CN101753168B - 用于对移动通信系统的频偏进行校正的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于移动通信系统的频偏校正方法及系统，其既能对大频偏进行正确补偿又能对频偏突变情况进行正确跟踪。其主要技术方案包括：步骤A、预定一个链路质量门限，并判断当前一段时间内的链路质量是否优于该门限，是则执行步骤B；否则执行步骤C；步骤B、采用历史频偏校正法数据对进行频偏校正，然后执行步骤D；步骤C、采用瞬时频偏校正法对数据进行频偏校正，然后执行步骤D；步骤D、该次频偏补偿后当前时刻的链路质量状况较优则对当次输入的历史频偏初值滤波以得到下一次的输入历史频偏初值，否则以当次输入的历史频偏初值作为下一次的输入历史频偏初值，并在需要进行下一次频偏校正时返回步骤A，执行下一次频偏校正。

Description

用于对移动通信系统的频偏进行校正的方法及系统

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，尤其涉及用于对移动通信系统的频偏进行校正的方法及系统。

背景技术

码分多址具有容量大、抗多径衰落能力强和频带利用率高等优点，已成为第三代移动通信无线传输技术的主流，尤其是TD-SCDMA（时分同步码分多址）和WCDMA（宽带码分多址）系统倍受青睐，目前已经被广泛应用。

随着我国自主创新能力的不断提高，高速公路、铁路的不断修建，现代化的交通运输业得到很大发展。随着经济的飞速发展，人民生活水平不断提高，在列车等高速运输工具上进行移动通讯业务的终端用户也越来越多，这就要求网络覆盖能提供良好的通信服务质量。

由于终端的移动，会在基站和终端之间产生多普勒频移，在移动通信系统中，特别是高速场景下，这种频移尤其明显。多普勒频移将使接收机和发射机之间产生频率误差，多普勒频移会影响上行接入成功率、切换成功率，还会对系统的容量和覆盖产生影响。

多普勒频移的大小和相对运动速度大小有关，它们之间的关系是：

$f_d=-\frac{f_0}{C}\×v\×\cos \mathrm{\θ}$

其中，θ为终端移动方向和信号传播方向之间的夹角，v是终端运动速度，C为电磁波传播速度，f₀为载波频率。

频偏在系统中具有一定的时间相关性，同时也会随时间、环境的变换而改变，准确的估计和补偿频偏是频偏校正算法所要达到的目标。

如果不能正确估计频偏并进行补偿，那么系统性能将大大降低，尤其是当终端运动速度较高时，会产生较大频偏，因此寻找纠频偏性能好、实现稳定的频偏估计与补偿方法对工程实现具有重要意义。

现有技术中提供了两类频偏估计与补偿方案，一类为瞬时频偏校正法，另一类为历史频偏校正法，历史频偏校正法也称为历史平滑频偏校正法。

瞬时频偏校正法即仅使用当前数据进行频偏估计并在此基础上进行频偏补偿的方案，该方法的优点是能体现当前频偏的状况，但是当频偏很大的时候，该方法就不能正确地进行频偏估计了，也就是瞬时频偏校正法的估计频偏范围有一定的限制，另一方面由于可用的数据长度有限，频偏估计误差较大。

历史频偏校正法则是将此前的频偏信息利用在当前时刻做频偏估计，并在此基础上进行频偏补偿的方案。该方案中，各次频偏估计使用的历史频偏初值是这样得到的：该历史频偏初值的初始值通常设为0，之后每次对频偏进行校正的同时对该次输入的历史频偏初值进行滤波，滤波输出即作为下一次频偏校正的历史频偏初值。该方法利用了频偏在一定时间内前后具有相关性的特性，频偏的估计范围被大大提高了，频偏估计的稳定性也较好，但是它引入了前面时间的频偏信息，对频偏突变的变化跟踪能力就较弱，并且当前面的频偏信息有误的时候，在后面继续使用前面的值做平滑，这个错误就被继续放大了。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中两种频偏校正方法的缺陷，提出一种新的用于对移动通信系统的频偏进行校正的方法，采用该方法能保证移动通信系统既能对较大频偏进行正确补偿，又具有较高的对频偏突变的情况进行正确跟踪的能力，即频偏校正稳定性好；为此本发明还要提供一种采用本发明方法的用于对移动通信系统的频偏进行校正的系统。本发明方法/系统适用于基站对上行频偏的校正，也适用于移动通信终端对下行频偏的校正。

为解决上述技术问题，本发明用于对移动通信系统的频偏进行校正的方法包括如下步骤：

步骤A、预定一个链路质量门限，并判断当前一段时间内的链路质量是否优于该门限，是则执行步骤B；否则执行步骤C；

所述预定的链路质量门限可以根据经验设置，也可以仿真获得，或通过外场实测获得；

步骤B、采用历史频偏校正法对数据进行频偏校正，即将此前的频偏信息利用在当前时刻做初始频偏估计，再进行残余频偏估计，并在此基础上进行频偏补偿，然后执行步骤D；

步骤C、采用瞬时频偏校正法对数据进行频偏校正，即仅使用当前数据进行频偏估计并在此基础上进行频偏补偿，然后执行步骤D；

步骤D、根据当次的频偏估计结果，对该次的历史频偏初值进行滤波，输出下次频偏校正时所对应的历史频偏初值，并且在需要进行下一次频偏校正时返回步骤A，以执行下一次频偏校正。所述输出下次频偏校正时所对应的历史频偏初值可以通过如下方式获取：历史频偏初值的初始值可设为0，之后每经过一次频偏校正，即对该历史频偏初值进行一次处理，以得到下次频偏校正的历史频偏初值，从而各次频偏校正均有相应的历史频偏输出值。如果该次频偏校正采用历史频偏法，则该历史频偏初值既用于该次频偏估计与补偿，还用于通过所述对该初值的处理，输出下一次频偏校正时的历史频偏初值；如果该次频偏校正采用瞬时频偏法，则该次的历史频偏初值仅用于通过所述对该初值的处理，输出下一次频偏校正时的历史频偏初值。

在步骤A中，可以设置链路质量状态寄存器和链路质量计数器，其中链路质量状态寄存器用于存储当前一段时间内的链路质量状态，链路质量计数器用于表示所述链路质量状态寄存器中好的状态占所有状态的比例；同时设置一个链路质量计数器门限，以该链路质量计数器门限作为所述预定的链路质量门限；则当所述链路质量计数器大于所述链路质量计数器门限时，认为当前一段时间内的链路质量优于所述预定的链路质量门限，反之当所述链路质量计数器小于所述链路质量计数器门限时，则认为当前一段时间内的链路质量不优于所述预定的链路质量门限。

步骤B具体可以包括如下子步骤：

B1、用该次输入的历史频偏初值对数据进行初始频偏补偿；

B2、估计初始频偏补偿后的残余频偏值，进行残余频偏补偿，得到残余频偏补偿后的数据；

B3、将所述历史频偏初值与所述残余频偏值的和作为本次频偏估计值输出。

步骤C具体可以包括如下子步骤：

C1、使用当前时刻的接收数据进行频偏估计，得到瞬时频偏估计值；

C2、根据所述瞬时频偏估计值进行频偏补偿，得到补偿后的接收数据；

C3、将所述瞬时频偏估计值作为本次频偏估计值输出

步骤D所述对当次输入的历史频偏值进行处理的方法还可以为：预设一个瞬时质量门限，判断当次频偏补偿后当前时刻的链路质量是否优于该门限，若优于则根据当次的频偏估计结果对当次输入的历史频偏初值进行滤波，以得到下一次频偏估计所对应的输入历史频偏初值，即该种情况下当次的频偏估计值参与对历史频偏初值的维护；若不优于则直接以所述当次输入的历史频偏初值作为下一次频偏估计所对应的输入历史频偏初值，即该种情况下当次的频偏估计值不参与对历史频偏初值的维护。所述瞬时质量门限可以根据经验设置，也可以仿真获得，或通过外场实测获得。

步骤D所述瞬时质量门限可以为一个预定的信噪比门限；计算该次频偏补偿后数据的信噪比SIR，如果该信噪比大于所述预定的信噪比门限，则认为该次频偏补偿后当前时刻的链路质量优于所述瞬时质量门限，如果该信噪比小于预定的信噪比门限，则认为该次频偏补偿后当前时刻的链路质量状况不优于所述瞬时质量门限。

在所述滤波处理中，采用的算法可以为：

${\stackrel{\‾}{f}}_{k,n}=(1-p){\stackrel{\‾}{f}}_{k,n-1}+p{f}_{k,n}$

其中表示下一次频偏校正时的历史频偏初值，

表示当次频偏校正时的历史频偏初值，p是平滑滤波因子，0≤p≤1，f_k,n是当次频偏估计结果。

为解决上述技术问题，采用本发明方法的用于对移动通信系统的频偏进行校正的系统包括：

频偏校正模块和历史频偏初值维护模块；

其中，频偏校正模块用于：预定一个链路质量门限，并判断当前一段时间内的链路质量是否优于该门限，若优于该门限则采用历史频偏校正法对数据进行频偏校正，若不优于则采用瞬时频偏校正法对数据进行频偏校正；

历史频偏初值维护模块用于：对历史频偏初值进行维护，即根据当次的频偏估计结果，对该次的历史频偏初值进行滤波，输出下次频偏校正时的历史频偏初值，以保证进行任一次频偏校正时，均有对应的历史频偏初值，这样无论前面使用的是历史频偏法还是瞬时频偏法，若该次采用历史频偏法进行校正，则都能够采用该对应的历史频偏初值。

本发明的有益效果为：

在本发明技术方案中，根据当前一段时间内（即此次频偏校正之前的一段时间）的通信链路质量状况优劣，选择该次频偏校正时采用的方法，即此前一段时间内的通信链路质量状况优于既定门限时采用历史频偏校正法，劣于既定门限时则采用瞬时频偏校正法。由于历史频偏校正法的频偏校正范围大，能够对较大频偏进行校正，因此本发明方法在保证校正正确性的前提下，总是优先选择历史频偏校正法进行校正，只是当遇到频偏突变等历史频偏校正法不能正确校正的情况（此时若当次采用的历史频偏校正法，则通常该次校正后当前时刻的链路质量处于较劣的状态，则所述链路质量计数器的值减小）时，根据本发明方法设置的校正方法选择标准（即当所述链路质量计数器的值减小到预定门限时，频偏校正就改为采用瞬时频偏校正法），切换到瞬时频偏校正法。之后采用瞬时频偏校正法对该频偏突变情况下的频偏进行补偿，并在链路质量状况好转后返回历史频偏校正法。

这样相对于传统的单一采用历史频偏校正法的方案，本发明方法保留了能够对大频偏进行校正的优点，同时提高了对频偏突变进行正确跟踪的能力，即提高了频偏校正过程的稳定性。本发明方法使接收机能准确、稳定地进行频偏校正，为通信服务质量提供可靠的保障，并且本发明方法还具有计算量小、复杂度低、实现简单等优点，利于工程实现。本发明适用于所有CDMA系统，特别是TDD-CDMA系统和SCDMA系统。

附图说明

图1是本发明移动通信系统的频偏校正方法一个实施例的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图1对技术方案的实施作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明：

以下技术方案描述针对用户k进行，其中n表示执行频偏算法的数据单元号，即表示第n次频偏校正。

初始化链路质量状态寄存器R_k，R_k，n-1=[b₁ b₂ … b_N]，R_k的位长为N，R_k的每个比特位表示一次接收的链路质量状态，0：不好，1：好。链路质量计数器Count_k表示链路质量状态寄存器R_k中1的个数。R_k初始化为全0，对其采用左出右入或右入左出的方式更新维护。

判断链路质量计数器Count_k是否比预定的门限Count_Thr小，若是，则采用瞬时频偏校正法进行频偏估计和补偿，并输出下一次频偏校正对应的历史频偏初值，即历史频偏校正法采用的初始值；若不是，则采用历史频偏校正法进行频偏估计和数据补偿，并输出下一次频偏校正对应的历史频偏初值。

链路质量计数器门限Count_Thr值的大小可通过无线场景测试获得，或通过仿真获得。

当Count_k≤Count_Thr时，采用瞬时频偏校正法对接收数据进行频偏估计，得到瞬时频偏估计值Δf_k，n，并进行频偏补偿，得到补偿后的接收数据

计算频偏补偿后数据

的信噪比SIR_k,n；本次频偏估计输出f_k,n=Δf_k，n。

判断估计的数据信噪比SIR_k,n是否大于预定的信噪比门限SIR_Thr。

若数据信噪比SIR_k，n大于预定的信噪比门限SIR_Thr，则更新链路质量寄存器R_k，最新状态位置为1，R_k，n=[b₂ b₃ … b_N 1]，下次历史频偏初值其中p是平滑滤波因子，0≤p≤1。即该种情况下，由于频偏补充后当前时刻的链路质量状况较优，则根据该次的频偏估计结果对该次的历史频偏初值

进行滤波处理，以得到下一次频偏校正时对应的历史频偏初值

也即该次的频偏估计输出f_k,n=Δf_k,n参与了对历史频偏初值的维护。

若数据信噪比SIR_k,n不大于预定的信噪比门限SIR_Thr，则更新链路质量寄存器R_k，最新状态位置为0，R_k，n=[b₂ b₃ … b_N 0]，下次历史频偏初值

即该种情况下，由于频偏补充后当前时刻的链路质量状况较劣，则直接以该次的历史频偏初值

作为下一次频偏校正时对应的历史频偏初值

不进行滤波处理，也即该次的频偏估计输出f_k,n=Δf_k,n不参与对历史频偏初值的维护。

最后，输出下次频偏估计所对应的历史频偏初值

当Count_k>Count_Thr时，采用历史频偏校正法进行频偏估计和数据补偿。首先用历史频偏初值

初始补偿数据d_k，n，然后估计初始频偏补偿后数据的残余频偏值Δf_k，n，进行残余频偏补偿，得到数据

计算补偿后数据

的信噪比SIR_k,n。本次频偏估计输出

这里的历史频偏初值来源于上次频偏估计后维护更新的历史频偏初值，而该历史频偏初值

的初始值

判断估计的数据信噪比SIR_k,n是否大于信噪比门限SIR_Thr，SIR_Thr可通过仿真或者无线场景测试获得。若是，则更新链路质量寄存器R_k，最新状态位置为1，R_k，n=[b₂ b₃ … b_N 1]，下次历史频偏初值

其中0≤p≤1。

若不是，更新链路质量寄存器R_k，最新状态位置为0，R_k，n=[b₂ b₃ … b_N 0]，下次历史频偏初值

最后，输出下次频偏估计所对应的历史频偏初值

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应注意的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求记载的技术方案及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种用于对移动通信系统的频偏进行校正的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤A、预定一个链路质量门限，并判断当前一段时间内的链路质量是否优于该门限，是则执行步骤B；否则执行步骤C；

步骤B、采用历史频偏校正法对数据进行频偏校正，然后执行步骤D；

步骤B包括如下子步骤：

B1、用当次输入的历史频偏初值对数据进行初始频偏补偿；

B2、估计初始补偿后数据的残余频偏值，进行残余频偏补偿，得到残余频偏补偿后的数据；

B3、将所述历史频偏初值与所述残余频偏值的和作为当次的频偏估计结果输出；

步骤C、采用瞬时频偏校正法对数据进行频偏校正，然后执行步骤D；

步骤C包括如下子步骤：

C1、使用当前时刻的接收数据进行频偏估计，得到瞬时频偏估计值；

C2、根据所述瞬时频偏估计值进行频偏补偿，得到补偿后的接收数据；

C3、将所述瞬时频偏估计值作为当次的频偏估计结果输出；

步骤D、预设一个瞬时质量门限，判断采用历史频偏校正法对数据进行频偏校正或者采用瞬时频偏校正法对数据进行频偏校正后当前时刻的链路质量是否优于该瞬时质量门限，若优于则根据当次的频偏估计结果对当次输入的历史频偏初值进行滤波，以得到下一次频偏估计所对应的输入历史频偏初值；若不优于则直接以所述当次输入的历史频偏初值作为下一次频偏估计所对应的输入历史频偏初值，输出下次频偏校正时所对应的历史频偏初值，并且在需要进行下一次频偏校正时返回步骤A，以执行下一次频偏校正；

其中，在上述根据当次的频偏估计结果对当次输入的历史频偏初值进行滤波中，采用的算法为：

${\stackrel{\‾}{f}}_{k,n}=(1-p){\stackrel{\‾}{f}}_{k,n-1}+{\mathrm{pf}}_{k,n},$

其中

表示下一次频偏校正时的历史频偏初值，

表示当次频偏校正时的历史频偏初值，p是平滑滤波因子，0≤p≤1，f_k,n是当次的频偏估计结果。

2.根据权利要求1所述的移动通信系统的频偏校正方法，其特征在于：

在步骤A中，设置链路质量状态寄存器和链路质量计数器，其中链路质量状态寄存器用于存储当前一段时间内的链路质量状态，链路质量计数器用于表示所述链路质量状态寄存器中好的状态占所有状态的比例；同时设置一个链路质量计数器门限，以该链路质量计数器门限作为所述预定的链路质量门限；

则当所述链路质量计数器大于所述链路质量计数器门限时，认为当前一段时间内的链路质量优于所述预定的链路质量门限，反之当所述链路质量计数器小于所述链路质量计数器门限时，则认为当前一段时间内的链路质量不优于所述预定的链路质量门限。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的移动通信系统的频偏校正方法，其特征在于：

所述瞬时质量门限为一个预定的信噪比门限；

计算采用历史频偏校正法对数据进行频偏校正或者采用瞬时频偏校正法对数据进行频偏校正后数据的信噪比（SIR），如果该信噪比大于所述预定的信噪比门限，则认为采用历史频偏校正法对数据进行频偏校正或者采用瞬时频偏校正法对数据进行频偏校正后当前时刻的链路质量优于所述瞬时质量门限，如果该信噪比小于预定的信噪比门限，则认为采用历史频偏校正法对数据进行频偏校正或者采用瞬时频偏校正法对数据进行频偏校正后当前时刻的链路质量状况不优于所述瞬时质量门限。

4.采用权利要求1所述方法的用于对移动通信系统的频偏进行校正的系统，其特征在于：

该系统包括频偏校正模块和历史频偏初值维护模块；

其中，频偏校正模块用于：预定一个链路质量门限，并判断当前一段时间内的链路质量是否优于该门限，若优于该门限则采用历史频偏校正法对数据进行频偏校正，用当次输入的历史频偏初值对数据进行初始频偏补偿，然后估计初始补偿后数据的残余频偏值，进行残余频偏补偿，得到残余频偏补偿后的数据，将所述历史频偏初值与所述残余频偏值的和作为当次的频偏估计结果输出；若不优于则采用瞬时频偏校正法对数据进行频偏校正，使用当前时刻的接收数据进行频偏估计，得到瞬时频偏估计值，根据所述瞬时频偏估计值进行频偏补偿，得到补偿后的接收数据，将所述瞬时频偏估计值作为当次的频偏估计结果输出；

历史频偏初值维护模块用于：对历史频偏初值进行维护，预设一个瞬时质量门限，判断采用历史频偏校正法对数据进行频偏校正或者采用瞬时频偏校正法对数据进行频偏校正后当前时刻的链路质量是否优于瞬时质量门限，若优于则根据当次的频偏估计结果对当次输入的历史频偏初值进行滤波，以得到下一次频偏估计所对应的输入历史频偏初值；若不优于则直接以所述当次输入的历史频偏初值作为下一次频偏估计所对应的输入历史频偏初值，输出下次频偏校正时所对应的输入历史频偏初值。