CN101667846A - 一种td-scdma系统中的自动频率控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种TD－SCDMA系统中的自动频率控制方法和装置，所述方法首先对一个小区的每条路径上的输入数据中的Midamble码/SYNC_DL码的前半段和后半段分别与经共轭复制化处理的基本Midamble码/SYNC_DL码的前半段和后半段进行相关和累加，得到前后两段的相关结果；接着对所述相关结果分别进行共轭相乘，得到所述相关的相位差；然后合并一个小区的两条路径的相位差；最后对合并后的相位差进行滑动平均，得到自动频率控制结果；所述装置包括相关和分段累加运算模块、时域相乘计算模块、两径合并模块以及多子帧平均模块。本发明不仅鉴频准确、硬件开销小、设计灵活巧妙，而且满足系统性能要求。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信系统领域，特别涉及一种用于TD-SCDMA系统中的移动台的自动频率控制方法和装置。
背景技术
在TD-SCDMA系统中，基站和终端均以标称的载波频率进行发送和接收。由于器件水平限制，实际发送和接收的频率之间会有一定的偏差。TD-SCDMA系统要求基站的载波频率误差小于0.05PPM，要求用户端的载波频率误差小于0.1PPM。在基站端(BS)，由于温度、体积、功耗、成本等原因的限制比较小，振荡器的频率精度可以满足要求；而在用户端(UE)，受到前面各种原因限制比较，所选用的晶体振荡器的频率精度通常不满足标准要求，本文将特别侧重于应用于移动台的自动频率控制技术。
在TD-SCDMA终端上电后，初始频偏可能会比较大。为了可靠地完成初始小区搜索过程，需要对频偏进行估计，并且通过自动频率控制技术(AFC)进行频率跟踪和补偿，使得用户端的载波频率误差满足系统要求。
在通信系统中，AFC的作用是纠正BS和UE之间的频率误差，在UE侧频偏是由于低成本的本地晶振(LO)引起的，其最大初始频率偏差为3PPM(即6KHz，我们需要支持10KHz)。而3GPP要求UE的频差需要保持在0.1PPM(即200Hz)以内，这个要求是针对数据解调过程，在UE的不同工作状态，系统会有不同要求。例如TS 25.224协议中规定的小区搜索STEP3，对SYNC_DL码相位的解调时，对频偏十分敏感，需要更小的频率偏差。UE根据不同的要求，通过AFC环路的识别和跟踪，使系统频偏调整到适当的水平。
在UE侧，AFC的作用是实时纠正UE晶振与基站时钟之间的频率误差，把UE的频偏控制在允许的范围内。AFC对于终端移动产生的瞬时频偏变化无法及时跟踪和补偿，现有的UE系统中只能由联合检测模块在数字域进行估计和补偿，并不能通过AFC调整UE的晶振。UE系统中的AFC子系统主要完成服务小区的频偏估计和频率自动调整，频率偏差利用信标信道中的DwPTS和Midamble来估计。
图1一种较典型的AFC算法的传统的实现结构图，来源于美国专利US5640431，来自天线的接收信号经过解扩单元和分路单元后，得到导频信号和数据，导频信号通过频率捕获单元得到频率的粗估计信号，导频信号和粗估计信号经过频率跟踪单元进一步对频率进行跟踪，再通过相位转换单元后，对数据信号的频率进行修正。该方法由于捕获和跟踪是通过两个单元实现，因精度差从而影响了后续的跟踪性能，即会遇到鉴频准确性、系统性能及开销考虑的种种问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种TD-SCDMA系统中用于移动台的自动频率控制方法，并提供一种实现所述方法的自动频率控制装置，本发明不仅鉴频准确、硬件开销小、设计灵活巧妙，而且满足系统性能要求。
一种TD-SCDMA系统中的自动频率控制实现方法，所述方法包括：
步骤一：将一个小区每条路径上的输入数据中的Midamble码/SYNC_DL码的前半段和后半段分别与经过共轭复制化处理的基本Midamble码/SYNC_DL码的前半段和后半段进行相关和累加，得到前后两段的相关结果；
步骤二：对所述相关结果分别进行共轭相乘，得到所述相关的相位差；
步骤三：合并一个小区的两条路径的相位差；
步骤四：对合并后的相位差进行滑动平均，得到AFC结果。
所述步骤一前还包括：对基本Midamble码/SYNC_DL码进行共轭复值化处理。
若所述输入数据中是Midamble码，则累加64次；若所述输入数据中是SYNC_DL码，则累加32次。
所述步骤四在进行滑动平均时，所使用的滑动平均窗的长度是1、2或4。
本方法仅使用所述Midamble码的后128chips。
一种TD-SCDMA系统中的自动频率控制装置，包括：
相关和分段累加运算模块：用于对输入数据中的Midamble码/SYNC_DL码与经过共轭复制化处理的基本Midamble码/SYNC_DL码进行分段相关和累加，并将相关结果发送给时域相乘计算模块；
时域相乘计算模块：用于对接收到的相关结果分别进行共轭相乘，得到表示所述相关的相位差的复数并发送给两径合并模块；
两径合并模块：用于对接收到的两条路径上的相位差进行等增益合并并将合并结果发送给多子帧平均模块；
以及多子帧平均模块：用于对接收到的合并结果进行滑动平均。
所述相关和分段累加运算模块包括分段相关计算单元和分段累加计算单元，所述分段相关计算单元用于对输入数据中的Midamble码/SYNC_DL码与经过共轭复制化处理的基本Midamble码/SYNC_DL码进行分段相关运算；所述分段累加计算单元用于对经过相关运算后的输入数据进行累加运算。
所述两径合并模块包括运算单元和缓存单元，所述运算单元用于累加两条路径的相位差结果；所述缓存单元用于缓存每个小区第一条径的相位差数据以及两径合并的结果。
所述多子帧平均模块包括运算单元和缓存单元，所述运算单元用于累加多个子帧的相位差结果，所述缓存单元用于缓存第一个子帧的两径合并的相位差数据以及多子帧平均结果。
本发明所述方法提高了鉴频准确性，降低了资源占用，提高了复用水平；本发明所述装置结构简单灵活，实现成本低，且易于满足系统性能；本发明实现方式简单且经济实用，能够解决传统自动频率控制装置存在的后续的跟踪性能、多径衰落、捕获与跟踪算法切换的问题。
附图说明
图1是一种较典型的AFC算法的传统的实现结构图；
图2是本发明所述自动频率控制装置在UE系统中的位置示意图；
图3是本发明所述自动频率控制装置结构的原理框图；
图4本发明所述方法的流程图；
图5是Midamble码在一个无线子帧中的位置；
图6是DwPCH(DwPTS)(下行同步信道(下行导频时隙))的突发结构；
图7是本发明优选实施例示意图。
具体实施方式
以下结合附图及优选实施例对本发明做进一步详细说明。
如图2所示，是本发明所述自动频率控制装置在UE系统中的位置示意图，天线接收的信号经接收端匹配滤波器后分别发送给小区搜索模块、下行同步跟踪模块以及本发明所述的自动频率控制装置。小区搜索模块或者下行同步跟踪模块提供多径的时序信息给所述的自动频率控制装置，径的范围为[-32，48]chip。本发明所述自动频率控制方法利用P-CCPCH信道中的Midamble码m(1)或者DwPCH信道中的SYNC_DL码在小区的有效路径上进行相位偏差符号的计算和合并，Midamble码即训练序列，其长度是144chips，本发明所述的方法仅使用Midamble码的后128chips，SYNC-DL码为64chips，使用时将所述Midamble码/SYNC-DL码的前半段和后半段，分别与经过共轭复制化处理的基本Midamble码/SYNC_DL码的前半段和后半段进行分段相关和分段累加，计算前后两段的复数相位差，然后再进行两径结果合并和多子帧平均。
如图3，是本发明所述自动频率控制装置结构的原理框图，所述自动频率控制装置由四部分构成：相关和分段累加运算模块、时域相乘计算模块、两径合并模块和多子帧平均模块，其中，
相关和分段累加运算模块：用于将输入数据中的Midamble码/SYNC_DL码与经过共轭复制化处理的基本Midamble码/SYNC_DL码进行分段相关和累加，并将相关结果发送给时域相乘计算模块；该模块包括分段相关计算单元和分段累加计算单元，所述分段相关计算单元用于对输入数据中的Midamble码/SYNC_DL码与经过共轭复制化处理的基本Midamble码/SYNC_DL码进行分段相关运算；所述分段累加计算单元用于对经过相关运算后的输入数据进行累加运算；所述相关和分段累加运算模块通过复用所述分段相关计算单元和所述分段累加计算单元，对每一条路径上的输入数据中的Midamble码/SYNC_DL码的前后两段分别与经共轭复制化处理的基本Midamble码/SYNC_DL码的前后两段进行相关和累加运算；
时域相乘计算模块：用于对接收到的相关结果分别进行共轭相乘，得到表示所述相关的相位差的复数并发送给两径合并模块；
两径合并模块：用于对接收到的两条路径上的相位差进行等增益合并并将合并结果发送给多子帧平均模块；该模块包括运算单元和缓存单元，所述运算单元用于累加两条路径的相位差结果；所述缓存单元用于缓存每个小区第一条径的相位差数据以及两径合并的结果；
以及多子帧平均模块：用于对接收到的合并结果进行滑动平均；所述多子帧平均模块包括运算单元和缓存单元，所述运算单元用于累加多个子帧的相位差结果，所述缓存单元用于缓存第一个子帧的两径合并的相位差数据以及多子帧平均结果。
如图4所示是本发明所述方法对输入数据的处理流程图，具体包括以下步骤：
步骤401：对一个小区的每条路径上的输入数据中的Midamble码/SYNC_DL码的前半段和后半段分别与经过共轭复制化处理的基本Midamble码/SYNC_DL码的前半段和后半段进行相关和累加，得到前后两段的相关结果；
本步骤中，若所述输入数据是Midamble码，则累加64次；若所述输入数据是SYNC_DL码，则累加32次。
步骤402：对所述相关结果分别进行共轭相乘，得到所述相关的相位差；
步骤403：等增益合并一个小区的两条路径的相位差；
步骤404：对合并后的相位差进行滑动平均，以过滤噪声的影响，得到AFC结果；
所述滑动平均时的滑动平均窗的长度取为1、2或4，可通过UE端的DSP配置需要平均的子帧数目。
如图7所示，是本发明优选实施例示意图，即以本发明所述装置位于TD-SCDMA移动台数字基带中为例，结合图2，详细说明本发明所述装置如何利用本发明所述方法完成本小区与监测小区的AFC计算。
本发明所述自动频率控制方法利用信标信道中的SYNC_DL码和Midamble码来频偏估计，Midamble码在一个无线子帧中的位置如图5所示，SYNC_DL码在DwPCH(DwPTS)的突发结构中的位置如图6所示。
移动台的DSP在其寄存器参数模块中配置相关参数(如子帧数目、径的位置、Midamble码和SYNC_DL码的码号等)及发出启动、停止等控制指令，通过DSP数据总线传输给各个子模块，并将参数作同步，各子模块在同步时刻刷新。
在TS 25.224协议中规定的小区搜索step1&step2结束，并且UE端时间处理单元完成下行链路网络时基的CHIP级和子帧级同步后，启动本小区最强径的AFC计算，即由本发明所述的自动频率控制装置来完成本发明所述的自动频率控制方法；当下行同步跟踪模块正常工作，稳定输出径的信息后，启动本小区和监测小区各1条或2条最强的径的AFC计算。首先基本Midamble码处理模块/SYNC_DL码处理模块对基本Midamble码/SYNC_DL码进行共轭复值化处理后发送给自动频率控制装置；所述自动频率控制装置的相关和分段累加运算模块通过复用分段相关计算单元和分段累加计算单元，将共轭复值化后的基本Midamble/SYNC_DL码与匹配滤波后的输入数据中的Midamble码/SYNC_DL码进行分段相关运算，相关运算说明如表1所示，其中采用码字序号计数器rom_cnt的低2bit进行判断，假设输入数据是I+jQ，Io+jQo是所有可能输出的相关运算结果。对相关运算后的数据进行累加运算，当接收数据中是Midamble码时，累加64次，输入的接收数据i/q位宽为8bit，相关结果为14bit，截取低位2bit输出；当接收数据中是SYNC_DL码时，累加32次，输入的接收数据i/q位宽为8bit，相关结果为13bit，截取低位1bit，由于复用14bit的累计器，还需截取1bit最高有效位元(MSB)输出。
表1
然后所述自动频率控制装置的时域相乘计算模块对所述相关结果分别进行共轭相乘，得到所述相关的相位差的复数；两径合并模块等增益合并一个小区的两条路径的相位差；多子帧平均模块对合并后的相位差进行滑动平均，以过滤噪声的影响，得到AFC结果，最后将本小区与监测小区的AFC计算结果上报DSP，整个计算过程采用的运算方式及精度处理如表2所示。
表2
本发明原理简单，配置灵活，易于控制和实现，避免了传统自动频率控制方法及装置的缺陷，而且更容易满足系统要求。
以上针对较佳实施例的描述较为详细，但不能因此而认为是对本发明的限制，凡与本发明所揭示的原理类似的实施，均在本发明的保护范围内，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1、一种TD-SCDMA系统中的自动频率控制实现方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一：对一个小区的每条路径上的输入数据中的Midamble码/SYNC_DL码的前半段和后半段分别与经共轭复制化处理的基本Midamble码/SYNC_DL码的前半段和后半段进行相关和累加，得到前后两段的相关结果；
步骤二：对所述相关结果分别进行共轭相乘，得到所述相关的相位差；
步骤三：合并一个小区的两条路径的相位差；
步骤四：对合并后的相位差进行滑动平均，得到自动频率控制结果。
2、如权利要求1所述的自动频率控制实现方法，其特征在于，若所述输入数据中是Midamble码，则累加64次；若所述输入数据中是SYNC_DL码，则累加32次。
3、如权利要求1所述的自动频率控制实现方法，其特征在于，所述步骤四在进行滑动平均时，所使用的滑动平均窗的长度是1、2或4。
4、如权利要求1所述的自动频率控制实现方法，其特征在于，本方法仅使用所述Midamble码的后128chips。
5、一种TD-SCDMA系统中的自动频率控制装置，其特征在于，包括：
相关和分段累加运算模块：用于对输入数据中的Midamble码/SYNC_DL码与经过共轭复制化处理的基本Midamble码/SYNC_DL码进行分段相关和累加，并将相关结果发送给时域相乘计算模块；
时域相乘计算模块：用于对接收到的相关结果分别进行共轭相乘，得到表示所述相关的相位差的复数并发送给两径合并模块；
两径合并模块：用于对接收到的两条路径上的相位差进行等增益合并并将合并结果发送给多子帧平均模块；
以及多子帧平均模块：用于对接收到的合并结果进行滑动平均。
6、如权利要求5所述的自动频率控制装置，其特征在于，所述相关和分段累加运算模块包括分段相关计算单元和分段累加计算单元，所述分段相关计算单元用于对输入数据中的Midamble码/SYNC_DL码与经过共轭复制化处理的基本Midamble码/SYNC_DL码分别进行分段相关运算；所述分段累加计算单元用于对经过相关运算后的输入数据进行累加运算。
7、如权利要求5所述的自动频率控制装置，其特征在于，所述两径合并模块包括运算单元和缓存单元，所述运算单元用于累加两条路径的相位差结果；所述缓存单元用于缓存每个小区第一条径的相位差数据以及两径合并的结果。
8、如权利要求5所述的自动频率控制装置，其特征在于，所述多子帧平均模块包括运算单元和缓存单元，所述运算单元用于累加多个子帧的相位差结果，所述缓存单元用于缓存第一个子帧的两径合并的相位差数据以及多子帧平均结果。
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