本发明专利技术提供一种用于ＯＦＤＭ系统接收机的时间频率同步装置和方法。该时间频率同步装置包括帧同步控制器、频偏补偿控制器以及同步估计有效计数器。在同步估计有效计数器的计数值为０时，帧同步控制器确定对接收信号进行帧同步。在同步估计有效计数器的计数值为１时，帧同步控制器确定不对下一帧接收信号进行帧同步，并且频偏补偿控制器确定仅基于针对当前帧接收信号估计出的分数倍频偏对下一帧接收信号进行频率补偿。在同步估计有效计数器的计数值为２时，触发时间同步，并且频偏补偿控制器确定基于针对当前帧接收信号估计出的分数倍频偏和整数倍频偏一起对下一帧接收信号进行频率补偿，以实现频率同步。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及OFDM通信系统的接收机与基站之间的时间和频率同 步。更具体地说，本专利技术涉及一种用于OFDM系统接收机的时间频率同 步装置和方法，该时间频率同步装置和方法可以快速可靠地捕获物理层 的同步，避免了频偏补偿对时间同步的影响。
技术介绍
在支持移动的OFDM无线通信系统中，获得同步的速度和可靠性对 移动台初始网络接入以及切换过程的有效实现具有重要意义。移动台要 实现与基站间的有效通信，首先需要捕获基站信号的载频和时钟，艮P， 获得物理层同步，在此基础上才能建立上层的连接，从而最终实现上下 行的有效数据传输。在OFDM系统中，每帧的开始一般都包含一个共同的训练符号，也 被称为前导符号(Preamble)。前导符号的引入很大程度上是为了便于同 步的实现。传统的时间同步包括帧定时和符号定时。基于前导符号的帧定时是 利用相邻的两帧进行帧间相关，把对应于相关值最大值的时间作为帧定 时位置。为了进一步提高同步精度，还可以利用基于循环前缀的相关方 法做细定时，这也被称作符号定时。另一方面，移动台的接收机晶振通常与基站的载波频率存在一定偏 差，需要通过频偏估计和补偿电路进行校正。频偏的补偿方式可以分为 前馈型和反馈型两种。前馈补偿法利用估计到的频偏对接收到的信号通 过相位旋转进行补偿；反馈补偿法通过压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator, VCO)或数控振荡器(Numerical Controlled Oscillator, NCO)利用 估计到的频偏来进行自动频率控制(Automatic Frequency Control, AFC)。4比较而言，前馈补偿法需要对每个接收样点进行复数乘法，复杂度较高。 而反馈补偿法只需根据频偏估计值以一定周期调整一次接收机载频或时 钟即可，比如每帧调节一次。受衰落信道影响，如何判断同步成功与否是一个重要问题。只靠一 帧的检测结果就宣布物理层的同步往往是不可靠的，通常采用连续多次 的判决来宣布同步成功。这样就存在着如何协调频率频偏和时间同步之间的关系的问题，特别是对于采用AFC的OFDM接收机而言。在一次同 步判决后需要对时钟进行调整以利于提高接续判决的可靠性。但是，对 于时钟调整前后的连续两帧，帧间存在着频率偏差。这种频率偏差会导 致帧间相关系数上带有时变的相位旋转，进而影响正确相关峰值的检出， 从而导致获得正确同步的时间增加。另一方面，对于分数倍频偏估计， 1/2载波频偏所引起的相位模糊是一个需要克服的问题。克服的方法通常 采用的是两次反馈调节AFC，这样的过程同样会影响时间同步的进程。 因此需要提供一种同步装置和方法来解决接收机频率调整和时间同步之 间的矛盾。下面以TDD-OFDM系统为例来详细说明这个问题。图1示出了一个典型的时分双工模式(Time Division Duplex, TDD)系 统的帧结构图，图中包括了由前导符号和下行符号DL0， DL1，......，DLm所构成的下行子帧和由ULO， UL1， ......， ULn构成的上行子帧，以及上下行转换时隙TTG (Transmit Receive Transition Gap)和RTG (Receive Transmit Transition Gap)。对于移动台接收t几来说，通常利用前 导符号来获得时间同步和符号同步。图2示出了传统的时间频率同步装置的结构框图。该时间频率同步 装置包括频率调节单元201、帧同步单元202、符号同步单元203、 FCFO (分数倍频偏)估计单元204、 FFT单元205、 ICFO (整数倍频偏)估计 单元206、前导符号检测单元207、门限判决单元208。帧同步单元202通常利用连续两帧信号来基于前导符号进行相关运 算。以一种归一化相关法为例进行说明。对于接收信号r(O，其样点A处 的绝对相关值为<formula>formula see original document page 6</formula>其中0<&^^—6， A和n均为表示样点序号的自然数，iV，为一个 OFDM符号所含的样点数， ,_为一帧内所含样点数。 相对应的联合平均功率为<formula>formula see original document page 6</formula>利用尸2(*)做为归一化因子，可求得归一化相关值<formula>formula see original document page 6</formula> 把s(Q的最大值所对应的时刻作为帧定时^ :<formula>formula see original document page 6</formula>基于帧同步单元202获得的帧定时，在符号同步单元203中基于循 环前缀(Cyclic prefix, CP)进行相关运算，以获得更为精细的定时，即 符号定时^，相关过程如式(5)所示<formula>formula see original document page 6</formula>其中<formula>formula see original document page 6</formula> M可取l到6中的一个值，即可以利用一个或多个符号的CP相关。将幅值最大的p，(;t)所对应的定时位置作为输出的符号定时<formula>formula see original document page 6</formula>在OFDM系统中，基站与移动台的载波频率偏移一般以子载波带宽作为归一化因子。归一化后小于1的频偏称为分数倍频偏，而归一化后为整数的频偏称为整数倍频偏。在FCFO估计单元204中利用i^(的相角可以得到FCFO的估计值，即<formula>formula see original document page 6</formula>这里&以A/为单位，A/为子载波带宽。 根据r，可以确定FFT窗的位置。在FFT单元205，通过FFT变换将信号到频域。此后，在ICFO估计单元206，利用前导符号或导频(Pilot)检测出整数倍频偏。这在现有技术中己有充分的描述，在此不做具体说明。在前导符号检测单元207中，可以利用接收信号与已知码字序列做 相关分析，来检测出相邻基站所发送的前导符号码和相应接收信号的强 度。在门限判决单元208中，根据前导符号检测单元207计算出的相关 值的峰均比与预设门限的比较来判定本次定时和频偏估计是否有效，即 判断及WOA ^ 5鹏 (8 )^皿为针对一前导符号码的相关值，^，为相关值均值。为预设门限。若式(8)成立，则认为此次同步过程有效，用记号OK表示这一 事件的发生。在下一帧到来之前，可以通过频率调节单元201利用估计 出来的FCFO和ICFO对频偏进行补偿，即i CFO() = WCFO( -1) - FCFO() - /CFO() ( 9 )这里为帧周期序号，AC,O表示残留频偏。这样，在下一帧到来本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在ＯＦＤＭ系统的移动台的接收机中使用的时间频率同步装置，该时间频率同步装置在所述移动台初始接入网络或进行切换时实现所述移动台与对应基站之间的时间和频率同步， 其特征在于，所述时间频率同步装置包括： 帧同步控制器，其确定是否对 接收信号进行帧同步； 频偏补偿控制器，其确定如何对接收信号进行频偏补偿；以及 同步估计有效计数器，其对确定接收信号的同步估计是否有效进行计数， 其中，所述同步估计有效计数器的初始值被设为０，若所述同步估计被判定为有效，则使 所述同步估计有效计数器的计数值递增１，否则，将所述同步估计有效计数器的计数值重置为０， 其中，在所述同步估计有效计数器的计数值为初始值０时，所述帧同步控制器确定对接收信号进行帧同步， 在所述同步估计有效计数器的计数值为１时，所述 帧同步控制器确定不对下一帧接收信号进行帧同步，并且所述频偏补偿控制器确定仅基于针对当前帧接收信号估计出的分数倍频偏对下一帧接收信号进行频率补偿，并且 在所述同步估计有效计数器的计数值为２时，触发时间同步，并且所述频偏补偿控制器确定基于 针对当前帧接收信号估计出的分数倍频偏和整数倍频偏一起对下一帧接收信号进行频率补偿，以实现频率同步。...
【技术特征摘要】
1、一种在OFDM系统的移动台的接收机中使用的时间频率同步装置，该时间频率同步装置在所述移动台初始接入网络或进行切换时实现所述移动台与对应基站之间的时间和频率同步，其特征在于，所述时间频率同步装置包括帧同步控制器，其确定是否对接收信号进行帧同步；频偏补偿控制器，其确定如何对接收信号进行频偏补偿；以及同步估计有效计数器，其对确定接收信号的同步估计是否有效进行计数，其中，所述同步估计有效计数器的初始值被设为0，若所述同步估计被判定为有效，则使所述同步估计有效计数器的计数值递增1，否则，将所述同步估计有效计数器的计数值重置为0，其中，在所述同步估计有效计数器的计数值为初始值0时，所述帧同步控制器确定对接收信号进行帧同步，在所述同步估计有效计数器的计数值为1时，所述帧同步控制器确定不对下一帧接收信号进行帧同步，并且所述频偏补偿控制器确定仅基于针对当前帧接收信号估计出的分数倍频偏对下一帧接收信号进行频率补偿，并且在所述同步估计有效计数器的计数值为2时，触发时间同步，并且所述频偏补偿控制器确定基于针对当前帧接收信号估计出的分数倍频偏和整数倍频偏一起对下一帧接收信号进行频率补偿，以实现频率同步。2、 如权利要求1所述的时间频率同步装置，其中，通过对前一帧接 收信号与当前帧接收信号进行相关运算，来进行所述帧同步。3、 如权利要求1所述的时间频率同步装置，其中，通过对所述接收 机中存储的多个前导符号与所述接收信号进行相关运算，从而计算出多 个相关值，并判断所述多个相关值中的每一个与所述多个相关值的平均 值之间的比值是否大于或等于预定门限值，若所述比值大于或等于...
【专利技术属性】
技术研发人员：王昕，王昊，田军，近藤泰二，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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