CN101959299B

CN101959299B - 自动频率控制方法及接收端

Info

Publication number: CN101959299B
Application number: CN201010139207.9A
Authority: CN
Inventors: 董亮; 刘威鑫
Original assignee: Spreadtrum Communications Shanghai Co Ltd
Current assignee: Spreadtrum Communications Shanghai Co Ltd
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2010-04-02
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-04-02
Also published as: CN101959299A

Abstract

本发明涉及通信领域，公开了一种自动频率控制方法及接收端。本发明中，在频偏估计的同时，引入了对每次频偏估计值可靠度的判断过程，根据每次每个估计值可靠度的不同，进行不同的加权，然后才进行平均，因此能够保证在接收信号质量较好时，频偏跟踪的速度较快，而在信号质量较差时，由于加权值较小，频偏调整值较小，确保了频偏调整的稳定性，克服了传统的自动频率控制器在这两方面则无法兼顾的问题。

Description

自动频率控制方法及接收端

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及通信领域的自动频率控制技术。

背景技术

在移动通信系统中，需要保证发送端和接收端的频率同步。而由于振荡器频率偏移以及终端运动都可能造成收发端频率偏差，因此自动频率控制(Automatic Frequency Control，简称“AFC”)已经成为了相干通信系统中一个重要的组成元素。基于AFC的无线设备的相关技术可参见专利号为“5634205”的美国专利。

自动频率控制器至少包括两个组成部分：一个是频偏估计器，一个是频偏控制器。其中频偏估计器的目的是利用接收信号中的某些已知符号，或者符号前后的某种特定的关系，或者某种基于判决的方法，来估计出接收端与发送端存在的频率偏移。这个频偏估计值将传递给频偏控制器。频偏控制器的作用是根据频偏估计器的估计值来对接收端振荡器频率进行补偿，具体实现时可以直接控制模拟振荡器频率，或者在数字基带进行补偿。

在目前的现有技术中，自动频率控制器会使用某些数据符号来多次估计频率偏差，然后对多次估计结果进行一定程度的平均，最后将估计均值用于调整前端的振荡器频率。具体地说，如图1所示，从天线下来的信号经过与本振混频后到基带，经过模拟前端处理后用模数转换器变为数字信号，然后经过数字基带处理，提取出用于频偏估计的信息传递给频偏估计器。频偏估计器利用上述信息进行频偏估计，并将估计值放入缓存中，当缓存的数据长度达到某个门限值后，启动平均计算。也就是说，在一个周期内，会将估计出的各频偏估计值进行估计值平均，计算出来的平均频偏值提交给频偏控制器。频偏控制器对提交过来的平均值进行必要处理后给本地振荡器发出控制信号，用来调整本地振荡器频率，使之与发送端一致。

然而，本发明的发明人发现，在进行多次频率估计的过程中，由于接收信号的变化，某些估计值由于干扰较大而可靠度很差，在平均的过程中由于无法区分哪些估计值可靠度较高，哪些估计值可靠度较低，使得平均后较可靠的估计值受到较差估计值的影响，这样频偏调整可能会出现较大偏差，造成频偏调整不稳定，从而影响接收性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动频率控制方法及接收端，避免频偏调整出现较大偏差，保证频偏调整的稳定性，提高接收性能。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种自动频率控制方法，包含以下步骤：

在对计算出的各频偏估计值进行估计值平均之前，对各频偏估计值的可靠度进行估计；

根据各频偏估计值的可靠度估计结果，为各频偏估计值加权，其中，频偏估计值的可靠度越小，该频偏估计值的加权值越小；

对加权后的各频偏估计值进行估计值平均；

根据经估计值平均后的频偏估计值进行频偏控制。

本发明的实施方式还提供了一种接收端，包含：

频偏估计模块，用于对接收信号进行频偏估计，得到频偏估计值；

可靠度估计模块，用于对频偏估计模块得到的各频偏估计值的可靠度进行估计；

加权模块，用于根据可靠度估计模块得到的各频偏估计值的可靠度估计结果，为各频偏估计值加权，其中，频偏估计值的可靠度越小，该频偏估计值的加权值越小；

估计值平均模块，用于对经加权模块加权后的各频偏估计值进行估计值平均，得到平均后的频偏估计值；

频偏控制模块，用于根据估计值平均模块得到的平均后的频偏估计值进行频偏控制。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

在进行频偏估计值的估计值平均之前，先对频偏估计值的可靠度进行一个判断。根据可靠度估计结果，为各频偏估计值加权，其中，频偏估计值的可靠度越小，该频偏估计值的加权值越小。进行估计值平均的各频偏估计值是加权后的各频偏估计值。由于在频偏估计的同时，引入了对每次频偏估计值可靠度的判断过程，根据每次每个估计值可靠度的不同，进行不同的加权，然后才进行平均，因此能兼有强信号时频偏跟踪的快速性和弱信号时频偏跟踪的稳定性。也就是说，能够保证在接收信号质量较好时，频偏跟踪的速度较快，而在信号质量较差时，由于加权值较小，频偏调整值较小，确保了频偏调整的稳定性，克服了传统的自动频率控制器在这两方面则无法兼顾的问题。

进一步地，在对各频偏估计值的可靠度进行估计时，可以对每个频偏估计值的可靠性单独进行估计，得到各频偏估计值的可靠度估计结果；也可以结合整个周期(进行一次估计值平均的周期)内的所有频偏估计值，对该周期内的各频偏估计值进行可靠性估计。实现灵活，可根据需要具体设计。

进一步地，在对每个频偏估计值的可靠性单独进行估计时，可通过预先设置加权值与信噪比区间的对应关系，根据计算出的信噪比所处的信噪比区间，查找到相应的加权值的方式，得到频偏估计值的可靠度估计结果。由于通过查表的方式即可实现频偏估计值的可靠性估计，简单易行，而且利用接收信号的信噪比对频偏估计值的可靠性进行估计，能够进一步保证频偏调整的稳定性，提高接收性能。

附图说明

图1是根据现有技术中的自动频率控制方法示意图；

图2是根据本发明第一实施方式的自动频率控制方法流程图；

图3是根据本发明第一实施方式的自动频率控制方法示意图；

图4是根据本发明第三实施方式的接收端结构示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施方式涉及一种自动频率控制方法，具体流程如图2所示。

在步骤210中，根据经过数字基带处理后提取出的用于频偏估计的信息，进行频偏估计，得到频偏估计值，并将估计值放入缓存中。本步骤与现有技术相同，在此不再赘述。

接着，在步骤220中，对频偏估计值的可靠度进行估计。在本实施方式中，对每个频偏估计值的可靠性单独进行估计，得到各频偏估计值的可靠度估计结果。

具体地说，可预先设置加权值与信噪比区间的对应关系，计算频偏估计过程中接收信号的信噪比，根据计算出的信噪比所处的信噪比区间，查找到相应的加权值，将查找到的加权值作为通过该频偏估计过程得到的频偏估计值的可靠度估计结果。

如表1所示，C表示某次频偏估计过程中的接收信号的信噪比，如[μ₁，μ₂]、[μ₂，μ₃]……等区间，表示预先设置的信噪比区间，α₁、α₂、……α_n为与各区间相对应的加权值。比如说，如果某次频偏估计过程中的接收信号信噪比C落在区间[μ₁，μ₂]内，则根据表1可知，该次频偏估计过程中得到的频偏估计值的可靠度估计结果为α₂。由于本实施方式中是利用信噪比作为可靠度估计值，因此为保证频偏估计值的可靠度越小，该频偏估计值的加权值越小，表1中的α₁＜α₂＜…＜α_n。

表1

估计值可靠度区间(即信噪比区间)	加权值
		C＜μ₁	α₁
μ₁≤C＜μ₂	α₂
		……	……
μ_n-2≤C＜μ_n-1	α_n-1
		C≥μ_n-1	α_n

由此可见，通过表1以及计算的接收信号的信噪比，可对每个频偏估计值的可靠性单独进行估计，得到各频偏估计值的可靠度估计结果。由于通过查表的方式即可实现频偏估计值的可靠性估计，简单易行，而且利用接收信号的信噪比对频偏估计值的可靠性进行估计，能够进一步保证频偏调整的稳定性，提高接收性能。

需要说明的是，本步骤也可与步骤210并行执行，本步骤与步骤210并无必然的现有顺序，如图3所示。

接着，在步骤230中，为各频偏估计值加权。比如说，某次频偏估计得到的频偏估计值为u_k，根据表1以及计算的该次频偏估计时的接收信号信噪比C，查找到对应的加权值为γ_k＝α_t，则该次频偏估计得到的频偏估计值，在加权后得到的频偏估计值为f_k＝γ_ku_k，如图3所示。

接着，在步骤240中，在得到L个加权后的频偏估计之后(L为进行一次估计值平均的周期内的所有频偏估计值个数)，对加权后的各频偏估计值进行估计值平均。本步骤与现有技术雷同，与现有技术的区别仅在于，在现有技术中，进行估计值平均的各频偏估计值是在步骤210中直接得到的频偏估计值；而在本步骤中，进行估计值平均的各频偏估计值是在步骤230中得到的频偏估计值。

接着，在步骤250中，根据经估计值平均后的频偏估计值进行频偏控制。如将计算出来的平均频偏值用来调整模拟前端振荡器频率，或者在数字部分进行频偏补偿等。本步骤与现有技术相同，在此不再赘述。

由于在频偏估计的同时，引入了对每次频偏估计值可靠度的判断过程，根据每次每个估计值可靠度的不同，进行不同的加权，然后才进行平均，因此能够保证在接收信号质量较好时，频偏跟踪的速度较快，而在信号质量较差时，由于加权值较小，频偏调整值较小，确保了频偏调整的稳定性，克服了传统的自动频率控制器在这两方面则无法兼顾的问题。

本发明第二实施方式涉及一种自动频率控制方法。第二实施方式与第一实施方式基本相同，区别主要在于：对频偏估计值的可靠度估计方式有所不同。

在第一实施方式中，在对频偏估计值的可靠度进行估计时，对每个频偏估计值的可靠性单独进行估计，得到各频偏估计值的可靠度估计结果。然而在第二实施方式中，在对各频偏估计值的可靠度进行估计时，结合整个周期内的所有频偏估计值，对该周期内的各频偏估计值进行可靠性估计，周期为进行一次估计值平均的周期。

一种具体的实现方式是根据频偏估计值的分布情况来对每个估计值的可靠度进行判断，与第一实施方式类似，预先设置加权值与距离区间的对应关系，如表2所示。其中，距离区间为每个估计值到平均值归一化距离的范围，β₁，β₂，β₃，…，β_n为与各区间相对应的加权值。

表2

估计值可靠度区间(每个估计值到平均值归一化距离的范围)	加权值
		D＜λ₁	β₁
λ₁≤D＜λ₂	β₂
		……	……
λ_n-2≤D＜λ_n-1	β_n-1
		D≥λ_n-1	β_n

比如说，设在某个周期内的频偏估计值分别为u₁，u₂，…，u_L，其中L为进行一次估计值平均的周期内的所有频偏估计值个数。首先计算这几个频偏估计值的平均值u＝(u₁+u₂+…+u_L)/L；其次计算每个值到平均值的归一化距离，对频偏估计值u_k，其距离平均值的归一化距离为D＝|u_k-u|/|u|。根据表2中的区间划分，可查出第k个估计值对应的加权值为γ_k＝β_t。因此，对u_k加权后，得到的频偏估计值为f_k＝γ_ku_k。由于采用归一化的距离作为频偏估计可靠度，因此为保证频偏估计值的可靠度越小，该频偏估计值的加权值越小，表2中的β₁＞β₂＞…＞β_n。

在得到L个加权后的频偏估计之后，同样需要进行估计值平均，并且根据经估计值平均后的频偏估计值进行频偏控制，在本实施方式中，不再赘述。

在对各频偏估计值的可靠度进行估计时，可以对每个频偏估计值的可靠性单独进行估计，得到各频偏估计值的可靠度估计结果。也可以结合整个周期(进行一次估计值平均的周期)内的所有频偏估计值，对该周期内的各频偏估计值进行可靠性估计。实现灵活，可根据需要具体设计。

需要说的是，本发明的第一、第二实施方式为如何实现频偏估计值的可靠度估计提供了2种具体的实现方法，但在实际应用中，也可以采样其他不同的可靠度度量方法。或者，也可以不使用查找表，而是使用某种函数变换的关系来直接计算出不同可靠度对应的加权系数等。另外，在进行估计值平均时，也可以对于某些可靠度较低的值加权为零且不纳入平均值计算。

本发明的各方法实施方式均可以以软件、硬件、固件等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可更换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable Array Logic，简称“PAL”)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，简称“PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory，简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versatile Disc，简称“DVD”)等等。

本发明第三实施方式涉及一种接收端。具体如图4所示，该接收端包含：

频偏估计模块，用于对接收信号进行频偏估计，得到频偏估计值。

可靠度估计模块，用于对频偏估计模块得到的各频偏估计值的可靠度进行估计。

加权模块，用于根据可靠度估计模块得到的各频偏估计值的可靠度估计结果，为各频偏估计值加权，其中，频偏估计值的可靠度越小，该频偏估计值的加权值越小。

估计值平均模块，用于对经加权模块加权后的各频偏估计值进行估计值平均，得到平均后的频偏估计值。

其中，可靠度估计模块对每个频偏估计值的可靠性单独进行估计，得到各频偏估计值的可靠度估计结果。具体地说，该可靠度估计模块包含以下子模块：

设置子模块，用于预先设置加权值与信噪比区间的对应关系。

信噪比计算子模块，用于计算频偏估计过程中接收信号的信噪比。

查找子模块，用于根据计算出的信噪比所处的信噪比区间，查找到相应的加权值，将查找到的加权值作为通过该频偏估计过程得到的频偏估计值的可靠度估计结果。

不难发现，第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明第四实施方式涉及一种接收端。第四实施方式与第三实施方式基本相同，区别主要在于：对频偏估计值的可靠度估计方式有所不同。

在第三实施方式中，可靠度估计模块对每个频偏估计值的可靠性单独进行估计，得到各频偏估计值的可靠度估计结果。然而在第四实施方式中，可靠度估计模块结合整个周期内的所有频偏估计值，对该周期内的各频偏估计值进行可靠性估计，周期为进行一次估计值平均的周期。具体地说，该可靠度估计模块包含以下子模块：

预设子模块，用于预先设置加权值与距离区间的对应关系。

平均值计算子模块，用于计算周期内频偏估计值的平均值。

查询子模块，用于对周期内每个频偏估计值，分别计算频偏估计值到平均值的归一化距离，并根据计算的归一化距离所处的距离区间，查找到相应的加权值，将查找到的加权值作为该频偏估计值的可靠度估计结果。

不难发现，第二实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

需要说明的是，本发明各设备实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合是才解决本发明所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明上述各设备实施方式并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，这并不表明上述设备实施方式并不存在其它的单元。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种自动频率控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

根据所述各频偏估计值的可靠度估计结果，为各频偏估计值加权，其中，频偏估计值的可靠度越小，该频偏估计值的加权值越小；

对所述加权后的各频偏估计值进行估计值平均；

根据经所述估计值平均后的频偏估计值进行频偏控制；

其中，在所述对各频偏估计值的可靠度进行估计的步骤中，结合整个周期内的所有频偏估计值，对该周期内的各频偏估计值进行可靠性估计，所述周期为进行一次估计值平均的周期；通过以下方式结合整个周期内的所有频偏估计值，对该周期内的各频偏估计值进行可靠性估计：

预先设置加权值与距离区间的对应关系；

计算所述周期内频偏估计值的平均值；

对于所述周期内每个频偏估计值，计算频偏估计值到平均值的归一化距离，并根据计算的归一化距离所处的距离区间，查找到相应的加权值，将所述查找到的加权值作为该频偏估计值的可靠度估计结果。

2.一种接收端，其特征在于，包含：

可靠度估计模块，用于对所述频偏估计模块得到的各频偏估计值的可靠度进行估计；

加权模块，用于根据所述可靠度估计模块得到的各频偏估计值的可靠度估计结果，为各频偏估计值加权，其中，频偏估计值的可靠度越小，该频偏估计值的加权值越小；

估计值平均模块，用于对经所述加权模块加权后的各频偏估计值进行估计值平均，得到平均后的频偏估计值；

频偏控制模块，用于根据所述估计值平均模块得到的平均后的频偏估计值进行频偏控制；

其中，所述可靠度估计模块结合整个周期内的所有频偏估计值，对该周期内的各频偏估计值进行可靠性估计，所述周期为进行一次估计值平均的周期；所述可靠度估计模块包含以下子模块：

预设子模块，用于预先设置加权值与距离区间的对应关系；

平均值计算子模块，用于计算所述周期内频偏估计值的平均值；

查询子模块，用于对所述周期内每个频偏估计值，分别计算频偏估计值到平均值的归一化距离，并根据计算的归一化距离所处的距离区间，查找到相应的加权值，将所述查找到的加权值作为该频偏估计值的可靠度估计结果。