CN103036833B - 一种ofdm***定时同步控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及移动通信***，提供一种OFDM***定时同步控制方法，所述方法获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度，获取特定同步控制方法在典型信道环境及服务质量下的定时同步控制能力统计；结合信道估计器定时同步误差敏感度与定时同步控制能力统计，识别出信道估计器在典型信道环境及服务质量下的定时同步需求；依据定时同步需求，实施定时同步控制；还提供一种定时同步控制装置；本发明显著降低对精确同步误差估计的依赖，实现定时同步控制与信道估计器的较佳契合，以远低于现有方案的工程代价实现接收机均衡的有效运作。
Description
发明领域
本发明涉及移动通信***，特别涉及一种正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，简称OFDM)***中定时同步控制方法，采用本发明的定时同步控制方法及装置，能够在各类信道环境中实现接收机均衡有效运作的目的。
背景技术
对移动通信***而言，信道均衡是决定整体接收方案性能的关键技术，而准确的信道估计是高性能信道均衡的前提条件。对OFDM相关的移动通信***而言，估计与跟踪频率选择性时变信道的信道响应一直以来都是极具挑战的工作。在业界主流的导频符号辅助的OFDM***中，最小均方误差(Minimum Mean-Square Error，简称MMSE)估计器能够在准确获取信道统计量(信道相关函数与信噪比)的前提下提供最优性能。然而，移动通信***的现实应用中，不可避免的存在包括定时与频率在内的接收机同步误差，而其中定时同步误差对信道响应的MMSE估计器影响尤为重大。基于信道统计量的设计机理决定了当存在定时同步误差引入的子载波频域相移时，信道的频率相关性受到破坏，MMSE估计器的性能损失显著。
以第三代合作组织(3rd Generation Partnership Project，简称3GPP)长期演进(Long Term Evolution，简称LTE)***为例，假定接收机定时同步控制方法获得的最终残留定时误差在[-15，15]***最小时间单位内均匀分布，则现有MMSE信道估计器获得的信道估计均方误差(Mean square error，简称MSE)的104次独立蒙特卡罗仿真MSE平均结果，如图1所示，可见，现有MMSE信道估计器性能对定时同步误差是极为敏感的。
MMSE估计器的计算公式如下：
其中，为输入估计器的导频符号的含噪信道估计(或称，初始信道估计)，行业内的典型获取方式为最小二乘(Least Square，简称LS)估计方法；Rpp为导频符号真实信道估计的自协方差矩阵；Rhp为OFDM符号各子载波真实信道响应与导频符号所在子载波真实信道估计的互协方差矩阵。
针对上述缺陷，行业内的代表做法如公开文献“Chandranath R.N.Athaudage，Enhanced MMSE Channel Estimation Using Timing Error Statistics for WirelessOFDM systems，IEEE TRANSACTIONS ON BROADCASTING，VOL 50，NO 40，DECEMBER 2004”所载的技术方案，将定时同步误差对信道频域相关性的影响考虑进信道相关函数中，从而避免MMSE估计器的性能损失。然而，该解决方案存在以下固有缺陷：①本方案为获取包含定时同步误差影响的信道统计量时，需要提前确知定时同步误差值或定时同步误差的分布，这在实际的工程应用中是难以满足的；②本方案涉及的MMSE估计器信道统计量的修正，需要在频域相关函数中体现定时同步误差的影响，会带来极大的处理开销，工程代价显著。
发明内容
为解决以上问题，本发明正是旨在提供一种定时同步控制方法及装置，本发明能够在各类信道环境中与信道估计器形成最佳契合，实现接收机均衡有效运作的目的。
本发明提供一种正交频分复用OFDM***定时同步控制方法，包括：
获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度，获取特定同步控制方法在典型信道环境及服务质量下的定时同步控制能力统计；
结合信道估计器定时同步误差敏感度与定时同步控制能力统计，识别出信道估计器在典型信道环境及服务质量下的定时同步需求；
依据定时同步需求，实施定时同步控制。
本发明提供一种正交频分复用OFDM***定时同步控制装置，包括：
定时同步误差敏感度统计器，用于获取特定信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度；
定时同步控制能力统计器，用于完成获取的特定同步控制方法在典型信道环境及服务质量下的定时同步控制能力统计；
定时同步需求识别器，用于依据所述定时同步误差的敏感度及所述定时同步控制能力统计，识别出信道估计器在典型信道环境及服务质量下的定时同步需求，包括定时同步控制误差范围修正需求、信道类型识别需求和信号质量识别需求；
定时同步控制器，用于依据定时同步需求，实施定时同步控制。
与现有技术相比，本发明基于理论推导与验证整理获取特定信道估计器定时同步误差敏感度信息，识别定时同步控制的客观需求，针对定时同步控制改善同步误差对信号估计器的性能影响，使用定时同步修正吻合信道估计器容忍范围，显著降低对精确同步误差估计的依赖，实现定时同步控制与信道估计器的较佳契合，以远低于现有方案的工程代价实现接收机均衡的有效运作。
附图说明
图1为现有技术MMSE信道估计器获得的信道估计均方误差性能；
图2为本发明定时同步控制方法处理流程图；
图3为本发明定时同步控制装置优选实施例结构图；
图4为本发明定时同步控制装置定时同步控制器优选实施例结构图；
图5为本发明较佳实施例1与现有技术性能比较示意图。
具体实施方式
为清楚说明本发明的方案，下面给出优选的实施例并结合附图对本发明作出详细说明。
本发明的一种定时同步控制方法，通过以下技术方案来实现：101.获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度；获取特定同步控制方法在典型信道环境及服务质量下的定时同步控制能力统计；
可选的，所述获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度的方法为：
定义均方误差统计量MSE1(理想定时同步下的信道估计均方误差)、MSE2(非理想定时同步下的信道估计均方误差)，
其中，
其中，
其中，
上式中，tr(·)指矩阵对角元素求和，是考虑了定时同步误差影响的OFDM符号各子载波真实信道响应的协方差矩阵，Rhh为理想定时同步条件下的OFDM符号各子载波真实信道响应的自协方差矩阵，Rhp为OFDM符号各子载波真实信道响应与导频所在子载波的真实信道响应的协方差矩阵，为考虑了定时同步误差影响的OFDM符号各子载波真实信道响应与考虑了定时同步误差影响的导频所在子载波的真实信道响应的协方差矩阵，Rpp为导频所在子载波的真实信道响应的自协方差矩阵，为考虑了定时同步误差影响的导频所在子载波的真实信道响应的自协方差矩阵，(·)H为求共轭转置操作，I表示单位阵；
可选的，所述获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度的方法为：
定义均方误差统计量MSE1(理想定时同步下的信道估计均方误差)、MSE2(非理想定时同步下的信道估计均方误差)，
其中，Rhh为理想定时同步条件下的真实信道响应的自协方差矩阵；为理想定时同步条件下的基于仿真平台特定估计器获取的信道响应的自协方差矩阵；
其中， 为考虑了定时同步误差影响的真实信道响应的自协方差矩阵；为非理想定时同步条件下的基于仿真平台特定估计器获取的信道响应的自协方差矩阵；
可选的，所述获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度的方法为：
定义均方误差统计量MSE1(理想定时同步下的信道估计均方误差)、MSE2(非理想定时同步下的信道估计均方误差)，
其中，h为理想定时同步条件下的真实信道响应；为理想定时同步条件下的基于工程平台特定估计器实测获取的信道响应；
其中，h′为非理想定时同步条件下的包含了定时同步误差影响的真实信道响应；为非理想定时同步条件下的基于工程平台特定估计器实测获取的信道响应；
搜索不同信道类型不同信噪比区间下，MSE2相比MSE1性能恶化小于预设门限th时的定时同步误差范围，统计于定时同步误差敏感度统计表中；
所述th取值范围0～0.5dB；
可选的，所述获取特定同步控制方法在典型信道环境及服务质量下的定时同步控制能力统计的方法为基于工程平台实测获取；所述工程平台由信号发生器、接收机、示波器、信号连接线等组成，通过接收机的帧头信息在示波器内的波动范围确定定时同步控制能力；
可选的，本能力统计表的获取方法为基于仿真平台仿真获取；102.结合信道估计器定时同步误差敏感度与定时同步控制能力统计，识别出信道估计器在典型信道环境及服务质量下的定时同步需求；
所述同步需求包括：定时同步控制误差范围修正需求、信道类型需求和信号质量需求；
所述定时同步控制误差范围修正需求的识别方法为：特定信号类型、特定信号质量区间的定时同步误差分布与对应条件下的定时同步误差容忍度分布未实现包含关系(即，其一分布集合即为两集合的交集；如A＝A∩B)时，则识别出需要对特定信号类型、特定信号质量区间的定时同步误差分布进行修正，使得定时同步误差分布包含于定时同步误差容忍范围内，该修正量记为modifyl，k，其中1表示信道类型，k表示信号质量区间；
所述信道类型需求的识别方法为：当对不同信道类型下识别出的定时同步控制误差范围修正需求所需修正量不同时，则识别出信道类型识别需求，用于支撑在不同类型下实施不同的定时同步控制误差范围修正；
所述信号质量需求的识别方法为：当对同一信道类型不同信号质量区间内，识别出的定时同步控制误差范围修正需求所需修正量不同时，则识别出信号质量识别需求，用于支撑同一信道类型不同信号质量区间实施不同的定时同步控制误差范围修正；
103.依据定时同步需求，实施定时同步控制，进一步包括：
103-1.依据信道类型识别需求，实施接收信号的信道类型识别
所述信道类型识别系现有技术，如中国专利CN200610113913.X“利用频域序列进行帧同步跟踪合信道检测的***及方法”、中国专利CN200610165405.6“OFDM符号和频率同步方法”等公开文献所载技术方案，在此不再赘述。
103-2.依据信号质量识别需求，实施信号质量区间识别
可选的，103-2’.依据信号质量识别需求，针对步骤103-1所识别出的信道类型实施进一步的信号质量区间识别；
所述信号质量区间识别系现有技术，如国际专利PCT/US2002/017038“用于估计无线信道的信号干扰比的方法及装置”、国际专利PCT/CN01/01226“一种SINR估计方法以及实现该方法的装置”等公开文献所载技术方案，在此不再赘述。
103-3.依据步骤103-1识别出的信道类型及步骤103-2或103-2′识别出的信号质量区间，在当前的接收机定时同步修正状态基础上，对接收信号实施定时同步控制修正，并将modify0赋值为modifyl，k；
可选的，所述同步控制修正方法为，依据特定信道类型1特定信号质量区间k所需的修正量modifyl，k，在当前的接收机定时同步修正值modify0基础上，对时域接收信号进行大小为modifyl，k的定时同步修正；
可选的，所述同步控制修正方法为，依据特定信道类型1特定信号质量区间k所需的修正量modifyl，k，在当前的接收机定时同步修正状态基础上，对频域接收信号进行如下修正：
其中，Yn、Y′n分别为修正前后的频域接收信号的第n个子载波数据；N为OFDM***中使用的FFT的点数；n为子载波编号；
可选的，所述同步控制修正方法为，依据特定信道类型1特定信号质量区间k所需的修正量modifyl，k，在当前的接收机定时同步修正值modify0基础上，对频域接收信号中的导频信号进行如下修正：
其中，pn、p′n分别为修正前后的频域接收信号中的编号第n个子载波的导频符号；N为OFDM***中使用的FFT的点数；n为子载波编号；
基于p′n实施频域信道估计对频域信道估计实施如下修正：
其中，pn、p′n分别为修正前后的频域接收信号中的编号第n个子载波的导频符号；N为OFDM***中使用的FFT的点数；n为子载波编号；
103-4.根据定时同步控制修正，对接收信号实施定时同步跟踪与保持；
可选的，对接收信号实施定时同步跟踪与保持所使用的数据来自于步骤103-3处理前，使用现有方案实施定时同步跟踪与保持；
可选的，对接收信号实施定时同步跟踪与保持所使用的数据来自于步骤103-3处理后，在使用现有方案获取的定时同步误差估计的基础上排除modifyl，k与modify0的影响；
本发明的一种定时同步控制装置，包括：
定时同步误差敏感度统计器，用于统计获取的特定信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度；
可选的，所述获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度的方法为：
定义均方误差统计量MSE1(理想定时同步下的信道估计均方误差)、MSE2(非理想定时同步下的信道估计均方误差)，
其中，
其中，
其中，
上式中，tr(·)指矩阵对角元素求和，是考虑了定时同步误差影响的OFDM符号各子载波真实信道响应的协方差矩阵，Rhh为理想定时同步条件下的OFDM符号各子载波真实信道响应的自协方差矩阵，Rhp为OFDM符号各子载波真实信道响应与导频所在子载波的真实信道响应的协方差矩阵，为考虑了定时同步误差影响的OFDM符号各子载波真实信道响应与考虑了定时同步误差影响的导频所在子载波的真实信道响应的协方差矩阵，Rpp为导频所在子载波的真实信道响应的自协方差矩阵，为考虑了定时同步误差影响的导频所在子载波的真实信道响应的自协方差矩阵，(·)H为求共轭转置操作，I表示单位阵。
可选的，所述获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度的方法为：
定义均方误差统计量MSE1(理想定时同步下的信道估计均方误差)、MSE2(非理想定时同步下的信道估计均方误差)，
其中，Rhh为理想定时同步条件下的真实信道响应的自协方差矩阵；为理想定时同步条件下的基于仿真平台特定估计器获取的信道响应的自协方差矩阵；
其中， 为考虑了定时同步误差影响的真实信道响应的自协方差矩阵；为非理想定时同步条件下的基于仿真平台特定估计器获取的信道响应的自协方差矩阵；
可选的，所述获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度的方法为：
定义均方误差统计量MSE1(理想定时同步下的信道估计均方误差)、MSE2(非理想定时同步下的信道估计均方误差)，
其中，h为理想定时同步条件下的真实信道响应；为理想定时同步条件下的基于工程平台特定估计器实测获取的信道响应；
其中，h′为非理想定时同步条件下的包含了定时同步误差影响的真实信道响应；为非理想定时同步条件下的基于工程平台特定估计器实测获取的信道响应；
搜索不同信道类型不同信噪比区间下，MSE2相比MSE1性能恶化小于预设门限th时的定时同步误差范围，统计于定时同步误差敏感度统计表中；
所述th取值范围0～0.5dB；
定时同步控制能力统计器，用于完成获取的特定同步控制方法在典型信道环境及服务质量下的定时同步控制能力统计；
可选的，获取特定同步控制方法在典型信道环境及服务质量下的定时同步控制能力统计的方法为基于工程平台实测获取；所述工程平台由信号发生器、接收机、示波器、信号连接线等组成，通过接收机的帧头信息在示波器内的波动范围确定定时同步控制能力；
可选的，本定时同步控制能力统计的获取方法为基于仿真平台仿真获取；
定时同步需求识别器，用于依据所述定时同步误差敏感度统计器输出的特定信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度及所述定时同步控制能力统计器获取的特定同步控制方法在典型信道环境及服务质量下的定时同步控制能力统计，识别出信道估计器在典型信道环境及服务质量下的定时同步需求；
所述同步需求包括：定时同步控制误差范围修正需求、信道类型需求和信号质量需求；
所述定时同步控制误差范围修正需求的识别方法为：特定信号类型、特定信号质量区间的定时同步误差分布与对应条件下的定时同步误差容忍度分布未实现包含关系(即，其一分布集合即为两集合的交集；如A＝A∩B)时，则识别出需要对特定信号类型、特定信号质量区间的定时同步误差分布进行修正，使得定时同步误差分布包含于定时同步误差容忍范围内，该修正量记为modifyl，k，其中1表示信道类型，k表示信号质量区间；
所述信道类型需求的识别方法为：当对不同信道类型下识别出的定时同步控制误差范围修正需求所需修正量不同时，则识别出信道类型识别需求，用于支撑在不同类型下实施不同的定时同步控制误差范围修正；
所述信号质量需求的识别方法为：当对同一信道类型不同信号质量区间内，识别出的定时同步控制误差范围修正需求所需修正量不同时，则识别出信号质量识别需求，用于支撑同一信道类型不同信号质量区间实施不同的定时同步控制误差范围修正；
定时同步控制器，依据定时同步需求，实施定时同步控制，包括：
信道类型识别器，用于依据所述定时同步需求识别器的识别出的信道类型识别需求对接收信号实施信道类型的识别；
信号质量识别器，用于依据所述定时同步需求识别器的识别出的信号质量识别需求对接收信号实施信号质量的识别；
定时同步控制误差修正器，用于依据所述信道类型识别器输出的信道类型、所述信号质量识别器识别出的信号质量以及所述定时同步需求识别器指示的该信道类型和该信号质量下的定时同步控制误差范围修正需求，对接收信号实施修正；
优选的，进一步包括，定时同步控制误差修正影响排除器，用于将所述定时同步控制误差修正器影响因素出接收信号中排除；
常规定时同步控制器，用于基于接收信号特定特征实施定时同步跟踪与保持。
较佳实施例1：本发明应用于3GPP LTE频分双工(简称，FDD LTE)***的终端接收机。
201.获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度；获取特定同步控制方法在典型信道环境及服务质量下的定时同步控制能力统计；
本实施例中，所述获得信道估计器的敏感度获取方法为：
定义均方误差统计量MSE1(理想定时同步下的信道估计均方误差)、MSE2(非理想定时同步下的信道估计均方误差)，
其中，
其中，
其中，
上式中，tr(·)指矩阵对角元素求和，是考虑了定时同步误差影响的OFDM符号各子载波真实信道响应的协方差矩阵，Rhh为理想定时同步条件下的OFDM符号各子载波真实信道响应的自协方差矩阵，Rhp为OFDM符号各子载波真实信道响应与导频所在子载波的真实信道响应的协方差矩阵，为考虑了定时同步误差影响的OFDM符号各子载波真实信道响应与考虑了定时同步误差影响的导频所在子载波的真实信道响应的协方差矩阵，为导频所在子载波的真实信道响应的自协方差矩阵，为考虑了定时同步误差影响的导频所在子载波的真实信道响应的自协方差矩阵，(·)H为求共轭转置操作，I表示单位阵；
本实施例中，本步骤最终获取的定时同步误差敏感度统计表如下表所示：
定时同步误差敏感度统计表
备注：以上同步误差“-4”表示实际同步位置较理想同步位置延迟4个***最小时间单位，反之亦然；“-inf”与“inf”分别表示负无穷与正无穷大；“MAX”意为***工作信号质量上限，通常与***接收信号动态范围、接收机热噪声系数等有关，本实施例中取值信干噪比SINR＝30dB；
本实施例中，获取特定同步控制方法在典型信道环境及服务质量下的定时同步控制能力统计的获取方法为基于工程平台实测获取；涉及使用的典型仪器仪表包含：信号发生器、接收机、示波器、信号连接线等，通过接收机的帧头信息在示波器内的波动范围确定定时同步控制能力；
本实施例中，本步骤最终获取的定时同步控制方法能力统计如下表所示：
定时同步控制方法能力统计
备注：以上“sensitivity”意为接收机工作的灵敏度位置，本实施例中取值-10dB；
202.结合信道估计器定时同步误差敏感度与定时同步控制能力统计，识别出信道估计器在典型信道环境及服务质量下的定时同步需求
本步骤中，所述定时同步需求包括：定时同步控制误差范围修正需求、信道类型识别需求和信号质量识别需求；
所述定时同步控制误差范围修正需求的识别方法为：特定信号类型、特定信号质量区间的定时同步误差分布与对应条件下的定时同步误差容忍度分布间未实现包含关系(即，其一分布集合即为两集合的交集；如A＝A∩B)时，则识别出需要对特定信号类型、特定信号质量区间的定时同步误差分布进行修正，使得定时同步误差分布包含于定时同步误差容忍范围内，该修正量记为modifyl，k，其中1表示信道类型，k表示信号质量区间；
如本实施例中，信道类型C，信号质量区间(-inf，5]时，定时同步误差分布与对应条件下的定时同步误差容忍度分布分别为[-13，2]、[-11，20]，并未实现包含关系，则识别到定时同步控制误差范围修正需求，且定时同步误差分布修正2～18都能够实现定时同步误差分布包含于定时同步误差容忍范围内；
所述信道类型识别需求的识别方法为：当对不同信道类型下识别出的定时同步控制误差范围修正需求所需修正量不同时，则识别出信道类型识别需求，用于支撑在不同类型下实施不同的定时同步控制误差范围修正；
如本实施例中，信道类型C，信号质量区间(-inf，5]时，定时同步误差分布修正2～18都能够实现定时同步误差分布包含于定时同步误差容忍范围内；信道类型B，则不需要进行定时同步误差分布修正；则识别出信道类型B、C的区分识别需求，用于支撑在不同类型下实施不同的定时同步控制误差范围修正；
所述信号质量识别需求的识别方法为：当对同一信道类型不同信号质量区间内，识别出的定时同步控制误差范围修正需求所需修正量不同时，则识别出信号质量识别需求，用于支撑同一信道类型不同信号质量区间实施不同的定时同步控制误差范围修正；
如本实施例中，信道类型D，信号质量区间(-inf，10]时，定时同步误差分布修正0～26都能够实现定时同步误差分布包含于定时同步误差容忍范围内；同样是信道类型D，信号质量区间(10，20]时，定时同步误差分布修正-4～-1都能够实现定时同步误差分布包含于定时同步误差容忍范围内；由于不同信号质量区间下，所需的定时同步误差分布修正不能统一，则识别出信道类型D中的信号质量识别需求，用于支撑同一信道类型不同信号质量区间实施不同的定时同步控制误差范围修正；
本实施例中，最终确认的定时同步需求如下表：
203.依据定时同步需求，实施针对性的定时同步控制
本步骤进一步包括：
203-1.依据信道类型识别需求，实施接收信号的信道类型识别
所述信道类型识别系现有技术，如中国专利CN200610113913.X“利用频域序列进行帧同步跟踪合信道检测的***及方法”、中国专利CN200610165405.6“OFDM符号和频率同步方法”等公开文献所载技术方案，在此不再赘述。
203-2.依据信号质量识别需求，实施信号质量区间识别
可选的，203-2’.依据信号质量识别需求，针对步骤203-1所识别出的信道类型实施进一步的信号质量区间识别
信号质量区间识别系现有技术，如国际专利PCT/US2002/017038“用于估计无线信道的信号干扰比的方法及装置”、国际专利PCT/CN01/01226“一种SINR估计方法以及实现该方法的装置”等公开文献所载技术方案，在此不再赘述。
本实施例中，步骤203-1识别出的信道类型为D，则需要进一步区分信号质量区间(-inf，10]与(10，20]；
203-3.依据步骤203-1识别出的信道类型及步骤203-2或者203-2’识别出的信号质量区间，在当前的接收机定时同步修正状态基础上，对接收信号实施定时同步控制修正，并将modify0赋值为modifyl，k
本实施例中，所述同步控制修正方法为，依据特定信道类型1特定信号质量区间k所需的修正量modifyl，k，在当前的接收机定时同步修正值modify0基础上，对时域接收信号进行大小为modifyl，k的定时同步修正；
本实施例中，当前的接收机定时同步修正值modify0＝0，信道类型D信号质量区间[sensitivity，-10]，则modifyl，k＝3；
203-4.根据定时同步控制修正，对接收信号实施定时同步跟踪与保持
可选的，对接收信号实施定时同步跟踪与保持所使用的数据来自于步骤203-3处理前，使用现有方案实施定时同步跟踪与保持；
可选的，对接收信号实施定时同步跟踪与保持所使用的数据来自于步骤203-3处理后，在使用现有方案获取的定时同步误差估计的基础上排除modifyl，k与modify0的影响；
本实施例中，对接收信号实施定时同步跟踪与保持所使用的数据来自于步骤203-3处理前，使用现有方案实施定时同步跟踪与保持；
较佳实施例2：本发明应用于3GPP LTE时分双工(简称，TDD LTE)***的接入网络接收机。
301.获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度；获取特定同步控制方法在典型信道环境及服务质量下的定时同步控制能力统计；
本实施例中，所述获得信道估计器的敏感度获取方法为：
定义均方误差统计量MSE1(理想定时同步下的信道估计均方误差)、MSE2(非理想定时同步下的信道估计均方误差)，
其中，Rhh为理想定时同步条件下的真实信道响应的自协方差矩阵；为理想定时同步条件下的基于仿真平台特定估计器获取的信道响应的自协方差矩阵；
其中， 为考虑了定时同步误差影响的真实信道响应的自协方差矩阵；为非理想定时同步条件下的基于仿真平台特定估计器获取的信道响应的自协方差矩阵；
搜索不同信道类型不同信噪比区间下，MSE2相比MSE1性能恶化小于预设门限th时的定时同步误差范围，统计于定时同步误差敏感度统计表中；
所述th取值范围0～0.5dB；本实施例中取值0.2dB；
步骤302同实施例1步骤202；
303.依据定时同步需求，实施针对性的定时同步控制
本步骤进一步包括：
303-1.依据信道类型识别需求，实施接收信号的信道类型识别
所述信道类型识别系现有技术，如中国专利CN200610113913.X“利用频域序列进行帧同步跟踪合信道检测的***及方法”、中国专利CN200610165405.6“OFDM符号和频率同步方法”等公开文献所载技术方案，在此不再赘述。
303-2.依据信号质量识别需求，实施信号质量区间识别
可选的，303-2’.依据信号质量识别需求，针对步骤303-1所识别出的信道类型实施进一步的信号质量区间识别
信号质量区间识别系现有技术，如国际专利PCT/US2002/017038“用于估计无线信道的信号干扰比的方法及装置”、国际专利PCT/CN01/01226“一种SINR估计方法以及实现该方法的装置”等公开文献所载技术方案，在此不再赘述。
303-3.依据步骤303-1识别出的信道类型及步骤303-2或303-2’识别出的信号质量区间，在当前的接收机定时同步修正状态基础上，对接收信号实施定时同步控制修正，并将modify0赋值为modifyl，k
本步骤中，所述同步控制修正方法为，依据特定信道类型1特定信号质量区间k所需的修正量modifyl，k，在当前的接收机定时同步修正状态基础上，对频域接收信号进行如下修正：
其中，Yn、Y′n分别为修正前后的频域接收信号的第n个子载波数据；N为OFDM***中使用的FFT的点数；n为子载波编号；
303-4.根据定时同步控制修正，对接收信号实施定时同步跟踪与保持
可选的，对接收信号实施定时同步跟踪与保持所使用的数据来自于步骤303-3处理前，使用现有方案实施定时同步跟踪与保持；
可选的，对接收信号实施定时同步跟踪与保持所使用的数据来自于步骤303-3处理后，在使用现有方案获取的定时同步误差估计的基础上排除modifyl，k与modify0的影响；
本实施例中，对接收信号实施定时同步跟踪与保持所使用的数据来自于步骤303-3处理后，在使用现有方案获取的定时同步误差估计的基础上排除modifyl，k与modify0的影响；
较佳实施例3：本发明应用于3GPP LTE时分双工(简称，TDD LTE)***的终端接收机。
401.获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度；获取特定同步控制方法在典型信道环境及服务质量下的定时同步控制能力统计；
本步骤中所述获得信道估计器的敏感度获取方法为：
定义均方误差统计量MSE1(理想定时同步下的信道估计均方误差)、MSE2(非理想定时同步下的信道估计均方误差)，
其中，h为理想定时同步条件下的真实信道响应；为理想定时同步条件下的基于工程平台特定估计器实测获取的信道响应；
其中，h′为非理想定时同步条件下的包含了定时同步误差影响的真实信道响应；为非理想定时同步条件下的基于工程平台特定估计器实测获取的信道响应；
搜索不同信道类型不同信噪比区间下，MSE2相比MSE1性能恶化小于预设门限th时的定时同步误差范围，统计于定时同步误差敏感度统计表中；
所述th取值范围0～0.5dB；本实施例中取值0.5dB；
本实施例中，所述定时同步控制方法能力统计表的获取方法为基于仿真平台仿真获取；
402.同较佳实施例1步骤202；
403.依据定时同步需求，实施针对性的定时同步控制；
403-1、同较佳实施例2步骤303-1；
403-2、同较佳实施例2步骤303-2；
403-3.依据步骤403-1识别出的信道类型及步骤403-2识别出的信号质量区间，在当前的接收机定时同步修正状态基础上，对接收信号实施定时同步控制修正，并将modify0赋值为modifyl，k
本实施例中，所述同步控制修正使用的方法为，依据步骤402获取的特定信道类型1特定信号质量区间k所需的修正量modifyl，k，在当前的接收机定时同步修正值modify0基础上，对频域接收信号中的导频信号进行如下修正：
其中，pn、p′n分别为修正前后的频域接收信号中的编号第n个子载波的导频符号；N为OFDM***中使用的FFT的点数；n为子载波编号；
基于p′n实施频域信道估计对频域信道估计实施如下修正：
其中，pn、p′n分别为修正前后的频域接收信号中的编号第n个子载波的导频符号；N为OFDM***中使用的FFT的点数；n为子载波编号；
403-4、同较佳实施例2步骤303-4；
为进一步直观展示本发明的有益效果，图3展示的是在较佳实施例1的应用场景中，信道类型C环境下，本发明的定时同步控制方法较现有技术的性能优势。其中，横坐标为信干噪比，纵坐标为接收机信道均衡与检测后的误码率；“no Timing Error”对应理想同步控制条件下的接收机信道均衡与检测后的误码率；“Normal Synchronizer”对应现有的定时同步控制方法下的接收机信道均衡与检测后的误码率；“Proposed Synchronizer”对应本发明的定时同步控制方法下的接收机信道均衡与检测后的误码率。可见，本发明能够获得显著优于现有定时同步控制方法的性能，并实现与信道估计器、信道均衡器的较佳契合，且较理想定时同步控制性能损失小于0.2dB。
本发明基于理论推导与验证整理获取特定信道估计器定时同步误差敏感度信息，识别定时同步控制的客观需求；并针对定时同步控制改善同步误差对信号估计器的性能影响，使用定时同步修正吻合信道估计器容忍范围，显著降低对精确同步误差估计的依赖；成功实现定时同步控制与信道估计器的最佳契合，以远低于现有方案的工程代价实现接收机均衡的有效运作；
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，终端设备或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明能够适用于以OFDM为基础的所有移动通信***。所属领域技术人员显然清楚并理解，对于本发明各个实施例中所阐述的方法及装置，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (25)
1.一种正交频分复用OFDM***定时同步控制方法，其特征在于，包括：
获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度，获取特定同步控制方法在典型信道环境及服务质量下的定时同步控制能力统计；
结合信道估计器定时同步误差敏感度与定时同步控制能力统计，识别出信道估计器在典型信道环境及服务质量下的定时同步需求，所述定时同步需求包括定时同步控制误差范围修正需求、信道类型识别需求和信号质量识别需求；
依据定时同步需求，实施定时同步控制。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度的方法为：定义均方误差统计量MSE1、MSE2；搜索不同信道类型不同信噪比区间下，MSE2相比MSE1性能恶化小于预设门限th时的定时同步误差范围，生成定时同步误差敏感度统计表；其中，所述MSE1为理想定时同步下的信道估计均方误差；MSE2为非理想定时同步下的信道估计均方误差，th取值范围0～0.5dB；
其中，
其中，
其中，N为信道响应的长度，tr(·)指矩阵对角元素求和，是考虑了定时同步误差影响的OFDM符号各子载波真实信道响应的协方差矩阵，Rhh为理想定时同步条件下的OFDM符号各子载波真实信道响应的自协方差矩阵，Rhp为OFDM符号各子载波真实信道响应与导频所在子载波的真实信道响应的协方差矩阵，为考虑了定时同步误差影响的OFDM符号各子载波真实信道响应与考虑了定时同步误差影响的导频所在子载波的真实信道响应的协方差矩阵，Rpp为导频所在子载波的真实信道响应的自协方差矩阵，为考虑了定时同步误差影响的导频所在子载波的真实信道响应的自协方差矩阵，(·)H为求共轭转置操作，I表示单位阵。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度的方法为：定义均方误差统计量MSE1、MSE2；搜索不同信道类型不同信噪比区间下，MSE2相比MSE1性能恶化小于预设门限th时的定时同步误差范围，生成定时同步误差敏感度统计表；其中，所述MSE1为理想定时同步下的信道估计均方误差；MSE2为非理想定时同步下的信道估计均方误差，th取值范围0～0.5dB；
其中，N为信道响应的长度，Rhh为理想定时同步条件下的真实信道响应的自协方差矩阵；为理想定时同步条件下的基于仿真平台特定估计器获取的信道响应的自协方差矩阵；
其中， 为考虑了定时同步误差影响的真实信道响应的自协方差矩阵； 为非理想定时同步条件下的基于仿真平台特定估计器获取的信道响应的自协方差矩阵。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度的方法为：定义均方误差统计量MSE1、MSE2；搜索不同信道类型不同信噪比区间下，MSE2相比MSE1性能恶化小于预设门限th时的定时同步误差范围，生成定时同步误差敏感度统计表；其中，所述MSE1为理想定时同步下的信道估计均方误差；MSE2为非理想定时同步下的信道估计均方误差，th取值范围0～0.5dB；
其中，h为理想定时同步条件下的真实信道响应；为理想定时同步条件下的基于工程平台特定估计器实测获取的信道响应；h′为非理想定时同步条件下的包含了定时同步误差影响的真实信道响应；为非理想定时同步条件下的基于工程平台特定估计器实测获取的信道响应。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述获取特定同步控制方法在典型信道环境及服务质量下的定时同步控制能力统计的方法为基于工程平台实测获取；所述工程平台由信号发生器、接收机、示波器、信号连接线组成，通过接收机的帧头信息在示波器内的波动范围确定定时同步控制能力。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述获取特定同步控制方法在典型信道环境及服务质量下的定时同步控制能力统计的方法为基于仿真平台仿真获取。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述定时同步控制误差范围修正需求的识别方法为：特定信号类型、特定信号质量区间的定时同步误差分布与对应条件下的定时同步误差容忍度分布未实现包含关系时，则识别出需要对特定信号类型、特定信号质量区间的定时同步误差分布进行修正，使得定时同步误差分布包含于定时同步误差容忍范围内，修正量记为modifyl,k，其中l表示信道类型，k表示信号质量区间。
8.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述信道类型识别需求的识别方法为：当对不同信道类型下识别出的定时同步控制误差范围修正需求所需修正量不同时，则识别出信道类型识别需求，用于支撑在不同类型下实施不同的定时同步控制误差范围修正。
9.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述信号质量识别需求的识别方法为：当对同一信道类型不同信号质量区间内，识别出的定时同步控制误差范围修正需求所需修正量不同时，则识别出信号质量识别需求，用于支撑同一信道类型不同信号质量区间实施不同的定时同步控制误差范围修正。
10.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述依据定时同步需求，实施定时同步控制，进一步包括：
C1.依据信道类型识别需求，实施接收信号的信道类型识别；
C2.依据信号质量识别需求，实施信号质量区间识别；
C3.依据步骤C1识别出的信道类型及步骤C2识别出的信号质量区间，在当前的接收机定时同步修正状态基础上，对接收信号实施定时同步控制修正，并将当前的接收机定时同步修正值modify0赋值为特定信道类型l特定信号质量区间k所需的修正量modifyl,k；
C4.根据定时同步控制修正，对接收信号实施定时同步跟踪与保持。
11.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述依据定时同步需求，实施定时同步控制，进一步包括：
C1.依据信道类型识别需求，实施接收信号的信道类型识别；
C2’.依据信号质量识别需求，针对步骤C1所识别出的信道类型实施进一步的信号质量区间识别；
C3.依据步骤C1识别出的信道类型及步骤C2’识别出的信号质量区间，在当前的接收机定时同步修正状态基础上，对接收信号实施定时同步控制修正，并将当前的接收机定时同步修正值modify0赋值为特定信道类型l特定信号质量区间k所需的修正量modifyl,k；
C4.根据定时同步控制修正，对接收信号实施定时同步跟踪与保持。
12.根据权利要求10或11所述方法，其特征在于，所述同步控制修正方法为，依据特定信道类型l特定信号质量区间k所需的修正量modifyl,k，在当前的接收机定时同步修正值modify0基础上，对时域接收信号进行大小为modifyl,k的定时同步修正。
13.根据权利要求10或11所述方法，其特征在于，所述同步控制修正方法为，依据特定信道类型l特定信号质量区间k所需的修正量modifyl,k，在当前的接收机定时同步修正状态基础上，对频域接收信号进行如下修正：
其中，Yn、Y′n分别为修正前和修正后的频域接收信号的第n个子载波数据；N为正交频分复用OFDM***中使用的快速傅里叶变换FFT的点数；n为子载波编号。
14.根据权利要求10或11所述方法，其特征在于，所述同步控制修正方法为，依据特定信道类型l特定信号质量区间k所需的修正量modifyl,k，在当前的接收机定时同步修正值modify0基础上，对频域接收信号中的导频信号进行如下修正：
基于p′n实施频域信道估计对频域信道估计实施如下修正：
其中，pn、p′n分别为修正前和修正后的频域接收信号中的编号第n个子载波的导频符号；N为正交频分复用OFDM***中使用的快速傅里叶变换FFT的点数；n为子载波编号。
15.一种正交频分复用OFDM***定时同步控制装置，包括：
定时同步误差敏感度统计器，用于获取特定信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度；
定时同步控制能力统计器，用于完成获取的特定同步控制方法在典型信道环境及服务质量下的定时同步控制能力统计；
定时同步需求识别器，用于依据所述定时同步误差的敏感度及所述定时同步控制能力统计，识别出信道估计器在典型信道环境及服务质量下的定时同步需求，包括定时同步控制误差范围修正需求、信道类型识别需求和信号质量识别需求；
定时同步控制器，用于依据定时同步需求，实施定时同步控制。
16.根据权利要求15所述装置，其特征在于，所述定时同步误差敏感度统计器获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度的方法为：定义均方误差统计量MSE1、MSE2；搜索不同信道类型不同信噪比区间下，MSE2相比MSE1性能恶化小于预设门限th时的定时同步误差范围，生成定时同步误差敏感度统计表；其中，所述MSE1为理想定时同步下的信道估计均方误差；MSE2为非理想定时同步下的信道估计均方误差，th取值范围0～0.5dB；
其中，
其中， 其中，N为信道响应的长度；tr(·)指矩阵对角元素求和；h为正交频分复用OFDM符号频域的真实信道响应；p为导频符号的真实信道估计；是考虑了定时同步误差影响的真实信道响应的协方差矩阵；Rhh为理想定时同步条件下的OFDM符号各子载波真实信道响应的自协方差矩阵，Rhp为OFDM符号各子载波真实信道响应与导频所在子载波的真实信道响应的协方差矩阵，为考虑了定时同步误差影响的OFDM符号各子载波真实信道响应与考虑了定时同步误差影响的导频所在子载波的真实信道响应的协方差矩阵，Rpp为导频所在子载波的真实信道响应的自协方差矩阵，为考虑了定时同步误差影响的导频所在子载波的真实信道响应的自协方差矩阵，(·)H为求共轭转置操作，I表示单位阵。
17.根据权利要求15所述装置，其特征在于，所述定时同步误差敏感度统计器获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度的方法为：定义均方误差统计量MSE1、MSE2；搜索不同信道类型不同信噪比区间下，MSE2相比MSE1性能恶化小于预设门限th时的定时同步误差范围，生成定时同步误差敏感度统计表；其中，所述MSE1为理想定时同步下的信道估计均方误差；MSE2为非理想定时同步下的信道估计均方误差，th取值范围0～0.5dB；
其中，Rhh为理想定时同步条件下的真实信道响应的自协方差矩阵；为理想定时同步条件下的基于仿真平台特定估计器获取的信道响应的自协方差矩阵；N为信道响应的长度；
其中， 为考虑了定时同步误差影响的真实信道响应的自协方差矩阵； 为非理想定时同步条件下的基于仿真平台特定估计器获取的信道响应的自协方差矩阵；N为信道响应的长度。
18.根据权利要求15所述装置，其特征在于，所述定时同步误差敏感度统计器获取信道估计器在典型信道环境及服务质量中对定时同步误差的敏感度的方法为：定义均方误差统计量MSE1、MSE2；搜索不同信道类型不同信噪比区间下，MSE2相比MSE1性能恶化小于预设门限th时的定时同步误差范围，生成定时同步误差敏感度统计表；其中，所述MSE1为理想定时同步下的信道估计均方误差；MSE2为非理想定时同步下的信道估计均方误差，th取值范围0～0.5dB；
其中，h为理想定时同步条件下的真实信道响应；为理想定时同步条件下的基于工程平台特定估计器实测获取的信道响应；h′为非理想定时同步条件下的包含了定时同步误差影响的真实信道响应；为非理想定时同步条件下的基于工程平台特定估计器实测获取的信道响应。
19.根据权利要求15所述装置，其特征在于，所述定时同步控制能力统计器获取特定同步控制方法在典型信道环境及服务质量下的定时同步控制能力统计的方法为基于工程平台实测获取；所述工程平台由信号发生器、接收机、示波器、信号连接线组成，通过接收机的帧头信息在示波器内的波动范围确定定时同步控制能力。
20.根据权利要求15所述装置，其特征在于，所述定时同步控制能力统计器获取特定同步控制方法在典型信道环境及服务质量下的定时同步控制能力统计的方法为基于仿真平台仿真获取。
21.根据权利要求15所述装置，其特征在于，所述定时同步需求识别器实施定时同步控制误差范围修正需求的识别方法为：特定信号类型、特定信号质量区间的定时同步误差分布与对应条件下的定时同步误差容忍度分布未实现包含关系时，则识别出需要对特定信号类型、特定信号质量区间的定时同步误差分布进行修正，使得定时同步误差分布包含于定时同步误差容忍范围内，修正量记为modifyl,k，其中l表示信道类型，k表示信号质量区间。
22.根据权利要求15所述装置，其特征在于，所述定时同步需求识别器实施信道类型识别需求的识别方法为：当对不同信道类型下识别出的定时同步控制误差范围修正需求所需修正量不同时，则识别出信道类型识别需求，用于支撑在不同类型下实施不同的定时同步控制误差范围修正。
23.根据权利要求15所述装置，其特征在于，所述定时同步需求识别器实施信号质量需求的识别方法为：当对同一信道类型不同信号质量区间内，识别出的定时同步控制误差范围修正需求所需修正量不同时，则识别出信号质量识别需求，用于支撑同一信道类型不同信号质量区间实施不同的定时同步控制误差范围修正。
24.根据权利要求15所述装置，其特征在于，所述定时同步需求识别器，进一步包括：
信道类型识别器，用于依据所述定时同步需求识别器的识别出的信道类型识别需求对接收信号实施信道类型的识别；
信号质量识别器，用于依据所述定时同步需求识别器的识别出的信号质量识别需求对接收信号实施信号质量的识别；
定时同步控制误差修正器，用于依据所述信道类型识别器输出的信道类型、所述信号质量识别器识别出的信号质量以及所述定时同步需求识别器指示的该信道类型和该信号质量下的定时同步控制误差范围修正需求，对接收信号实施修正；
常规定时同步控制器，用于基于接收信号特定特征实施定时同步跟踪与保持。
25.根据权利要求24所述装置，其特征在于，所述定时同步需求识别器，还包括：定时同步控制误差修正影响排除器，用于从接收信号中排除所述定时同步控制误差修正器的影响因素。
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| CN103036833A (zh) | 2013-04-10 |
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Application publication date: 20130410 Assignee: SPREADTRUM COMMUNICATIONS (SHANGHAI) Co.,Ltd. Assignor: Xinxin Finance Leasing (Xiamen) Co.,Ltd. Contract record no.: X2021110000009 Denomination of invention: A timing synchronization control method and device for OFDM system Granted publication date: 20171013 License type: Exclusive License Record date: 20210317 |
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