[发明专利]用于对通信系统中的残留频率误差进行估计的方法和设备

说明书

技术领域

本发明总体上涉及数字通信系统领域，更具体地，涉及用于对通信系统中的残留频率误差进行估计的方法和设备。

背景技术

多载波数字和/或模拟通信系统(例如，有线、无线或光系统)的一个主要缺点是其对频率以及抽样频率同步误差的敏感性。发射机和接收机之间的频率偏移或频率失配通常导致在接收信号被解调之前的频率偏移。在例如正交频分复用(OFDM)系统中，频率失配增加了载波间干扰(ICI)，并且此外，针对每个接收到的符号引入了恒定的相位旋转。这样的损伤导致接收机性能的退化。在Pollet等题为“TheBER Performance of OFDM System using Non-Synchronised Sampling”(IEEE Global Telecommunication Conference 1994，pp253-257)的公布中，示出了针对64QAM(正交幅度调制)中可忽略的0.5dB损耗，可以容忍相对于OFDM符号中的子载波间距的1％的频率失配，而QPSK(正交相移键控)调制可以容忍最多5％的误差，并且就此而言，要求跟踪抽样频率偏移。频率偏移还导致接收机处的DC(直流)偏移和时间同步器算法的性能退化。此外，特别在将多个信号或多个符号合并在一起以产生信道估计的系统中，经历了对经由其接收信号的信道的估计的退化，这样的系统例如空时分组码(STBC)、空分复用(SDM)和多输入多输出(MIMO)系统。

如较早提到的，多载波系统还对发射机和接收机之间的抽样频率误差或失配敏感。在例如OFDM系统中，发射机和接收机之间的抽样频率失配可导致子载波之间的正交性损失，这导致ICI增加。此外，引入了增加的相位旋转，当子载波频率增加时，相位旋转成正比例地增加(即，外侧的子载波比内侧的子载波更受影响)，以及同样地当接收到连续的OFDM符号时，相位旋转成正比例地增加。损伤继续增加，直到接收机不再能对接收信号进行正确解码，并且就此而言，要求跟踪抽样频率偏移。在Heiskala&Terry的题为“OFDM Wireless LANS：theoretical andpractical guide”(Chapter 2，SAMS，December 2001)的公布中，已经示出了针对很长的OFDM分组，抽样频率失配可以将最佳时间同步点提前或延后整数抽样周期或更多时间。

可以通过在以上提到的公布中所建议的已存在的同步算法来估计发射机和接收机之间的频率失配和抽样频率失配。作为示例，可以基于嵌入到发射信号中的已知训练信息(例如，前同步序列码和导频子载波)或者基于对接收信号的分析或基于接收信号的固有特征(例如，在接收到OFDM信号的情况下，循环前缀)，来估计频率失配。

然而，在实际的实现中，因为发射机和接收机之间的噪声和模拟损伤分量对估计算法的影响，所估计的频率偏移通常不等于实际的频率误差。因此，存在被定义为估计频率误差和实际频率误差之差的残留频率误差。残留频率误差的存在将在接收机的信噪比的减小和星座图的旋转方面影响到系统性能。星座图旋转根据以下的近似与残留频率误差相关：每符号星座图旋转≈360×f_residual×T_s(度)，其中，T_s是例如OFDM符号的周期。诸如64QAM的高阶调制对星座图的选择特别敏感，因为子载波星座图以被旋转到判决边界而结束，从而正确的解调变得更加困难。残留频率误差对于具有较长分组长度的低阶调制也可以是显著的。长的分组长度允许星座图随时间渐进地旋转，直到子载波星座图最终旋转跨过判决边界，这使得正确解调更困难。