CN101039125B - 用于td-scdma终端测试的频率偏差测量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于TD-SCDMA终端测试的频率偏差测量装置和方法，其中接收装置对接收的信号进行滤波且正交解调成I、Q两路信号，然后数据解调装置解调出用户的发射数据，相位判决装置进行0、1序列判决，信号恢复装置恢复参考信号，最后频率偏差获取装置比较接收信号的数据块和参考信号的数据块的相位得到码片的相位偏差值δφ_i，并根据公式δφ_i＝φ₀+k*i*Φ_f得到超定方程组，求出该突发时隙的载波频率偏差k，或根据公式k＝f_e*Δθ/2π计算得到所接收信号突发时隙的载波频率偏差值k。

Description

用于TD-SCDMA终端测试的频率偏差测量的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于TD-SCDMA终端测试的频率偏差测量方法和装置，具体地，涉及采用信道估计码实现频率偏差的测量，本发明适用于TD-SCDMA系统的终端的频率偏差测量。

背景技术

无线移动通讯中最显著的特点就是其信道的复杂性和时变性。在接收方案中，需要接收端对信道进行估计和测量，然后利用得到的信道响应对信号进行检测。由于信道响应是由发送设备、射频载波在无线信道的传播和接收设备的特性决定的，设备的频率偏差和漂移等特性、无线传播信道的变化、终端移动引起的多普勒频移和衰落变化等，都将带来信道响应的时间变化并最终影响系统的性能。

在接收端信道估计和测量必须能够捕获和跟踪信道的变化，才能够保证数据接收解调的性能。而频率偏差又会引起相位偏差，因此，频率偏差的测量和校准是移动通讯系统设备正常工作的必不可少的重要步骤。

以TD-SCDMA(3GPP 1.28Mcps TDD)系统的业务时隙的突发信号结构(详见图1)为例，突发信号中部的信道估计码(Midamble码，中间码)是用来进行信道估计及相关计算的，两边的数据块用来传送业务数据。TD-SCDMA系统的参数为：时隙长为TS＝0.675ms；符号(扩频因子为16)长为：12.5μs；码片长为：Tc＝0.78125μs。每个时隙有两个数据块，每个数据块含有22个符号(扩频因子为16)，中间码共有144(128+16)个码片。

在中国专利200410000119.5中提出了一种TD-SCDMA系统的频率偏差测量方法，其中通过对接收信号进行信道估计以得到参考信号的主要分量，通过将参考信号的主要分量和接收信号进行比较，得到频率偏差。该方法利用复杂且耗时的傅立叶变换和反傅立叶变换恢复参考信号的主要分量，接着通过恢复的参考信号和接收信号的较大运算量的相关计算进行码片比较，通过码片合并获得相位偏差，进而获得频率偏差。该方法可以获TD-SCDMA系统的频率偏差。但是对于TD-SCDMA终端测试系统而言，该方法将降低了在检测条件下的检测装置的检测效率。

发明内容

在TD-SCDMA系统中，是利用其中间码来进行信道估计的。信道估计包括功率估计和定时估计。实际单个终端测试应用中，不存在多用户间干扰的情况，此时只受码片相位偏差的影响，而不受频率偏差的影响，我们以中间码作为参考点，直接对中间码的相位进行相关分析，由相关峰值确定信号的接收时间，通过分析被测信号每码片的相位偏差值得到测量突发时隙的载波频率偏差，而不需要迭代的过程。

因此，根据本发明的一方面，本发明提供了一种移动通信信号频率偏差测量的方法，包括步骤：通过接收装置接收信号，对接收的信号进行滤波并将其正交解调成I、Q两路信号，对I、Q两路信号进行相关计算，得到相关峰值，根据相关峰值，确定所接收的I、Q信号的中间码位置；根据所确定的中间码位置，将I、Q信号解调成用户数据；求解调出来的用户数据的相位，并进行分析、判决得到0、1数据序列；利用相位判决后的数据恢复参考信号；逐码片比较接收信号的数据块和参考信号的数据块的相位得到第i个码片的相位偏差值δφ_i，根据公式δφ_i＝φ₀+k*i*Φ_f或k＝f_e*Δθ/2π计算得到所接收信号的突发时隙的载波频率偏差值k，其中δφ_i是接收的突发时隙中第i个码片与对应的参考信号突发时隙中第i个码片的相位偏差值；Φ_f为载波频率单位频偏引起的相位偏移特征值；φ₀为该突发时隙的相位偏差值；f_e为TD-SCDMA基带信号的特征频率；Δθ为等效相位偏差值。

根据本发明的第二方面，本发明提供了一种移动通信信号频率偏差测量的方法，其中Φ_f＝2π×f_e×τ_chip，f_e为TD-SCDMA基带信号的特征频率，τ_chip为一码片时间长度。

根据本发明的第三方面，本发明提供了一种移动通信信号频率偏差测量的方法，包括计算出多个码片的相位偏差值δφ_i，利用公式δφ_i＝φ₀+k*i*Φ_f得到多个方程组，通过最小二乘法拟合得到φ₀和k。

根据本发明第四方面，本发明提供了一种移动通信信号频率偏差测量的方法，其中δφ_i通过 ${\mathrm{\δ\φ}}_i=\arctan \frac{Q_i}{I_i}-\arctan \frac{Q_{\mathrm{refi}}}{I_{\mathrm{refi}}}$ 来计算。

根据本发明第五方面，本发明还提供了一种用于TD-SCDMA终端测试的频率偏差测量装置，包括：接收装置：用于接收移动通信信号并对接收的信号进行滤波且正交解调成I、Q两路信号；相关计算装置，其利用中间码序列M_i对I、Q两路信号的中间码进行相关计算，得到相关峰值，从而得到突发时隙的数据位置信息；数据解调装置，用于根据得到突发时隙的数据位置信息解调出用户的发射数据；相位判决装置，其根据解调出用户的发射数据的相位值进行0、1序列判决；信号恢复装置，其利用判决后的0、1序列，恢复参考信号；频率偏差获取装置，其逐码片比较接收信号的数据块和参考信号的数据块的相位得到第i个码片的相位偏差值δφ_i，根据公式δφ_i＝φ₀+k*i*Φ_f或k＝f_e*Δθ/2π计算得到所接收信号的突发时隙的载波频率偏差值k，其中δφ_i是接收的突发时隙中第i个码片与对应的参考信号突发时隙中第i个码片的相位偏差值；Φ_f为载波频率单位频偏引起的相位偏移特征值；φ₀为该突发时隙的相位偏差值；f_e为TD-SCDMA基带信号的特征频率；Δθ为等效相位偏差值。

由于本发明不需要迭代的过程，所以对于TD-SCDMA终端测试系统而言，本发明提高了在检测条件下的检测装置的检测效率。

本发明主要用于测试TD-SCDMA终端频率偏差，适用于TD-SCDMA终端的设计和开发、制造、服务和维修过程中的性能指标测试。

附图说明

图1是TD-SCDMA业务时隙突发结构示意图。

图2是本发明的实施例中用于TD-SCDMA终端测试的频率偏差测量方法的流程图。

图3是对接收到的I、Q信号进行处理，信号相关、解调和相位判决等。

图4是本发明实施例中进行相关运算的信号流示意图和原理图。

图5是数据解调装置的原理图。

图6是相位判决装置的原理图。

图7是信号恢复装置的原理图。

图8是频率偏差计算装置的原理图。

具体实施例

为了便于本领域一般技术人员理解与实施本发明，下面参照附图通过优选实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

首先，参照图2，图2是根据本发明的优选实施例采用信道估计码实现频率偏差测量的方法流程图。针对3GPP TD-SCDMA系统的终端，在本发明的实施例中，提供了一种用于TD-SCDMA终端测试的频率偏差测量方法，包括以下的步骤：

参照图4，在步骤1中，通过接收装置接收信号，对接收的信号进行滤波并将其正交解调成I、Q两路信号，对I、Q两路信号进行相关计算，得到相关峰值，根据相关峰值，确定所接收的I、Q信号的中间码位置；

参照图5，在步骤中2，根据所确定的中间码位置，将I、Q信号解调成用户数据。在该实施例中，采用的是单用户、单码道传输，则此时码道数据对应着用户1的数据；

参照图6，在步骤3中，求解调出来的用户数据的相位，并进行分析、判决得到0、1数据序列。在该实施例中，只对码道1(对应着用户1)的数据相位信息进行分析，因为系统设计为单用户、单码道的情况；

参照图7，在步骤4中，利用相位判决后的数据恢复参考信号，相当于利用判决反馈恢复了一个已消除相位偏差、频率偏差的参考信号；

参照图8，在步骤5中，逐码片比较接收信号的数据块和参考信号的数据块的相位得到码片的相位偏差值δφ_i，根据公式δφ_i＝φ₀+k*i*Φ_f计算得到所接收信号突发时隙的载波频率偏差值k；其中δφ_i是接收的突发时隙中第i个码片与对应的参考信号突发时隙中第i个码片的相位偏差值；Φ_f为载波频率单位频偏引起的相位偏移特征值；φ₀为该突发时隙的相位偏差值。以下将更详细地描述各个步骤的实现方法。众所周知，根据TD-SCDMA技术规范及不同用户数，在移动终端根据基本中间码按照一定规则构造了多个中间码序列M_i。在TD-SCDMA终端通过接收机(接收装置)接收信号后，接收机可通过根升余弦滚降滤波器对接收的突发时隙信号滤波，然后将滤波后的信号正交解调成I、Q两路信号，这里，根升余弦滚降滤波器优选以下参数：滚降系数α＝0.22，滤波器带宽＝1.28MHz。

接下来，进行中间码相关信道估计。具体地，其包括以下步骤：1)相关计算装置利用中间码序列M_i对I、Q两路信号进行相关计算，找到最大的中间码相关峰值并确定匹配的中间码序列M_f；2)根据该最大相关峰的时间位置信息j，确定所接收信号(I、Q两路信号)突发时隙的中间码时间起点位置信息k；3)根据突发时隙中间码的时间位置信息，依据TD-SCDMA业务突发时隙结构，确定该突发时隙数据起止时间位置信息。为了更详尽地描述该过程，以下通过下面的表达式来进行说明。

ICorr_mn＝M_m·I_n

QCorr_mn＝M_m·Q_n                                           (1)

Corr_peak＝max(|ICorr_jk |+|QCorr_jk |)

式中I_n、Q_n为接收的I、Q信号序列中第n段数据序列(即从第n个码片开始的，长度为中间码长度144个码片的I、Q信号序列)；

M_m为M_i中的i取m时的中间码序列；

ICorr_mn为用编号为m的中间码序列M_m对I路信号第n段数据序列进行相关计算(相关计算是指将对应位置的I路信号第n段数据序列与中间码序列M_m分别相乘，即ICorr_mn＝(M_m，0*I_n，0，……，M_m，143*I_n，143)；

QCorr_mn为用编号为m的中间码序列M_m对Q路信号第n段数据序列同样进行相关计算(即QCorr_mn＝(M_m，0*Q_n，0，……，M_m，143*Q_n，143)；

Corr_peak为最大相关峰值，其对应的j、k值分别为与I、Q信号匹配的中间码序列编号和匹配的中间码序列在采集的突发时隙中的起点时间点。

然后，通过数据解调装置执行中间码区IQ数据恢复。具体地，通过以下步骤解调出用户的发射数据：1)根据匹配的中间码序列M_j确定匹配的扰码序列；2)对突发时隙数据区解扰；3)对突发时隙数据区解扩。

接着，通过以下步骤获得参考IQ数据：1)相位判决装置将业务时隙中I、Q两路数据映射到IQ坐标系中；2)对比QPSK调制IQ分布，相位判决装置根据I、Q信号在IQ坐标系中相位值进行01判决(即根据QPSK调制中01序列与对应相位值的映射关系判决)；3)信号恢复装置将判决后的0、1序列恢复成参考信号，即，首先将相位判决后的数据作为恢复参考信号源，对判决后的0、1序列进行复值映射、QPSK调制、扩频调制处理，然后，将处理后的信号通过升余弦滚降滤波器，从而得到参考信号I_ref、Q_ref。升余弦滚降滤波器的参数可选择如下：滚降系数α＝0.22，滤波器带宽＝1.28MHz。

接着，逐码片比较接收信号的数据块和参考信号的数据块的相位得到码片的相位偏差值δφ_i，根据公式δφ_i＝φ₀+k*i*Φ_f计算得到所接收信号突发时隙的载波频率偏差值k；其中δφ_i是接收的突发时隙中第i个码片与对应的参考信号突发时隙中第i个码片的相位偏差值；Φ_f为载波频率单位频偏引起的相位偏移特征值；φ₀为该突发时隙的相位偏差值。

具体地，δφ_i满足如下条件：

${\mathrm{\δ\φ}}_i=\arctan \frac{Q_i}{I_i}-\arctan \frac{Q_{\mathrm{refi}}}{I_{\mathrm{refi}}}.---\left(2\right)$

此外，Φ_f＝2π×f_e×τ_chip                            (3)

上式中Φ_f是对TD-SCDMA基带信号(码片速率为1.28MHz，经过α值为0.22的根升余弦滚降滤波器，中心频率为0.64MHz)的特征频率f_e在一码片时间长度(τ_chip＝1/1.28M秒)内的相位变化值。TD-SCDMA基带信号的特征频率f_e可根据对TD-SCDMA基带信号频谱分析和根据TD-SCDMA基带信号相位对中心频率偏移响应实验得到。

另外，通过求得的多个δφ_i值，根据δφ_i＝φ₀+k*i*Φ_f可以得到含有两个未知量即φ₀和k的超定方程组，从而可通过最小二乘法拟合求得相位偏差φ₀和突发时隙载波频率偏差值k，由于此处仅仅是为了求得突发时隙载波频率偏差值k，因此，也可以只求k而不需要求相位偏差φ₀，这与本人的另一个专利中通过δφ_i＝φ₀+k*Φ_f所得到的突发时隙载波频率偏差值k相比，本专利中所得到的k值更加准确(相应地，另一篇专利中得的相位偏差φ₀更准确)。

实施例2

根据又一种用于TD-SCDMA终端测试的频率偏差测量方法，其包括以下步骤：

参照图4，在步骤1中，通过接收装置接收信号，对接收的信号进行滤波并将其正交解调成I、Q两路信号，对I、Q两路信号进行相关计算，得到相关峰值，根据相关峰值，确定所接收的I、Q信号的中间码位置；

参照图5，在步骤中2，根据所确定的中间码位置，将I、Q信号解调成用户数据。在该实施例中，采用的是单用户、单码道传输，则此时码道数据对应着用户1的数据；

参照图6，在步骤3中，求解调出来的用户数据的相位，并进行分析、判决得到0、1数据序列。在该实施例中，只对码道1(对应着用户1)的数据相位信息进行分析，因为系统设计为单用户、单码道的情况；

参照图7，在步骤4中，利用相位判决后的数据恢复参考信号，相当于利用判决反馈恢复了一个已消除相位偏差、频率偏差的参考信号；

参照图8，在步骤5中，逐码片比较接收信号的数据块和参考信号的数据块的相位得到码片的相位偏差值δφ_i，通过公式k＝f_e*Δθ/2π计算得到所接收信号突发时隙的载波频率偏差值k；其中f_e为TD-SCDMA基带信号的特征频率；Δθ表示等效相位偏差值(即“相邻码片的相位偏差值之差”)。

与实施例1相比，该实施例中的步骤1-4与实施例1中的步骤1-4相同，具体实现方法不再详述。

具体地，在该实施例中，TD-SCDMA基带信号的特征频率f_e可根据对TD-SCDMA基带信号频谱分析和根据TD-SCDMA基带信号相位对中心频率偏移响应实验得到。而Δθ可通过Δθ＝δφ_i-δφ_i-1来求得。这里的Δθ也可称为等效相位偏差值，其由频率偏差引起。

实施例3

本发明还提供一种用于TD-SCDMA终端测试的频率偏差测量装置，包括：

接收装置：用于接收移动通信信号并对接收的信号进行滤波且正交解调成I、Q两路信号；

相关计算装置，其利用中间码序列M_i对接收信号的中间码进行相关计算，得到相关峰值，从而得到突发时隙的数据位置信息；

数据解调装置，用于解调出用户的发射数据；

相位判决装置，其根据解调出用户的发射数据的相位值进行0、1序列判决；

信号恢复装置，其利用判决后的0、1序列，恢复参考信号；

频率偏差获取装置，其逐码片比较接收信号的数据块和参考信号的数据块的相位得到码片的相位偏差值δφ_i，根据公式δφ_i＝φ₀+k*i*Φ_f计算得到所接收信号突发时隙的载波频率偏差值k；其中δφ_i是接收的突发时隙中第i个码片与对应的参考信号突发时隙中第i个码片的相位偏差值；Φ_f为载波频率单位频偏引起的相位偏移特征值；φ₀为该突发时隙的相位偏差值。

根据又一种用于TD-SCDMA终端测试的频率偏差测量装置，可以将上述的用于TD-SCDMA终端测试的频率偏差测量装置中的频率偏差获取装置替换为以下的频率偏差获取装置：

频率偏差获取装置，其逐码片比较接收信号的数据块和参考信号的数据块的相位得到码片的相位偏差值δφ_i，通过公式k＝f_e*Δθ/2π计算得到所接收信号突发时隙的载波频率偏差值k；其中f_e为TD-SCDMA基带信号的特征频率；Δθ表示等效相位偏差值(即“相邻码片的相位偏差值之差”)。

具体地，TD-SCDMA基带信号的特征频率f_e可根据对TD-SCDMA基带信号频谱分析和根据TD-SCDMA基带信号相位对中心频率偏移响应实验得到。而Δθ可通过Δθ＝δφ_i-δφ_i-1来求得。这里的Δθ也可称为等效相位偏差值，其由频率偏差引起。

此外，与前述频率偏差测量方法对应地，该频率偏差测量装置通过该频率偏差测量方法实现频率偏差的测量。

以上具体说明本发明的各种实施例，但是本发明并不限于上述具体实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内，可以做出各种变形。

Claims (8)

1.一种用于TD-SCDMA终端测试的频率偏差测量方法，包括步骤：

1)通过接收装置接收信号，对接收的信号进行滤波并将其正交解调成I、Q两路信号，对I、Q两路信号进行相关计算，得到相关峰值，根据相关峰值，确定所接收的I、Q信号的中间码位置；

2)根据所确定的中间码位置，将I、Q信号解调成用户数据；

3)求解调出来的用户数据的相位，并进行分析、判决得到0、1数据序列；

4)利用相位判决后的数据恢复参考信号；

5)逐码片比较接收信号的数据块和参考信号的数据块的相位得到第i个码片的相位偏差值δφ_i，根据公式δφ_i＝φ₀+k*i*Φ_f或k＝f_e*Δθ/2π计算得到所接收信号的突发时隙的载波频率偏差值k，其中δφ_i是接收的突发时隙中第i个码片与对应的参考信号突发时隙中第i个码片的相位偏差值；Φ_f为载波频率单位频偏引起的相位偏移特征值；φ₀为该突发时隙的相位偏差值；f_e为TD-SCDMA基带信号的特征频率；Δθ为等效相位偏差值，

Δθ＝δφ_i-δφ_i-1。

2.根据权利要求1的用于TD-SCDMA终端测试的频率偏差测量方法，其特征在于：Φ_f根据公式Φ_f＝2π×f_e×τ_chip来获得，其中f_e为TD-SCDMA基带信号的特征频率，τ_chip为一码片时间长度。

3.根据权利要求1或2的用于TD-SCDMA终端测试的频率偏差测量方法，其特征在于：

计算出多个码片的相位偏差值δφ_i，利用公式δφ_i＝φ₀+k*i*Φ_f得到超定方程组，通过最小二乘法拟合得到φ₀和k。

4.根据权利要求3的用于TD-SCDMA终端测试的频率偏差测量方法，其特征在于：δφ_i通过 ${\mathrm{\δ\φ}}_i=\arctan \frac{Q_i}{I_i}-\arctan \frac{Q_{\mathrm{refi}}}{I_{\mathrm{refi}}}$ 来计算，

I_i、Q_i是接收的突发时隙中第i个码片的I、Q两路信号，I_refi、Q_refi是对应的参考信号突发时隙中第i个码片的I、Q两路信号。

5.一种用于TD-SCDMA终端测试的频率偏差测量装置，包括：

接收装置：用于接收移动通信信号并对接收的信号进行滤波且正交解调成I、Q两路信号；

相关计算装置，其利用中间码序列M_i对I、Q两路信号进行相关计算，得到相关峰值，从而得到突发时隙的数据起止时间位置信息；

数据解调装置，用于根据得到突发时隙的数据位置信息解调出用户的发射数据；

相位判决装置，其根据解调出用户的发射数据的相位值进行分析、判决得到0、1序列；

信号恢复装置，其利用判决后的0、1序列，恢复参考信号；

频率偏差获取装置，其逐码片比较接收信号的数据块和参考信号的数据块的相位得到第i个码片的相位偏差值δφ_i，根据公式δφ_i＝φ₀+k*i*Φ_f或k＝f_e*Δθ/2π计算得到所接收信号的突发时隙的载波频率偏差值k，其中δφ_i是接收的突发时隙中第i个码片与对应的参考信号突发时隙中第i个码片的相位偏差值；Φ_f为载波频率单位频偏引起的相位偏移特征值；φ₀为该突发时隙的相位偏差值；f_e为TD-SCDMA基带信号的特征频率；Δθ为等效相位偏差值，

Δθ＝δφ_i-δφ_i-1。

6.根据权利要求5的用于TD-SCDMA终端测试的频率偏差测量装置，其特征在于：Φ_f根据公式Φ_f＝2π×f_e×τ_chip来获得，其中f_e为TD-SCDMA基带信号的特征频率，τ_chip为一码片时间长度。

7.根据权利要求5或6的用于TD-SCDMA终端测试的频率偏差测量装置，其特征在于：计算出多个码片的相位偏差值δφ_i，利用公式δφ_i＝φ₀+k*i*Φ_f得到超定方程组，通过最小二乘法拟合得到φ₀和k。

8.根据权利要求5或6的用于TD-SCDMA终端测试的频率偏差测量装置，其特征在于：δφ_i通过 ${\mathrm{\δ\φ}}_i=\arctan \frac{Q_i}{I_i}-\arctan \frac{Q_{\mathrm{refi}}}{I_{\mathrm{refi}}}$ 来计算，

I_i、Q_i是接收的突发时隙中第i个码片的I、Q两路信号，I_refi、Q_refi是对应的参考信号突发时隙中第i个码片的I、Q两路信号。

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