CN101604990B - 频偏补偿方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频偏补偿方法，包括以下步骤：采用频偏估计范围大精度低的算法对数据符号进行初始频偏估计，得到初始频偏；根据所述初始频偏对所述数据符号进行第一次频偏补偿，得到第一次补偿数据；采用频偏估计范围小精度高的算法对所述第一次补偿数据进行修正频偏估计，得到修正频偏；根据所述修正频偏对所述第一次补偿数据进行第二次频偏补偿，得到第二次补偿数据。本发明通过增加频偏估计和频偏补偿次数，能有效提高移动通信系统在高速移动等大频偏环境下的解调性能，而对低速移动等小频偏环境的解调性能影响不大。

Description

频偏补偿方法和装置

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其是涉及一种频偏补偿方法和装置。

背景技术

在移动通信系统中，由于终端的移动性，导致接收的信号中存在有多普勒频移。为了便于理解本发明，首先对多普勒效应进行简单介绍。当信号发射端与接收端之间存在相对运动时，接收端接收的信号频率与发射端发射的信号频率不相同，这种现象称为多普勒效应，接收频率与发射频率之差称为多普勒频移。当发射端与接收端之间存在相对运动时，接收端接收的信号频率f_R与发射端信号频率f_T之间存在多普勒频移Δf，Δf＝f_R-f_T。当接收端与发射端相互靠近时，接收频率f_R大于发射频率f_T即Δf＞0；当接收端与发射端相互远离时，接收频率f_R小于发射频率f_T即Δf＜0。若发射信号频率为f，接收端与发射端相对运动速度为v，光速为c，则接收端接收信号的多普勒频移为：

Δf＝f.v/c

根据上述多普勒频移的定义，如果终端的移动速度越高，则多普勒频移越大，相邻符号间的相位偏差也就越大。随着高速铁路和磁悬浮铁路的发展，移动通信中终端的移动速度将会有很大的提高(可达300-400Km/h)，这样就会引入很大的多普勒频移，从而影响系统的解调性能。

为了减小多普勒频移等频偏对系统性能的影响，现有技术一般都采用一次频偏估计和频偏补偿方案。如图1所示为TD-SCDMA系统中进行频偏补偿的示意图。首先对接收信号进行信道估计，然后对接收信号和信道响应进行联合检测，得到检测数据，多普勒频移等频偏的影响会体现在联合检测后的数据符号中，根据联合检测后的数据符号，对该检测数据进行频偏估计，使用估计出的当前的频偏值得到校正数据，使用该校正数据对检测出的数据符号进行频偏补偿，最后进行解调判决。

现有技术中移动通信中目前主要采用的频偏补偿大都是针对低速下进行设计的，能适应的频偏范围小，即频偏估计算法本身的估计范围就较小，只能适应较小的频偏范围，因此无法对抗大频偏的影响。另一方面，当然也可增大现有的频偏估计方案中的估计范围，然而由于通信系统的应用中存在的大量干扰，并且随着频偏越大，估计出的频偏误差也越大，对系统的影响也就越大。这样当处在大频偏的环境时，由于噪声导致的误差往往就可能会超出系统的承受范围，补偿后仍可能会残余有较大的频偏，从而影响系统的性能。

因此，现有技术亟需一种既可适应大频偏环境又可保证频偏补偿精度的频偏估计方法。

发明内容

本发明至少解决上述技术问题之一，特别是解决现有技术中无法对大频偏进行有效补偿的技术缺陷。

为了解决上述技术问题之一，本发明公开了一种频偏补偿方法，包括以下步骤：采用频偏估计范围大精度低的算法对数据符号进行初始频偏估计，得到初始频偏；根据所述初始频偏对所述数据符号进行第一次频偏补偿，得到第一次补偿数据；采用频偏估计范围小精度高的算法对所述第一次补偿数据进行修正频偏估计，得到修正频偏；根据所述修正频偏对所述第一次补偿数据进行第二次频偏补偿，得到第二次补偿数据。

根据本发明的一个实施例，所述根据初始频偏对数据符号进行第一次频偏补偿进一步包括以下步骤：对所述初始频偏和上一子帧的修正频偏进行频偏合并，得到初始校准频偏；根据所述初始校准频偏对所述数据符号进行第一次频偏补偿。

根据本发明的一个实施例，确定所述初始校准频偏包括以下步骤：根据所述初始频偏和频偏门限f_thre判断是否处于小频偏环境；如果判断处于小频偏环境，则设所述初始校准频偏为0；如果判断未处于小频偏环境，则根据所述初始频偏、所述上一子帧的修正频偏和所述频偏门限f_thre确定所述初始校准频偏。

根据本发明的一个实施例，所述根据初始频偏、上一子帧的修正频偏和频偏门限f_thre确定初始校准频偏，通过以下公式确定：

sgn(y(n))*(abs(y(n))-f_thre)+f₁(n-1)，

其中，y(n)为初始频偏，f₁(n-1)为上一子帧的修正频偏，f_thre为所述频偏门限。

根据本发明的一个实施例，所述根据初始频偏和频偏门限f_thre判断是否处于小频偏环境具体为：根据所述初始频偏、所述频偏门限f_thre和所述频偏容忍门限f_thre2判断是否处于小频偏环境；所述未处于小频偏环境时，根据初始频偏、上一子帧的修正频偏和频偏门限f_thre确定初始校准频偏具体为：根据所述初始频偏、所述上一子帧的修正频偏、所述频偏门限f_thre和所述频偏容忍门限f_thre2确定初始校准频偏。

根据本发明的一个实施例，所述根据初始频偏、频偏门限f_thre和频偏容忍门限f_thre2判断是否处于小频偏环境具体为：

如果abs(sgn(y(n))*(abs(y(n))-f_thre)+f₁(n-1))≥f_thre2，则判断未处于小频偏环境；

如果abs(sgn(y(n))*(abs(y(n))-f_thre)+f₁(n-1))＜f_thre2，则判断处于小频偏环境。

根据本发明的一个实施例，所述根据初始频偏、上一子帧的修正频偏、频偏门限f_thre和频偏容忍门限f_thre2确定初始校准频偏，通过以下公式确定：sgn(f₂(n))*(abs(f₂(n))-f_thre2)，其中，f₂(n)为sgn(y(n))*(abs(y(n))-f_thre)+f₁(n-1)。

根据本发明的一个实施例，所述频偏补偿方法还包括：对所述初始频偏和修正频偏求和得到总频偏。

根据本发明的一个实施例，所述频偏补偿方法还包括：或对初始校准频偏和修正频偏求和得到总频偏。

根据本发明的一个实施例，在进行频偏补偿之前还包括：对所述初始频偏和所述修正频偏进行降噪处理。

根据本发明的一个实施例，在所述对初始频偏和上一子帧的修正频偏进行频偏合并之前，还包括：对所述上一子帧的修正频偏进行降噪处理。

根据本发明的一个实施例，所述对初始频偏、上一子帧的修正频偏和修正频偏进行降噪处理具体为：采用最大值限制或时间递归平均方式对所述初始频偏、所述上一子帧的修正频偏和所述修正频偏进行降噪处理。

根据本发明的一个实施例，在得到第二次补偿数据之后，还包括：

继续对所述第二次补偿数据进行修正频偏估计，并根据修正频偏估计结果继续进行频偏补偿。

根据本发明的一个实施例，所述频偏补偿方法在TD-SCDMA系统中，在所述对数据符号进行初始频偏估计步骤之前还包括以下步骤：对接收信号进行信道估计，得到信道响应；对所述接收信号和所述信道响应进行联合检测，得到检测数据。在所述根据所述修正频偏对所述第一次补偿数据进行第二次频偏补偿步骤之后还包括：将所述第二次频偏补偿得到第二次补偿数据作为校正数据，并对频偏补偿后的所述校正数据进行解调判决。

根据本发明的一个实施例，所述对数据符号进行初始频偏估计采用Midamble码进行估计。

本发明还公开了一种接收设备，包括初始频偏估计模块、第一次频偏补偿模块、修正频偏估计模块和第二次频偏补偿模块，所述初始频偏估计模块，用于采用频偏估计范围大精度低的算法对数据符号进行初始频偏估计，得到初始频偏；所述第一次频偏补偿模块，用于根据所述初始频偏估计模块得到的初始频偏对所述数据符号进行第一次频偏补偿，得到第一次补偿数据；所述修正频偏估计模块，用于采用频偏估计范围小精度高的算法对所述第一次频偏补偿模块得到的第一次补偿数据进行修正频偏估计，得到修正频偏；所述第二次频偏补偿模块，用于根据修正频偏估计模块得到的所述修正频偏对所述第一次补偿数据进行第二次频偏补偿，得到第二次补偿数据。

根据本发明的一个实施例，所述第一次频偏补偿模块包括频偏合并子模块和第一次频偏补偿子模块，所述频偏合并子模块，用于对所述初始频偏和上一子帧的修正频偏进行频偏合并，得到初始校准频偏；所述第一次频偏补偿子模块，用于根据所述初始校准频偏对所述数据符号进行第一次频偏补偿。

根据本发明的一个实施例，所述第一次频偏补偿模块还包括判断模块，用于根据所述初始频偏和频偏门限f_thre判断是否处于小频偏环境，如果判断处于小频偏环境，则所述频偏合并子模块设置所述初始校准频偏为0；如果判断未处于小频偏环境，则所述频偏合并子模块根据所述初始频偏、所述上一子帧的修正频偏和所述频偏门限f_thre确定所述初始校准频偏。

根据本发明的一个实施例，所述接收设备还包括总频偏计算模块，用于对所述初始频偏和修正频偏求和得到总频偏。

根据本发明的一个实施例，所述接收设备还包括降噪模块，用于对所述初始频偏估计模块得到的初始频偏、所述修正频偏估计模块得到的上一子帧的修正频偏和修正频偏进行降噪处理。

根据本发明的一个实施例，所述接收设备还包括继续频偏修正模块，用于继续对所述第二次频偏补偿模块得到第二次补偿数据进行修正频偏估计，并进行频偏补偿。

根据本发明的一个实施例，所述接收设备为TD-SCDMA系统的接收设备，进一步包括信道估计模块、联合检测模块和解调判决模块。所述信道估计模块，用于对接收信号进行信道估计，得到信道响应；所述联合检测模块，用于对所述接收信号和所述信道响应进行联合检测，得到检测数据；所述解调判决模块，用于将所述第二次频偏补偿得到第二次补偿数据作为校正数据，并对频偏补偿后得到的所述校正数据进行解调判决。

本发明通过增加频偏估计和频偏补偿次数，能有效提高移动通信系统在高速移动等大频偏环境下的解调性能，而对低速移动等小频偏环境的解调性能影响不大。

附图说明

图1为TD-SCDMA系统的一次频偏补偿示意图；

图2为本发明一个实施例的两次频偏补偿示意图；

图3为本发明一个实施例的增加频偏合并模块的两次频偏补偿示意图；

图4为本发明一个实施例的多次频偏补偿示意图；

图5为本发明一个实施例的TD-SCDMA系统的两次频偏补偿示意图；

图6为本发明一个实施例的接收设备的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明可根据相位和频率的关系式θ＝2πft进行频偏估计，从上式中可以看出θ固定时频率f和时间t存在反比例变化关系。在实际系统中，主要根据两个数据符号相位的变化量进行频偏估计，如设两个数据符号对应的时间分别为t₁和t₂，则实际频偏为f时对应的相位分别为：

θ₁＝2πft₁+n₁

θ₂＝2πft₂+n₂

其中，n₁和n₂为噪声项，由此可以估计出频偏f_m为：

$f_m=\frac{{\mathrm{\θ}}_2-{\mathrm{\θ}}_1}{2\mathrm{\π}(t_2-t_1)}=f+\frac{n_2-n_1}{2\mathrm{\π}(t_2-t_1)}$

上式中f为真实频偏，后一项

为噪声项，从该噪声项的表达式

中可以看出如果两个符号间的时间差越长，则噪声项越小，其对频偏的估计也就影响越小，即频偏估计精度越高；反之，两个符号间的时间差越短，频偏估计精度就越低。但是在实际系统中，为了保证两个符号间的相位变化不超过2π，则两个符号间的最大时间差为1/f秒，并且考虑噪声和干扰的影响，实际中最大时间差会比1/f更小，因此，此时如果频偏越大，则两个符号间的时间差就越小；频偏越小，则两个符号间的时间差就可以越大。

因此，从上述描述中可以看出，为了保证两个符号间的相位变化不超过2π，所以在大频偏时只能利用时间差小的数据符号进行估计，因此会带来的噪声项

非常大，从而导致频偏估计精度低；而在小频偏时就可以利用时间差大的数据符号进行估计，从而能够使得频偏估计的精度高。

根据上述分析，本发明主要思想在于，根据频偏估计范围和频偏估计精度的关系，先采用频偏估计范围大精度低的算法估计出一个初始频偏，并用该初始频偏值对数据符号进行频偏补偿；再采用频偏估计范围小精度高的算法得到一个修正频偏，并用该修正频偏值对该数据符号再进行二次频偏补偿，从而能够对抗更大范围的频偏，在频偏较大的环境中(如高速移动环境下)能明显提高系统的性能。作为本发明的一个实施例，由于一次频偏估计时得到的初始频偏噪声较大，因此还需要根据两次频偏估计的统计特性，对两次频偏估计(初始频偏和修正频偏)的结果进行限制和合并等后处理操作来提高估计精度。并且在频偏更大的环境中，还可以进一步增加修正频偏补偿的次数来提高系统的性能。因此任何基于本发明思想而对修正频偏次数等的变化均应为本发明保护范围所涵盖。

以下将以实施例的方式对本发明进行详细介绍，其中，本发明的实施例主要在于对频偏估计方案的介绍，对具体的频偏估计算法没有具体限定，任何频偏估计算法均可适用，因此不对频偏估计算法进行详细描述，根据本发明的实施例所述的方案，在不同的系统环境下可以选择不同的频偏估计算法。因此在下述实施例中虽然未对频偏估计算法进行描述，但基于本发明思想的任何算法均应为本发明保护范围所涵盖。

如图2所示为本发明的一个实施例的两次频偏补偿示意图。该实施例采用初始频偏进行第一次频偏补偿，采用修正频偏进行第二次频偏补偿，并且其中，初始频偏采用频偏估计范围大精度低的算法估计得到，修正频偏采用频偏估计范围小精度高的算法估计得到。该实施例包括以下步骤：

步骤S101，采用频偏估计范围大精度低的算法，对数据符号进行初始频偏估计，得到初始频偏。对于不同的通信系统环境，可以选择不同的频偏估计算法。作为本发明的一个实施例，例如对于TD-SCDMA系统来说，可以采用Midamble码(中间码)进行初始频偏估计，得到初始频偏。其中，Midamble码是用于估计用户信道特性的导频码字。当然对于其它的CDMA系统，如CDMA2000或WCDMA等系统，也可参照功能类似Midamble码的导频符号进行初始频偏估计。

步骤S102，对所述初始频偏进行降噪处理。考虑到系统实际运行时噪声的影响，需要对该初始频偏进行降噪处理，降噪方法可采用最大值限制、时间上的递归平均等方式进行。作为本发明的一个实施例，递归平均可以采用类似下面的方案：

y(n)＝(1-p)*y(n-1)+p*y₀(n)

式中y(n)表示第n子帧降噪后的初始频偏(初始值可设为0)，y₀(n)表示第n子帧估计出的初始频偏，p表示递归因子(小于1)。

步骤S103，用降噪后的初始频偏对数据符号进行第一次频偏补偿，得到第一次补偿数据。

步骤S104，采用频偏估计范围小精度高的算法，对第一次补偿数据进行二次频偏估计，得到修正频偏。

步骤S105，对所述修正频偏进行降噪处理。同样，考虑到系统实际运行时噪声的影响，也需要对所述修正频偏进行降噪处理。降噪方法可采用最大值限制、时间上的递归平均等方式进行。作为本发明的一个实施例，递归平均可以采用类似下面的方案：

f₁(n)＝(1-p)*f₁(n-1)+p*f_d(n)

式中f₁(n)表示第n子帧降噪后的修正频偏(初始值可设为0)，f_d(n)表示第n子帧估计出的修正频偏，p表示递归因子(小于1)。

步骤S106，用降噪后的修正频偏对第一次补偿数据进行第二次频偏补偿，得到第二次补偿数据，该第二次补偿数据即为二次校正数据。

步骤S107，根据该二次校正数据进行解调判决。

其中，上述步骤S102、S105的目的是为了降低初始频偏和修正频偏的输入噪声，减小噪声在频偏估计中的影响。在实际操作中，也可不通过所述降噪处理步骤，直接将初始频偏和修正频偏输入进行后续的频偏补偿。

在上述实施例中，根据上述公式 $f_m=\frac{{\mathrm{\θ}}_2-{\mathrm{\θ}}_1}{2\mathrm{\π}(t_2-t_1)}=f+\frac{n_2-n_1}{2\mathrm{\π}(t_2-t_1)},$ 由于初始频偏值范围较大，所以两个数据符号对应的时间t₁和t₂之间的间隔很小，这样噪声项对初始频偏估计值的影响会非常大。

因此为了消除这种影响，本发明还提出另一个实施例，采用两次频偏补偿的方案，与上述实施例不同的是在第一次频偏补偿时，根据两次频偏估计(初始频偏和上一子帧的修正频偏)的统计特性，对初始频偏进行进一步的降噪处理，对两次频偏估计的结果进行限制和合并等后处理操作，从而能够减小噪声对频偏估计值的影响，进一步提高估计的性能。如图3所示为本发明另一个实施例的增加频偏合并模块的两次频偏补偿示意图。本实施例包括以下步骤：

步骤S201，采用频偏估计范围大精度低的算法，对数据符号进行初始频偏估计，得到初始频偏。对于不同的通信系统环境，可以选择不同的频偏估计算法。作为本发明的一个实施例，对于TD-SCDMA系统来说，可以采用Midamble码(中间码)进行初始频偏估计，得到初始频偏。当然对于其它的CDMA系统，如CDMA2000或WCDMA等系统，也可参照功能类似Midamble码的导频符号进行初始频偏估计。

步骤S202，对所述初始频偏进行降噪处理。考虑到系统实际运行时噪声的影响，需要对该初始频偏进行降噪处理，降噪方法可采用最大值限制、时间上的递归平均等方式进行。作为本发明的一个实施例，递归平均可以采用类似下面的方案：

y(n)＝(1-p)*y(n-1)+p*y₀(n)

式中y(n)表示第n子帧降噪后的初始频偏(初始值可设为0)，y₀(n)表示第n子帧估计出的初始频偏，p表示递归因子(小于1)。

步骤S203，获取上一子帧的修正频偏。作为本发明的一个实施例，获取上一子帧的修正频偏可以通过增加延迟模块来实现。其功能可以表述为下面x(n)的计算公式，式中n表示时间量，k表示延迟量，本实施例中k的值为1，即延迟量为一个子帧，A表示延迟初始值，本实施例中取值为f_thre。即在对第一子帧进行频偏估计时，上一子帧的修正频偏可设置为f_thre。

$x\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}A& n\≤k\\ x(n-k)& n>k\end{array}\right.$

步骤S204，对所述上一子帧的修正频偏进行降噪处理，同样考虑到系统实际运行时噪声的影响，需要对该初始频偏也进行降噪处理，降噪方法可采用最大值限制、时间上的递归平均等。作为本发明的一个实施例，递归平均可以采用类似下面的方案：

f₁(n)＝(1-p)*f₁(n-1)+p*f_d(n)

式中f₁(n)表示第n子帧降噪后的修正频偏(初始值可设为0)，f_d(n)表示第n子帧估计出的修正频偏，p表示递归因子(小于1)。因为增加了延迟模块，所以此处只需进行正常的递归平滑即可。

步骤S205，对降噪后的初始频偏和上一子帧的修正频偏进行第一次频偏合并，处理方案如下式：

$f_2\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{sgn}\left(y\left(n\right)\right)*(\mathrm{abs}\left(y\left(n\right)\right)-f_{\mathrm{thre}})+f_1(n-1)& \mathrm{abs}\left(y\left(n\right)\right)\&GreaterEqual;f_{\mathrm{thre}}\\ 0& \mathrm{abs}\left(y\left(n\right)\right)<f_{\mathrm{thre}}\end{array}\right.$

上式中sgn()表示取符号函数，y(n)表示降噪后的初始频偏，f₁(n-1)表示降噪后的上一子帧的修正频偏，f₂(n)表示频偏合并结果，f_thre是频偏门限，用于区分频偏大小(或区分不同的移动速度)，作为本发明的一个实施例，频偏门限的选择可以依据初始频偏估计的精度或误差，具体而言，可以参考工作区间下统计的标准差。

步骤S206，用所述频偏合并结果作为第一次校准频偏对数据符号进行第一次频偏补偿，得到第一次补偿数据。

步骤S207，采用频偏估计范围小精度高的算法对所述第一次补偿数据进行频偏估计，得到本子帧的修正频偏。

步骤S208，用所述降噪后的上一子帧的修正频偏作为第二次校准频偏对第一次补偿数据进行第二次频偏补偿，得到第二次补偿数据，对第一次和第二次校准频偏进行求和得到总频偏，所述总频偏可以作为一个物理层参数上报。

根据上面的实施例可以看出，在频偏较小时主要是用修正频偏进行频偏补偿，在频偏较大时主要是用初始频偏进行频偏补偿，即能自动区分大频偏环境和小频偏环境，或高速和低速环境。

作为本发明的一个实施例，在上述实施例的步骤S205中，为了能够进一步提高抗噪能力，降低第一次频偏补偿对性能的影响，还需要对得到的频偏合并结果f₂(n)根据频偏容忍门限f_thre2进一步进行频偏合并，即在该实施例中进行了两次频偏合并。本实施例包括以下步骤：

步骤S301，采用频偏估计范围大精度低的算法，对数据符号进行初始频偏估计，得到初始频偏。对于不同的通信系统环境，可以选择不同的频偏估计算法。作为本发明的一个实施例，对于TD-SCDMA系统来说，可以采用Midamble码(中间码)进行初始频偏估计，得到初始频偏。当然对于其它的CDMA系统，如CDMA2000或WCDMA等系统，也可参照功能类似Midamble码的导频符号进行初始频偏估计。

步骤S302，对所述初始频偏进行降噪处理。考虑到系统实际运行时噪声的影响，需要对该初始频偏进行降噪处理，降噪方法可采用最大值限制、时间上的递归平均等方式进行。作为本发明的一个实施例，递归平均可以采用类似下面的方案：

y(n)＝(1-p)*y(n-1)+p*y₀(n)

式中y(n)表示第n子帧降噪后的初始频偏(初始值可设为0)，y₀(n)表示第n子帧估计出的初始频偏，p表示递归因子(小于1)。

步骤S303，获取上一子帧的修正频偏。作为本发明的一个实施例，获取上一子帧的修正频偏可以通过增加延迟模块来实现。其功能可以表述为下面x(n)的计算公式，式中n表示时间量，k表示延迟量，本实施例中k的值为1，即延迟量为一个子帧，A表示延迟初始值，本实施例中取值为f_thre。即在对第一子帧进行频偏估计时，上一子帧的修正频偏可设置为f_thre。

$x\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}A& n\&le;k\\ x(n-k)& n>k\end{array}\right.$

步骤S304，对所述上一子帧的修正频偏进行降噪处理，同样考虑到系统实际运行时噪声的影响，需要对该初始频偏也进行降噪处理，降噪方法可采用最大值限制、时间上的递归平均等。作为本发明的一个实施例，递归平均可以采用类似下面的方案：

f₁(n)＝(1-p)*f₁(n-1)+p*f_d(n)

式中f₁(n)表示第n子帧降噪后的修正频偏(初始值可设为0)，f_d(n)表示第n子帧估计出的修正频偏，p表示递归因子(小于1)。

步骤S305，对降噪后的初始频偏和上一子帧的修正频偏进行第一次频偏合并，处理方案如下式：

$f_2\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{sgn}\left(y\left(n\right)\right)*(\mathrm{abs}\left(y\left(n\right)\right)-f_{\mathrm{thre}})+f_1\left(n\right)& \mathrm{abs}\left(y\left(n\right)\right)\&GreaterEqual;f_{\mathrm{thre}}\\ f_1\left(n\right)& \mathrm{abs}\left(y\left(n\right)\right)<f_{\mathrm{thre}}\end{array}\right.$

上式中sgn()表示取符号函数，y(n)表示降噪后的初始频偏，f₁(n)表示降噪后的上一子帧的修正频偏，f₂(n)表示第一次频偏合并结果，f_thre是频偏门限，用于区分频偏大小(或区分不同的移动速度)，作为本发明的一个实施例，频偏门限的选择可以依据初始频偏估计的精度或误差，具体而言，可以参考工作区间下统计的标准差。

步骤S306，对所述第一次频偏合并结果进行第二次频偏合并，处理方案如下式：

$y_2\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{sgn}\left(f_2\left(n\right)\right)*(\mathrm{abs}\left(f_2\left(n\right)\right)-f_{\mathrm{thre}2})& \mathrm{abs}\left(f_2\left(n\right)\right)\&GreaterEqual;f_{\mathrm{thre}2}\\ 0& \mathrm{abs}\left(f_2\left(n\right)\right)<f_{\mathrm{thre}2}\end{array}\right.$

上式中f_thre2是频偏容忍门限，y₂(n)表示第二次频偏合并结果，作为本发明的一个实施例，频偏容忍门限的选择可以参考通信系统对频偏的容忍值，因为在频偏容忍值时通过相位校准算法后对系统的解调性能影响较小。

步骤S307，用所述第二次频偏合并结果作为第一次校准频偏对数据符号进行第一次频偏补偿，得到第一次补偿数据。

步骤S308，采用频偏估计范围小精度高的算法对所述第一次补偿数据进行频偏估计，得到本子帧的修正频偏。

步骤S309，用所述降噪后的上一子帧的修正频偏作为第二次校准频偏对第一次补偿数据进行第二次频偏补偿，得到第二次补偿数据，对第一次和第二次校准频偏进行求和得到总频偏，所述总频偏可以作为一个物理层参数上报。

本实施例的频偏合并处理过程，能够提高大频偏环境下的性能，同时也能够保证小频偏环境下的性能，即对低速环境和高速环境都适用。低速环境下，频偏较小，需尽量采用估计精度较好的修正频偏，同时尽量减少估计精度较差的初始频偏的影响，根据初始频偏的修正量(f_thre+f_thre2-f₁(n-1))，由于此时f₁(n-1)的值很小，即对初始频偏修正量为(f_thre+f_thre2)，减小了初始频偏的影响，保证了低速下的性能；高速环境下，根据递归计算有关系f₁(n-1)＝(f_thre+f_thre2)/2，则此时对初始频偏的修正量为(f_thre+f_thre2)/2，小于低速环境下的修正量，能满足高速下大频偏补偿的需要，保证了高速下的性能。

通过分析可以看出，本实施例通过利用初始频偏和修正频偏的合并，提高了第一次频偏估计的性能；通过利用高速环境(噪声小频偏大)和低速环境(噪声大频偏小)的特点，给出了不同的降噪处理门限，提高了本实施例的应用性能。

作为本发明的一个实施例，在频偏更大的环境中，还可以通过进一步增加频偏补偿次数来提高解调性能。如图4所示为本实施例的多次频偏补偿的示意图。本实施例采用多次频偏估计和频偏补偿，逐次缩小频偏估计的范围提高频偏估计的精度，其包括n次频偏估计和频偏补偿，n≥2。

本实施例包括以下步骤：

步骤S401，采用频偏估计范围大精度低的算法，对数据符号进行初始频偏估计，得到初始频偏。对于不同的通信系统环境，可以选择不同的频偏估计算法。作为本发明的一个实施例，对于TD-SCDMA系统来说，可以采用Midamble码(中间码)进行初始频偏估计，得到初始频偏。当然对于其它的CDMA系统，如CDMA2000或WCDMA等系统，也可参照功能类似Midamble码的导频符号进行初始频偏估计。

步骤S402，获取上1个子帧的第2次频偏、上2个子帧的第3次频偏......上n-1个子帧的第n次频偏。获取上述频偏值可以通过延迟模块来完成。

步骤S403，对上述第1-n次频偏分别进行降噪处理。

步骤S404，对上述降噪后的第1-n次频偏进行频偏合并，计算出第1-n次校准频偏。

步骤S405，使用第i次校准频偏对数据符号进行第i次频偏补偿，得到第i次补偿数据；

根据比较第i次频偏估计算法范围小精度高的算法，对第i次补偿数据进行第i+1次频偏估计，得到本子帧的第i+1次频偏，1≤i＜n。

步骤S406，使用第n次校准频偏对数据符号进行第n次频偏补偿，得到第n次补偿数据，对第1-n次校准频偏进行求和得到总频偏。

本发明的实施例适用于采用线性检测的块传输系统中，作为本发明的一个实施例，以TD-SCDMA系统为例进行说明。如图5所示为TD-SCDMA系统中进行两次频偏补偿的示意图，图5相比图1增加了灰色部分的模块。

本实施例包括以下步骤：

步骤S501，对接收信号进行信道估计，得到信道响应。

步骤S502，对接收信号和信道响应进行联合检测，得到检测数据。

步骤S503，根据接收信号和信道响应进行初始频偏估计，根据TD-SCDMA系统的特点，初始频偏采用Midamble码进行估计。

步骤S504，使用所述初始频偏和上一子帧的修正频偏进行频偏合并，得到频偏合并的结果。

步骤S505，使用所述频偏合并的结果对检测数据进行初始频偏补偿，得到初始校正数据。

步骤S506，对所述初始校正数据进行修正频偏估计，得到本子帧的修正频偏。

步骤S507，使用所述本子帧的修正频偏对初始校正数据进行修正频偏补偿，得到二次校正数据。

步骤S508，对所述二次校正数据进行解调判决。

本实施例根据TD-SCDMA系统的特点，初始频偏采用Midamble码进行估计，修正频偏采用第一次频偏补偿后的数据符号进行估计。采用两次频偏补偿方案后，系统性能在高速移动等大频偏环境下有了明显改善。

如图6所示，为本发明一个实施例接收设备的结构图，该接收设备可以是终端、或接收高速运动终端的信号的基站等处于大频偏环境中的接收设备，包括初始频偏估计模块110、第一次频偏补偿模块120、修正频偏估计模块130和第二次频偏补偿模块140，初始频偏估计模块110用于采用频偏估计范围大精度低的算法对数据符号进行初始频偏估计，得到初始频偏；第一次频偏补偿模块120用于根据初始频偏估计模块110得到的初始频偏对数据符号进行第一次频偏补偿，得到第一次补偿数据；修正频偏估计模块130用于采用频偏估计范围小精度高的算法对所述第一次频偏补偿模块得到的第一次补偿数据进行修正频偏估计，得到修正频偏；第二次频偏补偿模块140用于根据修正频偏估计模块得到的所述修正频偏对所述第一次补偿数据进行第二次频偏补偿，得到第二次补偿数据。

其中，第一次频偏补偿模块120包括频偏合并子模块121和第一次频偏补偿子模块122，频偏合并子模块121用于对所述初始频偏和上一子帧的修正频偏进行频偏合并，得到初始校准频偏；第一次频偏补偿子模块122用于根据所述初始校准频偏对所述数据符号进行第一次频偏补偿。

其中，第一次频偏补偿模块120还包括判断模块123，用于根据初始频偏和频偏门限f_thre判断是否处于小频偏环境，如果判断处于小频偏环境，则频偏合并子模块121设置所述初始校准频偏为0；如果判断未处于小频偏环境，则频偏合并子模块121根据初始频偏、上一子帧的修正频偏和频偏门限f_thre确定初始校准频偏。

其中，该接收设备还包括总频偏计算模块150，用于对初始频偏和修正频偏求和得到总频偏。

其中，该接收设备还包括降噪模块160，用于对初始频偏估计模块110得到的初始频偏、修正频偏估计模块130得到的上一子帧的修正频偏和修正频偏进行降噪处理。

其中，该接收设备还包括继续频偏修正模块170，用于继续对第二次频偏补偿模块140得到第二次补偿数据进行修正频偏估计，并进行频偏补偿。

其中，作为本发明的一个实施例，该接收设备为TD-SCDMA系统的接收设备，还包括信道估计模块180、联合检测模块190和解调判决模块200，信道估计模块180用于对接收信号进行信道估计，得到信道响应；联合检测模块190用于对接收信号和信道响应进行联合检测，得到检测数据；解调判决模块200用于将所述第二次频偏补偿得到第二次补偿数据作为校正数据，并对频偏补偿后得到的所述校正数据进行解调判决。

本发明通过增加频偏估计和频偏补偿次数，能有效提高移动通信系统在高速移动等大频偏环境下的解调性能，而对低速移动等小频偏环境的解调性能影响不大。

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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种频偏补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用频偏估计范围大精度低的算法对本子帧的数据符号进行初始频偏估计，得到本子帧的初始频偏；

根据所述初始频偏对所述数据符号进行第一次频偏补偿，得到第一次补偿数据，其中该步骤包括：对所述初始频偏和上一子帧的修正频偏进行频偏合并，得到本子帧的初始校准频偏，以及，根据所述初始校准频偏对所述数据符号进行第一次频偏补偿；

采用频偏估计范围小精度高的算法对所述第一次补偿数据进行修正频偏估计，得到本子帧的修正频偏；

根据所述本子帧的修正频偏对所述第一次补偿数据进行第二次频偏补偿，得到第二次补偿数据。

2.如权利要求1所述的频偏补偿方法，其特征在于，对所述初始频偏和上一子帧的修正频偏进行频偏合并，得到所述本子帧的初始校准频偏包括以下步骤：

根据所述初始频偏和频偏门限f_thre判断是否处于小频偏环境；

如果判断处于小频偏环境，则设所述初始校准频偏为0；

如果判断未处于小频偏环境，则根据所述初始频偏、所述上一子帧的修正频偏和所述频偏门限f_thre确定所述初始校准频偏。

3.如权利要求2所述的频偏补偿方法，其特征在于，所述根据初始频偏、上一子帧的修正频偏和频偏门限f_thre确定所述初始校准频偏，通过以下公式确定：

sgn(y(n))*(abs(y(n))-f_thre)+f₁(n-1)，其中，y(n)为初始频偏，n表示第n子帧，f₁(n-1)为第n子帧的上一子帧的修正频偏，f_thre为所述频偏门限。

4.如权利要求2所述的频偏补偿方法，其特征在于，所述根据初始频偏和频偏门限f_thre判断是否处于小频偏环境具体为：

根据所述初始频偏、所述频偏门限f_thre和频偏容忍门限f_thre2判断是否处于小频偏环境；

所述未处于小频偏环境时，根据初始频偏、上一子帧的修正频偏和频偏门限f_thre确定初始校准频偏具体为：

根据所述初始频偏、所述上一子帧的修正频偏、所述频偏门限f_thre和所述频偏容忍门限f_thre2确定初始校准频偏。

5.如权利要求4所述的频偏补偿方法，其特征在于，所述根据初始频偏、频偏门限f_thre和频偏容忍门限f_thre2判断是否处于小频偏环境具体为：

如果abs(sgn(y(n))*(abs(y(n))-f_thre)+f₁(n-1))≥f_thre2，则判断未处于小频偏环境；

如果abs(sgn(y(n))*(abs(y(n))-f_thre)+f₁(n-1))＜f_thre2，则判断处于小频偏环境，其中，y(n)为初始频偏，n表示第n子帧，f₁(n-1)为第n子帧的上一子帧的修正频偏。

6.如权利要求4所述的频偏补偿方法，其特征在于，所述根据初始频偏、上一子帧的修正频偏、频偏门限f_thre和频偏容忍门限f_thre2确定初始校准频偏，通过以下公式确定：sgn(f₂(n))*(abs(f₂(n))-f_thre2)，其中，f₂(n)为sgn(y(n))*(abs(y(n))-f_thre)+f₁(n-1)，其中，y(n)为初始频偏，n表示第n子帧，f₁(n-1)为第n子帧的上一子帧的修正频偏，f₂(n)为第n子帧的频偏合并结果且该频偏合并结果用作为初始校准频偏。

7.如权利要求1所述的频偏补偿方法，其特征在于，还包括：对初始校准频偏和所述本子帧的修正频偏求和得到总频偏。

8.如权利要求1所述的频偏补偿方法，其特征在于，在对初始频偏和上一子帧的修正频偏进行频偏合并之前，还包括：

对所述初始频偏和所述上一子帧的修正频偏进行降噪处理；以及

在根据所述本子帧的修正频偏对所述第一次补偿数据进行第二次频偏补偿进行频偏补偿之前，还包括：

对所述本子帧的修正频偏进行降噪处理。

9.如权利要求8所述的频偏补偿方法，其特征在于，对所述初始频偏和所述上一子帧的修正频偏和本子帧修正频偏进行降噪处理具体为：

采用最大值限制或时间递归平均方式对所述初始频偏和所述上一子帧的修正频偏以及所述本子帧修正频偏进行降噪处理。

10.如权利要求1所述的频偏补偿方法，其特征在于，在得到第二次补偿数据之后，还包括：

继续对所述第二次补偿数据进行修正频偏估计，并根据修正频偏估计结果继续进行频偏补偿。

11.如权利要求1所述的频偏补偿方法，其特征在于，在TD-SCDMA系统中，在所述对数据符号进行初始频偏估计步骤之前还包括以下步骤：

对接收信号进行信道估计，得到信道响应；

对所述接收信号和所述信道响应进行联合检测，得到检测数据；

在所述根据所述本子帧的修正频偏对第一次补偿数据进行第二次频偏补偿步骤之后还包括：

将所述第二次频偏补偿得到第二次补偿数据作为校正数据，并对频偏补偿后的所述校正数据进行解调判决。

12.如权利要求11所述的频偏补偿方法，其特征在于，所述对数据符号进行初始频偏估计采用Midamble码进行估计。

13.一种接收设备，其特征在于，包括初始频偏估计模块、第一次频偏补偿模块、修正频偏估计模块和第二次频偏补偿模块，

所述初始频偏估计模块，用于采用频偏估计范围大精度低的算法对本子帧的数据符号进行初始频偏估计，得到本子帧的初始频偏；

所述第一次频偏补偿模块，用于根据所述初始频偏估计模块得到的初始频偏对所述数据符号进行第一次频偏补偿，得到第一次补偿数据，其中，所述第一次频偏补偿模块包括频偏合并子模块和第一次频偏补偿子模块，所述频偏合并子模块，用于对所述初始频偏和上一子帧的修正频偏进行频偏合并，得到本子帧的初始校准频偏；以及，所述第一次频偏补偿子模块，用于根据所述初始校准频偏对所述数据符号进行第一次频偏补偿；

所述修正频偏估计模块，用于采用频偏估计范围小精度高的算法对所述第一次频偏补偿模块得到的第一次补偿数据进行修正频偏估计，得到本子帧的修正频偏；

所述第二次频偏补偿模块，用于根据修正频偏估计模块得到的所述本子帧的修正频偏对所述第一次补偿数据进行第二次频偏补偿，得到第二次补偿数据。

14.如权利要求13所述接收设备，其特征在于，所述第一次频偏补偿模块还包括判断模块，用于根据所述初始频偏和频偏门限f_thre判断是否处于小频偏环境，如果判断处于小频偏环境，则所述频偏合并子模块设置所述初始校准频偏为0；如果判断未处于小频偏环境，则所述频偏合并子模块根据所述初始频偏、所述上一子帧的修正频偏和所述频偏门限f_thre确定所述初始校准频偏。

15.如权利要求13所述接收设备，其特征在于，还包括总频偏计算模块，用于对所述初始校准频偏和所述本子帧的修正频偏求和得到总频偏。

16.如权利要求13所述接收设备，其特征在于，还包括降噪模块，用于对所述初始频偏估计模块得到的初始频偏、所述修正频偏估计模块得到的上一子帧的修正频偏和本子帧的修正频偏进行降噪处理。

17.如权利要求13所述接收设备，其特征在于，还包括继续频偏修正模块，用于继续对所述第二次频偏补偿模块得到第二次补偿数据进行修正频偏估计，并进行频偏补偿。

18.如权利要求13-17任一项所述接收设备，其特征在于，所述接收设备为TD-SCDMA系统的接收设备，进一步包括信道估计模块、联合检测模块和解调判决模块，

所述信道估计模块，用于对接收信号进行信道估计，得到信道响应；

所述联合检测模块，用于对所述接收信号和所述信道响应进行联合检测，得到检测数据；

所述解调判决模块，用于将所述第二次频偏补偿得到第二次补偿数据作为校正数据，并对频偏补偿后得到的所述校正数据进行解调判决。

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