CN101808060A

CN101808060A - 频偏处理方法和装置

Info

Publication number: CN101808060A
Application number: CN 201010128333
Authority: CN
Inventors: 黄珍; 许百成
Original assignee: Beijing T3G Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing T3G Technology Co Ltd
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2030-03-17
Also published as: CN101808060B

Abstract

本发明公开了一种频偏处理方法和装置，其中，该方法包括：终端根据信道估计值进行频偏估计，确定第一频偏估计值；终端根据解调数据进行频偏估计，确定第二频偏估计值；终端计算第一频偏估计值与第二频偏估计值间的频偏差值，并将频偏差值与频偏差阈值进行比较，根据比较结果调整接收频率。本发明结合解调数据频偏估计和信道频偏估计的估计结果调整接收频率，能够在频偏估计时兼顾两种估计方式的优劣，结合解调数据频偏估计和信道频偏估计的优势，有效提高解调性能。

Description

频偏处理方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种频偏处理方法和装置。

背景技术

随着通信技术的快速发展，支持高速移动场景下的正常通信是时分同步码分多址(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，简称为TD-SCDMA)系统的一个迫切的需求。

目前，主要通过以下两种方式解决高速移动场景下的多普勒频移问题：一种是基于解调数据做频偏估计，也称为小频偏估计算法，这种算法的优点是结果稳定，方差小，缺点是估计范围受符号数限制，无法解决在高速情况下小区切换、小区选择、小区重选时出现的瞬时频偏翻转的场景；另一种是基于信道估计做频偏估计，也称为大频偏估计算法，这种算法的优点是估计范围大，但由于中间码本身的特性，对噪声敏感，在低信噪比的条件下的估计结果偏差会较大，即大频偏估计算法的估计方差较大，易受噪声的影响，在信噪比较小时会有较大的误差。

目前，在实际应用当中，对于如何兼顾基于解调数据做频偏估计和基于信道做频偏估计，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中无法兼顾基于解调数据做频偏估计和基于信道做频偏估计的问题，本发明提出一种频偏处理方法，能够在频偏估计时兼顾两种估计方式的优劣，有效提高调整接收频率的性能。

针对相关技术中无法兼顾解调数据做频偏估计和基于信道做频偏估计来进行频偏估计来进行频偏估计的问题，本发明提出一种频偏处理装置，能够在频偏估计时兼顾两种估计方式的优劣，有效提高调整接收频率的性能。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种频偏处理方法，包括：

终端根据信道估计值进行频偏估计，确定第一频偏估计值；

终端根据解调数据进行频偏估计，确定第二频偏估计值；

终端计算第一频偏估计值与第二频偏估计值间的频偏差值，并将频偏差值与频偏差阈值进行比较，根据比较结果调整接收频率。

其中，终端将频偏差值与频偏差阈值进行比较，根据比较结果调整接收频率的处理包括：

在频偏差值大于或等于频偏差阈值的情况下，终端根据预设步长调整接收频率。

在频偏差值小于频偏差阈值的情况下，终端根据预设步长与第二频偏估计值中的最小值调整接收频率。

进一步地，上述方法还包括：

终端确定预定时间段内的初始接收频率与调整得到的最终接收频率的差绝对值，并将差绝对值与接收频率差阈值进行比较，根据比较结果确定终端的移动状态，并根据比较结果对解调数据进行补偿。

优选地，终端根据比较结果确定所述终端的移动状态，并根据所述比较结果对所述解调数据进行补偿的处理包括：

在差绝对值大于或等于接收频率差阈值的情况下，确定出终端处于高速移动状态；

如果终端的信噪比值大于或等于信噪比阈值，终端利用第一频偏估计值对解调数据进行补偿，得到补偿后的解调数据；

终端利用第二频偏估计值对补偿后的解调数据进行补偿。

如果终端的信噪比值小于信噪比阈值，终端利用第二频偏估计值对解调数据进行补偿。

在差绝对值小于接收频率差阈值的情况下，确定出终端处于低速移动状态；

终端利用第二频偏估计值对解调数据进行补偿。

其中，终端根据信道估计值进行频偏估计，确定第一频偏估计值的处理包括：

终端根据每帧的信道估计值进行频偏估计，并将多帧的频偏估计值的平均值作为第一频偏估计值。

其中，终端根据解调数据进行频偏估计，确定第二频偏估计值的处理包括：

终端根据每帧的解调数据进行频偏估计，并将多帧的解调数据的频偏估计值的平均值作为第二频偏估计值。

一种频偏处理装置，包括：

第一频偏估计模块，用于根据信道估计值进行频偏估计，确定第一频偏估计值；

第二频偏估计模块，用于根据解调数据进行频偏估计，确定第二频偏估计值；

计算模块，用于计算第一频偏估计值与第二频偏估计值间的频偏差值；

调整模块，用于将频偏差值与频偏差阈值进行比较，根据比较结果调整接收频率。

其中，调整模块用于在频偏差值大于或等于频偏差阈值的情况下，利用预设步长调整接收频率，并用于在频偏差值小于频偏差阈值的情况下，利用预设步长与第二频偏估计值中的最小值调整接收频率。

进一步地，上述频偏处理装置还包括：

补偿处理模块，用于确定预定时间段内的初始接收频率与调整得到的最终接收频率的差绝对值，并将差绝对值与接收频率差阈值进行比较，根据比较结果确定终端的移动状态，并根据比较结果对解调数据进行补偿。

借助本发明的上述技术方案，通过结合解调数据频偏估计和信道频偏估计的估计结果调整接收频率，能够在频偏估计时兼顾两种估计方式的优劣，结合解调数据频偏估计和信道频偏估计的优势，有效提高解调性能。

附图说明

图1是根据本发明实施例的频偏处理方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的AFC调整原理图；

图3是根据本发明实施例的实现原理图；

图4是根据本发明实施例的频偏处理装置的组成结构图。

具体实施方式

对于一种能支持高速移动场景的TD-SCDMA接收机，其面临的一个重要问题是如何保证不影响低速场景下的性能的基础上提升高速场景下的解调性能，如果只使用基于中间码的频偏估计算法(即上文所述的大频偏估计算法)，则低速业务的性能将受到很大的影响，而只使用基于解调数据的频偏估计算法(即上文所述的小频偏估计算法)，则不能解决高速场景下的大频偏翻转的问题，基于此，本发明提供一种频偏处理方案，该方案的基本思想是：分别对大频偏估计算法得到的频偏估计值和小频偏估计算法得到的频偏估计值取平均值，并根据这两个平均值的比较结果来选择合适的步长(自动频率控制值(Automatic Frequence Control，简称为AFC))对接收频率进行调整；可以根据AFC的变化情况指示终端的运动状态(即终端处于高速运动状态还是低速运动状态)，并根据终端的运动状态采用不同的补偿算法。

图1是根据本发明实施例的频偏处理方法的流程图，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S101，终端根据信道估计值进行频偏估计，确定第一频偏估计值。

步骤S102，终端根据解调数据进行频偏估计，确定第二频偏估计值。

步骤S103，终端计算第一频偏估计值与第二频偏估计值间的频偏差值，并将频偏差值与频偏差阈值进行比较，根据比较结果调整接收频率。

借助于上述处理，通过结合解调数据频偏估计和信道频偏估计的估计结果调整接收频率，能够在频偏估计时兼顾两种估计方式的优劣，结合解调数据频偏估计和信道频偏估计的优势，有效提高解调性能。

下面对上述各步骤进行详细说明。

在步骤S101中，终端根据信道估计值进行频偏估计确定第一频偏估计值的具体处理为：终端利用去噪之后的信道估计值和接收的中间码序列做频偏估计，得到第一频偏估计值。优选地，终端可以根据每帧的信道估计值进行频偏估计，并对多帧的频偏估计值取平均，将得到的平均值作为第一频偏估计值，例如，终端可以对相应的频偏估计结果作8帧平均，将8帧的平均值作为第一频偏估计值。对于大频偏估计算法，在信噪比很低的情况测量出的频偏估计结果会出现较大的误差，然而，其8帧的平均频偏估计结果会维持在一定的偏差范围内，可以获得较好的频偏估计结果。

在步骤S102中，终端根据解调数据进行频偏估计，确定第二频偏估计值的具体处理为：终端利用基于联合检测解调数据的频偏估计算法做频偏估计。优选地，终端可以根据每帧的解调数据进行频偏估计，并对多帧的频偏估计值取平均值，将得到的平均值作为第二频偏估计值。例如，终端可以对相应的频偏估计结果作8帧平均，将8帧的平均值作为第二频偏估计值。对于小频偏估计算法，当实际频偏超过频偏估计范围时，其频偏估计结果会在0Hz附近上下抖动。

在步骤S103中，终端将频偏差值与频偏差阈值进行比较，根据比较结果调整接收频率的处理包括：在频偏差值大于或等于频偏差阈值的情况下，终端利用预设步长调整接收频率；在频偏差值小于频偏差阈值的情况下，终端利用预设步长与第二频偏估计值中的最小值调整接收频率。

终端在调整接收频率之后，终端可以进行频偏补偿，下面对频偏补偿过程进行说明：终端可以选定一个时间段，确定该时间段内开始时的始接收频率与该时间段结束时调整得到的最终接收频率的差值的绝对值，将得到的差绝对值与接收频率差阈值进行比较，根据比较结果确定终端的移动状态，并根据比较结果对解调数据进行补偿。具体地，可以分为以下三种情况：

情况1：在差绝对值大于或等于接收频率差阈值的情况下，确定出终端处于高速移动状态，如果终端的信噪比(Signal-to-Interference Ratio，简称为SIR)值大于或等于SIR阈值，此时，终端会利用第一频偏估计值对解调数据进行补偿，得到补偿后的解调数据，然后终端会利用第二频偏估计值对补偿后的解调数据进行补偿。

情况2：在差绝对值大于或等于接收频率差阈值的情况下，确定出终端处于高速移动状态，如果终端的SIR值小于SIR阈值，终端会利用第二频偏估计值对解调数据进行补偿。

情况3：在差绝对值小于接收频率差阈值的情况下，确定出终端处于低速移动状态，此时，终端会利用第二频偏估计值对解调数据进行补偿。

也就是说，当判断终端状态为高速移动状态后，且测量值满足条件，则启用粗频偏估计算法(即上文所述的大频偏估计算法)来对联合检测解调数据做第一级补偿，然后对补偿后的解调数据通过细频偏估计算法(即上文所述的小频偏估计算法)做第二次补偿，若测量值不满足条件，则只用细频偏估计算法做一次频偏补偿；而当判断终端状态为低速移动状态后，只采用细频偏估计算法对联合检测解调数据做频偏补偿。其中，上述根据AFC调整值来判断终端的运动速度可以通过现有的方法来判断，这里不再赘述。

对于多普勒频移的校正，一般有两种处理方法：频偏补偿和AFC调整，一般而言，频偏补偿是联合检测解调端上的处理，针对的是每个解调数据的处理；而AFC调整则是基带射频的调整，针对的是每个码片的处理，这种差别决定了两种处理方法在性能上存在区别。高速终端移动场景中，多普勒频移很大，在时速430Km的终端做切换时引入的瞬时频偏可达1600Hz；此外，当终端经过基站下时频偏变化极快，实际计算结果表明当时速430Km，基站距铁路垂直距离5m时每个子帧频偏变化可达100Hz；本发明实施例结合了AFC调整和频偏补偿两种处理方法，以便及时符合实际场景的频偏变化趋势和减小AFC调整时的误码。

根据以上分析，针对基于中间码的频偏估计算法在低信噪比下估计误差较大，而基于解调数据的频偏估计算法频偏估计范围有限的缺点，本方案采用基于中间码的频偏估计算法做AFC调整，而用基于解调数据的频偏估计算法做频偏补偿和AFC调整，从而有效的兼顾了两种算法优劣。

下面结合图2和图3对本发明实施例进行详细说明，图2是根据本发明实施例的AFC调整原理图，图3是根据本发明实施例的实现原理图。

如图2所示，终端利用去噪之后的信道估计值和接收的中间码序列做频偏估计，即终端利用基于中间码的频偏估计算法通过去噪后的信道估计值和实际接收的中间码序列来做频偏估计，优选地，可以对多帧的信道估计值的频偏估计结果取平均值，并将该平均值(即上文所述的第一频偏估计值)输入到AFC选择器中；终端利用基于联合检测解调数据的频偏估计算法做频偏估计和补偿，优选地，可以对多帧的解调数据的频偏估计结果取平均值，并将该平均值(即上文所述的第二频偏估计值)输入到AFC选择器中，选择合适的步长(AFC)对接收频率进行调整，具体地，终端可以先使用6个符号的频偏估计算法做预估计，并对数据进行频偏补偿，然后对频偏补偿之后的数据使用22符号的频偏估计算法进行第二次估计，并进行第二次补偿，最后把两次估计结果相加输入到AFC选择器中。为了描述方便，将基于解调数据的频偏估计结果的八帧平均值记为R1，将基于信道估计的频偏估计结果记为R2，并将R1和R2的结果作为接收频率输入的两个分支。

通过AFC选择器选择接收频率输出并对接收频率进行调整，具体地，将R1和R2输入到AFC选择器中，调整接收频率的方式如下：

if|Av_FO_BigFOE-Av_FO_SmallFOE|＞T₁&&SIR＞T_SIR

F＝sign(Av_FO_BigFOE-Av_FO_BigFOE)×T_AFC

else

F＝sign(Av_FO_SmallFOE)×min(|Av_FO_SmallFOE|，T_AFc)

其中，Av_FO_BigFOE表示8帧平均之后的基于中间码的频偏估计结果(R2)，Av_FO_SmallFOE表示8帧平均之后的基于解调数据的频偏估计结果(R1)，sign表示符号函数，在实现时，T₁可取500Hz(T₁即上文所述的频偏差阈值)，T_AFC可取100Hz(T_AFC即上文所述的预设步长)，T_SIR可取4dB。对于R2，如果R2大于门限值，则可认为此时的场景为大频偏翻转场景，接收频率调整幅度设为100Hz，如果R2不满足上述条件，则把R1的结果作为接收频率调整的输出，但其结果亦需控制在100Hz以内。通过该接收频率调整策略及用符号频偏估计算法做频偏补偿，可在低速和高速场景下保证终端做合理的频偏校正。

假设实际发送频率(含多普勒频移)为f_T，本地接收机的晶振频率为f_R(即实际的接收频率为f_R)，这样，实际存在的频率偏差Δf＝f_R-f_T，假设Δf＝500Hz。如果通过本发明的实施步骤，确定出的接收机估计频偏值为f_off(即上文所述的频偏差值，具体确定过程在上文已经详细描述，这里不再赘述)，此时，可以根据f_off确定接收机的调整频偏f_Adjust，(即上文所述的AFC)，以根据确定出的f_Adjust来调整f_R。为了方便理解，现假设f_Adjust的最大步长为200Hz(即上文所述的预设步长)，确定出的第二频偏估计值为100Hz，预先设置的频偏差阈值为200Hz，Δf在调整过程中不变，则接收机的调整过程为(以调整三次为例)：如果第一帧(或多帧的平均值)的f_off＝500Hz，则f_Adjust为200Hz，则第一次调整后的接收频率为f₁＝f_R+200Hz；如果第二帧(或多帧的平均值)的f_off＝300Hz，则f_Adjust为200Hz，则第二次调整后的接收频率为f₂＝f₁+200Hz＝f_R+400Hz；如果第三帧(或多帧的平均值)的f_off＝100Hz，则f_Adjust为100Hz，则第三次调整后的接收频率为f₃＝f₂+100Hz＝f_R+500Hz，这样，通过本发明的频偏调整方法，最终确定的实际接收频率为f₃＝f_R+500Hz。另外，如果将f₃作为调整得到的最终接收频率，则f₃与初始接收频率f_R的差绝对值就为500Hz，将500Hz与预先设置的接收频率差阈值进行比较，就可以根据比较结果确定终端的移动状态，对解调数据进行补偿。

之后，如图3所示，当接收频率调整到一定程度，通过接收频率的调整可指示终端的移动状态，此时，可以利用接收频率的调整值指示终端接收机的运动状态，当判断出终端的运动状态为高速(即终端为高速移动状态)，且SIR满足门限值(门限值可取4dB)，则首先启用基于信道估计的大频偏估计算法来对联合检测解调数据做第一级补偿，然后对补偿后的解调数据通过基于解调数据的频偏处理方法做第二级补偿；当判断出终端的运动状态为高速时，如果SIR不满足门限值，则启用基于解调数据的频偏估计算法对解调数据进行补偿；当判断出终端的运动状态为低速时(即终端为低速移动状态)时，启用基于解调数据的频偏估计算法对解调数据进行补偿。

图4是根据本发明实施例的频偏估计装置的组成结构图，该装置可以设置于终端中，如图4所示，该装置包括：

第一频偏估计模块1，用于根据信道估计值进行频偏估计，确定第一频偏估计值；

第二频偏估计模块2，用于根据解调数据进行频偏估计，确定第二频偏估计值；

计算模块3，用于计算第一频偏估计值与第二频偏估计值间的频偏差值；

调整模块4，用于将频偏差值与频偏差阈值进行比较，根据比较结果调整接收频率。

补偿处理模块5，用于确定预定时间段内的初始接收频率与调整得到的最终接收频率的差绝对值，并将差绝对值与接收频率差阈值进行比较，根据比较结果确定终端的移动状态，并根据比较结果对解调数据进行补偿。

具体地，调整模块4用于在频偏差值大于或等于频偏差阈值的情况下，利用预设步长调整接收频率，并用于在频偏差值小于频偏差阈值的情况下，利用预设步长与第二频偏估计值中的最小值调整接收频率。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过结合解调数据频偏估计和信道频偏估计的估计结果调整接收频率，能够在频偏估计时兼顾两种估计方式的优劣，结合解调数据频偏估计和信道频偏估计的优势，有效提高解调性能。

图4是与前面方法对应的终端，终端的工作过程以及工作原理在方法部分已经进行了详细描述，在此不再赘述，参照方法中相应部分的描述即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种频偏处理方法，其特征在于，包括：

终端根据信道估计值进行频偏估计，确定第一频偏估计值；

所述终端根据解调数据进行频偏估计，确定第二频偏估计值；

所述终端计算所述第一频偏估计值与所述第二频偏估计值间的频偏差值，并将所述频偏差值与频偏差阈值进行比较，根据比较结果调整接收频率。

2.根据权利要求1所述的频偏处理方法，其特征在于，所述终端将所述频偏差值与频偏差阈值进行比较，根据比较结果调整接收频率的处理包括：

在所述频偏差值大于或等于频偏差阈值的情况下，所述终端根据预设步长调整接收频率。

3.根据权利要求1所述的频偏处理方法，其特征在于，所述终端将所述频偏差值与频偏差阈值进行比较，根据比较结果调整接收频率的处理包括：

在所述频偏差值小于频偏差阈值的情况下，所述终端根据预设步长与所述第二频偏估计值中的最小值调整接收频率。

4.根据权利要求1所述的频偏处理方法，其特征在于，还包括：

所述终端确定预定时间段内的初始接收频率与调整得到的最终接收频率的差绝对值，并将所述差绝对值与接收频率差阈值进行比较，根据比较结果确定所述终端的移动状态，并根据所述比较结果对所述解调数据进行补偿。

5.根据权利要求4所述的频偏处理方法，其特征在于，所述终端根据比较结果确定所述终端的移动状态，并根据所述比较结果对所述解调数据进行补偿的处理包括：

在所述差绝对值大于或等于接收频率差阈值的情况下，确定出所述终端处于高速移动状态；

如果所述终端的信噪比值大于或等于信噪比阈值，所述终端利用所述第一频偏估计值对所述解调数据进行补偿，得到补偿后的解调数据；

所述终端利用所述第二频偏估计值对补偿后的所述解调数据进行补偿。

6.根据权利要求4所述的频偏处理方法，其特征在于，所述终端根据比较结果确定所述终端的移动状态，并根据所述比较结果对所述解调数据进行补偿的处理包括：

如果所述终端的信噪比值小于信噪比阈值，所述终端利用所述第二频偏估计值对所述解调数据进行补偿。

7.根据权利要求4所述的频偏处理方法，其特征在于，所述终端根据比较结果确定所述终端的移动状态，并根据所述比较结果对所述解调数据进行补偿的处理包括：

在所述差绝对值小于接收频率差阈值的情况下，确定出所述终端处于低速移动状态；

所述终端利用第二频偏估计值对所述解调数据进行补偿。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的频偏处理方法，其特征在于，终端根据信道估计值进行频偏估计，确定第一频偏估计值的处理包括：

所述终端根据每帧的信道估计值进行频偏估计，并将多帧的频偏估计值的平均值作为所述第一频偏估计值。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的频偏处理方法，其特征在于，终端根据解调数据进行频偏估计，确定第二频偏估计值的处理包括：

所述终端根据每帧的解调数据进行频偏估计，并将多帧的频偏估计值的平均值作为所述第二频偏估计值。

10.一种频偏处理装置，其特征在于，包括：

计算模块，用于计算所述第一频偏估计值与所述第二频偏估计值间的频偏差值；

调整模块，用于将所述频偏差值与频偏差阈值进行比较，根据比较结果调整接收频率。

11.根据权利要求10所述的频偏处理装置，其特征在于，

所述调整模块用于在所述频偏差值大于或等于频偏差阈值的情况下，利用预设步长调整接收频率，并用于在所述频偏差值小于频偏差阈值的情况下，利用预设步长与所述第二频偏估计值中的最小值调整接收频率。

12.根据权利要求10或11所述的频偏处理装置，其特征在于，还包括：

补偿处理模块，用于确定预定时间段内的初始接收频率与调整得到的最终接收频率的差绝对值，并将所述差绝对值与接收频率差阈值进行比较，根据比较结果确定所述终端的移动状态，并根据所述比较结果对所述解调数据进行补偿。