[发明专利]一种OFDM系统中定时估计和调整方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种OFDM定时估计和调整技术

背景技术

近些年来，以正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称“OFDM”)为代表的多载波传输技术受到了人们的广泛关注。OFDM主要思想是将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，随后调制到每个正交的子载波上进行传输。理想情况下，各正交子载波上的信号不会互干扰。每个子载波上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子载波上的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。由于OFDM技术频谱效率高、能较容易的对付多径传播引起的符号间干扰，因而在无线移动通信中得到了越来越多的应用，并且被普遍认为是未来4G的核心技术。

OFDM系统通过引入循环前缀(Cyclic Prefix，简称“CP”)来避免符号间干扰。CP就是将每个OFDM符号的最后一部分数据复制到该OFDM符号之前，使得多径时延在小于循环前缀的长度的前提下避免多径传播所造成的符号间干扰。

终端与基站通信的前提是获得与基站的同步，终端与基站的初始同步主要是通过小区搜索过程完成，完成初始同步后终端还要持续保持与基站的同步。由于终端的移动，信道条件的变化等等，终端与基站的同步关系可能随时发生变化，因此终端需要随时估计该同步关系并及时调整终端的定时，这样才不致于失步。

OFDM系统发送端首先将数据进行编码，然后进行数字调制，此后将数据流分段进行串并转换，对每段数据进行逆快速傅立叶变换(Inverse Fast FourierTransform，简称“IFFT”)，把频域信号变换为时域信号，接着进行并串转换，同时加上CP，然后通过发送模块发送到通信信道；在接收端则相反，首先通过接收模块接收时域信号，接着去CP、串并转换、通过快速傅立叶变换(Fast FourierTransform，简称“FFT”)将时域信号转换为频域信号、之后在频域进行并串转换、数字解调、解码等处理。

图1是OFDM频域信号的示意图。OFDM系统在时间上的基本单位是OFDM符号，在频率上的基本单位是子载波，时间和频率上的最小单位称为资源单元(Resource Element，简称“RE”)。图1中的RS表示参考信号(Reference Signal，简称“RS”)，主要是用于信道估计，一个RS占用一个RE。通常，在时域上RS可分为两列：第1参考信号和第2参考信号。第1参考信号位于每个时隙的第1个OFDM符号，第2参考信号位于每个时隙的倒数第3个OFDM符号；在频域上，通常情况下每6个子载波插入一个参考信号，如图1所示。

FFT模块对每一个OFDM符号分别进行处理。一个OFDM符号从频域上看主要包括直流子载波、有效子载波、虚子载波，如图2所示。中间的直流子载波主要是用于去除直流分量，不用来传输数据，两侧的有效子载波是用来传输数据的，两端的虚子载波主要是用来隔离带外干扰，也不进行传输数据。

现有技术常用的定时估计方法利用RS实现，一种方法是利用频域上相邻RS的相位差进行定时估计，这种方法的主要原理是利用时域上的定时偏差反映在频域上就是一定的相位旋转，但这种方法在多径衰落信道下很难准确估计出定时，主要是因为不同的多径延迟引起频域上不同相位旋转，叠加之后相位偏差信息不能再准确反映时域的定时偏差。

另一种方法是利用RS的频域信道估计，然后变换到时域，得到时域信道冲激响应，再找到时域信道冲激响应中功率最大的抽头，该抽头的位置即认为是终端定时的位置。而定时调整的方法一般是按照估计出的定时经过一定的平滑或者平均之后去控制接收机的接收定时。

由于RS只在有效子载波范围内存在，在虚子载波中不存在，而在变换到时域之前，必须得到整个带宽内的信道估计，目前常用的方法是近似或者插值的方法，即用有效带宽内的信道估计去近似虚子载波处的信道估计，或者是根据有效带宽内的信道估计利用插值的方法得到虚子载波处的信道估计。由于RS是等间隔分布的，因此在得到虚子载波处的信道估计时还是要按照RS的间隔去获取。

具体地说，上述频域信道定时估计和调整方法如图3所示。图3中所示数据缓存模块主要是用于缓存数据，而去CP和FFT模块是OFDM系统必备的模块，主要是用于去除循环前缀和进行快速傅里叶变换。下面主要介绍定时估计和定时调整。

定时估计方法：

步骤一、RS处信道估计：

目前常用的估计方法是最小二乘方法(Least Square，简称“LS”)，通过该方法获得有效子载波中各RS处的信道估计，即图4中的处的信道估计。