同步方法，包括：计算接收的训练序列信号的一阶差分，其中所述训练序列是非相干调制的或差分相干调制的；对所述接收训练序列信号的一阶差分进行加总求和；从所述接收训练序列信号一阶差分的加总和中，减去一个已知训练序列实例的加总和，其中所述已知训练序列实例是对应于所述接收训练序列的；根据上述减法结果，确定频率同步。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.07 US 15/063,0851.一种基于数据包通信的频率同步方法，包括：计算接收的训练序列信号的一阶差分，其中所述训练序列是非相干调制的或差分相干调制的；对所述接收训练序列信号的一阶差分进行加总求和；从所述接收训练序列信号一阶差分的加总和中，减去一个已知训练序列实例的加总和，其中所述已知训练序列实例是对应于所述接收训练序列的；根据上述减法结果，确定频率同步。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一阶差分的计算结果中包括由所述接收训练序列信号里载波频偏CFO引起的一个恒定偏置，其中减去已知训练序列实例的加总和，就得到了接收训练序列信号里恒定偏置的估计。3.根据权利要求2所述的方法，其中对所述接收训练序列信号的一阶差分进行加总求和，由下式计算：2πhTsΣk=NpNp+NM-1x~(k)+Σk=NpNp+NM-12πfΔTs+Σk=NpNp+NM-1w0(k)]]>其中已知训练序列实例的加总和，由下式计算：S0=2πhTsΣk=NpNp+NM-1x~(k)]]>其中C...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵少华，倪武学，罗碧强，李莉，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81