CN101345549B - 一种应用于时分同步码分多址系统的频偏估计方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于时分同步码分多址系统的频偏估计方法和装置。所述装置包括：第一频偏估计器，用于利用解调后数据中的部分数据符号进行频偏估计，得到第一频偏估计值，所述部分数据符号的数目为N；频偏补偿器，用于利用所述第一频偏估计值对所述解调后数据进行频偏补偿，得到经频偏补偿后的数据；第二频偏估计器，用于利用所述经频偏补偿后的数据中的多于N个的数据符号进行频偏估计，得到第二频偏估计值；累加器，用于对所述第一频偏估计值和第二频偏估计值进行累加后作为最终的频偏估计值输出。依照本发明，能够实现高精度和大范围的频偏估计。

Description

一种应用于时分同步码分多址系统的频偏估计方法和装置
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种应用于时分同步码分多址(TD-SCDMA)系统的频偏估计方法和装置。 
背景技术
目前，大多数的通信系统都是采用相干检测的方法进行数据解调，TD-SCDMA系统就是如此，即接收机用来接收无线信号的频率应与无线信号的载波频率完全一致或者二者之间误差很小。因此，为了保证接收机能准确跟踪载波频率，接收机的频偏估计算法就比较重要了，只有准确地估计出二者的频率偏差才能及时矫正以达到准确跟踪的目的。 
图1为TD-SCDMA系统一个时隙内的数据结构示意图。参照图1，TD-SCDMA系统中一个时隙内的数据包括：两个长度分别为352码片(chip)的数据块、144码片的训练序列(Midamble)数据、16码片的保护间隔(GP)。 
TD-SCDMA系统中较为常用的一种频偏估计算法是利用经联合检测后的解调数据进行频偏估计。这种频偏估计算法有这样一个问题，即频偏估计所使用的靠近Midamble数据的数据符号数越少，频偏估计范围越大，精度越差；反之，所使用的数据符号数越多，频偏估计范围越小，精度越高。例如，系统使用的扩频因子SF＝16时，则Midamble数据两边各有352÷16＝22个数据符号，总共有44个数据符号，如果只使用Midamble数据两边各4个数据符号(参照图2)进行频偏估计，频偏估计范围可以达到1.176K Hz；如果使用Midamble数据两边所有的数据符号(共44个)进行频偏估计，频偏估计范围则只有300Hz左右。 
为了跟踪稳定，通常使用Midamble数据两边所有的44个数据符号进行频偏跟踪，即牺牲估计范围换取估计精度。在大多数场景下，300Hz的频偏估计范围是可以满足需求的。但是在高速移动场景下，300Hz的估计范围就远远不够了。例如，在430km/h时，多普勒频移就可以达到800Hz。这时，为了达到同样稳定的跟踪效果，开发一种高精度、大范围的频偏估计算法以满足各种场景的需求是十分必要的。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于时分同步码分多址系统的频偏估计方法和装置，以实现高精度和大范围的频偏估计。 
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下： 
一种应用于时分同步码分多址系统的频偏估计装置，包括： 
第一频偏估计器，用于利用解调后数据中的部分数据符号进行频偏估计，得到第一频偏估计值，所述部分数据符号的数目为N； 
频偏补偿器，用于利用所述第一频偏估计值对所述解调后数据进行频偏补偿，得到经频偏补偿后的数据； 
第二频偏估计器，用于利用所述经频偏补偿后的数据中的多于N个的数据符号进行频偏估计，得到第二频偏估计值； 
累加器，用于对所述第一频偏估计值和第二频偏估计值进行累加后作为最终的频偏估计值输出。 
上述的装置，其中，所述第二频偏估计器利用所述经频偏补偿后的数据中的全部数据符号进行频偏估计。 
上述的装置，其中，N的取值范围为[8*16/SF，16*16/SF]，SF为所述系统使用的扩频因子。 
上述的装置，其中，所述解调为联合检测解调。 
一种应用于时分同步码分多址系统的频偏估计方法，包括如下步骤： 
A、利用解调后数据中的部分数据符号进行频偏估计，得到第一频偏估计值，所述部分数据符号的数目为N； 
B、利用所述第一频偏估计值对所述解调后数据进行频偏补偿，得到经频偏补偿后的数据； 
C、利用所述经频偏补偿后的数据中的多于N个的数据符号进行频偏估计，得到第二频偏估计值； 
D、对所述第一频偏估计值和第二频偏估计值进行累加后作为最终的频偏估计值输出。 
本发明采用级联的结构进行频偏估计，第一级频偏估计有效扩展了频偏估计的范围，而第二级频偏估计则有效提高了频偏估计的精度，如此，实现了高精度和大范围的频偏估计。 
附图说明
图1为TD-SCDMA系统一个时隙内的数据结构示意图； 
图2为使用Midamble数据两边各4个数据符号进行频偏估计的示意图； 
图3为本发明实施例的频偏估计装置的结构示意图； 
图4为本发明实施例的频偏估计方法的流程图。 
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。 
参照图3，本发明实施例的频偏估计装置主要包括：频偏估计器10、频偏补偿器20、频偏估计器30和累加器40。 
频偏估计器10，利用解调后数据D0进行频偏估计，得到频偏估计值f1，所述解调可以为联合检测解调。 
为了有效扩展频偏估计的范围，频偏估计器10使用较少的数据符号进行频偏估计。假设使用的数据符号数为N1，如果系统使用的扩频因子SF＝16，则N1的优选范围为[8，16]，即取Midamble数据两边各4～8个数据符号，相应的频偏估计范围是800Hz～1.176KHz。 
如果本用户所分配的码道数大于1，那么作为一种优选方案，可分别利用各码道数据进行频偏估计，然后将多个结果平均，以减少估计误差。 
其中，频偏估计的原理为现有技术，这里仅作简单介绍：当接收信号中存在频偏时，每一个数据符号经联合检测解调后会叠加一个相位，将该相位值与其硬判决的结果共轭相乘后，即可提出包含频偏的相位信息，将多个解调数据符号的相位信息进行统计处理，即可计算出频偏。 
频偏补偿器20，利用频偏估计器10的估计结果f1来对D0进行频偏补偿，得到经频偏补偿后的数据D1。由于频偏估计器10的精度不高，因此利用f1补偿后的数据D1仍然带有一定的残余频偏(即频偏估计的误差)。 
其中，频偏补偿的原理为现有技术，这里仅作简单介绍：当接收信号中存 在频偏时，每一个数据符号经联合检测解调后会叠加一个相位，这个相位由数据符号的位置和频偏唯一决定，只要计算出频偏就能根据数据符号的位置计算出该相位，这样就可以把这个解调数据符号乘以该相位对应复数的共轭，以消除频偏的影响。 
频偏估计器30，利用经频偏补偿后的数据D1进行频偏估计，得到频偏估计值f2。 
频偏估计器30用来估计由于频偏估计器10估计不准确而带来的那一部分残余频偏，也就是说，是用来提高频偏估计精度的。因此，频偏估计器30使用的数据符号数比频偏估计器10使用的数据符号数要多，优选地，其使用Midamble数据两边所有的数据符号。假设使用的数据符号数为N2，如果系统使用的扩频因子SF＝16，则N2可取44，即取Midamble数据两边各22个数据符号(两边全部的数据符号)。 
同样，如果本用户所分配的码道数大于1，那么作为一种优选方案，可分别利用各码道数据进行频偏估计，然后将多个结果平均，以减少估计误差。 
累加器40，将频偏估计器10、30的频偏估计结果进行累加后作为最终的频偏估计值输出，即，最终的频偏估计值f0＝f1+f2。 
对应地，本发明实施例还提供了一种频偏估计方法。参照图4，所述频偏估计方法主要包括如下步骤： 
步骤401：利用解调后数据中的部分数据符号进行频偏估计，得到第一频偏估计值，所述部分数据符号的数目为N1； 
为了有效扩展频偏估计的范围，在本步骤中，使用较少的数据符号进行频偏估计。如果系统使用的扩频因子SF＝16，则N1的优选范围为[8，16]，即取Midamble数据两边各4～8个数据符号，相应的频偏估计范围是800Hz～1.176KHz。 
步骤402：利用所述第一频偏估计值对所述解调后数据进行频偏补偿，得到经频偏补偿后的数据； 
步骤403：利用所述经频偏补偿后的数据中的多于N1个的数据符号进行频偏估计，得到第二频偏估计值； 
本步骤中是用来提高频偏估计精度的，因此，使用的数据符号数N2比步 骤401中使用的数据符号数N1要多。优选地，使用Midamble数据两边所有的数据符号，如果系统使用的扩频因子SF＝16，则N2可取44，即取Midamble数据两边各22个数据符号(两边全部的数据符号)。 
步骤404：对所述第一频偏估计值和第二频偏估计值进行累加后作为最终的频偏估计值输出。 
综上所述，本发明实施例采用级联的结构进行频偏估计，第一级频偏估计有效扩展了频偏估计的范围，而第二级频偏估计则有效提高了频偏估计的精度，如此，实现了高精度和大范围的频偏估计。 
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种应用于时分同步码分多址系统的频偏估计装置，其特征在于，包括：
第一频偏估计器，用于利用解调后数据中的部分数据符号进行频偏估计，得到第一频偏估计值，所述部分数据符号的数目为N；
频偏补偿器，用于利用所述第一频偏估计值对所述解调后数据进行频偏补偿，得到经频偏补偿后的数据；
第二频偏估计器，用于利用所述经频偏补偿后的数据中的多于N个的数据符号进行频偏估计，得到第二频偏估计值；
累加器，用于对所述第一频偏估计值和第二频偏估计值进行累加后作为最终的频偏估计值输出。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述第二频偏估计器利用所述经频偏补偿后的数据中的全部数据符号进行频偏估计。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：
N的取值范围为[8*16/SF，16*16/SF]，SF为所述系统使用的扩频因子。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述解调为联合检测解调。
5.一种应用于时分同步码分多址系统的频偏估计方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、利用解调后数据中的部分数据符号进行频偏估计，得到第一频偏估计值，所述部分数据符号的数目为N；
B、利用所述第一频偏估计值对所述解调后数据进行频偏补偿，得到经频偏补偿后的数据；
C、利用所述经频偏补偿后的数据中的多于N个的数据符号进行频偏估计，得到第二频偏估计值；
D、对所述第一频偏估计值和第二频偏估计值进行累加后作为最终的频偏估计值输出。 
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：
步骤C中，利用所述经频偏补偿后的数据中的全部数据符号进行频偏估计。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：
N的取值范围为[8*16/SF，16*16/SF]，SF为所述系统使用的扩频因子。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于：
所述解调为联合检测解调。
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