[发明专利]用于OFDM系统接收机的时间频率同步装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及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，本发明涉及一种用于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。

背景技术

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，即， 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)。 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UL0，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)。对于移动台接收机来说，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(t)，其样点k处 的绝对相关值为：