CN102082583A - 一种频偏估计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频偏估计方法及装置。本发明提供的一种频偏估计方法包括：终端将从基站接收的数据与本地预存的主同步信号PSC序列进行相关运算，根据最大相关值确定所述基站发送的PSC序列，并利用所述基站发送的PSC序列进行频偏估计，得到初始的频偏估计值；所述终端利用预先设置的修正值对所述初始的频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值序列；所述终端从所述修正后的频偏估计值序列中选取最终的频偏估计值。

Description

一种频偏估计方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种频偏估计方法及装置。

背景技术

在长期演进(LTE)系统中，基站将小区信息通过主同步信道(PSCH)和辅同步信道(SSCH)发送给终端(UE)，其中，PSCH携带的信息为主同步信号(PSC)，SSCH携带的信息为辅同步信号(SSC)。UE通过自身的一系列处理，可以获取PSCH和SSCH携带的信息，完成时间和频率的同步，进而接收基站的广播信息，获取基站的系统信息，完成小区初搜的过程。

频率同步过程，一般分为粗同步过程和精同步过程。在粗同步过程中，使用PSC进行频率估计，利用估计结果进行频率补偿之后，再利用SSC进行精同步过程。经过粗同步和精同步过程之后，终端与基站达到频率同步，此时终端才能进行有效的数据解调。因此，频偏估计是小区初搜过程中的一个重要环节。下面给出小区初搜的具体介绍。

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。并且，在终端接入网络的初始时刻以及切换的过程中，终端和基站的晶振频率可能出现较大的误差。这两种情况会导致终端接收的数据的频偏较大，而在LTE系统中，子载波之间是正交的，如果此时存在较大频偏，将会破坏这种正交性，给系统带来严重干扰。因此在小区初搜过程中，需要进行频偏估计，以进行频偏调整，校准终端的接收频率，减少系统干扰。现有技术在LTE系统中设计了主同步信号PSC和辅同步信号SSC，可以通过这两种信号进行频偏估计。

图1示出了以上两种信号在时分双工(TDD)系统下的具体时隙位置以及结构，其中，OFDM表示正交频分复用，CP表示循环前缀，slot表示时隙。在小区初搜的开始，需要确定当前系统传输的PSC，以及PSC的起始时刻t₀，并利用t₀确定帧头位置，以进行时间同步过程；利用PSC信号进行频偏粗估计，利用粗频偏估计结果对接收数据进行频偏补偿。然后，通过小区标识(CELL ID)检测获取当前系统的SSC，再利用SSC信号进行精频偏估计过程。

目前TDD系统的频偏估计算法中，利用PSC进行频偏估计(又称粗频偏估计)时，频偏估计的范围为[-15KHz，15KHz]；利用PSC和SSC进行频偏估计(又称精频偏估计)时，频偏估计的范围为[-2330Hz，2330Hz]。从算法原理上，都是利用接收的同步序列和本地预存的同步序列进行相关运算而估计得到的。如图1所示，利用PSC进行粗频偏估计的算法流程包括：

步骤一、终端从同步时刻t₀开始，从基站发送的数据中截取PSC序列。

步骤二、终端将截取PSC序列和本地预存的PSC序列进行共轭相乘，得到的序列中，除去了同步序列的原始相位信息。

步骤三、终端将步骤二中得到的序列均匀分成前后两段，将两段数据进行第二次共轭相乘，此时得到的序列的相位信息中，统一对应固定时间长度引入的相位偏差。

步骤四、终端将经步骤三处理后得到的序列进行相加，求和值的相位，并利用下面的公式求出粗频偏估计值：

θ＝2πft

其中，θ表示相位，t表示时间，f表示频率。

如果终端采用多天线接收，可将每条天线上接收的PSC按照上述处理，将每条天线上经过二次共轭相乘的序列全部相加求和，并利用上述公式求出粗频偏估计值。

为了进一步提高频偏估计的准确性，可以对多个接收半帧的数据进行上述处理，多帧共轭相乘的结果可以按照多天线的处理方法进行。

但是，由于PSC序列在PSCH中占用的时间有限，因此利用PSC序列进行粗频偏估计所得到的频偏估计值的精度有限。在信道环境较差的情况下，经常会出现误差较大的情况，虽然可以通过多帧平均等方法提高精度，但仍然无法完全解决粗频偏估计误差过大的问题。由于粗频偏估计误差超出了精频偏估计过程的估计范围，会造成最后频偏估计误差很大的情况，如果利用该频偏估计的结果进行数据补偿，将不能正确进行后续的信号解调等，从而大大降低小区搜索的成功概率，严重影响小区搜索性能。

发明内容

本发明实施例提供了一种频偏估计方法及装置，以及一种小区搜索方法及终端，用以避免粗同步过程中频偏估计误差超出精频偏估计范围的问题，从而有效提高小区搜索的性能。

本发明实施例提供的一种频偏估计方法包括：

终端将从基站接收的数据与本地预存的主同步信号PSC序列进行相关运算，根据最大相关值确定所述基站发送的PSC序列，并利用所述基站发送的PSC序列进行频偏估计，得到初始的频偏估计值；

所述终端利用预先设置的修正值对所述初始的频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值序列；

所述终端从所述修正后的频偏估计值序列中选取最终的频偏估计值。

本发明实施例提供的一种小区搜索方法包括：

终端将从基站接收的数据与本地预存的主同步信号PSC序列进行相关运算，根据最大相关值确定所述基站发送的PSC序列，并利用所述基站发送的PSC序列进行频偏估计，得到初始的频偏估计值；

所述终端利用预先设置的修正值对所述初始的频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值序列，并从所述修正后的频偏估计值序列中选取最终的频偏估计值；

所述终端通过小区标识检测获取辅同步信号SSC序列，利用该SSC序列进行频偏估计，完成小区搜索过程。

本发明实施例提供的一种频偏估计装置包括：

初始频偏估计单元，用于将从基站接收的数据与本地预存的主同步信号PSC序列进行相关运算，根据最大相关值确定所述基站发送的PSC序列，并利用所述基站发送的PSC序列进行频偏估计，得到初始的频偏估计值；

频偏修正单元，用于利用预先设置的修正值对所述初始的频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值序列；

确定频偏估计值单元，用于从所述修正后的频偏估计值序列中选取最终的频偏估计值。

本发明实施例提供的一种终端包括：

粗频偏估计单元，用于将从基站接收的数据与本地预存的主同步信号PSC序列进行相关运算，根据最大相关值确定所述基站发送的PSC序列，并利用所述基站发送的PSC序列进行频偏估计，得到初始的频偏估计值；利用预先设置的修正值对所述初始的频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值序列；从所述修正后的频偏估计值序列中选取最终的频偏估计值；

精频偏估计单元，用于通过小区标识检测获取辅同步信号SSC序列，利用该SSC序列进行精频偏估计。

本发明实施例，终端将从基站接收的数据与本地预存的PSC序列进行相关运算，根据最大相关值确定基站发送的PSC序列，并利用基站发送的PSC序列进行频偏估计，得到初始的频偏估计值；终端利用预先设置的修正值对初始的频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值序列，从所述修正后的频偏估计值序列中选取最终的频偏估计值，从而有效较少粗频偏估计的误差，避免了粗同步过程中频偏估计误差超出精频偏估计范围的问题，有效地提高了小区搜索的性能。

附图说明

图1为现有技术中LTE TDD系统中同步信号的位置示意图；

图2为本发明实施例提供的一种频偏估计方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种频偏估计装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种频偏估计方法及装置，以及一种小区搜索方法及终端，用以避免粗同步过程中频偏估计误差超出精频偏估计范围的问题，从而有效提高小区搜索的性能。

本发明实施例提出的技术方案可以有效提高PSC粗同步估计的性能，有效避免粗同步过程中的频偏估计误差超出精频偏估计范围的情况，快速实现频偏同步。

本发明实施例通过对粗频偏估计结果进行了一次修正，从而有效提高粗频偏估计的结果，大大降低了粗频偏估计的误差超出精频偏估计范围的概率，从而有效提高了小区搜索的成功概率。

下面给出本发明实施例提供的具体方案。

参见图2，本发明实施例提供的一种频偏估计方法总体包括步骤：

S101、终端将从基站接收的数据与本地预存的PSC序列进行相关运算，根据最大相关值确定基站发送的PSC序列，并利用基站发送的PSC序列进行频偏估计，得到初始的频偏估计值。

S102、终端利用预先设置的修正值对初始的频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值序列。

S103、终端从修正后的频偏估计值序列中选取最终的频偏估计值。

较佳地，步骤S103包括：

终端从基站接收的数据中包含的主同步信号序列的发送时刻开始，按照本地预存的主同步信号序列的长度，对从基站接收的数据进行截取；

终端通过修正后的频偏估计值序列中的每个频偏估计值对截取的数据序列进行频偏补偿，得到每个频偏估计值对应的补偿后的数据序列；

终端将每个频偏估计值对应的补偿后的数据序列分别与本地预存的PSC序列进行相关运算，得到每个频偏估计值对应的相关值，将其中最大相关值所对应的频偏估计值作为最终的频偏估计值，即最终的粗频偏估计值。

较佳地，本发明实施例提供的一种小区搜索方法具体包括：

步骤一、终端将从基站接收的数据与本地预存的三个PSC序列进行相关运算，根据最大相关值确定基站发送的PSC序列的发送时刻t₀。

步骤二、终端从t₀时刻开始，对从基站接收的数据中截取PSC序列，并利用截取的PSC序列进行粗频偏估计，得到初步的频偏估计值foe₁。

步骤三、终端对foe₁进行修正。其中，修正的范围越大越好，修正的颗粒度越小越好，但考虑到实际增加的计算量以及有效性，可以通过仿真得到最佳的修正范围和修正的颗粒度，例如：[-3000，-2000，-1000，-500，0，500，1000，2000，3000]。

较佳地，步骤三具体包括：

首先以foe₁为中心，分别向上和向下对称分段修正，得到修正后的频偏估计值序列为：

[foe₁-a₀，foe₁-a₁，......foe₁-a_n，foe₁，foe₁+a_n，......foe₁+a₁，foe₁+a₀]

其中，a₀、a₁......a_n表示预先设置的修正值，例如：n可以为3，a₀、a₁......a_n可以分别为3000、2000、1000、500。

需要说明的是，a₀、a₁......a_n中任意两个相邻的修正值之间的频率差值，应属于精频偏估计的有效范围[-2330Hz，2330Hz]，也就是说，相邻的两个修正值之间的频率差值小于2330Hz。否则，仍然可能会出现粗频偏估计误差超出精频偏估计的有效范围的问题。

步骤四、终端从修正后的频偏估计值序列中选取最终的频偏估计值foe₂，具体包括：

终端在从基站接收的数据中，从t₀时刻开始，截取一个数据序列(与自身预存的PSC序列等长)，利用步骤三得到的修正后的频偏估计值序列中的每个频偏估计值对截取的数据序列进行频偏补偿，得到每个频偏估计值对应的补偿后的数据序列；然后，将每个频偏估计值对应的补偿后的数据序列分别与本地预存的PSC序列进行相关运算，得到每个频偏估计值对应的相关值，将所有相关值进行比较，找出最大相关值所对应的频偏估计值即是最终的粗频偏估计值foe₂。

例如，若修正后的频偏估计值序列中有9个频偏估计值，则利用这9个频偏估计值分别对截取的数据序列进行频偏补偿，得到9个补偿后的数据序列；然后，将这9个补偿后的数据序列分别与本地预存的PSC序列进行相关运算，得到9个相关值，每个频偏估计值对应了一个相关值，将所有相关值进行比较，找出最大相关值所对应的频偏估计值即是最终的粗频偏估计值foe₂。

其中，较佳地，频偏补偿的方法包括：将在从基站接收的数据中从t₀时刻开始截取的数据序列序列乘以

其中Δf表示修正后的频偏估计值序列中的频偏估计值，k_i是采样点序号，Ts为样点间隔。

相关运算的方法包括：补偿后的数据序列与本地预存的PSC序列对应共轭相乘后相加。

步骤五、终端利用foe₂对从基站接收的数据进行粗频偏补偿，然后进行小区标识(CELL ID)检测获取辅同步信号SSC序列，利用该SSC序列进行精频偏估计，完成时间和频率的同步，进而接收并解调基站发射的广播信息，完成小区搜索过程。

粗频偏估计结果和精频偏估计结果之和为最终的频偏估计值。

较佳地，本发明实施例提供的技术方案可以适用于时分双工(TDD)和频分双工(FDD)系统。

下面介绍一下本发明实施例提供的装置。

参见图3，本发明实施例提供的一种频偏估计装置包括：

初始频偏估计单元11，用于将从基站接收的数据与本地预存的主同步信号PSC序列进行相关运算，根据最大相关值确定基站发送的PSC序列，并利用基站发送的PSC序列进行频偏估计，得到初始的频偏估计值。

频偏修正单元12，用于利用预先设置的修正值对所述初始的频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值序列。

确定频偏估计值单元13，用于从所述修正后的频偏估计值序列中选取最终的频偏估计值。

较佳地，所述频偏修正单元12，利用预先设置的修正值，以初始的频偏估计值为中心进行修正，得到修正后的频偏估计序列为：

[foe₁-a₀，foe₁-a₁，......foe₁-a_n，foe₁，foe₁+a_n，......foe₁+a₁，foe₁+a₀]

其中，foe₁表示所述初始的频偏估计值，a₀、a₁......a_n表示预先设置的修正值。

较佳地，所述频偏修正单元12预先设置的修正值中，相邻的两个修正值之间的频率差值小于2330Hz。

较佳地，所述确定频偏估计值单元13包括：

频偏补偿单元131，用于从基站接收的数据中包含的主同步信号序列的发送时刻开始，按照本地预存的主同步信号序列的长度，对从基站接收的数据进行截取；通过修正后的频偏估计值序列中的每个频偏估计值对截取的数据序列进行频偏补偿，得到每个频偏估计值对应的补偿后的数据。

确定单元132，用于将每个频偏估计值对应的补偿后的数据分别与本地预存的PSC序列进行相关运算，得到每个频偏估计值对应的相关值，将其中最大相关值所对应的频偏估计值作为最终的频偏估计值。

较佳地，本发明实施例提供的一种终端，包括：

粗频偏估计单元，用于将从基站接收的数据与本地预存的PSC序列进行相关运算，根据最大相关值确定基站发送的PSC序列，并利用基站发送的PSC序列进行频偏估计，得到初始的频偏估计值；终端利用预先设置的修正值对初始的频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值序列，从修正后的频偏估计值序列中选取最终的频偏估计值。

精频偏估计单元，用于通过小区标识检测获取辅同步信号SSC序列，利用该SSC序列进行频偏估计。

较佳地，所述粗频偏估计单元，即可以是图3所示的频偏估计装置。

综上所述，本发明实施例终端将从基站接收的数据与本地预存的PSC序列进行相关运算，根据最大相关值确定基站发送的PSC序列，并利用基站发送的PSC序列进行频偏估计，得到初始的频偏估计值；终端利用预先设置的修正值对初始的频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值序列，并从修正后的频偏估计值序列中选取最终的频偏估计值。从而达到快速提高估计精度的效果，避免了粗同步过程中频偏估计误差超出精频偏估计范围的问题，有效地提高了小区搜索的性能。

显然，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 (10)

1.一种频偏估计方法，其特征在于，该方法包括：

终端将从基站接收的数据与本地预存的主同步信号PSC序列进行相关运算，根据最大相关值确定所述基站发送的PSC序列，并利用所述基站发送的PSC序列进行频偏估计，得到初始的频偏估计值；

所述终端利用预先设置的修正值对所述初始的频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值序列；

所述终端从所述修正后的频偏估计值序列中选取最终的频偏估计值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述终端利用预先设置的修正值对所述初始的频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值序列的步骤包括：

所述终端利用预先设置的修正值，以所述初始的频偏估计值为中心进行修正，得到修正后的频偏估计值序列为：

[foe₁-a₀，foe₁-a₁，......foe₁-a_n，foe₁，foe₁+a_n，......foe₁+a₁，foe₁+a₀]

其中，foe₁表示所述初始的频偏估计值，a₀、a₁......a_n表示预先设置的修正值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，相邻的两个修正值之间的频率差值小于2330Hz。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述终端从所述修正后的频偏估计值序列中选取最终的频偏估计值的步骤包括：

所述终端从所述基站接收的数据中包含的主同步信号序列的发送时刻开始，按照本地预存的主同步信号序列的长度，对从所述基站接收的数据进行截取；

所述终端通过所述修正后的频偏估计值序列中的每个频偏估计值对截取的数据序列进行频偏补偿，得到每个频偏估计值对应的补偿后的数据序列；

所述终端将每个频偏估计值对应的补偿后的数据序列分别与本地预存的PSC序列进行相关运算，得到每个频偏估计值对应的相关值，将其中最大相关值所对应的频偏估计值作为最终的频偏估计值。

5.一种小区搜索方法，其特征在于，该方法包括：

终端将从基站接收的数据与本地预存的主同步信号PSC序列进行相关运算，根据最大相关值确定所述基站发送的PSC序列，并利用所述基站发送的PSC序列进行频偏估计，得到初始的频偏估计值；

所述终端利用预先设置的修正值对所述初始的频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值序列，并从所述修正后的频偏估计值序列中选取最终的频偏估计值；

所述终端通过小区标识检测获取辅同步信号SSC序列，利用该SSC序列进行频偏估计，完成小区搜索过程。

6.一种频偏估计装置，其特征在于，该装置包括：

初始频偏估计单元，用于将从基站接收的数据与本地预存的主同步信号PSC序列进行相关运算，根据最大相关值确定所述基站发送的PSC序列，并利用所述基站发送的PSC序列进行频偏估计，得到初始的频偏估计值；

频偏修正单元，用于利用预先设置的修正值对所述初始的频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值序列；

确定频偏估计值单元，用于从所述修正后的频偏估计值序列中选取最终的频偏估计值。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述频偏修正单元，利用预先设置的修正值，以所述初始的频偏估计值为中心进行修正，得到修正后的频偏估计序列为：

[foe₁-a₀，foe₁-a₁，......foe₁-a_n，foe₁，foe₁+a_n，......foe₁+a₁，foe₁+a₀]

其中，foe₁表示所述初始的频偏估计值，a₀、a₁......a_n表示预先设置的修正值。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述频偏修正单元预先设置的修正值中，相邻的两个修正值之间的频率差值小于2330Hz。

9.根据权利要求6、7或8所述的装置，其特征在于，所述确定频偏估计值单元包括：

频偏补偿单元，用于从所述基站接收的数据中包含的主同步信号序列的发送时刻开始，按照本地预存的主同步信号序列的长度，对从所述基站接收的数据进行截取；通过所述修正后的频偏估计值序列中的每个频偏估计值对截取的数据序列进行频偏补偿，得到每个频偏估计值对应的补偿后的数据序列；

确定单元，用于将每个频偏估计值对应的补偿后的数据序列分别与本地预存的PSC序列进行相关运算，得到每个频偏估计值对应的相关值，将其中最大相关值所对应的频偏估计值作为最终的频偏估计值。

10.一种终端，其特征在于，该终端包括：

粗频偏估计单元，用于将从基站接收的数据与本地预存的主同步信号PSC序列进行相关运算，根据最大相关值确定所述基站发送的PSC序列，并利用所述基站发送的PSC序列进行频偏估计，得到初始的频偏估计值；利用预先设置的修正值对所述初始的频偏估计值进行修正，得到修正后的频偏估计值序列；从所述修正后的频偏估计值序列中选取最终的频偏估计值；

精频偏估计单元，用于通过小区标识检测获取辅同步信号SSC序列，利用该SSC序列进行精频偏估计。

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