CN102238113B - 一种载波频偏跟踪方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种载波频偏跟踪方法和装置，涉及无线通信技术。本发明实施例提供的载波频偏跟踪方法包括：从频域的载波信号中提取参考信号；将同一时隙中相邻两个参考信号的导频符号进行共轭相乘，获得共轭相关值；累加从该时隙中获得的各个共轭相关值，得到该时隙的共轭相关函数估计值；累加设定数量的时隙的共轭相关函数估计值，并获得频偏估计值；根据所述频偏估计值进行频率偏移校正。由于在同一时隙内相邻参考信号间的共轭相关并累加，得到共轭相关函数估计函数，再进行时隙累加得到频偏估计值。由于通过提取一个时隙的导频符号相关和累加即可计算出共轭相关函数估计值，缩短了载波频偏调整周期，并减小了多普勒频移对射频数据接收的影响。

Description

一种载波频偏跟踪方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术，尤其涉及一种载波频偏跟踪方法和装置。

背景技术

移动通信系统所涉及的信道通常为多径时变衰落信道，其接收信号的幅度和相位会随时间发生随机变化。这样发送端和接收端的载波频率就会存在偏差，使得接收端接收的每一个在时间t的信号样本都包含未知的相位因子e^j2πΔf，其中Δf是未知的载波频率偏差。例如，当载波频率为5GHz时，对应于50kHz的频率偏差来说就有100ppm的晶体偏差，这种偏差对通信质量造成极大的影响。为了不破坏子载波之间的正交性，在接收端进行FFT变换之前，必须要对这个未知的相位因子进行估计和补偿，也就是需要对频率偏移进行估计。

频率偏移通常是由收发设备的本地载频之间的偏差以及无线信道的多普勒频移等因素造成的，频率偏移的构成包括子载波间隔的整数倍偏移和子载波间隔的小数倍偏移两部分。子载波间隔的整数倍偏移不会引起载波间干扰(ICI)，抽样点仍在顶点，但子载波位置产生了偏移，解调出来的信息符号错误概率为50％。子载波间隔的小数倍偏移会造成抽样点不再在顶点，这会破坏子载波之间的正交性，由此引起ICI。

目前进行的频偏跟踪的方法是将相邻时隙中同一频点上的相应符号进行共轭，频偏估计时间较长，难以满足通信过程中对调整周期的要求。

发明内容

本发明实施例提供一种载波频偏跟踪方法和装置，以缩短载波频偏调整周期，提高载波频偏调整效率。

一种载波频偏跟踪方法，包括：

从频域的载波信号中提取参考信号；

将同一时隙中相邻两个参考信号的导频符号进行共轭相乘，获得共轭相关值；

累加从该时隙中获得的各个共轭相关值，得到该时隙的共轭相关函数估计值；

累加设定数量的时隙的共轭相关函数估计值；

通过载波频率探测和坐标变换，将累加结果转换为频偏估计值；

根据所述频偏估计值进行频率偏移校正。

一种载波频偏跟踪装置，包括：

至少一个共轭相关函数估计单元，用于估计一个时隙中参考信号的共轭相关函数；

累加单元，用于累加各共轭相关函数估计单元估计出的共轭相关函数；

载波频率探测单元，用于根据所述累加单元的累加结果计算频偏估计值；

坐标变换单元，用于对载波频率探测单元计算出的频偏估计值变换到所需的坐标上；

校正单元，用于根据所述频偏估计值进行频率偏移校正；

其中，所述共轭相关函数估计单元具体包括：信号提取子单元，用于从频域的载波信号中提取参考信号；共轭相关值计算子单元，用于将同一时隙中相邻两个参考信号的导频符号进行共轭相乘，获得共轭相关值；累加子单元，用于累加从该时隙中获得的各个共轭相关值，得到该时隙的共轭相关函数估计值。

本发明实施例提供一种载波频偏跟踪方法和装置，通过在同一时隙内相邻参考信号间的共轭相关并累加，得到共轭相关函数估计函数，再进行时隙累加得到频偏估计值。由于通过提取一个时隙导频符号相关和累加即可计算得出共轭相关函数估计值，从而可以缩短载波频偏调整周期，提高载波频偏调整效率，并减小多普勒频移对射频数据接收的影响。

附图说明

图1为本发明实施例提供的载波频偏跟踪方法流程图；

图2a为本发明实施例提供的共轭相关函数估计示意图之一；

图2b为本发明实施例提供的共轭相关函数估计示意图之二；

图3为本发明实施例提供的载波频偏跟踪装置结构示意图之一；

图4为本发明实施例提供的共轭相关函数估计单元结构示意图；

图5为本发明实施例提供的载波频偏跟踪装置结构示意图之二；

图6为本发明实施例提供的滤波单元结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种载波频偏跟踪方法和装置，通过在同一时隙内相邻参考信号间的共轭相关并累加，得到共轭相关函数估计函数，再进行时隙累加得到频偏估计值。

如图1所示，本发明实施例提供的载波频偏跟踪方法包括：

步骤S101、根据系统带宽、扰码值、CP模式、发射天线数和小区ID从频域的载波信号中提取参考信号；

步骤S102、将同一时隙中相邻两个参考信号的导频符号进行共轭相乘，获得共轭相关值；

步骤S103、累加从该时隙中获得的各个共轭相关值，得到该时隙的共轭相关函数估计值；

步骤S104、累加设定数量的时隙的共轭相关函数估计值，并获得频偏估计值；

步骤S105、根据频偏估计值进行频率偏移校正。

其中，步骤S102的具体实现方式有两种，一种是直接获取同一时隙中相邻的两个参考信号的导频符号并直接进行共轭相乘。如图2a所示，直接使得不同载频上的两个相邻参考信号共轭相乘，获得共轭相关值。

为了进一步避免频率选择性衰落对频偏估计的影响，如图2b所示，另一种实现方式为：在步骤S102之前，将同一时隙中同一个符号的相邻的两个参考信号符号进行线性内插，得到与在这两个参考信号之间的一个参考信号载频相同的参考信号导频符号内插估计值，这样，所得到的参考信号导频符号内插估计值相邻的参考信号就是与之在同一载频上的参考信号，此时，在步骤S102中，就是将与参考信号导频符号内插估计值处于同一载频上的相邻参考信号和参考信号导频符号内插估计值进行共轭相乘，获得共轭相关值，由于进行共轭相乘的两个参考信号位于同一载频上，从而避免了频率选择性衰落对频偏估计的影响。

为进一步提高校正效率，还可以首先对物理信道进行信道估计，利用信道估计的结果，在确定信道中的频率选择性衰落超过设定的门限值时，再进行线性内插的操作。

在步骤S104中，具体的计算过程包括：先累加设定数量的时隙的共轭相关函数估计值，再通过载波频率探测和坐标变换，将累加结果转换为频偏估计值。其中，载波频率探测和坐标变换均为本领域技术人员熟知技术。

具体累加的时隙数量可以由工作人员根据实际的操作经验来设定，根据不同小区的实际情况，累加的时隙数量会有所不同，能够使得计算结果稳定可靠的累加时隙数量为较佳的累加时隙数量。

为进一步获得比较稳定的频偏估计值，形成一条平滑的估计曲线，在进行载波频率探测和坐标变换后，还可以将通过载波频率探测和坐标变换得到的值输入到环路滤波器中进行环路滤波，获得最终的频偏估计值。

其中，环路滤波器可以使用α环路滤波器。

下面以一个具体的实施例来进行详细说明：

确定参考信号位置上接收的导频符号，包括一个时隙内不同符号、不同子载波位置上的参考信号。第1个符号位置接收参考信号表达式如下：

R_l(k)＝S_l(k)·H_l(k)·e^{j2πΔf(t+Δt)}

其中R_l(k)，S_l(k)和H_l(k)分别为第l个符号第k个子载波位置的接收信号、参考信号和信道频率响应。

然后，将同一时隙中相邻参考信号位置上的导频符号进行共轭相乘，得到共轭相关函数值。根据上文所述，具体有以下两种具体实现方式：

(1)当信道的频率选择性衰落不影响估计性能时可采用图2a中的实现方式，直接对处于不同子载波上的参考信号的导频符号进行共轭相乘：

$R_{l+D}(k\′)*R_l^{*}\left(k\right)=S_{l+D}(k\′)\·H_{l+D}(k\′)\·e^{j2\mathrm{\π\Δft}}*S_l\left(k\right)\·H_l\left(k\right)\·e^{j2\mathrm{\π\Δf}(t+\mathrm{\Δt})}$

其中D为相邻参考信号时域间隔。

(2)当信道的频率选择性衰落较严重时，可以使用图2b中的实现方式，对同一个符号中相邻的参考信号导频符号进行线性内插后形成参考信号导频符号内插估计值，再与和该参考信号子载波相同的参考信号进行共轭相乘，线性内插时可以通过线性系数a进行参考来平均：

${\hat{R}}_l^{*}\left(k\right)=\mathrm{\α}{R}_l^{*}\left(k\right)+(1-\mathrm{\α})R_l^{*}(k+1)$

当α取1／2时，具体的计算方式如下：

$\begin{array}{c}{R}_{l+D}\left(k\right)*{\hat{R}}_l*\left(k\right)=R_{l+D}\left(k\right)*\left[\frac{R_l^{*}\left(k\right)+R_l^{*}(k+1)}{2}\right]\\ =R_{l+D}\left(k\right)*[S_l\left(k\right)\·e^{j2\mathrm{\π\Δf}(t+\mathrm{\Δt})}\·\frac{H_l\left(k\right)+H_l(k+1)}{2}]*\\ =S_{l+D}\left(k\right)\·H_{l+D}\left(k\right)\·e^{j2\mathrm{\π\Δft}}*[S_l\left(k\right)\·{\hat{H}}_l\left(k\right)\·e^{j2\mathrm{\π\Δf}(t+\mathrm{\Δt})}]*\end{array}$

最后，对同一个符号中所有共轭相关函数值进行累加，并计算频偏估计值，频偏估计值计算方式如下：

$\mathrm{\Δ}\widehat{f=}\frac{\∠\underset{k=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}p\left[R_{l+D}\left(k\right)R_l^{*}\left(k\right)\right]}{2\mathrm{\π\Δt}}$

其中，累加操作由具有累加功能的硬件单元来完成即可，累加后的结果除以2πΔt的操作，可以直接通过现有的载波频率探测单元来完成。

得到频偏估计值后，还可以根据需要对频偏估计值进行坐标变换，将其变换到需要的坐标上后，再利用该值进行频偏校正。

本发明实施例还提供一种载波频偏跟踪装置，如图3所示，包括：至少一个共轭相关函数估计单元301、累加单元302、载波频率探测单元303和校正单元304，其中：

共轭相关函数估计单元301，用于估计一个时隙中参考信号的共轭相关函数；

累加单元302，用于累加各共轭相关函数估计单元估计出的共轭相关函数，累加单元302可以使用累加寄存器实现；

载波频率探测单元303，用于根据累加单元的累加结果计算频偏估计值；

校正单元304，用于根据频偏估计值进行频率偏移校正；

共轭相关函数估计单元301中还具体包括：信号提取子单元3011，用于提取根据系统带宽、扰码值、CP模式、发射天线数和小区ID提取参考信号；共轭相关值计算子单元3012，用于将同一时隙中相邻两个参考信号的导频符号进行共轭相乘，获得共轭相关值；累加子单元3013，用于累加从该时隙中获得的各个共轭相关值，得到该时隙的共轭相关函数估计值。

当频率选择性衰落较大时，如图4所示，共轭相关函数估计单元301还包括：

线性内插子单元3014，用于将同一时隙中同一个符号的相邻的两个参考信号符号进行线性内插，得到与在这两个参考信号之间的参考信号载频相同的参考信号导频符号内插估计值；

共轭相关值计算子单元3012具体用于：将与参考信号导频符号内插估计值处于同一载频上的相邻参考信号和参考信号导频符号内插估计值进行共轭相乘，获得共轭相关值。

如图5所示，装置中还可以包括坐标变换单元305，用于对载波频率探测单元303计算出的频偏估计值变换到所需的坐标上。

为进一步使得输出的频偏估计值更加稳定，装置中还包括环路滤波器306，用于对得到的频偏估计值进行环路滤波。

其中，环路滤波器可以使用硬件实现，如使用α环路滤波器，如图6所示，也可以方便的由软件实现，当通过软件实现时，环路滤波器由处理器实现，装置中还包括：控制单元，用于在坐标变换单元305进行完坐标变换后，向处理器实现的环路滤波器发起一个中断，处理器响应该中断，对得到的频偏估计值进行环路滤波。其中，坐标变换单元305可以将进行坐标变换后的频偏估计值存储在一个寄存器中，由环路滤波单元自行从寄存器中读取该值。

当采用的下行系统带宽为1.4MHz，采用扩展CP模式，同时保证每个子帧进行频偏调整，累加两个时隙的共轭相关函数值，并认为信道频率选择性衰落对信号影响不大时，载波频偏跟踪装置的具体工作原理如下：

在配置带宽、扰码值、CP模式、小区ID、发射天线数、时隙累加数等频偏跟踪相关信息后，在子帧头信号到来后，启动共轭相关函数估计单元301。

共轭相关函数估计单元301根据配置参数提取参考信号位置的导频符号，保存在硬件内部参考信号RAM中，并按照图2a所示对相邻的参考信号进行共轭相乘。

将复数共轭相关值保存在累加寄存器中，当计算完一次共轭相关后就将该值累加到寄存器中，并经过载波频率探测单元计算频偏估计值保存到接口寄存器中，同时发起中断。

处理器响应该中断，读取接口寄存器中的频偏调整值进行环路滤波，并输出滤波后的调整值给校正单元304。

本发明实施例提供一种载波频偏跟踪方法和装置，通过在同一时隙内相邻参考信号间的共轭相关并累加，得到共轭相关函数估计函数，再进行时隙累加得到频偏估计值。由于通过一个时隙即可计算得出共轭相关函数估计值，从而可以缩短载波频偏调整周期，提高载波频偏调整效率。

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 (8)

1.一种载波频偏跟踪方法，其特征在于，包括：

从频域的载波信号中提取参考信号；

将同一时隙中相邻两个参考信号的导频符号进行共轭相乘，获得共轭相关值；或将与所述参考信号导频符号内插估计值处于同一载频上的相邻参考信号和所述参考信号导频符号内插估计值进行共轭相乘，获得共轭相关值；

累加从该时隙中获得的各个共轭相关值，得到该时隙的共轭相关函数估计值；

累加设定数量的时隙的共轭相关函数估计值；

通过载波频率探测和坐标变换，将累加结果转换为频偏估计值；

根据所述频偏估计值进行频率偏移校正。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将同一时隙中相邻两个参考信号的导频符号进行共轭相乘，获得共轭相关值前，还包括：

将同一时隙中同一个符号的相邻的两个参考信号导频符号进行线性内插，得到同一符号中与在这两个参考信号之间的参考信号载频相同的参考信号导频符号内插估计值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过载波频率探测和坐标变换，将累加结果转换为频偏估计值，具体包括：通过载波频率探测和坐标变换并进行环路滤波，将累加结果转换为频偏估计值。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述环路滤波器具体为α环路滤波器。

5.一种载波频偏跟踪装置，其特征在于，包括：

至少一个共轭相关函数估计单元，用于估计一个时隙中参考信号的共轭相关函数；

累加单元，用于累加各共轭相关函数估计单元估计出的共轭相关函数；

载波频率探测单元，用于根据所述累加单元的累加结果计算频偏估计值；

坐标变换单元，用于对载波频率探测单元计算出的频偏估计值变换到所需的坐标上；

校正单元，用于根据所述频偏估计值进行频率偏移校正；

其中，所述共轭相关函数估计单元具体包括：信号提取子单元，用于从频域的载波信号中提取参考信号；共轭相关值计算子单元，用于将同一时隙中相邻两个参考信号的导频符号进行共轭相乘，获得共轭相关值；或将与所述参考信号导频符号内插估计值处于同一载频上的相邻参考信号和所述参考信号导频符号内插估计值进行共轭相乘，获得共轭相关值；累加子单元，用于累加从该时隙中获得的各个共轭相关值，得到该时隙的共轭相关函数估计值。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述共轭相关函数估计单元还包括：

线性内插子单元，用于将同一时隙中同一个符号的相邻的两个参考信号符号进行线性内插，得到与在这两个参考信号之间的参考信号载频相同的参考信号导频符号内插估计值。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

环路滤波器，用于对得到的频偏估计值进行环路滤波。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

控制单元，用于在所述坐标变换单元对载波频率探测单元计算出的频偏估计值变换到所需的坐标上后，向所述环路滤波器产生中断；

所述环路滤波器具体用于，响应所述控制单元产生的中断，对得到的频偏估计值进行环路滤波。