[发明专利]频率偏移的估测与补偿方法及基频处理模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线通信系统的频率偏移的估测的技术，特别涉及一种 频率偏移的估测与补偿的技术。

背景技术

在通信技术不断进步的时代里，能够在有限的频带之下，承载越来越多 的数据位，已经变成不可避免的趋势。为了更有效的利用频谱(Spectral)， 目前已发展出利用多载波的通信技术，例如频分复用(Frequency Division Multiplexing，简称FDM)与正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，以下简称OFDM)等等。以OFDM技术为例，其主要是将有限的 频带分为多个子通道(Sub-channel)，并运用多个子载波(Sub-carrier)并行 传输，而每个子载波之间维持正交性(Orthogonality)，其中，每个子载波通 过不同的调制，使得上述子载波可分别乘载不同的数据位量。

OFDM技术具有高速率传输的能力与对抗多重路径效应的特性，因此OFDM 已成为无线传输中重要的技术之一。目前制订的全球互通微波存取 (Worldwide Interoperability for Microwave Access，以下简称WiMAX) 便是以OFDM技术为系统结构，采用电机电子工程师学会(Institute of Electrical and Electronics Engineers，以下简称IEEE)802.16、 802.16a...802.16d与802.16e标准作为基础。此外，IEEE802.16d与802.16e 更以OFDM为基础发展出支持多用户使用的正交频分复用存取(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，以下简称OFDMA)系统结构。

目前OFDM与OFDMA技术已被广泛地应用在通信领域。在OFDM系统中， 传送端必须将信号分区块并经过反向快速傅立叶转换(Inverse Fast Fourier Transform，以下简称IFFT)转成时域的传输信号，接收端再用快速傅立叶转 换(Fast Fourier Transform，以下简称FFT)将时域信号转换成频域信号。因 此信号同步(Synchronization)便成为OFDM系统首要面临的问题。换言之， 若没有进行同步则会影响IFFT/FFT的运作，使得多载波之间的正交性会遭 到破坏，造成载波之间的干扰(Inter Carrier Interference，简称ICI)。 其次，由于传送端与接收端震荡器的频率偏移及接收端移动所造成多卜勒 (Doppler)效应会造成载波之间正交性被破坏，使得干扰增加，因此使用 OFDM，接收端则需要进行载波频率偏移(Carrier Frequency Offset，简称 CFO)估计(Estimation)和补偿。

图1A是现有的一种在分时双工正交频分复用存取的时域报头结构的示 意图。图1B是依照现有图1A的报头的波形示意图。请同时参照图1A与图 1B，IEEE802.16e下行线路(Downlink)系统中采用具有三个近似周期(近 似周期101、103与105)的报头(Preamble)10，其中，报头10作为频率同 步用。

其中，由于离散傅立叶转换大小(Size)为2的幂次方，无法被奇数整 除。因此使得近似周期101、103与105缺乏理想的周期性。换言之，近似周 期101、103与105在理想状况下是一模一样的，例如图1B中的理想波形。 但在实际情况下却可能会因为取样频率交错...等问题，使得近似周期101、 103与105具有严重的误差，例如图1B中的实际取样波形。若使用周期性严 重失真的报头10来做频率估计的方法，其性能也许会相当地差。

为了改善报头10的近似周期性，以增加取样(Sampling)频率来改善报 头10的近似周期性技术被提出。例如，图1C是现有采用增加取样频率的报 头波形示意图。请同时参照图1B与图1C，图1C实际取样波形的取样频率为 图1B的两倍。从图1C中可看出虽然增加了报头10的取样频率，但近似周期 101、103与105仍具有相当严重的误差。当取样频率趋近于无限大，可完全 改善报头10的近似周期性。然而却可能付出相当大的硬件成本，在实际应用 上也有相当地困难性。因此，若能以较简单的方式重建报头10的近似周期性， 不但可节省成本，更可提升估测载波频率偏移的精准度，以进行精确的补偿。

发明内容