通信系統(tǒng)里發(fā)射機和接收機之間頻率同步的系統(tǒng)和方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)描述的系統(tǒng)和方法能夠提供有關(guān)非相干調(diào)制信號和/或差分相干調(diào)制信號的基于訓練序列或基于前導序列的同步。通過使用一種消除接收信號的載波頻率偏移(CFO)效應的技術(shù)，進行時間同步。通過使用一種由接收信號CFO引起的恒定偏置以估計CFO的技術(shù)，進行頻率同步。另外，通過使用一種由CFO引起相位旋轉(zhuǎn)以估計CFO的技術(shù)，進行頻率同步。本發(fā)明專利技術(shù)的時間同步和頻率同步可以獨立進行，不需要使用一個同步運算的結(jié)果來進行另一個同步的運算。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】【相關(guān)申請】本專利技術(shù)與美國專利申請(律師專案號：HKAP.P0106US)，標題為“通信系統(tǒng)里發(fā)射機和接收機之間時間同步的系統(tǒng)和方法”，同時提交申請，在此其通過引用結(jié)合入本專利技術(shù)。
本專利技術(shù)涉及發(fā)射機和接收機之間的同步，特別涉及使用非相干調(diào)制技術(shù)和/或差分相干調(diào)制技術(shù)的通信中的基于訓練序列或基于前導序列的同步。
技術(shù)介紹
數(shù)字數(shù)據(jù)通信已經(jīng)越來越普遍，幾乎是隨處可見。例如，數(shù)字通信已經(jīng)普遍應用在各種不同數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)里，如計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)(包括個人局域網(wǎng)(PANs)、局域網(wǎng)(LANs)、城域網(wǎng)(MANs)、廣域網(wǎng)(WANs)、互聯(lián)網(wǎng)等)和通信系統(tǒng)(包括公共交換電話網(wǎng)(PSTN)、蜂窩網(wǎng)絡、電纜傳輸系統(tǒng)等)。這些數(shù)字數(shù)據(jù)通信運行時，發(fā)射機發(fā)射二進制信息，經(jīng)由傳輸媒介，到一個或多個接收機。例如，發(fā)射機上的數(shù)據(jù)源提供一個信號(如語音信號、視頻信號、多媒體信號等)，該信號被數(shù)字化后，通過改變一個特定載波(如方波或正弦波)的一個或多個參數(shù)(如頻率、相位、或振幅)進行調(diào)制，然后這個被調(diào)制的載波被發(fā)射到傳輸媒介。在許多應用里包括碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)，都是使用非相干調(diào)制技術(shù)如頻移鍵控(FSK)，以及差分相干調(diào)制技術(shù)如差別相移鍵控(DPSK)，用于數(shù)字數(shù)據(jù)通信。接收機一旦通過傳輸媒介接收到被調(diào)制的載波，會解調(diào)并解碼信號。但是，傳輸信號可能會因為傳輸媒介里的噪聲、干擾、和/或失真而遭到破壞或劣化。因此，接收機解調(diào)并解碼所接收到的劣化信號，估計出原始數(shù)據(jù)。為了從所接收到的劣化信號中準確地估計出原始數(shù)據(jù)，接收機的設(shè)計會很復雜，因為發(fā)射機和接收機通常不同步。例如，接收機和發(fā)射機有關(guān)載波的時鐘可能不同步，傳播延遲可能導致發(fā)射機和接收機上有關(guān)信號的時差，等等，從而出現(xiàn)有關(guān)時間同步的問題。類似地，有關(guān)晶體(crystal)、混頻器和其它電路的制造差異也可能產(chǎn)生頻差，其會導致出現(xiàn)有關(guān)頻率同步的問題。因此，接收機所接收信號的同步通常是非常重要的，因此為了準確地提取出原始數(shù)據(jù)，需要進行時間、相位、和/或頻率同步。特別是在基于數(shù)據(jù)包的通信系統(tǒng)里，時間和頻率同步對于有效傳輸是異常關(guān)鍵的，其中時間同步確定所接收信號的符號邊界，頻率同步估計并補償發(fā)射機和接收機之間的載波頻偏(CFO)。在與發(fā)射機進行數(shù)字通信時，接收機可以運行解讀一個接收信號，以便與發(fā)射機建立時間和頻率同步。例如，當用戶開啟手機與基站進行通信時，手機接收機可以運行以與基站發(fā)射機同步其時間和頻率。因此，接收機的同步功能通常都和接收信號相關(guān)聯(lián)，因此，同步信息是從接收信號導出的。關(guān)于FSK和DPSK調(diào)制信號，已經(jīng)有許多時間同步和頻率同步技術(shù)。但是，這些技術(shù)有時并不適用于某些通信場景或某些通信系統(tǒng)構(gòu)造。例如，現(xiàn)有的時間同步和頻率同步技術(shù)經(jīng)常與低復雜性電路設(shè)置、低功耗接收機設(shè)置、或采用短期訓練序列的通信系統(tǒng)不兼容。此外，某些這類技術(shù)還不能提供高性能運行。一種頻率同步的技術(shù)，如美國專利8,605,830和8,948,320(在此其通過引用結(jié)合入本專利技術(shù))，使用傅里葉變換在頻域里進行頻率同步。但是，進行傅里葉變換有著很高的計算復雜度，導致需要使用相當大的電路芯片尺寸和相當高的能耗。因此，這種技術(shù)就不太適用于低功率配置(如藍牙低功耗(BLE)系統(tǒng))、相當有限資源的配置以及相當?shù)蛷碗s性的電路設(shè)置(如一些專用集成電路(ASIC)或現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)電路實施)等。另一種技術(shù)如美國專利7,039,132(在此其通過引用結(jié)合入本專利技術(shù))，使用一種時鐘恢復算法(如早遲門算法early-lategatealgorithm)進行時間同步。但是，為了收斂算法，這種時鐘恢復算法通常需要一個很長的訓練序列。因此，該技術(shù)不太適用于采用短期訓練序列的系統(tǒng)設(shè)置(如BLE系統(tǒng))。還有一種技術(shù)如美國專利7,039,132(在此其通過引用結(jié)合入本專利技術(shù))，使用一種聯(lián)合的頻率和時間同步技術(shù)。在此技術(shù)里，估計時間同步是基于頻率同步的結(jié)果。因此，頻率估計的殘余將影響時間同步的結(jié)果。因此，這種技術(shù)在許多情況下效果并不理想，特別是在頻率估計很差的情況下。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)涉及有關(guān)非相干調(diào)制信號(如FSK調(diào)制信號)和/或差分相干調(diào)制信號(如DPSK調(diào)制信號)的基于訓練序列或基于前導序列的同步系統(tǒng)和方法。例如，本專利技術(shù)實施例提供基于訓練序列的方法，用于FSK系統(tǒng)(如BLE系統(tǒng)、Z-WAVE系統(tǒng)、CDMA系統(tǒng)、全球移動(GSM)通信系統(tǒng)、緊急警報系統(tǒng)等)和/或DPSK系統(tǒng)(如無線LAN系統(tǒng)、藍牙系統(tǒng)、無線視頻識別(RFID)系統(tǒng)、正交頻分復用(OFDM)系統(tǒng)、ZIGBEE系統(tǒng)等)的時間和頻率同步。在根據(jù)本專利技術(shù)實施例運行時，時間同步和頻率同步是獨立進行的，不需要使用一個同步運算的結(jié)果來進行另一個同步運算。因此，一個同步結(jié)果里的殘余或誤差不會被帶入到另一個同步結(jié)果里。此外，在某些構(gòu)造里可以并行或部分并行地實施時間和頻率同步技術(shù)。本專利技術(shù)實施例使用一種用于消除有關(guān)接收信號的CFO效應的技術(shù)以進行時間同步。例如，實施例使用接收訓練序列的二階差分以消除CFO效應，進行時間同步。實施例運行時，對前述二階差分提供的結(jié)果和從一個本地序列(如訓練序列的本地實例)導出的結(jié)果進行互相關(guān)計算。例如，可以在二階差分向量和本地序列向量之間進行互相關(guān)計算，從而估計符號邊界。特別地，本專利技術(shù)實施例可以使用本地序列的符號向量，由此，互相關(guān)符號向量，以提供一個低復雜性的電路實施，卻能提供高可靠性的符號邊界估計。本專利技術(shù)實施例使用一種由有關(guān)接收信號的CFO引出的恒定偏置來估計CFO的技術(shù)，以進行頻率同步。根據(jù)實施例，在接收信號的差分序列里由CFO引出的恒定偏置可以被用于頻率同步。例如，根據(jù)本專利技術(shù)的一些實施例，在接收訓練序列的一階差分里由CFO所引出的恒定偏置被用于頻率同步。另外，本專利技術(shù)實施例使用一種由CFO導致的相位旋轉(zhuǎn)來估計CFO的技術(shù)，以進行頻率同步。根據(jù)實施例，對重復一個時間間隔的信號來說，CFO導致的相位旋轉(zhuǎn)可以被用于頻率同步。例如，當訓練序列是一個重復模式時，可以從兩部分接收的重復信號之間的內(nèi)積(innerproduct)來估計CFO。根據(jù)實施例，僅僅需要使用移位器和加法器，就可以實施前述時間和/或頻率同步技術(shù)。這種實施特別適用于低功耗和低成本系統(tǒng)。盡管如此，本專利技術(shù)概念的實施能夠提供高性能的同步。前述已經(jīng)相當廣泛地闡述了本專利技術(shù)的特征和技術(shù)優(yōu)勢，由此將更容易理解以下本專利技術(shù)的詳細描述。本專利技術(shù)的其它特征和優(yōu)勢將在其后描述，一起構(gòu)成本專利技術(shù)權(quán)利要求部分。應該注意到，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以輕松地利用披露的概念和具體實施例作為一個基礎(chǔ)，為達到本專利技術(shù)相同目的而修改或設(shè)計出其它結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應該認識到，這種等同構(gòu)造并不脫離權(quán)利要求內(nèi)闡述的本專利技術(shù)精神和范圍。被看作本專利技術(shù)特性的新穎性特征，無論是其組織還是運行方法，與其它目的和優(yōu)勢一起，通過以下的描述并結(jié)合附圖，將會得到更好的理解。但是，需要強調(diào)的是，每個附圖僅是用作描述和敘述，并不是意圖限制本專利技術(shù)。【附圖說明】為了更完整地理解本專利技術(shù)，請參考以下描述并結(jié)合附圖，其中：圖1顯示本專利技術(shù)實施例的時間同步和/或頻率同步系統(tǒng)。圖2A和2B顯示圖1發(fā)射機實施例的詳情。圖3顯示圖1接收機實施例的詳情。圖4顯示可以用于本專利技術(shù)實本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于數(shù)據(jù)包通信的頻率同步方法，包括：計算接收的訓練序列信號的一階差分，其中所述訓練序列是非相干調(diào)制的或差分相干調(diào)制的；對所述接收訓練序列信號的一階差分進行加總求和；從所述接收訓練序列信號一階差分的加總和中，減去一個已知訓練序列實例的加總和，其中所述已知訓練序列實例是對應于所述接收訓練序列的；根據(jù)上述減法結(jié)果，確定頻率同步。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2016.03.07 US 15/063,0851.一種基于數(shù)據(jù)包通信的頻率同步方法，包括：計算接收的訓練序列信號的一階差分，其中所述訓練序列是非相干調(diào)制的或差分相干調(diào)制的；對所述接收訓練序列信號的一階差分進行加總求和；從所述接收訓練序列信號一階差分的加總和中，減去一個已知訓練序列實例的加總和，其中所述已知訓練序列實例是對應于所述接收訓練序列的；根據(jù)上述減法結(jié)果，確定頻率同步。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述一階差分的計算結(jié)果中包括由所述接收訓練序列信號里載波頻偏CFO引起的一個恒定偏置，其中減去已知訓練序列實例的加總和，就得到了接收訓練序列信號里恒定偏置的估計。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中對所述接收訓練序列信號的一階差分進行加總求和，由下式計算：2πhTsΣk=NpNp+NM-1x~(k)+Σk=NpNp+NM-12πfΔTs+Σk=NpNp+NM-1w0(k)]]>其中已知訓練序列實例的加總和，由下式計算：S0=2πhTsΣk=NpNp+NM-1x~(k)]]>其中C...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙少華，倪武學，羅碧強，李莉，
申請(專利權(quán))人：香港應用科技研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：中國香港;81