[发明专利]在TDD无线OFDM通信系统中的自动频率偏移补偿

说明书

相关申请的参考

本申请涉及授权于2005年9月6日题为“COMMUNICATION SYSTEMUSING OFDM FOR ONE DIRECTION AND DSSS FOR ANOTHER DIRECTION”的U.S.专利号6,940,827，代理人档案号68144-P018US-10502104，所述申请通过引用结合在本文中。

发明背景

本发明总体上涉及数字数据发送，且更具体地说涉及根据所接收的TDD/OFDM子载波的频率偏移，用于提供补偿的经改善的方法和装置。

技术领域

时分双工(TDD)将时分多路存取(TDMA)原理应用到两路通信中，其中将时间域分割成分离的重复性的时隙，用于转发和返回信号。在其中上行链路和下行链路数据速率是可变的情况下，时分双工具有极强的优点。当上行链路数据量增加时，可以分配更多的带宽(即更多的时间)且当上行链路数据缩减时，在另一方向上可以使用附加的时间。另一优点是在固定或缓慢的移动系统情况下，上行链路和下行链路的无线电波路径有可能非常类似。这意味着TDD系统的干扰抑制技术如空间分集和束形成运行良好。

正交频分复用(OFDM)是基于频分复用(FDM)思想的用于发送的复合调制技术，其中利用更简单的调制对每个频率子信道加以调制。单发送器在许多(典型地几十到数千)不同的正交频率(即相对于频率之间的相对相位关系独立的频率)上发送。OFDM调制和解调典型地利用采用快速傅立叶变换(FFT)的数字滤波器库加以实施。

这个正交性理论上消除了子信道之间的所有干扰。当在被称为信道编码的调制之前利用一些前向纠错(FEC)方案对数据进行编码时，出现若干额外有用的益处，具体地是多路径阻抗。此外，通过在N个子载波之间扩展所发送的信息位，每个位的持续时间可增长到N倍，并且时序限制和多路径敏感度得到极大放松。然而，常规的OFDM遭受信道中的时间变化的困扰。可以将这些时间变化视为载波频率偏移。这是由于这样的事实，即OFDM子载波在频率上相隔紧密并且不完美的频率同步导致严重损害性能的子载波正交度损失。

TDD/OFDM调制结合了两种发送技术的优点。然而，特别地在涉及与同一固定基站通信的多个移动用户的应用时，应该理解到：维持来自多个移动发送器的发送之间准确的频率同步并不是简单的事情，因此没有必要在两个方向上使用相同的调制技术。正如在这个文件中所使用的那样，TDD/OFDM仅涉及双工通信系统，其中将OFDM用在至少一个方向上，并且其中仅在一些可用的时隙中发送突发(burst)数据且在其它时隙将其接收。

因而，在TDD/OFDM无线通信中，特别地在具有弱的发送的严峻的移动环境中，以所要求的精确度在接收器处获取并维持所要求的频率同步(或者等价地，对相应的发送和接收时钟之间的任何感知的频率偏移进行补偿)，则引起若干技术难题，其典型地导致不仅高的处理负荷，而且导致在每个发送突发的起始处有用通信带宽的损失。此外，若没有快速、准确和可靠的频率同步，则实际上OFDM的潜在调制效率是不可获得的。结果是，不引入附加的处理延迟和较慢的汇聚，常规的TDD/OFDM解决方案并不能够适应于在至少一些移动环境中可以期待的宽范围的频率偏差以及信号干扰比(SINR)变化，因此严重地损害系统的效率和通信总处理能力。

发明内容

通过使用在许多频率上分布的数据来校正无线通信系统中的发送时钟上的偏移。在时域中，该系统使用就发送时钟信号而言以已知间隔发送的同一信号的不同的拷贝。在所接收信号之间的时序变化产生初始估算，然后将其用在闭环跟踪设置中以产生并且补偿由例如抖动、多普勒效应或温度漂移所导致的不可预测的速率变化。然后可以利用一个信道的频率偏移来计算其它信道的偏移。

根据本发明的一个方面，对于在OFDM接收器处的每个传入TDD突发，通过两个阶段的过程完成对频率偏移的快速且准确的补偿：(1)采集阶段，其中通过偏移了已知整数个符号的同一区别性符号模式(distinctivepattern)的接连采样的拷贝进行时域相关，初始地确定粗偏移，以及(2)随后的跟踪阶段，其确定在那个同一突发内的示范导频信号的细频率偏移。