CN103457884A - 一种td-scdma系统中抗采样偏差的时域频偏估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TD-SCDMA系统中抗采样偏差的时域频偏估计方法，包括：获取多倍速能量谱步骤，用来通过在输入信号的多个采样相位上分别做信道估计并计算能量谱PDP，再按相位顺序排列成多倍速能量谱；指示径选取步骤，用来从多倍速能量谱的所有有效谱线中选出多个指示径；有效径选择步骤，用来从各指示径的径簇区间内选出有效径，以得到经集合P＝{P_i}，其中p_i为第i条有效经，i为大于零的整数；频偏估计步骤，用于按照p_i的位置取多个点接收数据{r_k}，再针对{r_k}估算频偏估计值Δf。本发明将可分辨多径范围内的所有相位点做整体考虑并根据径范围内不同相位点上采样的相对关系来选择径簇内有效相位点，最终减少了采样偏差对频偏估计误差的影响。

Description

一种TD-SCDMA系统中抗采样偏差的时域频偏估计方法

技术领域

本发明涉及一种TD-SCDMA终端在能抵抗采样偏差的时域相位差法频偏估计(FOE：Frequency Offset Estimaition)方法。

背景技术

在典型的无线通信系统中，通常都要通过AFC来纠正发射机与接收机的本地振荡器(Local Oscillator)之间存在频率偏差，以保证无线传输的质量和可靠性。AFC中一个核心模块是频偏估计算法模块。频偏估计可以在分别频域和时域完成。由于频域算法相对复杂、与时域算法性能相比相当，所以业内普遍使用时域相位差算法。

时域相位差算法基本原理是将接收信号和参考码序列做共轭相乘去除调制相位，然后等长的前后两段分别求和后再用共轭相关法求出相位差。相位差结果可以换算成频偏。TD-SCDMA系统可以采用的本地码包括下行导频(SyncDL)和中导码(midamble)。

假设M长调制序列{s_k}经过信道传输后的第i条路径上的采样信号为{r_k}，时域相位差算法如下：

(a)根据信道估计结果得到多径位置序列Pi

(b)根据位置提取接收信号{r_k}

(c)计算{r_k}前后两段相关值的和

其中M取值序列长度、函数conj表示求共扼操作。

(d)基于前后两段相关结果，计算这两段之间的相位差值(即：相位旋转值)；可由下式得到：

${\hat{f}}_i=\mathrm{conj}\left(\mathrm{CorrP}\right)\×\mathrm{CorrS}$

(e)多径上估计值合并

求相位

函数angle表示求取相位操作，其值域为[-π，π)。

(f)根据计算所得的相位差值，得到该子帧/时隙内的频偏估计值计算频偏估计值Δf可按下式得到：

传统时域相位差法求频偏是在单倍速采样点上做估计。当采样数据有采样偏差时，该估计会因为码间干扰成为偏估计。另外，在多径环境下径间并不是整chip间隔，当前样点在某条径上没有采样在其它径上也会有采样偏差。采样偏差越大引起的估计误差就会越大，通常有零点几个ppm到几个ppm的频偏估计误差。

鉴频器根据多径选择器得到多径位置信息对输入数据做频偏估计。通常的选径搜索方法是在整chip上选出一条径。多径间间隔为1个chip。但实际多径间间隔并不一定是整chip的。所以接收信号的不同多径有不同的采样偏差，导致利用多径分集的综合性能下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种TD-SCDMA系统中抗采样偏差的时域频偏估计方法，以便抑制采样偏差对TD-SCDMA时域频偏估计算法性能影响。

根据本发明的第一方面，提供了一种TD-SCDMA系统中抗采样偏差的时域频偏估计方法，包括：

获取多倍速能量谱步骤，用来通过在输入信号的多个采样相位上分别做信道估计并计算能量谱PDP，再按相位顺序排列成多倍速能量谱；

指示径选取步骤，用来从多倍速能量谱的所有有效谱线中选出多个指示径；

有效径选择步骤，用来从各指示径的径簇区间内选出有效径，以得到经集合P＝{P_i}，其中p_i为第i条有效经，i为大于零的整数；

频偏估计步骤，用于按照p_i的位置取多个点接收数据{r_k}，再针对{r_k}估算频偏估计值Δf。

其中，所述指示径选取步骤包括：多径粗选步骤，用来从多倍速能量谱上中选出能量大于选径门限的所有有效谱线；从有效谱线中选取指示径的步骤，用来把从所有有效谱线中选出分离的并具有最小采样偏差的单径作为指示径。

其中，作为指示径的单径间的距离为最小可分辨距离的整数倍。

其中，所述有效径选择步骤包括：径簇区间划分步骤，用来以各指示径为中心划分出各指示径的径簇区间；在径簇区间选择有效径的步骤，用来利用每个径簇区间内门限依次选出每个径簇区间内的有效径。

其中，径簇区间的长度等于最小可分辨径间距。

其中，所述每个径簇区间内门限Th(k)等于第k个径的能量PDP(k)乘以选径因子FACTER_GROUP_PATHS，其中k是大于零的整数。

其中，所述获取多倍速能量谱步骤包括：通过在每个采样相位上分别做信道估计，计算出每个采样相位点上的能量，从而关于多个采样相位点上能量的能量谱，然后再将该能量谱按相位顺序排列，得到多倍速能量谱。

其中，所述输入信号至少为两倍速采样信号；最好为128长中导码的四倍速采样信号。

其中，所述从有效谱线中选取指示径的步骤包括：删除最大径两边1个码片之内的所有径；当有两个本地最大多径相等时，保留相位较小的多径，删除相位大的多径。

根据本发明第二方面，提供了一种TD-SCDMA系统中抗采样偏差的时域频偏估计装置，包括：

获取多倍速能量谱模块，用来通过在输入信号的多个采样相位上分别做信道估计并计算能量谱PDP，再按相位顺序排列成多倍速能量谱；

指示径选取模块，用来从多倍速能量谱的所有有效谱线中选出多个指示径；

径簇有效径选择模块，用来从各指示径的径簇区间内选出有效径，以得到经集合P＝{p_i}，其中p_i为第i条有效经，i为大于零的整数；

频偏估计模块，用于按照p_i的位置取多个点接收数据{r_k}，再针对{r_k}估算频偏估计值Δf。

相对于现有技术。本发明的技术效果是：

1)将可分辨多径范围内的所有相位点做整体考虑(称做一个径簇)并根据径范围内不同相位点上采样的相对关系来选择径簇内有效相位点，最终减少了采样偏差对频偏估计误差的影响；

2)径簇的方法在径上最大程度降低采样误差的影响。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明一种TD-SCDMA系统中抗采样偏差的时域频偏估计方法的示意图；

图2是本发明的一种TD-SCDMA系统中抗采样偏差的时域频偏估计装置的示意图。

具体实施方式

图1显示了本发明的TD-SCDMA系统中抗采样偏差的时域频偏估计方法，包括以下步骤：

A)获取多倍速能量谱步骤，用来通过在输入信号的多个采样相位上分别做信道估计并计算能量谱PDP，再按相位顺序排列成多倍速能量谱；

B)指示径选取步骤，用来从多倍速能量谱的所有有效谱线中选出多个指示径；

C)径簇有效径选择(即，径簇有效相位选择)步骤，用来从各指示径的径簇区间内选出有效径，以得到经集合P＝{P_i}，其中p_i为第i条有效经，i为大于零的整数；

D)频偏估计步骤，用于按照p_i的位置取多个点接收数据{r_k}，再针对{r_k}估算频偏估计值Δf。对{r_k}估算频偏估计值Δf属于现有技术，参见本说明书背景技术部分，这里省略具体说明。

本发明方法的指示径选取步骤B)包括：

B1)多径粗选步骤，用来从多倍速能量谱上中选出能量大于选径门限的所有有效谱线；作为选径门限的一个实例，可以设信道估计能量谱为P(i)，i＝1…N，选径门限TH＝max(max(P(i))*F1，mean(P(i))*F2)，其中max()表示求最大，mean()表示求平均；F1、F2是两个选径系数。

B2)从有效谱线中选取指示径的步骤，用来把从所有有效谱线中选出分离的并具有最小采样偏差的单径作为指示径。

其中，作为指示径的单径间的距离应当为最小可分辨距离(即，指采样间隔)的整数倍。

本发明方法的径簇有效径选择步骤C)包括：

C1)径簇区间划分步骤，用来以各指示径为中心划分出各指示径的径簇区间；

C2)在径簇区间选择有效径的步骤，用来利用每个径簇区间内门限依次选出每个径簇区间内的有效径。

具体地说，在径簇区间选择有效径是指：在每个径簇区间内对所有相位再次选径。如果是4倍速采样数据，径簇范围为指示径周围各3个样点，表示为{-3，-2，-1，0，1，2，3}。这里保留相位的方法有两种，一种是将所有相位全部保；第二种是为了减小运算量只保留有限相位。下面举例一种实现保留有限相位的方法：

计算径簇内选径门限TH1。TH1＝指示径能量×Factor1。Factor1的选取用来保证能用TH1选出的径与指示径能量很接近，比如Factor1＝0.8。

此外，径簇区间的长度等于最小可分辨径间距。并且，每个径簇区间内门限Th(k)等于第k个径的能量PDP(k)乘以选径因子FACTER_GROUP_PATHS，其中k是大于零的整数。

本发明方法的获取多倍速能量谱步骤A)包括：通过在每个采样相位上分别做信道估计，计算出每个采样相位点上的能量，从而关于多个采样相位点上能量的能量谱，然后再将该能量谱按相位顺序排列，得到多倍速能量谱。

此外，获取多倍速能量谱步骤A)中涉及的输入信号至少为两倍速采样信号。

本发明方法的从有效谱线中选取指示径的步骤B2)包括：

删除最大径两边1个码片之内的所有径；

当有两个本地最大多径相等时，保留相位较小的多径，删除相位大的多径。

以下将以四倍速采样midamble数据为例对本发明例进行详细的说明，以便进一步了解本发明的方法。

步骤1：输入信号为128长Midamble的4倍速采样信号，包含{0，1，2，3}四个采样相位。分别在这4个相位上做信道估计并计算PDP。

步骤2：在4倍速PDP上选径。选径门限有很多种确定方法，这里不作为重点。保留超过门限的样点。

步骤3：指示径选择。指示径就是chip间隔能区分出来的多径。删除最大径两边的1个chip之内的径，选出有效径。4倍速采样数据对应的删除范围是[-3，-2，-1，0，1，2，3]。当有两个本地最大多径相等时，保留相位较小的多径，删除相位大的多径。

超过门限的局部最大值可能有多个，删除方法是：

第一次删除最大径周围的邻径；

第二次删除次大径周围的邻径；

第三次删除第三大值径周围的邻径；

第四次删除第四大径周围的邻径；

直到所有的有效径都处理完。

步骤4：在每个主径两边[-3，-2，-1，0，1，2，3]的范围内选出径簇。每个径簇选径范围内门限Th(k)＝PDP(k)*FACTER_GROUP_PATHS，PDP(k)是主径能量。在径簇范围内选出PDP(n)＞Th(k)的为有效径，得到径集合P＝{P_i}。

步骤5：按照p_i的位置取128点(即，从p_i的位置向后取128点)接收数据{r_k}。做相位差法频偏估计，包括如下步骤：

(a)计算{r_k}前后两段相关值的和

其中M取值序列长度、函数conj表示求共扼操作。

(b)基于前后两段相关结果，计算这两段之间的相位差值(即：相位旋转值)；

可由下式得到

(c)多径上估计值合并

求相位

函数angle表示求取相位操作，其值域为[-π，π)。

(d)根据计算所得的相位差值，得到该子帧/时隙内的频偏估计值计算频偏估计值Δf可按下式得到：

以上实施步骤通过对主径chip范围内所有径上频偏估计的合并可以很好的抑制采样偏差对时域相位差法求频偏估计的影响。

图2显示了本发明的用来实施上述方法的一种TD-SCDMA系统中抗采样偏差的时域频偏估计装置，包括：

获取多倍速能量谱模块，用来通过在输入信号的多个采样相位上分别做信道估计并计算能量谱PDP，再按相位顺序排列成多倍速能量谱；

指示径选取模块，用来从多倍速能量谱的所有有效谱线中选出多个指示径；

径簇有效径选择模块，用来从各指示径的径簇区间内选出有效径，以得到经集合P＝{P_i}，其中p_i为第i条有效经，i为大于零的整数；

频偏估计模块，用于按照p_i的位置取多个点接收数据{r_k}，再针对{r_k}估算频偏估计值Δf。

此外，本发明的指示径选取模块包括：

多径粗选单元(图中未显示)，用来从多倍速能量谱上中选出能量大于选径门限的所有有效谱线；

从有效谱线中选取指示径的单元(图中未显示)，用来把从所有有效谱线中选出分离的并具有最小采样偏差的单径作为指示径。

此外，本发明方法的径簇有效径选择模块包括：

径簇区间划分单元(图中未显示)，用来以各指示径为中心划分出各指示径的径簇区间；

在径簇区间选择有效径的单元(图中未显示)，用来利用每个径簇区间内门限依次选出每个径簇区间内的有效径。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种TD-SCDMA系统中抗采样偏差的时域频偏估计方法，包括以下步骤：

获取多倍速能量谱步骤，用来通过在输入信号的多个采样相位上分别做信道估计并计算能量谱PDP，再按相位顺序排列成多倍速能量谱；

指示径选取步骤，用来从多倍速能量谱的所有有效谱线中选出多个指示径；

径簇有效径选择步骤，用来从各指示径的径簇区间内选出有效径，以得到经集合P＝{P_i}，其中p_i为第i条有效经，i为大于零的整数；

频偏估计步骤，用于按照p_i的位置取多个点接收数据{r_k}，再针对{r_k}估算频偏估计值Δf。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述指示径选取步骤包括：

多径粗选步骤，用来从多倍速能量谱上中选出能量大于选径门限的所有有效谱线；

从有效谱线中选取指示径的步骤，用来把从所有有效谱线中选出分离的并具有最小采样偏差的单径作为指示径。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，作为指示径的单径间的距离为最小可分辨距离的整数倍。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述径簇有效径选择步骤包括：

径簇区间划分步骤，用来以各指示径为中心划分出各指示径的径簇区间，

在径簇区间选择有效径的步骤，用来利用每个径簇区间内门限依次选出每个径簇区间内的有效径。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，径簇区间的长度等于最小可分辨径间距。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述每个径簇区间内门限Th(k)等于第k个径的能量PDP(k)乘以选径因子FACTER_GROUP_PATHS，其中k是大于零的整数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取多倍速能量谱步骤包括：通过在每个采样相位上分别做信道估计，计算出每个采样相位点上的能量，从而关于多个采样相位点上能量的能量谱，然后再将该能量谱按相位顺序排列，得到多倍速能量谱。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入信号至少为两倍速采样信号。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从有效谱线中选取指示径的步骤包括：

删除最大径两边1个码片之内的所有径；

当有两个本地最大多径相等时，保留相位较小的多径，删除相位大的多径。

10.一种TD-SCDMA系统中抗采样偏差的时域频偏估计装置，包括：

获取多倍速能量谱模块，用来通过在输入信号的多个采样相位上分别做信道估计并计算能量谱PDP，再按相位顺序排列成多倍速能量谱；

指示径选取模块，用来从多倍速能量谱的所有有效谱线中选出多个指示径；

径簇有效径选择模块，用来从各指示径的径簇区间内选出有效径，以得到经集合P＝{P_i}，其中p_i为第i条有效经，i为大于零的整数；

频偏估计模块，用于按照p_i的位置取多个点接收数据{r_k}，再针对{r_k}估算频偏估计值Δf。

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