用于ofdm系統(tǒng)中的高分辨率時間同步的測量設備和測量方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種用于精確測量被測設備的信號中的符號開始時間的測量設備和 測量方法。
【背景技術】
[0002] 在常規(guī)的(FDM接收機中，時間同步通常通過已知的導頻符號和接收到的導頻符 號的相關性來實現(xiàn)。但是運種方法需要大量的計算能力，且原則上限制于不超過兩個采樣 點之間的距離的精度。
[000引例如，國際專利申請WO2008/116534A1公開了用于確定OFDM傳輸系統(tǒng)中的信道 脈沖響應的方法和系統(tǒng)，包括使用其中示出的該系統(tǒng)和方法確定OFDM符號的定時，僅可W 達到相對低的同步精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 因此，本發(fā)明的目的是創(chuàng)建用于準確測量被測設備的信號中的符號開始時間的測 量設備和測量方法。
[0005] 該目的通過權利要求1的測量設備的特征和權利要求9的測量方法的特征來解 決。從屬權利要求包含進一步的發(fā)展。
[0006] 用于測量被測設備的第一信號中的符號開始時間的本發(fā)明的測量設備包括用于 接收所述第一信號的接收部件和用于處理所述第一信號的處理部件。所述處理部件還包括 用于計算所述符號開始時間的同步計算部件，所述同步計算部件包括用于估計信道響應參 數(shù)的信道估計部件、用于根據(jù)所述信道響應參數(shù)計算相位值的相位部件、用于執(zhí)行所述相 位值的微分的微分部件、W及用于根據(jù)求微分后的相位值計算所述符號開始時間的計算部 件。因此，可W精確計算實際的開始時間。
[0007] 所述處理部件有利地包括用于確定估計的符號開始時間的同步估計部件。所述計 算部件然后被設置用于通過將根據(jù)求微分后的相位值獲得的值增加到估計的符號開始時 間來計算符號開始時間。通過使用該兩步驟的方法，可W達到降低的計算復雜度。
[0008] 有利的是，所述相位部件包括用于根據(jù)信道響應參數(shù)計算相位值的相位計算部件 和用于執(zhí)行相位值的相位展開的相位展開部件。運實現(xiàn)了相位值的簡單而精確的計算。
[0009] 所述處理部件有利地還包括用于計算求微分后的相位值的加權平均值的平均化 部件。所述計算部件然后被設置用于通過將所述加權平均值增加到估計的符號開始時間來 計算符號開始時間。運實現(xiàn)精度的提高。
[0010] 有利的是，所述平均化部件包括用于執(zhí)行至少兩個求微分后的相位值的累加的累 加部件和用于通過對累加的求微分后的相位值執(zhí)行歸一化來確定所述加權平均值的歸一 化部件。因此，達到了簡單的平均化。
[0011] 所述歸一化部件有利地被設置用于使用預設的參數(shù)來歸一化累加的求微分后的 相位值。運實現(xiàn)開始時間的簡單計算。
[0012] 有利的是，所述信道估計部件通過使用第一信號中接收到的導頻符號和由所采用 的通信標準定義的已知的導頻符號來估計信道響應參數(shù)。從而達到了簡單的信道估計。
[0013] 本發(fā)明的測量方法用于測量被測設備的第一信號中的符號開始時間的目的。所述 方法包括接收所述第一信號W及處理所述第一信號。此外，該方法包括通過估計信道響應 參數(shù)、根據(jù)所述信道響應參數(shù)計算相位值、執(zhí)行相位值的微分、W及根據(jù)求微分后的相位值 計算符號開始時間來計算符號開始時間。因此，可W精確計算實際的開始時間。
【附圖說明】
[0014] 本發(fā)明的示例性的實施方式現(xiàn)在關于僅作為非限制性示例的附圖來進一步解釋， 其中，
[0015] 圖1示出了第一時間圖中的一些OFDM符號；
[0016] 圖2不出了第二時間圖中的一些OFDM符號；
[0017] 圖3示出了時間圖中的OFDM符號和多個相關參數(shù)；
[0018] 圖4W框圖示出了本發(fā)明的測量設備的實施方式；
[0019] 圖5W框圖示出了本發(fā)明的測量設備的實施方式的第一細節(jié)；
[0020] 圖6W框圖示出了本發(fā)明的測量設備的實施方式的第二細節(jié)；W及
[0021] 圖7示出了本發(fā)明的測量方法的實施方式。
【具體實施方式】
[0022] 首先，我們根據(jù)圖1-圖3來表明本發(fā)明的潛在的問題和一般原理。根據(jù)圖4-圖 6,示出了本發(fā)明的測量設備的實施方式的結構和功能。最后，根據(jù)圖7,示出了本發(fā)明的測 量方法的實施方式的功能。
[0023] 在不同的附圖中的類似的實體和附圖標記已經(jīng)部分省略。
[0024] 本發(fā)明設置成用于通過使用已知的導頻符號（例如OFDM)的通信標準工作。從發(fā) 送器處的OFDM調(diào)制器的輸出端到接收器處的OFDM解調(diào)器的輸入端，我們處理時域的I/Q 樣本，同時我們在其它處理階段處理頻域的I/Q樣本。
[0025] 時域x(n)的I/Q樣本和頻域X(k)的I/Q樣本之間的關系通過離散傅里葉變換 值FT)給出： N曰兵、
[0026] Xik)=xiJl)*cx砍-r2*7^*k*扣fN呀f)
[0027] 其中，
[0028]
[002引其中，Tsymb為OFDM符號長度[秒]，NSymb為OFDM符號數(shù)[樣本的數(shù)量]且TS= 1/f,，其中，t為采樣頻率出Z]。
[0030] OFDM系統(tǒng)中示例性的同步方法為適當?shù)南嚓P函數(shù)m(t)的連續(xù)估計。此處利用了， 在傳輸之前，每個OFDM符號的末尾在其開始處重復，作為循環(huán)前綴（CP)?？赡艿南嚓P函數(shù) 可W為 [0031]
[003引其中x(n)、Nwmb和Nw分別表示采樣的OFDM信號、OFDM符號長度[樣本的數(shù)量] 和相關窗口長度[樣本的數(shù)量]。
[003引圖1中，運種相關函數(shù)16a針對Nw=Ncp的理想CFDM信號來繪制，其中NCP為循環(huán) 前綴長度[樣本的數(shù)量]。圖1示出了兩個OFDM符號11日、1化，每個OFDM符號lla、l化包 括尾部12a、12b，尾部12a、l化被用作各OFDM符號lla、Ub的開始處的循環(huán)前綴10a、10b。 可W觀察到相關函數(shù)16a在符號邊界處有明顯的相關峰17曰、18曰、19曰，其考慮到精確的同 步。
[0034] 然而，存在運樣的情況，即，發(fā)送器在發(fā)送之前使用窗函數(shù)對插入循環(huán)前綴（CP) 后的OFDM信號進行加權。如果接收器現(xiàn)在選擇相關窗長度Nw=NCP，運導致相關峰的嚴重 弱化。因此，對于相關峰檢測的穩(wěn)健的定闊值是不可能的。為了避開運個問題，相關窗口長 度必須減小到N/Ncp。因此，反過來，運將失去明顯的相關峰，而得到相關平穩(wěn)期。運可W容 易地從圖2看出，其中示出了變化的相關函數(shù)16b和相關平穩(wěn)期17b、18b、19b。此外，圖2 中示出窗函數(shù)9。定時估計精確度受限于平穩(wěn)期長度Ncp-Nw且我們得到IT <Nw-N,， 其中為同步誤差。即使我們假設沒有信道影響且沒有加性高斯白噪聲（AWGN)，不 等式ITsyncerrJ<Ncp-Nw不能被加強。
[0035] 為了提高同步精度，提出了一種定時估計技術，其是有效的，即如果我們暗示對信 道義用某些限制，對于f目噪比SNR- 〇°，ITsyMemJ- 0。
[0036] 在具有非頻率選擇性相位的信道的情況下，給出了信道的數(shù)字基帶模型，即
[0037] 對于ke{0，...，NDF廣リ，
[0038]
(U
[0039] 其中a(k)和f為實數(shù)。如果發(fā)送器和接收器之間的傳輸信道沒有產(chǎn)生頻率上的 相位偏移，運是可能的。運例如在具有短的空中信道或電纜信道的實驗室設置中實現(xiàn)。
[0040] 圖3示出了一個OFDM符號11。OFDM符號11包括尾部12,該尾部12用作該OFDM 符號前的循環(huán)前綴10。OFDM符號11具有長度Tsymb。OFDM符號11的循環(huán)前綴10和尾部12 都具有長度Tcp。
[0041] 此外，圖3示出了理想的接收器窗口 13。運指示接收器嘗試接收(FDM符號11的 理想的時間間隔。在運種情況下，接收器比CFDM符號11的實際開始時間tw提前時間段TreadWfset而開始接收OFDM符號11，從而導致不準確的同步。TreadWfse述常選為循環(huán)前綴10 的持續(xù)時間Tcp的一半。但實際上，同步誤差T 會出現(xiàn)。該誤差改變了接收器針對實 際接收器窗口 14所采用的開始時間tw。。。
[0042] 圖4示出了本發(fā)明的測量設備1的實施方式。本發(fā)明的測量設備1包括接收部件 20,該接收部件20包括例如天線和前置放大器。此外，測量設備I包括連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器 22的模擬處理部件21。測量設備1包括連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器22的數(shù)字處理部件23,數(shù)字處 理部件23接著連接到顯示部件24。模擬處理部件21、數(shù)字處理部件23和顯示部件24連 接到進一步包括的控制部件25。
[0043] 測量設備1連接到被測設備2,在運個例子中被測設備2為移動電話。被測設備2 連接到接收部件20。在運個例子中，使用電纜進行該連接。替選地，空中連接是可W的。接 收部件20接收來自被測設備2的信號，例如OFDM信號，并處理該信號。例如，進行前置放 大。由此產(chǎn)生的信號被傳送到模擬處理部件21，模擬處理部件21執(zhí)行進一步的模擬處理。 例如，執(zhí)行濾波和頻率降低到基帶或中頻。所得到的模擬信號被傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器22,模數(shù) 轉(zhuǎn)換器22將該模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。該數(shù)字信號被傳送到數(shù)字處理部件23,數(shù)字處理 部件23執(zhí)行進一步的數(shù)字處理。例如，執(zhí)行同步、解調(diào)和解碼。作為數(shù)字處理部件23的一 部分，執(zhí)行符號開始時間的測量。
[0044] 關于數(shù)字處理部件23的詳細功能，參考圖5和圖6。數(shù)字處理部件23的結果被傳 送給顯示部件24且被顯示。模擬處理部件21、數(shù)字處理部件23和顯示部件24的功能由控 制部件25來枉制。
[0045] 圖5中，示出了圖4的實施方式的細節(jié)。運里只圖示了數(shù)字處理部件23。圖4的 模數(shù)轉(zhuǎn)換器22的信號被傳送給同步估計部件30,同步估計部件30例如通過使用之前提到 的相關來估計tfw。該估計可W寫成：
[004引Lf = t垃+畑曲
[0047] 其中Twmcum為同步誤差。信號和同步估計被傳送給處理部件31，處理部件31執(zhí) 行進一步的數(shù)字處理，例如解調(diào)和解碼。但處理部件31的功能不是本發(fā)明所關屯、的。此外， 數(shù)字處理部件包括同步計算部件32,同步計算部件32也被提供圖4的模數(shù)轉(zhuǎn)換器22的數(shù) 字信號。此外，同步計算部件32被提供同步估計部件30的同步估計。同步計算部件32計 算圖4的被測設備2的信號中的精確的符號開始時間，并將精確的同步信息傳送給處理部 件31。關于同步計算部件32的功能，參考圖6。
[0048] 圖6示出了圖4的本發(fā)明的測量設備1的實施方式的進一步細節(jié)。此處，詳細示 出了圖4的數(shù)字處理部件23所包括的圖5的同步計算部件32。同步計算部件32包括傅 里葉變換部件39、連接到相位部件41的信道估計部件40。相位部件41包括連接到信道估 計部件40的相位計算部件41a和連接到相位計算部件41a的相位展開部件41b。此外，同 步計算部件32包括連接到相位部件41的相位展開部件4化的微分部件42。此外，微分部 件42連接到平均化部件43