技术领域
[0001] 本
发明涉及电信系统的无线电接收机中的
频率偏移校正。
背景技术
[0002] 在移动电信系统中，在从无线电发射机发射到无线电接收机的
信号中总是存在频率偏移。该频率偏移可能是由发射机和接收机的
振荡器之间的频率差引起的，但在移动环境中引入该信号的多普勒位移(Doppler shift)却是频率偏移的主要原因。多普勒位移是由于移动终端的移动而导致移动终端与基站之间的距离变化所引起的。
[0003] 频率偏移通常向接收机的基带部分
泄漏，从而在所接收到的基带信号中引起
相位旋转，即频率误差。必须补偿该相位旋转，以便确保所接收到的数据的可靠检测。首先，估计被引入接收信号的频率误差，并且此后，通过利用所估计的相位旋转值(其用于将接收信号的相位旋转到相反方向上)来对接收信号进行加权，从而补偿在所接收到的基带信号中的相位旋转。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种对接收机中的基带频率误差校正进行改进的解决方案。
[0005] 根据本发明的一方面，提供了一种方法，其包括：接收在多个频带上包括多个数据信号的频分多址信号；在频域中分离所述多个数据信号；对包括在所分离的数据信号中的数据序列进行均衡；对所分离的数据信号进行频率偏移误差估计，从而获得所估计的频率偏移校正因子；以及通过利用所估计的频率偏移校正因子来对所均衡的数据序列的样本进行加权，在时域中根据所均衡的数据序列来校正所估计的频率偏移误差。
[0006] 根据本发明的另一方面，提供了一种设备，其包括
接口，所述接口被配置以便：接收在多个频带上包括多个数据信号的频分多址信号。所述设备进一步包括处理单元，所述处理单元被配置以便：在频域中分离所述多个数据信号；对包括在所分离的数据信号中的数据序列进行均衡；对所分离的信号进行频率偏移误差估计，从而获得所估计的频率偏移校正因子；以及通过利用所估计的频率偏移校正因子来对所均衡的数据序列的样本进行加权，在时域中根据所均衡的数据序列来校正所估计的频率偏移误差。
[0007] 根据本发明的另一方面，提供了一种设备，其包括：用于接收在多个频带上包括多个数据信号的频分多址信号的装置；用于在频域中分离所述多个数据信号的装置；用于对包括在所分离的数据信号中的数据序列进行均衡的装置；用于对所分离的信号进行频率偏移误差估计的装置，从而获得所估计的频率偏移校正因子；以及用于通过利用所估计的频率偏移校正因子来对所均衡的数据序列的样本进行加权，在时域中根据所均衡的数据序列来校正所估计的频率偏移误差的装置。
[0008] 根据本发明的另一方面，提供了一种对用于执行频率误差校正的计算机过程的
计算机程序指令进行编码的计算机程序产品。所述过程包括：接收在多个频带上包括多个数据信号的频分多址信号；在频域中分离所述多个数据信号；对包括在所分离的数据信号中的数据序列进行均衡；对所分离的信号进行频率偏移误差估计，从而获得所估计的频率偏移校正因子；以及通过利用所估计的频率偏移校正因子来对所均衡的数据序列的样本进行加权，在时域中根据所均衡的数据序列来校正所估计的频率偏移误差。
[0009] 根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读并且对用于执行频率误差校正的计算机过程的计算机程序指令进行编码的计算机程序分发介质。所述过程包括：接收在多个频带上包括多个数据信号的频分多址信号；在频域中分离所述多个数据信号；对包括在所分离的数据信号中的数据序列进行均衡；对所分离的信号进行频率偏移误差估计，从而获得所估计的频率偏移校正因子；以及通过利用所估计的频率偏移校正因子来对所均衡的数据序列的样本进行加权，在时域中根据所均衡的数据序列来校正所估计的频率偏移误差。
附图说明
[0010] 下面将参照
实施例和附图更详细地描述本发明，在附图中：
[0011] 图1图示了可以在其中实现本发明的实施例的电信系统的
框图；
[0012] 图2图示了根据本发明的实施例的接收机的功能框图；
[0013] 图3A图示了在分集接收情况下根据本发明的一实施例的频率误差校正；
[0014] 图3B图示了在分集接收情况下根据本发明的另一实施例的频率误差校正；以及[0015] 图4是图示了根据本发明的实施例用于校正来自接收信号的频率的过程的
流程图。
具体实施方式
[0016] 参照图1，考察可以在其中应用本发明的实施例的接收机110和移动电信系统的例子。接收机110可以是诸如移动电信系统的基站这样的无线电接收机，但是本发明的实施例还可以应用其它接收机。移动电信系统可以是由第三代合作伙伴项目进行标准化的UMTS(通用移动电信系统)的长期演进。移动电信系统可以利用用于下行链路通信的
正交频分多址(OFDMA)和用于上行链路通信的单载波频分多址(SC-FDMA)。
[0017] 相应地，基站110被配置以便支持以上列出的通信方案，但是基站110可以被配置以便还支持其它通信方案。基站110包括第一
通信接口112，用于向一个或多个移动订户单元100、102提供空中接口连接。第一通信接口112可以包括多个天线以使得能够进行无线
电信号的分集接收。第一通信接口112可以实现发射和接收无线电信号所必需的模拟操作。这样的操作可以包括模拟滤波、放大、上变频/下变频，以及A/D(模数)或D/A(数模)转换。
[0018] 基站110可以进一步包括第二通信接口114，用于向移动电信系统的网络118提供有线连接。移动电信系统的网络118可以提供针对诸如因特网和公共交换电话网(PSTN)的其它网络和/或其它移动电信系统的连接。
[0019] 基站110进一步包括用于控制基站110的功能的处理单元116。处理单元116处理与基站110所服务的移动订户单元100、102的无线电连接的建立、操作和终止。处理单元116还可以对所接收到的无线电信号进行
信号处理操作。处理单元116可以通过具有嵌入到计算机可读介质中的适当
软件的
数字信号处理器来实现，或者通过分离的逻辑
电路来实现，例如，利用ASIC(
专用集成电路)。
[0020] 现在让我们集中于下面参照图2所描述的本发明的实施例。图2图示了根据本发明的实施例在基站110中执行的基带操作的框图。由基站所接收到的无线电信号是包括从多个移动终端100、102所发射的信号的SC-FDMA信号。相应地，每个移动终端被分派有用于发射单载波信号的频带。可以向给定移动终端分配多个频带，以便向移动终端提供更高的
数据速率，在该情况下，移动终端发射多个单载波信号。
[0021] 由于所接收到的无线电信号包括从不同的源发射并且通过不同无线电环境的多个信号，因此，基站110可以分离这些信号并且单独处理它们，尽管也可以应用集中式多用户接收方案。由于根据FDMA方案在不同的频带上发射信号，因此在频域中最方便分离这些信号。为此目的，在FFT单元202中通过快速
傅立叶变换(FFT)将所接收到的无线电信号转换到频域中。在FFT之前，可以从所接收到的信号中分离导频序列信号和数据序列信号。每个移动终端可以重复地发射导频序列以促进均衡、同步和其它接收操作，以及发射包括有效
载荷数据的数据序列。通常在无线电
帧的给定部分中发射导频序列和数据序列，并且因而，接收机能够分离它们。
[0022] 代替FFT，可以根据所接收到的信号来计算
离散傅立叶变换(DFT)。FFT单元202将数据序列信号的时域样本转换成频域样本。如果需要，还可以将导频序列信号转换到频域中。
[0023] 在转换到频域中之后，将频域样本应用到信号分离单元204，其分离在不同频带上的信号。根据在每个所接收到的单载波信号的发射中使用的频带，信号分离单元204选择用于不同输出分支的数据序列信号和导频序列信号的频域样本。所接收到的单载波信号的带被定义在通信协议中，并且因此被信号分离单元204预先得知。相应地，信号分离单元204将每个单载波信号的频域样本输出到用于进行分离处理的不同输出中。在图2的例子中，考虑了两种不同的单载波信号，但是，在实践中，信号的数目取决于活动用户的数目、带宽容量等。将从第一发射机发射的第一数据序列和第一导频序列的频域样本输出到第一均衡器206，并且将从第二发射机发射的第二数据序列和第二导频序列的频域样本输出到第二均衡器207。
[0024] 第一均衡器206根据第一导频序列来估计无线电信道响应，根据所估计的信道响应来计算均衡权重，并且对第一数据序列进行均衡。类似地，第二均衡器207根据第二导频序列来估计无线电信道响应，根据所估计的信道响应来计算均衡权重，并且对第二数据序列进行均衡。均衡器206和207可以通过从所接收到的导频序列进行最小化均方误差(MSE)来实现信道估计。在信道估计之前，可以将对应的所接收到的导频序列的功率归一
化成一。MSE准则已经被证明关于性能和复杂性而言是对信道估计相当优化的解决方案。可以基于MSE准则，利用
现有技术的信道估计
算法来估计信道响应。通过将对应的数据序列的频域样本与所计算的均衡权重相乘，可以在频域中实现均衡。均衡器206和207可以是频域均衡器，其从时域或频域导频序列来估计信道响应，并且通过利用频域均衡权重来对各个数据序列的频域样本进行加权，从而在频域中实现均衡。均衡权重通常是频域信道响应估计的复共轭。
[0025] 第一和第二导频序列还被分别馈送到第一和第二频率误差估计单元214和215。频率误差估计单元214和215可以根据现有技术的频率误差估计算法，从所接收到的导频序列来估计频率误差。可选地，频率误差估计单元214和215可以盲估计频率误差，即根据数据序列进行估计。频率误差估计单元214和215可以将频率误差估计或频率误差校正因子输出到相应的频率误差校正单元210和211。
[0026] 分别在逆FFT(IFFT)单元208和209中将第一和第二均衡数据序列变换回时域。然后，频率误差校正单元210和211可以在时域中分别根据第一和第二均衡数据序列来校正频率误差。通过利用从频率误差估计单元214或215所接收到的频率误差校正因子(相位旋转值)来对所接收到的数据序列的样本进行加权，可以实现频率误差校正，从而针对数据序列使频率误差所引起的相位旋转无效。加权可以是乘法操作，其中，数据序列的每个样本与相位旋转值相乘，以便补偿在无线电信道中引入的频率误差。在频率误差校正单元
210和211从频率误差估计单元214和215接收到频率误差估计的情况下，通过计算所接收到的频率误差估计的复共轭，频率误差校正单元210和211可以根据所接收到的频率误差估计来计算频率误差校正因子。
[0027] 然后，将频率误差校正后的数据序列馈送到相应的解调和检测单元212和213，它们每个都解调所接收到的数据序列并做出符号判决。符号判决可以被输出到符号解映射器、
解码器或处理所检测到的符号的另一单元，但是符号判决还可以被应用到频率误差估计单元，以使得能够以判决引导模式(decision-directed mode)进行频率误差校正。在判决引导模式中，当计算当前的频率误差校正因子时，使用先前的符号判决。在假设所做出的符号判决是正确的情况下，判决引导模式改进了频率误差校正过程的精确度。
[0028] 现在让我们稍微详细地描述均衡和频率误差校正过程。让我们首先假设按照根据下面的线性模型的向量形式来表示所接收到的导频序列：
[0029] y＝Hx+w， (1)
[0030] 其中，H表示无线电信道卷积矩阵，x表示按照向量形式的所发射的数据序列，并且w表示噪声向量。信道卷积矩阵可以具有下面的结构：
[0031]
[0032] 其中，元素h(1)、h(2)等表示一起形成信道脉冲响应的信道系数。信道矩阵H的循环特性从等式(2)中显而易见。相应地，第一信道系数h(1)保持在信道矩阵H的对
角线上，并且其它系数位于h(1)之下，例如，h(2)在每个h(1)之下，h(3)在每个h(2)之下，等等。当考虑相邻列时，如果信道泄漏到信道矩阵的维度之外，则将它放置在下一列的顶行，如从等式(2)所显而易见的。利用基于从所接收到的导频序列来最小化MSE准则(MMSE准则)的信道估计算法，可以估计元素h(1)、h(2)、h(3)等。导频序列可以本质上是循环序列或者是其它形式，它可以被
修改以变成循环序列。当在发射导频序列中使用循环前缀的情况下，导频序列本质上是循环的。举例来说，非循环序列可以被修改成具有重叠相加(overlap-and-add)、重叠保存(overlap-and-save)或重叠切割(overlap-and-cut)过程的循环序列。用于使非循环序列成为循环序列的简单方法是：在序列的末尾添加多个零并且然后使序列与其自身求和，以便将该非循环序列的多个第一样本(其数目等于被添加到序列的末尾的零的数目)添加到序列的末尾。循环导频序列x可以具有下面的结构：
[0033] x＝[x(1) x(2) … x(N) x(1) x(2)]T. (3)
[0034] 循环的导频序列的点在于：信道卷积矩阵H在那种情况下变成循环矩阵。在探究信道卷积矩阵H的循环特性之前，让我们通过假设无线电信道向发射信号另外引入了频率误差分量来修改等式(1)。相应地，根据下面的线性模型来表示所接收到的数据序列：
[0035] y＝HDx+w， (4)
[0036] 其中，矩阵D是频率误差矩阵。频率误差矩阵D是具有以下结构的对角矩阵：
[0037]
[0038] 其中f1至fN表示由频率误差引入到所发射的序列中的相位旋转值。由于信道卷积矩阵H是循环矩阵，因此可以利用特征值分解来分解该矩阵，并且等式(4)可以被记为下面的形式：
[0039] y＝FHΛhFDx+w， (6)
[0040] 其中，作为上标的H表示厄密变换，即复共轭转置操作，F表示傅立叶矩阵，并且Λh是在其对角线中包括了信道卷积矩阵H的特征值的对角矩阵。当通过将等式(6)与傅立叶矩阵F相乘，利用傅立叶变换将所接收到的序列y变换到频域中时，获得了下面的表示：
[0041] Fy＝ΛhFDx+Fw. (7)
[0042] 如可以看出的，因为FFH简化成恒等矩阵(identity matrix)，所以简化了FH。对于等式(7)，利用基于MMSE准则的信道估计算法，可以计算特征值矩阵Λh的元素。
[0043] 用于解出所发射的数据序列x的通用MMSE解决方案在本领域中是公知的。该通用MMSE解决方案可以被表示为：
[0044]
[0045] 其中，假设 是零均值的。CX是正被估计的参数的协方差矩阵，CW是噪声协方差矩阵，A是观察矩阵，并且y是所接收到的样本的向量。
[0046] 在本发明的实施例中，根据等式(7)发现观察矩阵为A＝ΛhFD。我们假设噪声是白噪声，并且因而噪声协方差矩阵可以被表示为CW＝Is2，其中I表示恒等矩阵，并且s2表示高斯白噪声项的方差。在本MMSE解决方案中，假设CX是在对角线上具有参数方差的对角矩阵。在这种情况下，假设所发射的数据序列的符号是不相关的，并且假设将接收到的功率归一化成一，则CX简化成恒等矩阵。否则，CX＝pI，其中p是发射信号的功率。在下面中，假设了功率归一化。
[0047] 在本MMSE解决方案中，所接收到的样本向量是频域所接收到的样本向量Fy。因此，根据本发明的实施例，可以用于对所接收到的数据序列y进行均衡和频率误差校正的最小MSE解决方案可以被表示为：
[0048]
[0049] 当相对于图2考虑等式(9)时，傅立叶变换后的所接收到的数据序列向量y(即在等式(8)的右手侧的Fy)是由均衡器206或207所接收到的数据序列。均衡器206或207根据MMSE准则，从所接收到的导频序列来计算均衡系数，并且乘以频率系数
2 H -1 H
(Is+ΛhΛh) Λh。然后，通过将所均衡的数据序列与傅立叶矩阵的复共轭转置(即，与H
F)相乘，将所均衡的数据序列转换回到时域中。可以通过频率误差估计单元214、215来估计频率误差矩阵D，并且频率误差校正单元210、211可以将所均衡的时域数据序列与所估H
计的频率误差矩阵的复共轭转置D 相乘。因此，获得了经均衡和频率误差校正的数据序列
2
[0050] 在等式(9)和以上的描述中，假设干扰是由s 表示的不相关的白噪声。可选地，可以将干扰分量包括在等式(9)中。在这样的情况下，可以根据所接收到的导频序列来估计干扰分量，并且可以计算干扰协方差矩阵ΛR。相应地，可以修改等式(9)以便考虑干扰分量，并且然后等式(9)采用下面的形式：
[0051]
[0052] 上述实施例中的优点在于：在FFT之后进行频率误差校正。在若干现有技术解决方案中，时域频率误差校正是在FFT之前并且在均衡之前进行的。在根据SC-FDMA方案从不同用户接收信号的基站接收机中，通过FFT在频域中分离了用户。在这样的情况下，如果时域频率误差校正在均衡和FFT之前进行，则首先为第一用户估计频率误差，并且根据包括来自多个用户的信号的接收信号来校正频率误差。然后，计算FFT并且分离和处理(均衡、解调等)第一用户的信号。此后，为第二用户估计频率误差，并且根据包括来自多个用户的信号的接收信号来校正频率误差，并且分离和处理第二用户的信号。对每个用户实现相同的过程。显然，由于对于每个用户必须单独地重新计算FFT，因此该过程导致计算资源的浪费。根据本发明的实施例，在频率误差校正之前计算FFT并分离用户。因此，对于在频域中分离用户来说，仅必须计算单个FFT。这显著降低了接收机的复杂性。
[0053] 实现本发明的实施例的接收机当处理所接收到的无线电信号时可以利用分集接收。在分集接收中，通过多个分集分支来接收信号。通过在接收和/或过
采样接收信号时利用多个接收天线，可以布置多个分集分支。不同分集分支的相关性特性可以用于抑制干扰并改善
信噪比。图3A和图3B图示了在分集接收情况下进行频率误差校正的两个例子。
[0054] 在这两个例子中，对每个分集分支单独地执行频率误差估计。通过频率误差估计单元300和302(其可以具有与以上参照图2所描述的频率误差估计单元214和215相同的结构和功能性)来执行频率误差估计。可以根据通过相应分集分支所接收到的导频序列来估计频率误差。在图3A所示的第一实施例中，在可以是平均单元的组合器304中组合由频率误差估计单元300和302提供的频率误差估计。相应地，组合器304可以计算从频率误差估计单元300和302输出的相应估计的平均值。然后，频率误差校正单元306对通过分集分支所接收到的数据序列进行频率误差校正。还可以对通过多个分集分支所接收到的多个数据序列进行组合，以便获得要进行频率校正的组合数据序列。
[0055] 在图3B所示的第一实施例中，可以将频率误差估计单元300和302所提供的频率误差估计分别输出到频率误差校正单元310和312。然后，频率误差校正单元310对(与频率误差估计单元300所使用的导频序列相比)通过相同的分集分支而接收到的数据序列进行频率误差校正。频率误差校正单元310可以根据从频率误差估计单元300所接收到的频率误差估计来计算频率误差校正因子。类似地，频率误差校正单元312对(与频率误差估计单元302所使用的导频序列相比)通过相同的分集分支而接收到的数据序列进行频率误差校正。频率误差校正单元312可以根据从频率误差估计单元302所接收到的频率误差估计来计算频率误差校正因子。然后，可以在组合器314中组合频率误差校正后的数据序列。组合器314可以是在其输入端口处对样本求和的求和单元。
[0056] 让我们最后考虑用于根据接收信号来校正频率误差的过程。该过程被图示为图4中的流程图。该过程可以是在接收机的处理单元中执行的计算机过程。该过程开始于框400。
[0057] 在框402中，通过处理单元的接口来接收SC-FDMA信号，该信号包括在不同频带上的多个信息信号。这多个信息信号中的每一个可以包括数据序列。在框404中，通过计算FFT，将所接收到的SC-FDMA信号转换到频域中，并且在框406中，在频域中分离这多个数据序列。从该点起，可以分离地处理这多个数据序列中的每一个。
[0058] 在框408中，均衡这多个所接收到的数据序列中的每一个。可以根据与数据序列一起发射的导频序列来估计在对给定数据序列的均衡中使用的信道系数。框408还可以包括干扰估计和干扰抑制。框408可以是通过利用适当的算法计算MMSE解决方案而进行的频域均衡过程。可以对这多个数据序列中的每一个来执行框408。
[0059] 然后，在框410中，将多个所均衡的数据序列中的每一个变换回到时域。可以通过相对于每个所均衡的数据序列计算逆FFT来执行逆变换。在框412中，相对于每个数据序列来执行频率误差估计过程。如同均衡，可以根据与给定数据序列一起发射的导频序列来估计频率误差。在该阶段，应当注意，不需要在框410之后执行框412。相应地，一旦从所接收到的SC-FDMA信号中分离了导频序列并且可将其用于频率误差估计，就可以估计频率误差。
[0060] 通过将数据序列的样本与从作为框412的执行结果而获得的频率误差估计所计算的频率误差校正因子相乘，在框414中，根据时域均衡的数据序列来校正频率误差。如上所述，分别在框412和框414中执行的频率误差估计和校正可以利用判决引导的估计。自然地，该过程还可以利用分集接收。该过程在框416中结束。
[0061] 如上所述，本发明的实施例可以在包括通信接口和处理单元的接收机中实现。处理单元可以被配置以便执行结合图4的流程图并且结合图2和图3A或图3B所描述的至少一些步骤。实施例可以被实现为计算机程序，其包括用于在接收机中执行频率误差校正的计算机过程的指令。
[0062] 计算机程序可以被存储在计算机或处理器可读的计算机程序分发介质上。计算机程序介质可以是例如但不限于电、磁、光、红外或
半导体系统、设备或传输介质。计算机程序介质可以包括以下介质中的至少一种：计算机可读介质、程序存储介质、记录介质、计算机可读
存储器、随机
访问存储器、可擦可编程
只读存储器、计算机可读软件分发包、计算机可读信号、计算机可读电信信号、计算机可读印刷品，以及计算机可读压缩
软件包。
[0063] 虽然已经参照根据附图的例子而描述了本发明，但清楚的是，本发明并不限于此并且可以在所附的
权利要求的范围内以若干方式来修改。
