[发明专利]频偏估计和定时的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种频偏估计和定时的方法和装置。

背景技术

多载波技术是一种高速数据传输技术，其将高速的数据流分解为若干个低速的数据流，各个低速数据流在正交的子载波上并行传输，相比于单载波系统，多载波系统具有更高的频率效率。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称为OFDM)是一种典型的多载波系统，其引入了循环前缀(Cyclic Prefix，简称为CP)，能够有效地克服多径衰落引起的码间串扰。OFDM是长期演进(Long Term Evolution，简称为LTE)系统以及第四代移动通信系统的核心技术，并被多个工业标准所采用。

定时和频偏估计是影响OFDM系统性能的一个重要因素，定时是指确定多载波帧或者多载波符号块的起始位置，以便进行反快速傅立叶变换(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)操作。由于接收机和发射机晶振频率的差异所产生的载波频偏，将破坏子载波之间的正交性，将会产生严重的子载波间干扰，降低系统的性能。所以在IFFT操作之前，必须进行定时和频偏估计和补偿。

常用的OFDM系统定时和频偏估计的方法有基于接收信号重复结构的自相关方法和基于训练序列的互相关方法。典型的基于接收信号重复结构的自相关方法是基于CP的定时和频偏联合估计。该方法在高斯信道下具有比较好的定时性能。因为该方法采用的自相关峰值不够尖锐，在多径信道下，定时性能明显下降。基于CP的频偏估计方法的估计范围较小，仅限于半个子载波间隔。在零频偏下，基于训练序列的互相关方法具有较好的定时性能，能够产生尖锐的相关峰，但在非零频偏下，相关峰受到频偏的影响以及所采用训练序列相关性的影响。零相关(Zero Correlation，简称为ZC)序列是一种常用的训练序列。在零频偏下，该序列具有良好的自相关性能。但是在存在大频偏乃至整数倍频偏时，ZC序列的相关性严重下降，会产生很多较大的旁瓣，采用通常方法无法进行定时和频偏估计。

具体地，LTE系统是第三代(3G)通信系统的演进，是第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project，3GPP)于2004年提出的3.9G的全球无线移动通信标准。LTE能够改进并增强3G系统的空中接口技术，采用OFDM和多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，简称为MIMO)作为其无线网络演进的唯一标准。LTE系统能够在20MHz的系统带宽下提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率。同时，LTE系统还能够改善小区边缘用户的性能，提高小区容量，并且还能够降低系统延迟。

LTE系统下行采用正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)接入方式，较之单载波系统具有更高的频带利用率，而且可以通过串并转换大大延长了每个符号的时间，能够有效的对抗移动无线通信中多径时延所造成的频率选择性衰落；但是相对增加的符号周期也造成LTE系统对于载波偏移比单载波系统更加敏感，使LTE系统性能严重下降。

造成载波频率偏移(本文中将频率偏移简称为频偏)的原因主要是发射机和接收机晶振的不稳定性以及终端高速移动引起的多普勒频移。当收发信号间存在频偏时，很容易造成各子载波之间的干扰，影响数据的正确解调，导致误码率的增加；当存在整数倍频偏时，虽然没有子载波间的干扰，但由于子载波的整数倍偏移，使得解调出来的数据和发送的数据之间失去相关性，造成系统误码率增加(多数情况下误码率会达到50％)，不能满足通信的基本要求。

LTE中现有的频偏估计及定时方法主要有以下两种：

(方法1)采用主同步信号(Primary Synchronization Signal，简称为PSS)进行频偏估计及定时。对于该方式，LTE的主同步信号采用根指数为25、29、34的3个候选ZC序列中的一个来表示。这种ZC序列在零频偏下具有优良的相关性能，能够达到较高的频偏估计和定时精度；但当存在频率偏差时，特别是存在大的频偏甚至是整数倍频偏时，ZC序列的相关性会明显降低，会产生较多大的旁瓣，无法有效解决频偏。