CN101330315A - 频率校正信道捕获方法、装置及频偏估计方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种频率校正信道捕获方法、装置及频偏估计方法、装置，其中，该频率校正信道捕获方法包括：步骤A1，在搜索频点上保存突发数据；步骤A2，从保存的突发数据的第一个数据开始，每次取出N个数据进行旋转相关运算获取该次运算的最大相关峰，直至到最后一个数据为止；所述N为频率校正信道的长度；步骤A3，获取旋转相关运算得到的所有最大相关峰中具有最大值的第一相关峰，并记录该第一相关峰的峰值及位置信息；步骤A4，在该第一相关峰的峰值超过捕获门限时，根据第一相关峰的位置信息捕获频率校正信道。利用本发明的方法可以在较低的信噪比环境下快速捕获FCCH，并获得较为精确的频偏估计，以调整本地时钟。

Description

频率校正信道捕获方法、装置及频偏估计方法、装置

技术领域

本发明涉及移动通讯领域中的同步技术，特别是一种频率校正信道捕获方法、装置及频偏估计方法、装置。

背景技术

GSM是移动通讯中使用最广泛的一种通讯标准，在GSM协议里存在几种业务信道和控制信道，其中，业务信道用于数字化的语音业务或数据业务的传输，而控制信道包括公知的频率校正信道(Frequency Correction Channel，FCCH)。FCCH能够使移动台的本地时钟频率同步到基站上的精确频率上去。

如图1所示，FCCH具有特有的数据突发包格式，即对142个固定序列进行GMSK(Gaussian-filtered Minimum Shift Keying高斯滤波最小移位键控)调制。FCCH所传输的数据突发包的传输速率一般是信道数据速率的1/4，即67.708kHz，也就是说，FCCH是一个频率为67.708kHz的单频信号。FCCH位于控制复帧的第一帧，并恒定占用T0时隙，并在复帧里每10帧就重复发送一次。

在实际应用中，移动台或其它相关设备捕获FCCH的方法通常有两大类：基于相位差和基于滑动相关。

美国专利申请US20050207517A1给出一种基于相位差检测的FCCH搜索和频偏估计方法。然而这种方法中，噪声对相位的影响比较大，在低信噪比条件下其精确性比较差。

中国发明专利申请200410097813.3介绍了一种更为精确的频偏估计方法，但这种方法是必须首先精确捕获FCCH。

而基于滑动相关的方法受噪声的影响会小一些，但是移动台或其它相关设备的时钟精度通常不高，在本地时钟偏差大于1kHz情况下其性能急剧恶化，而且这种方法不能进行频偏估计和补偿。

发明内容

本发明的目的是提供一种频率校正信道捕获方法、装置及频偏估计方法、装置，在较低的信噪比环境下快速捕获FCCH，并进行频偏估计。

为了实现上述目的，本发明提供了一种频率校正信道捕获方法，其中，包括：

步骤A1，在搜索频点上保存突发数据；

步骤A2，从保存的突发数据的第一个数据开始，每次取出N个数据进行旋转相关运算获取该次运算的最大相关峰，直至到最后一个数据为止；所述N为频率校正信道的长度；

步骤A3，获取旋转相关运算得到的所有最大相关峰中具有最大值的第一相关峰，并记录该第一相关峰的峰值及位置信息；

步骤A4，在该第一相关峰的峰值超过捕获门限时，根据第一相关峰的位置信息捕获频率校正信道。

上述的方法，其中，所述位置信息为

和表示所述第一相关峰出现在第

个突发中第个数据，所述步骤A4中，根据第一相关峰的位置信息捕获频率校正信道具体为：

获取频率校正信道的起始点估计 $(a-\hat{m})*b+\hat{i}+c,$ 其中a是频率校正信道的重复周期，b是一个突发的长度，c是频率校正信道的头比特长度。

上述的方法，其中，所述步骤A2中对N个数据进行旋转相关运算获取该次运算的最大相关峰的动作具体包括：

步骤31，对输入信号进行相位翻转；

步骤32，对翻转后的输入信号进行连续点累加；

步骤33，对执行连续点累加得到的序列执行快速傅立叶变换；

步骤34，对快速傅立叶变换得到的数据求模值；

步骤35，将各个模值中的最大值作为本次的N个数据的最大相关峰。

上述的方法，其中，所述步骤33中，对执行连续点累加得到的序列的尾部进行补零，并对尾部补零后的序列进行快速傅立叶变换。

为了更好的实现上述目的，本发明还提供了一种频率校正信道捕获装置，包括：

数据保存模块，用于在搜索频点上保存突发数据；

旋转相关运算模块，用于从保存的突发数据的第一个数据开始，每次取出N个数据进行旋转相关运算获取该次运算的最大相关峰，直至到最后一个数据为止；所述N为频率校正信道的长度；

第一相关峰记录模块，用于获取旋转相关运算得到的所有最大相关峰中具有最大值的第一相关峰，并记录该第一相关峰的峰值及位置信息；

捕获模块，用于在该第一相关峰的峰值超过捕获门限时，根据第一相关峰的位置信息捕获频率校正信道。

上述的装置，其中，所述旋转相关运算模块具体包括：

用于对输入信号进行相位翻转的单元；

用于对翻转后的输入信号进行连续点累加的单元；

用于对执行连续点累加得到的序列执行快速傅立叶变换的单元；

用于对快速傅立叶变换变换得到的数据求模值的单元；

用于从N个模值中搜索最大值的相关峰搜索单元。

为了更好的实现上述目的，本发明还提供了一种频偏估计的方法，其中，包括：

步骤B1，在搜索频点上保存突发数据；

步骤B2，从保存的突发数据的第一个数据开始，每次取出N个数据进行旋转相关运算获取该次运算的最大相关峰，直至到最后一个数据为止；所述N为频率校正信道的长度；

步骤B3，获取旋转相关运算得到的所有最大相关峰中具有最大值的第一相关峰，并记录该第一相关峰的峰值及位置信息；

步骤B4，在该第一相关峰的峰值超过捕获门限时，根据第一相关峰的位置信息进行频偏估计。

上述的方法，其中，所述步骤B2中对N个数据进行旋转相关运算获取该次运算的最大相关峰的动作具体包括：

步骤31，对输入信号进行相位翻转；

步骤32，对翻转后的输入信号进行连续点累加；

步骤33，对执行连续点累加得到的序列执行快速傅立叶变换；

步骤34，对快速傅立叶变换得到的数据求模值；

步骤35，将各个模值中的最大值作为本次的N个数据的最大相关峰。

上述的方法，其中，所述步骤33中，对执行连续点累加得到的序列的尾部进行补零，并对尾部补零后的序列进行快速傅立叶变换。

上述的方法，其中，所述位置信息为

所述

是第一相关峰对应的快速傅立叶变换的下标值，所述频偏估计为：

$\mathrm{\Δ}\hat{f}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δf}}_b*\hat{k},\hat{k}=\mathrm{0,1}\·\·\·,(K+N/P)/2\\ {\mathrm{\Δf}}_b*(N/P+K-\hat{k}),\hat{k}=(K+N/P)/2+1,\·\·\·,(K+N/P)-1\end{array}\right.$

所述Δf_b为频偏估计精度，所述K为补零的个数，P为连续采样点累加的数目。

为了更好的实现上述目的，本发明还提供了频偏估计装置，包括：

数据保存模块，用于在搜索频点上保存突发数据；

旋转相关运算模块，用于从保存的突发数据的第一个数据开始，每次取出N个数据进行旋转相关运算获取该次运算的最大相关峰，直至到最后一个数据为止；所述N为频率校正信道的长度；

第一相关峰记录模块，用于获取旋转相关运算得到的所有最大相关峰中具有最大值的第一相关峰，并记录该第一相关峰的峰值及位置信息；

估计模块，用于在该第一相关峰的峰值超过捕获门限时，根据第一相关峰的位置信息进行频偏估计。

上述的装置，其中，所述旋转相关运算模块具体包括：

用于对输入信号进行相位翻转的单元；

用于对翻转后的输入信号进行连续点累加的单元；

用于对执行连续点累加得到的序列执行快速傅立叶变换的单元；

用于对快速傅立叶变换变换得到的数据求模值的单元；

用于将各个模值中的最大值作为本次的N个数据的相关峰搜索的单元。

利用本发明，先对接收信号进行频率补偿，然后再进行滑动相关。所以与现有技术相比，本发明可以在较低的信噪比环境下快速捕获FCCH，并获得较为精确的频偏估计，以调整本地时钟。

附图说明

图1为FCCH中突发(FB)的结构示意图；

图2为本发明的频率校正信道捕获方法的流程示意图；

图3为旋转相关运算的流程示意图；

图4为本发明的频偏估计方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明的频率校正信道捕获方法如图2所示，包括：

步骤21，在搜索频点上保存L(L大于FCCH的重复周期)个连续的时隙(突发)数据；

步骤22，从保存的L个连续的突发数据的第一个数据开始，每次取出N个数据(N为FCCH的长度)，进行旋转相关运算获取该次运算的最大相关峰，直至到最后一个数据为止；

步骤23，获取旋转相关运算得到的所有最大相关峰中具有最大值的第一相关峰，并记录该第一相关峰的峰值及位置信息；

步骤24，在该第一相关峰的峰值超过捕获门限时，根据第一相关峰的位置信息捕获频率校正信道。

在步骤21中，由于FCCH恒定占用T0时隙，并在控制复帧里每10帧重复发送一次。所以为了完成FCCH的捕获，在每个频点上至少要连续搜索80个以上的时隙(突发)；

其中，对N个数据(N为FCCH的长度)进行旋转相关运算得到最大相关峰的处理如图3所示，包括如下步骤：

步骤31，对输入信号进行相位翻转；

步骤32，对翻转后的输入信号进行连续点累加(子相关)；

步骤33，对子相关序列执行FFT(Fast Flourier Transfer，快速傅立叶变换)；

步骤34，对FFT变换得到的数据(复数)求模值；

步骤35，将各个模值中的最大值作为本次的N个数据的相关峰。

在上述的步骤32中，执行连续点累加的操作可以减小FFT的运算量。

同时，为了有效的提高频偏估计的精度，本发明进一步对步骤32得到的子相关序列的尾部补零，并在步骤33中对尾部补零后的子相关序列进行FFT。

对数字序列尾部补零，不会改变序列的频谱结构，却能有效的克服FFT变换的栅栏效应，提高频偏估计的精度。

假设在步骤31前的输入信号的I路和Q路都经过单倍采样，即采样速率与码元速率相同，则输入信号可以写为x_n，n＝0，1，…，N-1，其中，N为FCCH的长度。

信号相位翻转后，即步骤31的输出可以写为x′_n＝x_nj^-n。如果不存在频偏的话，FCCH信号在相位翻转后就从一个单频信号(67.708kHz)变为一个零频信号。

步骤32完成P点连续采样点累加(也可以认为是一种子相关)，累加后的子相关值为：

$y_i=\underset{n=0}{\overset{P-1}{\mathrm{\Σ}}}{x\′}_{n+P*i},i=\mathrm{0,1}\·\·\·,N/P-1$

子相关运算减小了FFT运算量。

在上面提到，为了提高精度，在子相关值序列尾部补零，假设补零个数为K。

因此步骤33中完成对K+N/P点FFT运算，这里K+N/P通常为2的整数次幂，在此，将FFT运算得到数据记为X_k，k＝0，1，…，K+N/P-1。

步骤34对复数X_k取模值。

最后在步骤35实现在K+N/P个模值中寻找最大值的功能，并记录该最大值对应的k值，k用于频偏估计。

步骤24中，如果第一相关峰的峰值高于捕获门限，则说明已经捕获FCCH。假设该最大值对应的位置参数分别为

和

其中

和

表示该最大相关峰出现在第

个突发中第

个数据，而是最大值对应的FFT变换的下标值。

由此得到FCCH的起始点估计为：

$(80-\hat{m})*156+\hat{i}+3.$ 其中80(突发)是FCCH的重复周期，156是一个突发的长度，3是FCCH的头比特长度。

本发明的频率校正信道捕获装置包括：

数据保存模块，用于在搜索频点上保存L个连续的时隙(突发)数据；

旋转相关运算模块，用于从保存的L个连续的突发数据的第一个数据开始，每次取出N个数据(N为FCCH的长度)，进行旋转相关运算获取该次运算的最大相关峰，直至到最后一个数据为止；

第一相关峰记录模块，用于获取旋转相关运算得到的所有最大相关峰中具有最大值的第一相关峰，并记录该第一相关峰的峰值及位置信息；

捕获模块，用于在该第一相关峰的峰值超过捕获门限时，根据第一相关峰的位置信息捕获频率校正信道。

而旋转相关运算模块具体包括：

用于对输入信号进行相位翻转的单元；

用于对翻转后的输入信号进行连续点累加的单元；

用于对子相关序列执行FFT的单元；

用于对FFT变换得到的数据(复数)求模值的单元；

用于从模值中搜索最大值的相关峰搜索单元。

而本发明的频偏估计方法如图4所示，包括：

步骤41，在搜索频点上保存L(L大于FCCH的重复周期)个连续的时隙(突发)数据；

步骤42，从保存的L个连续的突发数据的第一个数据开始，每次取出N个数据(N为FCCH的长度)，进行旋转相关运算获取该次运算的最大相关峰，直至到最后一个数据为止；

步骤43，获取旋转相关运算得到的所有最大相关峰中具有最大值的第一相关峰，并记录该第一相关峰的峰值及位置信息；

步骤44，在该第一相关峰的峰值超过捕获门限时，根据第一相关峰的位置信息进行频偏估计。

步骤44中，如果第一相关峰的峰值高于捕获门限，则说明已经捕获FCCH。假设该最大值对应的位置参数分别为

和

其中

和

表示该最大相关峰出现在第个突发中第个数据，而

是最大值对应的FFT变换的下标值。

而频偏估计可由下式给出：

$\mathrm{\Δ}\hat{f}=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{f}_b*\hat{k},\hat{k}=\mathrm{0,1}\·\·\·,(K+N/P)/2\\ \mathrm{\Δ}{f}_b*(N/P+K-\hat{k}),\hat{k}=(K+N/P)/2+1,\·\·\·,(K+N/P)-1\end{array}\right.$

其中，Δf_b为频偏估计精度。

本发明中旋转相关的频偏估计范围也就是FFT的带宽，而旋转相关的频偏估计精度也就是FFT的频点间隔。例如对FCCH的单倍采样信号进行N点FFT运算的话，其带宽为1/T_b＝270.833kHz，T_b为FCCH信号的码元宽度。而频偏估计精度为1/NT_b。

通常对子相关值序列直接进行FFT，其频偏估计精度不能满足纠正本地时钟偏移的要求。一个有效提高估计精度的方法是在子相关值序列尾部补零。对数字序列尾部补零，不会改变序列的频谱结构，却能有效的克服FFT变换的“栅栏效应”。本发明正是利用了这一特性。例如当P＝9和K＝48时，即完成64点FFT运算，此时频偏估计精度提高为1/4NT_b。

本发明的频偏估计装置包括：

数据保存模块，用于在搜索频点上保存L(L大于FCCH的重复周期)个连续的时隙(突发)数据；

旋转相关运算模块，用于从保存的L个连续的突发数据的第一个数据开始，每次取出N个数据(N为FCCH的长度)，进行旋转相关运算获取该次运算的最大相关峰，直至到最后一个数据为止；

第一相关峰记录模块，用于获取旋转相关运算得到的所有最大相关峰中具有最大值的第一相关峰，并记录该第一相关峰的峰值及位置信息；

估计模块，用于在该第一相关峰的峰值超过捕获门限时，根据第一相关峰的位置信息进行频偏估计。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种频率校正信道捕获方法，其特征在于，包括：

步骤A1，在搜索频点上保存突发数据；

步骤A2，从保存的突发数据的第一个数据开始，每次取出N个数据进行旋转相关运算获取该次运算的最大相关峰，直至到最后一个数据为止；所述N为频率校正信道的长度；

步骤A3，获取旋转相关运算得到的所有最大相关峰中具有最大值的第一相关峰，并记录该第一相关峰的峰值及位置信息；

步骤A4，在该第一相关峰的峰值超过捕获门限时，根据第一相关峰的位置信息捕获频率校正信道。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位置信息为

和

表示所述第一相关峰出现在第

个突发中第个数据，所述步骤A4中，根据第一相关峰的位置信息捕获频率校正信道具体为：

获取频率校正信道的起始点估计

其中a是频率校正信道的重复周期，b是一个突发的长度，c是频率校正信道的头比特长度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤A2中对N个数据进行旋转相关运算获取该次运算的最大相关峰的动作具体包括：

步骤31，对输入信号进行相位翻转；

步骤32，对翻转后的输入信号进行连续点累加；

步骤33，对执行连续点累加得到的序列执行快速傅立叶变换；

步骤34，对快速傅立叶变换得到的数据求模值；

步骤35，将各个模值中的最大值作为本次的N个数据的最大相关峰。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤33中，对执行连续点累加得到的序列的尾部进行补零，并对尾部补零后的序列进行快速傅立叶变换。

5.一种频率校正信道捕获装置，其特征在于，包括：

数据保存模块，用于在搜索频点上保存突发数据；

旋转相关运算模块，用于从保存的突发数据的第一个数据开始，每次取出N个数据进行旋转相关运算获取该次运算的最大相关峰，直至到最后一个数据为止；所述N为频率校正信道的长度；

第一相关峰记录模块，用于获取旋转相关运算得到的所有最大相关峰中具有最大值的第一相关峰，并记录该第一相关峰的峰值及位置信息；

捕获模块，用于在该第一相关峰的峰值超过捕获门限时，根据第一相关峰的位置信息捕获频率校正信道。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述旋转相关运算模块具体包括：

用于对输入信号进行相位翻转的单元；

用于对翻转后的输入信号进行连续点累加的单元；

用于对执行连续点累加得到的序列执行快速傅立叶变换的单元；

用于对快速傅立叶变换变换得到的数据求模值的单元；

用于从模值中搜索最大值的相关峰搜索单元。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述用于对执行连续点累加得到的序列执行快速傅立叶变换的单元具体用于：对执行连续点累加得到的序列的尾部进行补零，并对尾部补零后的序列进行快速傅立叶变换。

8.一种频偏估计的方法，其特征在于，包括：

步骤B1，在搜索频点上保存突发数据；

步骤B2，从保存的突发数据的第一个数据开始，每次取出N个数据进行旋转相关运算获取该次运算的最大相关峰，直至到最后一个数据为止；所述N为频率校正信道的长度；

步骤B3，获取旋转相关运算得到的所有最大相关峰中具有最大值的第一相关峰，并记录该第一相关峰的峰值及位置信息；

步骤B4，在该第一相关峰的峰值超过捕获门限时，根据第一相关峰的位置信息进行频偏估计。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤B2中对N个数据进行旋转相关运算获取该次运算的最大相关峰的动作具体包括：

步骤31，对输入信号进行相位翻转；

步骤32，对翻转后的输入信号进行连续点累加；

步骤33，对执行连续点累加得到的序列执行快速傅立叶变换；

步骤34，对快速傅立叶变换得到的数据求模值；

步骤35，将各个模值中的最大值作为本次的N个数据的最大相关峰。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤33中，对执行连续点累加得到的序列的尾部进行补零，并对尾部补零后的序列进行快速傅立叶变换。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述位置信息为

所述

是第一相关峰对应的快速傅立叶变换的下标值，所述频偏估计为：

$\mathrm{\Δ}\hat{f}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δf}}_b*\hat{k},\hat{k}=\mathrm{0,1},\·\·\·,(K+N/P)/2\\ \mathrm{\Δ}{f}_b*(N/P+K-\hat{k}),\hat{k}=(K+N/P)/2+1,\·\·\·,(K+N/P)-1\end{array}\right.$

所述Δf_b为频偏估计精度，所述K为补零的个数，P为连续采样点累加的数目。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述频偏估计精度为快速傅立叶变换的频点间隔。

13.一种频偏估计装置，其特征在于，包括：

数据保存模块，用于在搜索频点上保存突发数据；

旋转相关运算模块，用于从保存的突发数据的第一个数据开始，每次取出N个数据进行旋转相关运算获取该次运算的最大相关峰，直至到最后一个数据为止；所述N为频率校正信道的长度；

第一相关峰记录模块，用于获取旋转相关运算得到的所有最大相关峰中具有最大值的第一相关峰，并记录该第一相关峰的峰值及位置信息；

估计模块，用于在该第一相关峰的峰值超过捕获门限时，根据第一相关峰的位置信息进行频偏估计。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述旋转相关运算模块具体包括：

用于对输入信号进行相位翻转的单元；

用于对翻转后的输入信号进行连续点累加的单元；

用于对执行连续点累加得到的序列执行快速傅立叶变换的单元；

用于对快速傅立叶变换变换得到的数据求模值的单元；

用于从N个模值中搜索最大值的相关峰搜索单元。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述用于对执行连续点累加得到的序列执行快速傅立叶变换的单元具体用于：对执行连续点累加得到的序列的尾部进行补零，并对尾部补零后的序列进行快速傅立叶变换。

Images