CN102082743B - 一种td-scdma系统的自动频率校准方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TD-SCDMA系统的自动频率校准方法，移动终端或网络以TTI为单位接收目标业务信号，对TTI内各目标时隙的联合检测均衡输出的解调软信息实施解复用、译码、CRC校验，重构CRC校验正确的TTI编码组合传输信道的编码、复用、调制后符号信息的标准映射位置，利用联合检测均衡输出与标准映射位置实施FOE估计，根据统计周期内各TTI的FOE估计值获得AFC调整量来实施自动频率校准。本发明还公开了一种TD-SCDMA系统的自动频率校准装置，包括下变频器、信道估计及联合检测模块、符号解调模块、解复用、译码及循环冗余校验模块、重构模块、AFC更新模块、压控振荡器。使用本发明的方法和装置能有效的解决现有技术中由于硬判决错误造成后续频偏估计误差增大的问题。

Description

一种TD-SCDMA系统的自动频率校准方法及装置

技术领域

本发明涉及第三代移动通信系统的频率校准，特别涉及一种TD-SCDMA系统的自动频率校准方法及装置。

背景技术

TD-SCDMA系统的帧结构如附图1所示，该系统的码片速率为1.28Mcps，每个无线子帧长度为5ms，即6400chip。其中，每个子帧又可分为7个常规时隙TS0～TS6，以及两个导频时隙，下行导频时隙(简称，DwPTS)和上行导频时隙(简称，UpPTS)，一个主保护间隔(简称为GP)。进一步的，TS0时隙总是分配给下行链路，用于承载系统广播信道及其它可能的下行信道；而TS1～TS6时隙则用于承载上、下行业务信道。UpPTS和DwPTS分别用来建立初始的上、下行同步。DwPTS的突发结构如图2所示，包含一个64chip的下行同步码(简称，SYNC_DL)，它的作用是小区标识和初始同步建立。时隙TS0～TS6结构如图3所示，长度为864chip，其中包含两段长为352chip的数据符号分别成为数据域1与数据域2，以及中间的一段长为144chip的中间码(简称为midamble)训练序列。该训练序列在TD-SCDMA中有重要意义，作用包括小区标识、信道估计和同步(包括频率同步)等。

依据3GPP TS 25.222标准的规定，物理层接收或送至高层的数据流(传输块/传输块集)将被编/译码从而在无线传输链路上提供传输服务。信道编码方案由差错检测、差错纠正(包括速率匹配)、交织以及传输信道与物理信道映射等部分组成。

传输信道编码及复用实现数据以传输块集的形式到达编码/复用单元，在各传输时间间隔(简称，TTI)传送。传输时间间隔与传输信道有关，从集合{5ms，10ms，20ms，40ms，80ms}中取值，编码/复用的步骤包括：给每个传输模块加循环冗余校验(简称，CRC)、传输决级连/码块分段、信道编码、无线帧尺寸均衡、交织、无线帧分段、速率匹配、传输信道的复用、比特加扰、物理信道的分段、子帧分段、映射到物理信道。

在TD-SCDMA系统中，传输信道以TTI为单位，以一定的流程与规则映射至数个子帧包含的数个时隙下辖的数个码道(也称，物理信道)上，并以码道的形式传输。单个码道对应的符号数、码片数与其扩频因子(简称，SF)有关，为便于描述，将特定码道换算为固定使用SF＝16表征的资源单元(简称，RU)或虚拟资源单元(简称，VRU)在业界获得广泛使用。

在TD-SCDMA系统中，由于多普勒(简称，doppler)频移、本地振荡器(简称，本振)的误差积累等因素，接收方工作频率并不能时刻与发送方信号的载波频率保持一致，致使接收基带信号携带残留频率偏差(简称，频偏)成分，相位出现漂移，从而严重影响接收方数据检测性能。

针对所述残留频偏纠正的处理业界称为自动频率校准(或自动频率控制，简称，AFC)。自动频率校准通常包含以下几个步骤：

1、残留频偏的估计(简称，FOE)

2、残留频偏估值的统计

3、残留频偏的纠正

其中，残留频偏估计部分是自动频率校准的核心所在；残留频偏估值的统计部分的目的是有效控制频偏估计输出的均方误差；残留频偏的纠正在移动终端(简称，UE)侧可为本振调整或软件纠偏等软硬件处理方式，在接入网络(简称，UTRAN)侧为适应不同终端用户独立的自动频率校准通常使用软件纠偏方式。

对于核心的残留频偏估计，业界主要基于以下两种方案：

1、基于训练序列的频偏估计方案

2、基于联合检测均衡输出符号判决的频偏估计方案

其中，基于训练序列的频偏估计方案利用发端信号中确知的符号信息，提取所述残留频偏引起的相位旋转效果，从而估计出所述残留频偏。然而，当训练序列成分较为复杂，如存在多个训练序列移位和/或多个同频小区训练序列混叠时，有效提取较为纯净的所述相位旋转效果极为困难，因此，所述方案的频偏估计性能在复杂的商用网络中表现不佳。

与基于训练序列的频偏估计方案相比，基于联合检测均衡输出符号判决的频偏估计方案具备以下优势：

1、扩频增益效果或数据样本量优势；

2、带相位旋转效果的符号信息准确获取。

因此，基于联合检测均衡输出符号判决的频偏估计方案在自动频率校准领域中获得广泛应用。现有典型的使用基于联合检测均衡输出符号判决的频偏估计的自动频率校准处理流程如下：

A、接收目标信号；

B、针对接收信号的各目标时隙实施信道估计(同频场景中实施多小区信道估计)及信道估计后处理；

C、依据信道估计后处理结果实施联合检测；

D、针对联合检测均衡输出符号实施判决；

所述判决为依据各码道调制方式，实施符号硬判决映射，确定各输出符号对应的硬判决位置；

E、依据联合检测均衡输出符号及其判决结果，实施频偏估计

F、记录该时隙频偏估值输出，针对下一个时隙，重复步骤B～E直至到达自动频率校准更新时间点(更新周期结束)；

G、基于统计策略整理自动频率校准更新周期内记录的频偏估计结果，获取最终残留频偏估值；

H、依据所述最终残留频偏估值实施本振调整或软件纠偏

然而，现有技术基于联合检测均衡输出符号判决的频偏估计的自动频率校准方案存在无法有效抑制符号判决错误对FOE性能的影响的问题。

在信号服务质量不佳或终端高速移动的强doppler场景，基于硬判决的错误概率是极为可观的；而基于错误的符号判决位置实施频偏估计，估计值输出误差将显著增加。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种TD-SCDMA系统自动频率校准方法，以解决现有技术中由于硬判决错误造成后续频偏估计误差增大的问题。

本发明的技术方案是：

UE或网络端在统计周期内，以TTI为单位接收目标业务信号，并对接收到的信号执行以下步骤：

步骤A，对该TTI内各目标时隙实施信道估计、信道估计后处理及联合检测，获得目标码道联合检测均衡输出，将该目标码道联合检测均衡输出作为原始信号目标码道联合检测均衡输出；

步骤B，对目标码道联合检测均衡输出进行解调，获得解调软信息；

步骤C，对所述的解调软信息进行解复用及译码处理，并检验处理后的循环冗余校验结果是否正确；

步骤D，对校验结果正确的TTI，重构其编码组合传输信道的编码、复用、调制后符号信息的标准映射位置；

步骤E，利用原始信号目标码道联合检测均衡输出与重构的标准映射位置进行TTI FOE估计；

步骤F，根据统计周期内各TTI的FOE估计值更新自动频率控制AFC调整量；

步骤G，根据更新后的AFC调整量，进行本振调整或软件纠偏；

其中，所述统计周期取值大于等于5ms。

本发明的上述技术方案在实施FOE估计前先对解调软信息进行循环冗余校验，仅对校验结果正确的TTI实施后续FOE估计，有效的避免了由于使用错误的信息实施FOE估计造成估计值不准确的情况，同时，针对正确译码的编码组合传输信道译码输出，重构所述编码组合传输信道的编码/复用/调制后符号信息的标准映射位置，利用重构的标准映射位置实施FOE估计，有效避免了由于硬判决错误造成后续频偏估计误差增大的问题，提高了频偏估计的准确性，从而提高了系统自动频率校准性能。

进一步的，所述步骤A之后，步骤B之前包括至少一次软件预纠偏迭代过程：

对各目标时隙的目标码道联合检测均衡输出的部分符号实施硬判决，确定其对应的判决位置；

利用所述部分符号及其对应的判决位置对各目标时隙实施FOE估计；

利用所述各目标时隙FOE估计结果对相应目标时隙接收信号进行软件纠偏；

对软件纠偏后的各目标时隙实施信道估计、信道估计后处理及联合检测，获得目标码道联合检测均衡输出。

通过上述软件预纠偏迭代过程，对接收信号的频偏进行软件预纠偏，有效控制残留频偏对目标业务误块率的影响，进一步提高了后续频偏估计的准确性。

进一步的，所述部分符号的选择方式为：

选择与目标信道窗起点距离为特定码片数内的码道符号信息；所述特定码片数由迭代次数决定。

进一步的，所述特定码片数的计算方法为：

特定码片数＝Num*i

或

特定码片数＝Num*2^i-1

其中，Num单位码片参数，取值范围60～90；i为迭代次数，取值为自然数。

优选的，所述FOE估计的具体方法为：

${\mathrm{FOE}}_j=\frac{1}{n-1}\underset{i=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{angle}(\frac{a_i{S}_i^{*}}{a_{i-1}{S}_{i-1}^{*}}\·\frac{\mathrm{abs}\left(a_{i-1}{S}_{i-1}^{*}\right)}{\mathrm{abs}\left(a_i{S}_i^{*}\right)})/\left(2\mathrm{\π}{T}_i\right)$

$\mathrm{FOE}=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{FOE}}_j$

其中，FOE_j为对应时间单位内各目标码道的码道级频偏估计值，n为对应时间单位内目标码道实际使用的数据符号数量；m为对应时间单位内目标码道数，a为目标码道联合检测均衡输出符号数组；S为符号判决数组；T_i为数组a中第i个符号与其前一符号的相对定时差异；angle(·)为取复数相位角弧度操作，abs(·)为取模操作，(·)^*为共轭操作；

或

$\mathrm{FOE}=\frac{1}{n-1}\underset{i=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{angle}(\underset{c=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{a_{i,c}{S}_{i,c}^{*}}{a_{i-1,c}{S}_{i-1,c}^{*}}\·\frac{\mathrm{abs}\left(a_{i-1,c}{S}_{i-1,c}^{*}\right)}{\mathrm{abs}\left(a_{i,c}{S}_{i,c}^{*}\right)})/\left(2\mathrm{\π}{T}_i\right)$

其中，n为对应时间单位内目标码道实际使用的数据符号数量；m为对应时间单位内目标码道总数；a为目标码道联合检测均衡输出符号数组；S为符号判决数组；a_i，c表示第c个目标码道联合检测均衡输出的第i个符号；S_i，c表示第c个目标码道第i个符号的判决；T_i为数组a中单码道第i个符号与其前一符号的相对定时差异；angle(·)为取复数相位角弧度操作，abs(·)为取模操作，(·)^*为共轭操作。

优选的，所述步骤E进一步包括：

使用各TTI的FOE估计值对该TTI的目标信息实施软件纠偏，对纠偏后的TTI目标信号质量进行测量；

设定预定数量个TTI信号质量类别，根据测量结果确定对应TTI的信号质量类别，并将对应TTI的信息映射到不高于其信号质量类别的所有信号质量类别的TTI信息统计池中；

当有TTI信息统计池满足该统计池中子帧号之差不大于Th的所有TTI总计包含的资源单元数大于等于该统计池的频率校准更新门限的条件时，计算并输出AFC调整量。

其中，所述Th取值范围16～32；所述TTI信息至少包括TTI起点的子帧号、FOE估计值、信号质量，资源单元数。

采用根据信号质量的变化，自适应的调整AFC更新周期，即频偏估计的统计周期的方法，与现有技术使用固定的统计周期相比，能更好的契合不同应用场景对AFC更新实时性的不同要求，在不同的应用场景下均能有效的完成系统的自动频率校准。

优选的，所述AFC调整量的计算方法为：

$\mathrm{AFC}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{FOE}}_i\·{\mathrm{factor}}_i$

其中，N为所述满足条件的统计池中子帧号之差不大于Th的TTI个数，FOE_i为所述满足条件的统计池内所述子帧号之差不大于Th的各TTI的FOE估计值；factor_i为各FOE估计值的合并权值；

${\mathrm{factor}}_i=\frac{{\mathrm{mear}}_i}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{mear}}_j}$

mear_i为各FOE对应的测量线性域结果，i＜＝N；

与本发明提供的一种TD-SCDMA自动频率校准方法相对应，本发明还提供了一种TD-SCDMA自动频率校准装置。

本发明的装置包括：

下变频器，接收射频信号并将其转换为基带数字信号；

信道估计及联合检测模块，对接收到的TTI内的各目标时隙进行信道估计、信道估计后处理及联合检测；

符号解调模块，对信道估计及联合检测模块输出的目标码道联合检测均衡输出符号进行解调；

解复用、译码及循环冗余校验模块，对信息解调模块输出的解调软信息进行解复用及译码并对解复用及译码后的信息进行循环冗余校验；

重构模块，对校验结果正确的解调软信息，重构其TTI编码组合传输信道的编码、复用、调制后符号信息的标准映射位置；

FOE估计模块，利用信道估计及联合检测模块所输出的原始信号目标码道联合检测均衡输出与重构的标准映射位置进行TTI FOE估计；

AFC更新模块，根据FOE估计模块所输出的TTI的FOE估计值计算AFC调整量；

压控振荡器，根据AFC更新模块输出的AFC调整量，产生相应的控制信号控制所述下变频器调整其本振频率。

优选的，所述信道估计及联合检测模块进一步包括：

信道估计子模块，对接收到的TTI内的各目标时隙进行信道估计；

信道估计后处理子模块，对信道估计子模块的输出进行信道估计后处理；

联合检测子模块，依据信道估计后处理子模块处理后的信道响应对各目标时隙进行联合检测，获得目标码道联合检测均衡输出；

符号选择子模块，选择目标码道联合检测均衡输出中与目标信道窗起点距离为特定码片数内的码道符号提供给硬判决子模块；所述码片数由迭代次数决定；

硬判决子模块，对符号选择子模块所选择的符号实施硬判决；

FOE估计子模块，根据符号选择子模块所选择的符号及硬判决子模块所输出的硬判决结果对TTI内各目标时隙进行FOE估计；

软件预纠偏子模块，根据FOE估计子模块对各目标时隙的估计结果对信道估计及联合检测模块的相应输入信号进行软件预纠偏。

优选的，所述AFC更新模块进一步包括：

TTI信号质量测量子模块，利用各TTI的FOE估计值对相应TTI的目标信息实施软件纠偏，并测量纠偏后的TTI信号质量；

信号质量判断子模块，根据TTI信号质量测量子模块所测量的TTI信号质量，判断该TTI所属的信号质量类别，根据该TTI所属的信号质量类别将其信息映射到所有不高于其信号质量类别的TTI信息统计池中；

TTI信息统计池，存储TTI信息；

AFC更新判断子模块，判断是否有TTI信息统计池满足该统计池中子帧号之差不大于Th的所有TTI总计包含的资源单元数大于等于该统计池的频率校准更新门限的条件，当条件满足时，通知AFC计算子模块进行AFC计算；

AFC计算子模块，根据满足条件的TTI信息统计池中所存储的子帧号之差不大于Th的各TTI的信息计算AFC调整量并输出计算结果；

其中，所述TTI信息统计池为K个，分别对应不同信号质量类别，K为预先设定的信号质量类别的个数，所述TTI信息至少包括TTI起点的子帧号、FOE估计值、信号质量，资源单元数，所述Th的取值为16～32。

附图说明

附图1是TD-SCDMA系统子帧结构

附图2是DwPTS的突发结构

附图3是TD-SCDMA的常规时隙结构

附图4是本发明具体实施例1的处理流程图

附图5是本发明具体实施例2信道估计及信道估计后处理、联合检测、软件预纠偏步骤处理流程图

附图6是本发明具体实施例2AFC更新步骤处理流程图

附图7本发明具体实施例3装置结构图

附图8是本发明具体实施例4信道估计及联合检测模块结构图

附图9是本发明具体实施例4AFC更新模块结构图

附图10是使用本发明的自动频率校准方法的装置在高铁场景中强信号质量的自动频率校准性能

附图11是使用本发明的自动频率校准方法的装置在高铁场景中次强信号质量的自动频率校准性能

附图12是使用本发明的自动频率校准方法的装置在高铁场景中次弱信号质量的自动频率校准性能

附图13是使用本发明的自动频率校准方法的装置在高铁场景中弱信号质量的自动频率校准性能

具体实施方式

为清楚说明本发明的技术方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。

具体实施例1

本实施例的实施场景是基站信号服务质量位于接收机灵敏度位置，应用方为处于空闲状态的终端侧。

1、UE以TTI为单位接收目标业务信号；

本实施中，所述目标业务为主公共控制物理信道；

2、对接收到的TTI内的各目标时隙实施信道估计、信道估计后处理及联合检测，获得目标码道联合检测均衡输出，同时记录该目标码道联合检测均衡输出作为原始信号目标码道联合检测均衡输出；

3、对目标码道联合检测均衡输出进行解调，获得解调软信息；

4、针对前述TTI的解调软信息输出实施解复用/译码处理，判断循环冗余校验结果是否正确？是则执行步骤5，否则返回步骤2；

5、重构所述TTI编码组合传输信道的编码/复用/调制后符号信息的标准映射位置；

6、利用步骤2中记录的原始信号目标码道联合检测均衡输出与步骤5重构的符号信息标准映射位置实施TTI FOE估计；

本步骤中，FOE估计方法为：

首先计算该TTI内各码道的码道级频偏估计值FOE_j，

${\mathrm{FOE}}_j=\frac{1}{n-1}\underset{i=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{angle}(\frac{a_i{S}_i^{*}}{a_{i-1}{S}_{i-1}^{*}}\·\frac{\mathrm{abs}\left(a_{i-1}{S}_{i-1}^{*}\right)}{\mathrm{abs}\left(a_i{S}_i^{*}\right)})/\left(2\mathrm{\π}{T}_i\right)$

根据FOE_j计算该TTI的频偏估计值FOE，

$\mathrm{FOE}=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{FOE}}_j$

其中，n为目标TTI内目标码道实际使用的数据符号数量；m为目标TTI内码道数，a为目标码道联合检测均衡输出符号数组；S为符号判决数组；T_i为数组a中第i个符号与其前一符号的相对定时差异；angle(·)为取复数相位角弧度操作，abs(·)为取模操作，(·)^*为共轭操作；

7、判断统计周期是否结束，如是则执行步骤7，否则执行步骤1；

8、根据统计周期内各TTI的FOE估计值更新AFC调整量；

本实施例中，所述AFC调整量的计算方法为：

$\mathrm{AFC}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{FOE}}_i$

其中，AFC为AFC调整量，FOE_i统计周期内第i个有效TTI的FOE估计值，N为统计周期内有效TTI的个数，i＜＝N；

9、根据更新后的AFC调整量，进行UE本振调整，完成自动频率校准过程。

具体实施例2

本较佳实施例的实施场景是高速铁路覆盖场景(列车移动速度450km/h)，应用方为正在提供用户话音业务的网络侧。

1、网络侧以TTI为单位接收目标业务信号，本实施例中，目标业务为12.2kbps的话音业务和3.4kbps的控制信令；

2、对接收到的TTI内的各目标时隙实施信道估计、信道估计后处理及联合检测，获得原始信号目标码道联合检测均衡输出；对各目标时隙实施软件预纠偏迭代过程，获得最终的目标码道联合检测均衡输出；

201、将接收到TTI内的各目标时隙作为输入；

202、对输入实施信道估计及信道估计后处理；

203、根据信道估计后处理的结果对各目标时隙进行联合检测，获得各目标时隙的目标码道联合检测均衡输出；

204、判断迭代次数是否为0，如是执行步骤205，否则执行步骤206；

205、记录各目标码道联合检测均衡输出作为原始信号目标码道联合检测均衡输出；

206、迭代次数加1，判断迭代次数是否小于等于预定迭代次数，如是则执行步骤207、否则执行步骤3；

207、对各目标时隙的目标码道联合检测均衡输出的部分符号实施硬判决，确定其对应的判决位置；

其中所述部分符号的选择方式为，选择与目标信道窗起点距离为特定码片数内的码道符号信息；所述特定码片数由迭代次数决定。

本步骤所述特定码片数的计算方法为：

特定码片数＝Num*i

或

特定码片数＝Num*2^i-1

其中，Num单位码片参数，取值范围60～90；i为迭代次数。

本实施例中，所述特定码片数的计算方法为：

特定码片数＝Num*i

208、利用所述部分符号及其对应的判决位置对各目标时隙实施FOE估计；

本实施例中，FOE估计方法为：

首先计算该目标时隙内各码道的码道级频偏估计值FOE_j，

${\mathrm{FOE}}_j=\frac{1}{n-1}\underset{i=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{angle}(\frac{a_i{S}_i^{*}}{a_{i-1}{S}_{i-1}^{*}}\·\frac{\mathrm{abs}\left(a_{i-1}{S}_{i-1}^{*}\right)}{\mathrm{abs}\left(a_i{S}_i^{*}\right)})/\left(2\mathrm{\π}{T}_i\right)$

根据FOE_j计算该目标时隙的频偏估计值FOE，

$\mathrm{FOE}=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{FOE}}_j$

其中，n为目标时隙内目标码道实际使用的数据符号数量；m为目标时隙内码道数，a为目标码道联合检测均衡输出符号数组；S为符号判决数组；T_i为数组a中第i个符号与其前一符号的相对定时差异；angle(·)为取复数相位角弧度操作，abs(·)为取模操作，(·)^*为共轭操作；

209、利用所述各目标时隙的FOE估计值对相应输入进行软件纠偏；

本实施例中，软件纠偏的方式如下：

data1_i＝data1_i·e^{-j2π·FOE·(i-352/SF+dis1)·T}

data2_i＝data2_i·e^{-j2π·FOE·(i+dis2)·T}

其中，data1_i、data2_i分别表示码道数据域1与数据域2的第i个符号；FOE为目标时隙频偏估值；T为符号时间宽度；dis1为数据域1末尾符号与该码道对应信道窗起点间的符号差异；dis2为数据域2首符号与该码道对应信道窗起点间的符号差异；SF为码道扩频因子；i取值1～352/SF；本实施例中，SF＝16。

210，将软件纠偏后的各信号作为输入，返回步骤202；

步骤3、4、5与具体实施例1相同；

6、利用步骤2中记录的原始信号目标码道联合检测均衡输出与步骤4重构的符号信息标准映射位置实施FOE估计；

本步骤中，FOE估计方法为：

$\mathrm{FOE}=\frac{1}{n-1}\underset{i=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{angle}(\underset{c=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{a_{i,c}{S}_{i,c}^{*}}{a_{i-1,c}{S}_{i-1,c}^{*}}\·\frac{\mathrm{abs}\left(a_{i-1,c}{S}_{i-1,c}^{*}\right)}{\mathrm{abs}\left(a_{i,c}{S}_{i,c}^{*}\right)})/\left(2\mathrm{\π}{T}_i\right)$

其中，n为目标TTI内目标码道实际使用的数据符号数量；m为目标码道总数；a为目标码道联合检测均衡输出符号数组；S为符号判决数组；a_i，c表示第c个目标码道联合检测均衡输出的第i个符号；S_i，c表示第c个目标码道第i个符号的判决；T_i为数组a中单码道第i个符号与其前一符号的相对定时差异；angle(·)为取复数相位角弧度操作，abs(·)为取模操作，(·)^*为共轭操作。

7、根据统计周期内各TTI的FOE估计值更新AFC调整量；

701、利用步骤5所获得的FOE估计值对该TTI内的各目标时隙实施软件纠偏；

本步骤中软件纠偏的方法与步骤209中的方法相同；

702、对纠偏后的TTI目标信号质量进行测量；

本实施例中，测量指标为基于联合检测均衡输出估计的信干比；

703、依据信号质量测量结果，将所述TTI信号归类至预先设定的数个信号质量类别中的一个质量类别；

本实施例中，预先设定的质量类别为6个，信干比大于20dB视为强信号，对应的TTI信息统计池为FOE_high；介于20dB与15dB之间视为次强信号，对应的TTI信息统计池为FOE_inferior_high；介于15dB与10dB之间视为中信号，对应的TTI信息统计池为FOE_normal；介于10dB与5dB之间视为次弱信号，对应的TTI信息统计池为FOE_inferior_low；介于5dB与0dB视为弱信号，对应的TTI信息统计池为FOE_low；低于0dB视为无效信号，无效的TTI信号不进行统计；

704、将对应TTI的信息映射到不高于其信号质量类别的所有信号质量类别的TTI信息统计池中；

例如，当某个TTI根据其信号质量测量结果归类为中信号时，将其对应的TTI信息同时保存到FOE_normal、FOE_inferior_low、FOE_low中；

本实施例中，所保存的TTI信息包括TTI的子帧号、FOE精估值、信号质量测度、资源单元数；

705、判断是否有TTI信息统计池满足该统计池中子帧号之差不大于Th的所有TTI总计包含的资源单元数大于等于该统计池的频率校准更新门限的条件，如是，执行步骤706，否则返回步骤1；

其中，所述Th取值范围16～32；

本实施例中，Th取值为32，各统计池频率校准更新门限分别为FOE_high门限值N1＝8、FOE_inferior_high门限值N2＝16，FOE_normal门限值N3＝28，FOE_inferior_low门限值N4＝60，FOE_low门限值N5＝90；

706、计算并输出AFC调整量；

本实施例中，所述AFC调整量计算方法为：

$\mathrm{AFCoutptut}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{FOE}}_i\·{\mathrm{factor}}_i$

${\mathrm{factor}}_i=\frac{{\mathrm{mear}}_i}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{mear}}_j}$

其中，FOE_i为满足频率校准更新条件的TTI信息统计池中子帧号之差不大于Th的各TTI的FOE估计值，所述频率校准更新条件为，该TTI信息统计池中子帧号之差不大于Th的所有TTI总计包含的资源单元数大于等于该TTI信息统计池频率校准更新门限值；N为满足条件的统计池内所述子帧号之差不大于Th的TTI个数；factor_i为各FOE估计值的合并权值；mear_i为各FOE估计值对应的测量线性域结果。

8、根据更新后的AFC调整量，进行软件纠偏，完成自动频率校准过程。

本实施例中，本步骤软件纠偏的方法为：

s_i＝s_i·e^{-j2π·FOE·T·i}

其中，s_i为待纠正数据的第i个码片(或样点)；FOE为TTI频偏估值；T为码片(或样点)时间宽度；i取自然数。

具体实施例3

本实施例为本发明所提供的TD-SCDMA自动频率校准装置的一种优选实施方式。

本实施例的装置包括：

下变频器，接收射频信号并将其转换为基带数字信号；

信道估计及联合检测模块，对接收到的TTI内的各目标时隙进行信道估计、信道估计后处理及联合检测；

符号解调模块，对信道估计及联合检测模块输出的目标码道联合检测均衡输出符号进行解调；

解复用、译码及循环冗余校验模块，对信息解调模块输出的解调软信息进行解复用及译码并对解复用及译码后的信息进行循环冗余校验；

重构模块，对校验结果正确的解调软信息，重构其TTI编码组合传输信道的编码、复用、调制后符号信息的标准映射位置；

FOE估计模块，利用信道估计及联合检测模块所输出的原始信号目标码道联合检测均衡输出与重构的标准映射位置进行TTI FOE估计；

AFC更新模块，根据FOE估计模块所输出的TTI的FOE估计值计算AFC调整量；

压控振荡器，根据AFC更新模块输出的AFC调整量，产生相应的控制信号控制所述下变频器调整其本振频率。

本实施例装置的工作流程如下：

下变频器以TTI为单位接收射频信号并将其转换为基带数字信号发送给信道估计及联合检测模块；

信道估计及联合检测模块对输入的基带数字信号进行信道估计及信道估计后处理，根据信号估计后处理结果对信号进行联合检测，将对原始接收信号进行联合检测所获得的目标码道联合检测均衡输出作为原始信号目标码道联合检测均衡输出发送到FOE估计模块，将最终的目标码道联合检测均衡输出发送到符号解调模块；

符号解调模块对目标码道联合检测均衡输出进行解调，输出解调软信息到解复用、译码及循环冗余校验模块；

解复用、译码及循环冗余校验模块对解调软信息进行解复用及译码并对解复用及译码后的信息进行循环冗余校验，如校验结果为错误，丢弃该TTI信息，否则将解复用及译码后的信息输出到重构模块；

重构模块对接收到的解调软信息，重构其TTI编码组合传输信道的编码、复用、调制后符号信息的标准映射位置，并将标准映射位置输出到FOE估计模块；

FOE估计模块根据原始信号目标码道联合检测均衡输出与重构的标准映射位置进行TTI FOE估计，输出估计值到AFC更新模块；

AFC更新模块判断是否已达到统计周期，如是则根据FOE估计模块所输出的统计周期内各TTI的FOE估计值计算AFC调整量，输出到压控振荡器；

压控振荡器根据AFC更新模块输出的AFC调整量，产生相应的控制信号控制所述下变频器调整其本振频率。

具体实施例4

本实施例为本发明所提供的TD-SCDMA自动频率校准装置的一种优选实施方式。

本实施例的装置包括：

下变频器，与具体实施例3中下变频器相同；

信道估计及联合检测模块，对接收到的TTI内的各目标时隙进行信道估计、信道估计后处理及联合检测；

本模块进一步包括，

信道估计子模块，对接收到的TTI内的各目标时隙进行信道估计；

信道估计后处理子模块，对信道估计子模块的输出进行信道估计后处理

联合检测子模块，依据信道估计后处理子模块处理后的信道响应对各目标时隙进行联合检测，获得目标码道联合检测均衡输出；

符号选择子模块，选择目标码道联合检测均衡输出中与目标信道窗起点距离为特定码片数的码道的符号提供给硬判决子模块；所述码片数由迭代次数决定。

本实施例中，本模块中特定码片数的计算方法为，

特定码片数＝Num*2^i-1

其中，Num单位码片参数，取值范围60～90；i为迭代次数；

硬判决子模块，对符号选择子模块所选择的符号实施硬判决；

FOE估计子模块，根据符号选择子模块所选择的符号信息及硬判决子模块所输出的硬判决结果对各目标时隙实施FOE估计；

软件预纠偏子模块，根据FOE估计子模块对各目标时隙估计的结果对信道估计及联合检测模块的相应输入信号进行软件预纠偏。

符号解调模块，与具体实施例3中符号解调模块相同；

解复用、译码及循环冗余校验模块，与具体实施例3中解复用、译码及循环冗余校验模块相同；

重构模块，与具体实施例3中重构模块相同；

FOE估计模块，与具体实施例3中重构模块FOE估计模块相同；

AFC更新模块，根据FOE估计模块所输出的统计周期内各TTI的FOE估计值计算AFC调整量；

本模块进一步包括，

TTI信号质量测量子模块，利用各TTI的FOE估计值对相应TTI的目标信息实施软件纠偏，并测量纠偏后的TTI信号质量；

信号质量判断子模块，根据TTI信号质量测量子模块所测量的TTI信号质量，判断该TTI所属的信号质量类别，根据该TTI所属的信号质量类别将其信息映射到所有不高于其信号质量类别的TTI信息统计池中；

TTI信息统计池，存储TTI信息；

AFC更新判断子模块，判断是否有TTI信息统计池满足该统计池中子帧号之差不大于Th的所有TTI总计包含的资源单元数大于等于该统计池的频率校准更新门限的条件，当条件满足时，通知AFC计算子模块进行AFC计算；

AFC计算子模块，根据满足条件的TTI信息统计池中所存储的子帧号之差不大于Th的各TTI的信息计算AFC调整量并输出计算结果；

其中，所述TTI信息统计池为K个，分别对应不同信号质量类别，K为预先设定的信号质量类别的个数，所述TTI信息至少包括TTI起点的子帧号、FOE估计值、信号质量，资源单元数。。

压控振荡器，与具体实施例3中压控振荡器相同。

本实施例装置工作总体流程与具体实施例3相同；

其中，信道估计及联合检测模块的内部工作流程为：

信道估计子模块对输入信号进行信道估计并输出到信道估计后处理子模块；

信道估计后处理子模块对信道估计输出进行信道估计后处理；

联合检测子模块根据信道估计后处理的结果对输入信号进行联合检测；判断当前迭代次数是否为0，如是则将目标码道联合检测均衡输出作为原始信号目标码道联合检测均衡输出发送到FOE估计模块；将迭代次数加1，判断迭代次数是否小于等于预设迭代次数，如是则将目标码道联合检测均衡输出符号输出到符号选择子模块，否则将目标码道联合检测均衡输出符号输出到解调模块；

符号选择子模块根据迭代次数选择目标码道联合检测均衡输出中的部分符号分别输出到硬判决子模块和FOE估计子模块；

硬判决子模块对符号选择子模块发送过来的符号进行硬判决，输出判决位置到FOE估计子模块；

FOE估计子模块根据符号选择子模块发送过来的符号及硬判决子模块发送过来的判决位置对各目标时隙实施FOE估计，并将估计结果输出到软件预纠偏子模块；

软件预纠偏子模块根据FOE估计子模块对各目标时隙估计的结果对相应输入信号进行软件预纠偏，将软件预纠偏后的信号作为输入信号发送到信道估计子模块。

AFC更新模块的内部工作流程为：

TTI信号质量测量子模块根据从FOE估计模块获得的频偏估计值FOE对TTI信号实施软件纠偏；对软件纠偏后的信号进行信号质量测量；

信号质量判断子模块根据TTI信号质量测量子模块所测量的TTI信号质量，判断该TTI所属的信号质量类别，根据该TTI所属的信号质量类别将其信息映射到所有不高于其信号质量类别的TTI信息统计池中；所述映射到TTI信息统计池中的信息包括TTI起点的子帧号、FOE估计值、信号质量、资源单元数；

AFC更新判断子模块，判断是否有TTI信息统计池满足该统计池中子帧号之差不大于Th的所有TTI总计包含的资源单元数大于等于该统计池的频率校准更新门限的条件，如存在满足条件的TTI信息统计池，通知AFC计算子模块进行AFC计算；

AFC计算子模块从满足预设要求的TTI信息统计池中获取子帧号之差不大于Th的所有TTI信息，计算AFC调整量并输出到压控振荡器。

为进一步说明本发明的自动频率校准方法的性能，图10～13示出使用本发明具体实施例2实施方式的自动频率校准方法在高铁场景中的自动频率校准性能。

各图中，“Doppler Frequency”表示随时间变化的实时多普勒频移效果；“BaseBand FO”表示使用本发明的自动频率校准方法后接收方基带残留频偏值；“100Hz limit”表示预期的基带残留绝对频偏容忍范围。

可见，在本较佳实施例中，本发明的自动频率校准方法能够在不同信号服务质量的高速移动场景中实现准确实时的自动频率校准的目的。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，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TD-SCDMA系统的自动频率校准方法，在统计周期内，以传输时间间隔TTI为单位接收目标业务信号，其特征在于，包括：

步骤A，对该TTI内各目标时隙实施信道估计、信道估计后处理及联合检测，获得目标码道联合检测均衡输出，将该目标码道联合检测均衡输出作为原始信号目标码道联合检测均衡输出；

步骤B，对目标码道联合检测均衡输出进行解调，获得解调软信息；

步骤C，对所述的解调软信息进行解复用及译码处理，并检验处理后的循环冗余校验结果是否正确；

步骤D，对校验结果正确的TTI，重构其编码组合传输信道的编码、复用、调制后符号信息的标准映射位置；

步骤E，利用原始信号目标码道联合检测均衡输出与重构的标准映射位置进行TTI残留频偏FOE估计；

步骤F，根据统计周期内各TTI的FOE估计值更新自动频率控制AFC调整量；

步骤G，根据更新后的AFC调整量，进行本振调整或软件纠偏；

其中，所述统计周期取值大于等于5ms。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A之后，包括至少一次软件预纠偏迭代过程，所述软件预纠偏迭代过程包括：

对TTI内各目标时隙的目标码道联合检测均衡输出的部分符号实施硬判决，确定其对应的判决位置；

利用所述部分符号及其对应的判决位置对各目标时隙实施FOE估计；

利用所述各目标时隙FOE估计结果对相应目标时隙接收信号进行软件纠偏；

对软件纠偏后的各目标时隙实施信道估计、信道估计后处理及联合检测，获得目标码道联合检测均衡输出。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述FOE估计的具体方法为：

${\mathrm{FOE}}_j=\frac{1}{n-1}\underset{i=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{angle}(\frac{a_i{S}_i^{*}}{a_{i-1}{S}_{i-1}^{*}}\·\frac{\mathrm{abs}\left(a_{i-1}{S}_{i-1}^{*}\right)}{\mathrm{abs}\left(a_i{S}_i^{*}\right)})/\left(2\mathrm{\π}{T}_i\right)$

$\mathrm{FOE}=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{FOE}}_j$

其中，FOE_j为对应时间单位内各目标码道的码道级频偏估计值，n为对应时间单位内目标码道实际使用的数据符号数量；m为对应时间单位内目标码道数，a为目标码道联合检测均衡输出符号数组；S为符号判决数组；T_i为数组a中第i个符号与其前一符号的相对定时差异；angle(·)为取复数相位角弧度操作，abs(·)为取模操作，(·)^*为共轭操作；

或

$\mathrm{FOE}=\frac{1}{n-1}\underset{i=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{angle}(\underset{c=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{a_{i,c}{S}_{i,c}^{*}}{a_{i-1,c}{S}_{i-1,c}^{*}}\·\frac{\mathrm{abs}\left(a_{i-1,c}{S}_{i-1,c}^{*}\right)}{\mathrm{abs}\left(a_{i,c}{S}_{i,c}^{*}\right)})/\left(2\mathrm{\π}{T}_i\right)$

其中，n为对应时间单位内目标码道实际使用的数据符号数量；m为对应时间单位内目标码道总数；a为目标码道联合检测均衡输出符号数组；S为符号判决数组；a_i,c表示第c个目标码道联合检测均衡输出的第i个符号；S_i,c表示第c个目标码道第i个符号的判决；T_i为数组a中单码道第i个符号与其前一符号的相对定时差异；angle(·)为取复数相位角弧度操作，abs(·)为取模操作，(·)^*为共轭操作。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述部分符号的选择方式为：

选择与目标信道窗起点距离为特定码片数内的码道符号信息；所述特定码片数由迭代次数决定。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述特定码片数的计算方法为：

特定码片数=Num*i

或

特定码片数=Num*2^i-1

其中，Num单位码片参数，取值范围60～90；i为迭代次数，取值为自然数。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤F进一步包括：

使用各TTI的FOE估计值对该TTI的目标信息实施软件纠偏，对纠偏后的TTI目标信号质量进行测量；

设定预定数量个TTI信号质量类别，根据测量结果确定对应TTI的信号质量类别，并将对应TTI的信息映射到不高于其信号质量类别的所有信号质量类别的TTI信息统计池中；

当有TTI信息统计池满足该统计池中子帧号之差不大于Th的所有TTI总计包含的资源单元数大于等于该统计池的频率校准更新门限的条件时，计算并输出AFC调整量；

其中，所述Th取值范围16～32；所述TTI信息至少包括TTI起点的子帧号、FOE估计值、信号质量、资源单元数。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述AFC调整量的计算方法为：

$\mathrm{AFC}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{FOE}}_i\·{\mathrm{factor}}_i$

其中，N为所述满足条件的统计池中所包含的子帧号之差不大于Th的TTI个数，FOE_i为所述满足条件的统计池内的所述子帧号之差不大于Th的各TTI的FOE估计值；factor_i为各FOE估计值的合并权值；

${\mathrm{factor}}_i=\frac{{\mathrm{mear}}_i}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{mear}}_j}$

mear_i为各FOE对应的测量线性域结果，i<=N。

8.一种TD-SCDMA系统的自动频率校准装置，其特征在于，包括：

下变频器，接收射频信号并将其转换为基带数字信号；

信道估计及联合检测模块，对接收到的传输时间间隔TTI内的各目标时隙进行信道估计、信道估计后处理及联合检测；

符号解调模块，对信道估计及联合检测模块输出的目标码道联合检测均衡输出符号进行解调；

解复用、译码及循环冗余校验模块，对符号解调模块输出的解调软信息进行解复用及译码并对解复用及译码后的信息进行循环冗余校验；

重构模块，对校验结果正确的解调软信息，重构其TTI编码组合传输信道的编码、复用、调制后符号信息的标准映射位置；

残留频偏估计FOE估计模块，利用信道估计及联合检测模块所输出的原始信号目标码道联合检测均衡输出与重构的标准映射位置进行TTI FOE估计；

自动频率控制AFC更新模块，根据FOE估计模块所输出的TTI的FOE估计值计算AFC调整量；

压控振荡器，根据AFC更新模块输出的AFC调整量，产生相应的控制信号控制所述下变频器调整其本振频率。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述信道估计及联合检测模块进一步包括：

信道估计子模块，对接收到的TTI内的各目标时隙进行信道估计；

信道估计后处理子模块，对信道估计子模块的输出进行信道估计后处理；

联合检测子模块，依据信道估计后处理子模块处理后的信道响应对各目标时隙进行联合检测，获得目标码道联合检测均衡输出；

符号选择子模块，选择目标码道联合检测均衡输出中与目标信道窗起点距离为特定码片数内的码道符号提供给硬判决子模块；所述码片数由迭代次数决定；

硬判决子模块，对符号选择子模块所选择的符号实施硬判决；

FOE估计子模块，根据符号选择子模块所选择的符号及硬判决子模块所输出的硬判决结果对TTI内各目标时隙实施FOE估计；

软件预纠偏子模块，根据FOE估计子模块对各目标时隙的估计结果对信道估计及联合检测模块的相应输入信号进行软件预纠偏，将软件预纠偏后的信号作为输入信号发送到信道估计子模块和联合检测子模块。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述AFC更新模块进一步包括：

TTI信号质量测量子模块，利用各TTI的FOE估计值对相应TTI的目标信息实施软件纠偏，并测量纠偏后的TTI信号质量；

信号质量判断子模块，根据TTI信号质量测量子模块所测量的TTI信号质量，判断该TTI所属的信号质量类别，根据该TTI所属的信号质量类别将其信息映射到所有不高于其信号质量类别的TTI信息统计池中；

TTI信息统计池，存储TTI信息；

AFC更新判断子模块，判断是否有TTI信息统计池满足该统计池中子帧号之差不大于Th的所有TTI总计包含的资源单元数大于等于该统计池的频率校准更新门限的条件，当条件满足时，通知AFC计算子模块进行AFC计算；

AFC计算子模块，根据满足条件的TTI信息统计池中所存储的子帧号之差不大于Th的各TTI的信息计算AFC调整量并输出计算结果；

其中，所述TTI信息统计池为K个，分别对应不同信号质量类别，K为预先设定的信号质量类别的个数，所述TTI信息至少包括TTI起点的子帧号、FOE估计值、信号质量、资源单元数；所述Th取值为16~32。

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