CN103716261B - 一种频偏估计的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种频偏估计的方法和设备，该方法包括：获得接收数据；通过频偏大小f_step对所述接收数据进行去频偏处理；对去频偏处理后的接收数据与本地参考信号进行滑动相关，获得滑动相关峰值；判断所述滑动相关峰值是否不小于门限值corr_threshold；如果是，利用所述滑动相关峰值对应索引max_index对所述接收数据进行同步，对同步后接收数据进行频偏估计，获得载波频率与设定频率的偏差。本发明实施例中，通过预先对接收数据进行去频偏处理，使得在大频偏的情况下，能够准确进行定时同步，提高定时估计的准确性，并大幅提高频偏估计的范围。

Description

一种频偏估计的方法和设备
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的方法和设备。
背景技术
随着移动通信系统的快速发展，支持多种制式的终端（如支持GSM（Global Systemof Mobile communication，全球移动通讯系统）、WCDMA（Wideband Code DivisionMultiple Access，宽带码分多址）、LTE（Long Term Evolution，长期演进）、TD-SCDMA（TimeDivision-Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址）等多种制式的终端）得到了迅速发展，在对终端进行射频一致性相关测试之前，需要确定终端发射信号的载波频率与设定频率的偏差，并基于此通知终端调整载波频率，使得该终端调整载波频率之后的发射信号在接收端进行下变频、滤波等处理后，能够被正确还原。
为了确定载波频率与设定频率的偏差，当前可采用AFC（Auto FrequencyCalibration，自动频率校准）方式得到载波频率与设定频率的偏差，如图1所示，为AFC处理流程示意图，该方式包括以下步骤：
步骤101，获得接收数据。
步骤102，利用时域滑动相关进行定时估计。其中，定时估计方法包括频域均衡估计、时域相关估计和最大似然估计；频域均衡估计是将接收到的导频信号进行均衡后，对两列相邻导频进行共轭相关，得到相邻导频的相位差，根据相位和定时偏差的对应关系确定同步误差；时域相关估计是利用导频与本地参考信号进行滑动相关，通过寻找相关结果最大值及最大值的索引确定同步误差；最大似然估计是利用时域相关，求取最大似然估计确定同步误差。
步骤103，根据定时估计结果对接收数据进行同步。
步骤104，利用同步结果进行频偏估计，得到载波频率与设定频率的偏差。
需要注意的是，在得到载波频率与设定频率的偏差过程中，频偏估计与定时估计是相互影响的，因此在进行频偏估计之前需要进行准确的定时估计。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：
由于随着频偏的增大，相关峰值会逐渐下降，因此在频偏较大的情况下，当前AFC方式进行定时估计时定时误差较大；以20M带宽LTE信号为例，图2A为理想无频偏时的滑动相关结果示意图，图2B为5kHz频偏时的滑动相关结果示意图，图2C为10kHz频偏时的滑动相关结果示意图；从图2A-图2C中可看出，频偏越大则定时误差越大；进一步的，由于定时估计无法进行准确的定时同步，因此会给频偏估计引入误差，导致频偏估计结果非常不准确。
发明内容
本发明实施例提供一种频偏估计的方法和设备，以在大频偏的情况下，提高频偏估计的准确性。
为了达到上述目的，本发明实施例提供一种频偏估计的方法，包括：
步骤A、获得接收数据；
步骤B、通过频偏大小f_step对所述接收数据进行去频偏处理；
步骤C、对去频偏处理后的接收数据与本地参考信号进行滑动相关，获得滑动相关峰值；
步骤D、判断所述滑动相关峰值是否不小于门限值corr_threshold；如果是，则执行步骤E；如果否，则执行步骤B；
步骤E、利用所述滑动相关峰值对应索引max_index对所述接收数据进行同步，对同步后接收数据进行频偏估计，获得载波频率与设定频率的偏差。
本发明实施例提供一种频偏估计的设备，包括：
第一获得模块，用于获得接收数据；
处理模块，用于通过频偏大小f_step对所述接收数据进行去频偏处理；
第二获得模块，用于对去频偏处理后的接收数据与本地参考信号进行滑动相关，获得滑动相关峰值；
判断模块，用于判断所述滑动相关峰值是否不小于门限值corr_threshold；
第三获得模块，用于当判断结果为是时，利用所述滑动相关峰值对应索引max_index对所述接收数据进行同步，对同步后接收数据进行频偏估计，获得载波频率与设定频率的偏差。
与现有技术相比，本发明实施例至少具有以下优点：本发明实施例中，通过预先对接收数据进行去频偏处理，使得在大频偏的情况下，能够准确进行定时同步，提高定时估计的准确性，并大幅提高频偏估计的范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的AFC处理流程示意图；
图2A是现有技术中的理想无频偏时的滑动相关结果示意图；
图2B是现有技术中的5kHz频偏时的滑动相关结果示意图；
图2C是现有技术中的10kHz频偏时的滑动相关结果示意图；
图3是本发明实施例一提供的一种频偏估计的方法流程示意图；
图4是本发明实施例一中对一段数据统计频偏值影响下，相关峰值的变化曲线示意图；
图5是本发明实施例三提供的一种频偏估计的设备结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
针对现有技术中，定时估计不准确导致频偏估计不准确的缺陷，本发明实施例一提供了一种频偏估计的方法，通过预先对接收数据进行去频偏处理，以在大频偏的情况下，可以准确的确定终端发射信号的载波频率与设定频率的偏差；进一步的，通过预先对接收数据进行去频偏处理，可以预先确定出频偏范围，即在一定范围内进行频偏估计即可，从而扩大了最终的频偏估计范围；如图3所示，该频偏估计的方法可以包括以下步骤：
步骤301，获得接收数据。
步骤302，通过频偏大小f_step对接收数据进行去频偏处理；其中，该频偏大小f_step可以根据实际经验值进行选取，且在选取该频偏大小f_step时，需要保证在f_step频率范围内，时域滑动相关方式能够准确定时。
步骤303，对去频偏处理后的接收数据与本地参考信号进行滑动相关（如时域滑动相关），获得滑动相关峰值。
步骤304，判断滑动相关峰值是否不小于门限值corr_threshold；如果是，则执行步骤305；如果否，则执行步骤302。
本发明实施例中，对于某些制式，由信号特点决定滑动相关值在不同频偏时的相对变化较小，从而出现超过准确定时的频偏范围也能满足门限值判断的情况，为避免该情况的错判，还可利用相关结果左右对称的特点进一步判断定时是否准确；基于此，在判断滑动相关峰值不小于门限值corr_threshold之后，还可计算滑动相关峰值两侧位置对应的两个点的比值data（max_index-i）/data（max_index+i），并判断比值data（max_index-i）/data（max_index+i）的绝对值是否在1附近，如果是，则执行步骤305；如果否，则执行步骤302。
其中，i为滑动相关峰值偏移的样点数，max_index为滑动相关峰值对应的索引，data（max_index-i）表示max_index-i位置的滑动相关值，且data（max_index+i）表示max_index+i位置的滑动相关值。
进一步的，由于比值门限（即1）为滑动相关峰值左右两侧位置对应的两个点的比值范围，理想情况下相关曲线是对称的，比值门限为1；在实际应用中，以此作为进一步判断是否为正确位置的依据，此时选取比值门限为1±a，a为比值的允许误差；基于此，判断滑动相关峰值不小于门限值corr_threshold之后，还可计算滑动相关峰值两侧位置对应的两个点的比值data（max_index-i）/data（max_index+i），并判断比值data（max_index-i）/data（max_index+i）是否位于1-α与1+α之间；如果是，则执行步骤305；如果否，执行步骤302。
本发明实施例中，如果确定滑动相关峰值大于等于门限值corr_threshold，则确定滑动相关峰值对应的索引max_index为接收数据对齐点，并记录当前去掉的频偏值f_offset，频偏值f_offset为频偏大小f_step乘以次数m，m为整数，且m为执行通过频偏大小f_step对接收数据进行去频偏处理的次数。
本发明实施例中，还需要根据某较大频偏范围内，频偏值对滑动相关峰值的影响，确定上述门限值corr_threshold，且上述门限值corr_threshold的确定方式，具体包括但不限于：
步骤a、通过频偏因子f_step_ref对接收数据进行去频偏处理；该频偏因子f_step_ref是在某个大频偏范围内的以小频率间隔f_step_ref为步进生成的，且该大频偏范围包含频偏可能达到的最大值，为f_step_ref*N，N为整数。
步骤b、对去频偏处理后的接收数据与本地参考信号进行滑动相关，获得滑动相关峰值，并将滑动相关峰值获得次数加1。
步骤c、判断滑动相关峰值获得次数是否等于N，N为不小于2的正整数；如果是，则执行步骤d，如果否，则执行步骤a。
步骤d、通过获得的N次滑动相关峰值确定门限值corr_threshold。
本发明实施例的一种优选实施方式中，步骤d具体包括：确定获得的N次滑动相关峰值中的最大滑动相关峰值vmax和次大滑动相关峰值vmax2，并确定门限值corr_threshold为：次大滑动相关峰值+（最大滑动相关峰值-次大滑动相关峰值）/2，即vmax2+(vmax-vmax2)/2；该门限值corr_threshold为最大滑动相关峰值与次大滑动相关峰值的中间位置，且为了保证门限值corr_threshold判断的准确性较高，门限值corr_threshold不能与最大滑动相关峰值过于接近。
以20M的LTE信号为例，对一段数据统计频偏值影响下，相关峰值的变化曲线如图4所示，从图4可以看出，随着频偏的增大，相关峰值呈波动变化，可以按照上述相关峰值门限确定原则选取相关峰值门限1，但门限1与最大值的相对变化较小；当相关峰值门限的选取原则很难同时满足时，需要优先保证门限值与最大值有足够的间隔，来正确辨别峰值与门限的大小关系，因此最终相关峰门限确定为门限2的位置。此外，对于满足门限要求的误判，需要利用滑动相关峰值结果左右对称的特点，通过判断滑动相关峰值左右两侧位置对应数值点比值的绝对值，将属于误判的峰值点排除。
步骤305，利用滑动相关峰值对应索引max_index对接收数据进行同步，对同步后接收数据进行频偏估计，获得载波频率与设定频率的偏差。
本发明实施例中，利用滑动相关峰值对应索引max_index对接收数据进行同步，对同步后接收数据进行频偏估计，获得载波频率与设定频率的偏差，具体包括：步骤1、确定滑动相关峰值对应索引max_index为接收数据对齐点；步骤2、利用接收数据对齐点对接收数据进行同步，信号的频偏范围为[f_offset,f_offset+f_step]；步骤3、对同步后的接收数据去频偏值f_offset，频偏值f_offset为频偏大小f_step乘以次数m，m为执行通过频偏大小f_step对接收数据进行去频偏处理的次数；步骤4、对去频偏值f_offset后的数据进行频偏估计，得到频偏值f_est；步骤5、获得载波频率与设定频率的偏差为f_offset+f_est。
实施例二
以下结合TD-LTE系统中定时同步的确定过程以及频偏估计过程进行详细说明，该过程可以包括以下步骤：
步骤1、通过如下公式计算去频偏因子。
在上述公式中，t为采样点N的时间，且t＝NT·s，Ts为采样时间间隔；fr·n为每次定时估计频偏，n为整数，fr为频偏步进；N∈[1,Nsymbol]，Nsymbol为采样点数。
步骤2、假设接收信号（即接收数据）为s(t)，则通过如下公式对接收信号进行去频偏处理。
sn(t)＝s(t)·fn(t)。
步骤3、通过如下公式对去频偏后接收数据与参考序列进行滑动相关。
步骤4、通过如下公式获得滑动相关峰值以及滑动相关峰值对应的索引。
rn(Nmax)＝max(|rn(t)|)。
步骤5、利用滑动相关峰值门限和滑动相关峰值左右对称的特点，判断滑动相关峰值的有效性；其中，
如果且则定时位置timing_position=Nmax；foffset＝fr·n；否则，重复上述步骤2-步骤4；
在上述公式中，zt为参考信号，i为相关峰值偏移的样点数，rth为判断相关峰值的门限，dth_l和dth_h分别为从相关峰值偏移±i个样点数的相关结果比值绝对值的低门限和高门限，foffset为定时完成时接收信号去掉的频偏，n为整数。
步骤6、对接收信号s(t)同步，结果为s′(t)。
步骤7、对s′(t)去频偏foffset，得到s′offset(t)。
步骤8、对信号s′offset(t)进行频偏估计，得到频偏值fest。
步骤9、载波频率与设定频率的偏差最终结果为fest+foffset。
综上所述，本发明实施例中，定时估计利用多次循环的方法，提高了其支持的频偏范围，计算量增加了n-1倍；频偏估计在原有算法基础上，范围增加了fr·n(Hz)，而没有带来频偏估计算法复杂度的提升。
实施例三
基于与上述方法同样的发明构思，本发明实施例中还提供了一种频偏估计的设备，如图5所示，该设备包括：
第一获得模块11，用于获得接收数据；
处理模块12，用于通过频偏大小f_step对所述接收数据进行去频偏处理；
第二获得模块13，用于对去频偏处理后的接收数据与本地参考信号进行滑动相关，获得滑动相关峰值；
判断模块14，用于判断滑动相关峰值是否不小于门限值corr_threshold；
第三获得模块15，用于当判断结果为是时，利用所述滑动相关峰值对应索引max_index对所述接收数据进行同步，对同步后接收数据进行频偏估计，获得载波频率与设定频率的偏差。
所述判断模块14，还用于计算所述滑动相关峰值两侧位置对应的两个点的比值data（max_index-i）/data（max_index+i），并判断所述比值data（max_index-i）/data（max_index+i）是否位于1-α与1+α之间；其中，α为允许误差，i为滑动相关峰值偏移的样点数。
该设备还包括：确定模块16，用于通过如下步骤确定所述门限值corr_threshold；步骤a、通过频偏因子f_step_ref对所述接收数据进行去频偏处理；步骤b、对去频偏处理后的接收数据与本地参考信号进行滑动相关，获得滑动相关峰值，并将滑动相关峰值获得次数加1；步骤c、判断滑动相关峰值获得次数是否等于N，N为不小于2的正整数；如果是，执行步骤d，否则执行步骤a；步骤d、通过获得的N次滑动相关峰值确定门限值corr_threshold。
所述确定模块16，进一步用于确定获得的N次滑动相关峰值中的最大滑动相关峰值以及次大滑动相关峰值，并确定所述门限值corr_threshold为：次大滑动相关峰值+（最大滑动相关峰值-次大滑动相关峰值）/2。
所述第三获得模块15，具体用于确定所述滑动相关峰值对应索引max_index为接收数据对齐点；并利用所述接收数据对齐点对所述接收数据进行同步；并对同步后的接收数据去频偏值f_offset；并对去频偏值f_offset后的数据进行频偏估计，得到频偏值f_est；以及，获得载波频率与设定频率的偏差为f_offset+f_est。
本发明实施例中，所述频偏值f_offset的确定方式为：确定所述频偏值f_offset为所述频偏大小f_step乘以次数m，所述次数m为执行通过频偏大小f_step对所述接收数据进行去频偏处理的次数。
其中，本发明装置的各个模块可以集成于一体，也可以分离部署。上述模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种频偏估计的方法，其特征在于，包括：
步骤A、获得接收数据；
步骤B、通过频偏大小f_step对所述接收数据进行去频偏处理；
步骤C、对去频偏处理后的接收数据与本地参考信号进行滑动相关，获得滑动相关峰值；
步骤D、判断所述滑动相关峰值是否不小于门限值corr_threshold；如果是，则执行步骤E；如果否，则执行步骤B；
步骤E、利用所述滑动相关峰值对应索引max_index对所述接收数据进行同步，对同步后接收数据进行频偏估计，获得载波频率与设定频率的偏差；
其中，所述步骤D判断所述滑动相关峰值不小于门限值corr_threshold之后进一步包括：
计算所述滑动相关峰值两侧位置对应的两个点的比值data(max_index-i)/data(max_index+i)，并判断所述比值data(max_index-i)/data(max_index+i)是否位于1-α与1+α之间，α为允许误差，i为滑动相关峰值偏移的样点数；如果是，则执行步骤E；如果否，则执行步骤B。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述门限值corr_threshold的确定方式，具体包括：
步骤a、通过频偏因子f_step_ref对所述接收数据进行去频偏处理；
步骤b、对去频偏处理后的接收数据与本地参考信号进行滑动相关，获得滑动相关峰值，并将滑动相关峰值获得次数加1；
步骤c、判断滑动相关峰值获得次数是否等于N，N为不小于2的正整数；如果是，则执行步骤d，如果否，则执行步骤a；
步骤d、通过获得的N次滑动相关峰值确定所述门限值corr_threshold。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤d具体包括：
确定获得的N次滑动相关峰值中的最大滑动相关峰值以及次大滑动相关峰值，并确定所述门限值corr_threshold为：次大滑动相关峰值+(最大滑动相关峰值-次大滑动相关峰值)/2。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤E具体包括：
步骤E1、确定所述滑动相关峰值对应索引max_index为接收数据对齐点；
步骤E2、利用所述接收数据对齐点对所述接收数据进行同步；
步骤E3、对同步后的接收数据去频偏值f_offset；
步骤E4、对去频偏值f_offset后的数据进行频偏估计，得到频偏值f_est；
步骤E5、获得载波频率与设定频率的偏差为f_offset+f_est。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述频偏值f_offset的确定方式，具体包括：
确定所述频偏值f_offset为所述频偏大小f_step乘以次数m，且所述次数m为执行通过频偏大小f_step对所述接收数据进行去频偏处理的次数。
6.一种频偏估计的设备，其特征在于，包括：
第一获得模块，用于获得接收数据；
处理模块，用于通过频偏大小f_step对所述接收数据进行去频偏处理；
第二获得模块，用于对去频偏处理后的接收数据与本地参考信号进行滑动相关，获得滑动相关峰值；
判断模块，用于判断所述滑动相关峰值是否不小于门限值corr_threshold；
第三获得模块，用于当判断结果为是时，利用所述滑动相关峰值对应索引max_index对所述接收数据进行同步，对同步后接收数据进行频偏估计，获得载波频率与设定频率的偏差；
所述判断模块，还用于在判断所述滑动相关峰值不小于门限值corr_threshold之后，计算所述滑动相关峰值两侧位置对应的两个点的比值data(max_index-i)/data(max_index+i)，并判断所述比值data(max_index-i)/data(max_index+i)是否位于1-α与1+α之间；其中，α为允许误差，i为滑动相关峰值偏移的样点数。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，还包括：
确定模块，用于通过如下步骤确定所述门限值corr_threshold；
步骤a、通过频偏因子f_step_ref对所述接收数据进行去频偏处理；
步骤b、对去频偏处理后的接收数据与本地参考信号进行滑动相关，获得滑动相关峰值，并将滑动相关峰值获得次数加1；
步骤c、判断滑动相关峰值获得次数是否等于N，N为不小于2的正整数；如果是，则执行步骤d，如果否，则执行步骤a；
步骤d、通过获得的N次滑动相关峰值确定所述门限值corr_threshold。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，
所述确定模块，进一步用于确定获得的N次滑动相关峰值中的最大滑动相关峰值以及次大滑动相关峰值，并确定所述门限值corr_threshold为：次大滑动相关峰值+(最大滑动相关峰值-次大滑动相关峰值)/2。
9.如权利要求6所述的设备，其特征在于，
所述第三获得模块，具体用于确定所述滑动相关峰值对应索引max_index为接收数据对齐点；利用所述接收数据对齐点对所述接收数据进行同步；对同步后的接收数据去频偏值f_offset；对去频偏值f_offset后的数据进行频偏估计，得到频偏值f_est；获得载波频率与设定频率的偏差为f_offset+f_est。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述频偏值f_offset的确定方式为：确定所述频偏值f_offset为所述频偏大小f_step乘以次数m，所述次数m为执行通过频偏大小f_step对所述接收数据进行去频偏处理的次数。
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