CN104104408B - 一种移动终端的相关器及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动终端的相关器及实现方法，所述方法包括：移动终端将收到的下行导频信号与预存的训练信号进行分段相关处理，得到各个局部相关值；按照预设的多个尝试频偏值，对所述各个局部相关值进行频率尝试相关和分段加权处理，得到对应于所述多个尝试频偏值的多个全局相关值；通过比较所述多个全局相关值，确定用作移动终端实际相关值的最大全局相关值及对应的用作移动终端实际频偏值的尝试频偏值。本发明所述相关器能够在较大频偏下具有良好的工作性能，并且基本不增加运算复杂度。

Description

一种移动终端的相关器及实现方法

技术领域

本发明涉及移动终端，特别涉及一种移动终端中存在大频偏下的相关器及其相关的实现方法。

背景技术

移动终端中，需要经常执行相关运算，比如3G通信系统中，TD-SCDMA需要执行下行导频时隙DwPTS时隙上的DwPCH信道相关，以及WCDMA中需要对主同步信道P-SCH进行相关运算，来获取下行接收的初始时间同步。

移动终端开始接收线性信号时，接收机中可能存在频偏，尤其随着低成本需求，裸晶体取代带温度补偿的TC-VCXO振荡器后，接收机初始接收时必将存在较大的频偏，比如初始接收中存在20k～30kHz的频率偏移，这样在初始接收时用来执行初始相关运算时，由于可能存在的频偏过大，会导致相关失败，或者相关性能降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种移动终端的相关器及实现方法，能更好地解决移动终端在较大频偏下先关失败或相关性能降低的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种移动终端的相关器的实现方法，包括：

移动终端将收到的下行导频信号与预存的训练信号进行分段相关处理，得到各个局部相关值；

按照预设的多个尝试频偏值，对所述各个局部相关值进行频率尝试相关和分段加权处理，得到对应于所述多个尝试频偏值的多个全局相关值；

通过比较所述多个全局相关值，确定用作移动终端实际相关值的最大全局相关值及对应的用作移动终端实际频偏值的尝试频偏值。

优选地，在进行所述分段相关处理前，还包括：

根据移动终端的最大频偏，得到移动终端的相位旋转最大值；

利用所述相位旋转最大值和预设的相位旋转门限值，确定所述下行导频信号和所述训练信号的分段数量M。

优选地，所述分段相关处理的步骤包括：

按照所述分段数量M，将所述下行导频信号和所述训练信号分别分割成等长的M个部分；

将所述下行导频信号的M个部分分别与对应的所述训练信号的M个部分进行局部相关处理，得到M个局部相关值。

优选地，在进行所述频率尝试相关和分段加权处理步骤前，还包括：

根据移动终端的最大频偏，确定移动终端的频偏范围；

在所述频偏范围内，选取多个尝试频偏值，以便用来确定移动终端的实际相关值和实际频偏值。

优选地，所述频率尝试相关和分段加权处理的步骤包括：

利用所选取的某个尝试频偏值，对所述各个局部相关值进行相位旋转处理，得到各个局部相位旋转相关值；

将所述各个局部相位旋转相关值进行加权处理，得到所述尝试频偏值对应的一个全局相关值。

根据本发明的另一方面，提供了一种移动终端的相关器，包括：

分段相关模块，用于将收到的下行导频信号与预存的训练信号进行分段相关处理，得到各个局部相关值；

频率尝试模块，用于按照预设的多个尝试频偏值，对所述各个局部相关值进行频率尝试相关和分段加权处理，得到对应于所述多个尝试频偏值的多个全局相关值；

峰值搜索模块，用于通过比较所述多个全局相关值，确定用作移动终端实际相关值的最大全局相关值及对应的用作移动终端实际频偏值的尝试频偏值。

优选地，还包括：

分段数量确定模块，用于根据移动终端的最大频偏，得到移动终端的相位旋转最大值，并利用所述相位旋转最大值和预设的相位旋转门限值，确定所述下行导频信号和所述训练信号的分段数量M。

优选地，所述分段相关模块包括：

分段子模块，用于按照所述分段数量M，将所述下行导频信号和所述训练信号分别分割成等长的M个部分；

相关子模块，用于将所述下行导频信号的M个部分分别与对应的所述训练信号的M个部分进行局部相关处理，得到M个局部相关值。

优选地，还包括：

尝试频偏值确定模块，用于根据移动终端的最大频偏，确定移动终端的频偏范围，并在所述频偏范围内，选取多个尝试频偏值，以便用来确定移动终端的实际相关值和实际频偏值。

优选地，所述频率尝试模块包括：

相位旋转子模块，用于利用所选取的某个尝试频偏值，对所述各个局部相关值进行相位旋转处理，得到各个局部相位旋转相关值；

加权处理子模块，用于将所述各个局部相位旋转相关值进行加权处理，得到所述尝试频偏值对应的一个全局相关值。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

1、本发明通过改造相关器结构，使之在较大频偏下具有良好的工作性能；

2、本发明在保证相关性能的基础上，可以大幅度降低尝试相关的复杂度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的移动终端的相关器的实现方法原理框图；

图2是本发明实施例提供的移动通信系统中下行导频信号示意图；

图3是本发明实施例提供的移动终端的相关器的实现方法流程图；

图4是本发明实施例提供的相位旋转与信噪比的关系图表；

图5是本发明实施例提供的分段相关示意图；

图6是本发明实施例提供的本发明与传统相关进行峰值搜索的对比示意图；

图7是本发明实施例提供的本发明与传统相关的复杂度对比示意图；

图8是本发明实施例提供的移动终端的相关器框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例提供的移动终端的相关器的实现方法原理框图，如图1所示，步骤包括：

步骤101、移动终端将收到的下行导频信号与预存的训练信号进行分段相关处理，得到各个局部相关值。

在进行所述分段相关处理前，要预先确定分段数量，也就是说，根据移动终端的最大频偏，得到移动终端的相位旋转最大值，利用所述相位旋转最大值和预设的相位旋转门限值，确定所述下行导频信号和所述训练信号的分段数量M。然后，移动终端按照所述分段数量M，将所述下行导频信号和所述训练信号分别分割成等长的M个部分；再将所述下行导频信号的M个部分分别与对应的所述训练信号的M个部分进行局部相关处理，得到M个局部相关值。其中，所述移动终端的最大频偏通过移动终端的器件类型确定，例如，当移动终端使用裸晶体时，最大频偏为20k～30kHz。

步骤102、按照预设的多个尝试频偏值，对所述各个局部相关值进行频率尝试相关和分段加权处理，得到对应于所述多个尝试频偏值的多个全局相关值。

在进行所述频率尝试相关和分段加权处理步骤前，要预先设置多个尝试频偏值，也就是说，根据移动终端的最大频偏，确定移动终端的频偏范围；在所述频偏范围内，选取多个尝试频偏值，以便用来确定移动终端的实际相关值和实际频偏值。然后，利用所选取的某个尝试频偏值，对所述各个局部相关值进行相位旋转处理，得到各个局部相位旋转相关值；将所述各个局部相位旋转相关值进行加权处理，得到所述尝试频偏值对应的一个全局相关值。

步骤103、通过比较所述多个全局相关值，确定用作移动终端实际相关值的最大全局相关值及对应的用作移动终端实际频偏值的尝试频偏值。

以下结合附图2至附图7进行深入说明。

一般移动通信系统中，下行导频信号以广播形式在整个小区中下发，并且周期性重复，以图2为例，r(n)为接收的导频信号，s(n)为本地已知的训练信号，n为采样点序号，N为导频信号/训练信号的长度。一般相关运算按照下面公式来执行：

上述公式在无频偏或频偏较小的场景下，计算结果准确，但当系统存在较大频偏时，上述公式就会存在降低相关峰值甚至使相关失败的问题。

在存在未知的较大频偏的场景下，常规做法是尝试频偏补偿法，比如假设未知频偏在±20kHz以内，那么按照系统频偏比如为0、±5kHz、±10kHz、±15kHz、±20kHz这几个频偏来进行尝试相关，共需要尝试9次相关，设尝试的频偏为f，符号速率为fs，符号周期为Ts＝1/fs，导频持续N个符号周期，那么常规的尝试相关按照下式来执行：

从上式中，j表示虚数因子，即s^*(n)表示对s(n)求共轭运算。这里可以看出，在进行不同频率的多次相关尝试时，复杂度会大幅提高：

a、首先，需要在最大频偏范围内，按照一定的补偿进行多次尝试相关运算；

b、其次，在接收的导频信号中，每个符号都需要乘上相位旋转e^{j*2π*f*(n-1)Ts}。

本发明可以大幅度降低尝试相关的复杂度，并且基本达到尝试相关相同性能。本发明流程如图3所示，步骤包括：

步骤一、数据分段。

数据分段存在两个环节：对接收的导频信号进行分段，设导频信号长度为N，划分为等长的M份，每份长度为L＝N/M。同样地，对本地预存的训练信号进行分段。

分段的准则，首先分析大频偏可能的范围，比如在裸晶体方案下，最大频偏大约在±30kHz，其次需要考虑训练信号的长度及符号率，最后折算到分段后的前后相位旋转多少等条件综合来考虑。分段后的首尾数据在频偏下相位旋转过大，会影响相关性能，相位旋转过小就意味着整个训练信号长度上分段过细过多，会导致复杂度上升较多，比如要求一个分段内首尾数据的最大相位旋转不超过π/4。下面给出一个实例：

在WCDMA的P-SCH导频信道，长256码片，裸晶体最大频偏为±30kHz，假设为+30kHz，那么如果不分段，训练码首尾符号上由于频偏引起的相位旋转为：

也就是说，由于可能存在的大频偏，会导致P-SCH导频信道在256个码片时间内相位旋转就达到了4π，如果直接进行相关，会导致无法得出相关峰值，导致检测失败。

按照相位旋转门限值为π/4，需要分段的段数为4π÷π/4＝16，每段长度为256/16＝16个码片。

下面我们来推导相位旋转与信道比的恶化关系。

假设分段后段内接收的导频信号长度为2×A，第一个和最后一个符号的相位旋转为θ和-θ，再假设训练码为全1，那么信号强度S和噪声强度N分别为：

SNR＝S/N (6)

当A很大时，信噪比SNR与A无关，θ取不同值的信噪比数值计算如图4所示。

相关峰计算时，一般只需找出相关峰值即可，结合仿真，一般相位旋转在π/4至π/2之间，相关性能影响不大。

那么分段后，段内首尾符号的相位旋转不超过上述π/4至π/2之间的范围即可。

步骤二、分段相关，即局部相关。

局部相关示意图如图5所示，图5中，将接收的下行导频信号进行分段相关，获得M个局部相关值R(1)、R(2)、…、R(M)，局部相关按照下述公式来执行：

其中，R(m)为复数形式，是第m个部分的局部相关值，L为分段长度，r(l+(m-1)*L)为第m个部分的第l+(m-1)*L位的导频符号或导频码，s^*(l+(m-1)*L)为第m个部分的第l+(m-1)*L位的训练符号或训练码的共轭。

步骤三、频率尝试相关和分段加权

这一步骤中，将需要尝试的频偏值在局部相关值基础上进行相位旋转的全局相关，如下式所示：

其中，|X|表示对复数X进行求模运算，f为尝试频偏值，Ts为符号周期或码片周期。

经过上述步骤，实现了相关运算，并获得了全局相关值R。对不同的尝试频偏值f，就可以获得多个全局相关值R。

步骤四、峰值搜索。

对上述步骤三中，根据不同的尝试频偏值，获得多个全局相关值R，比较这些全局相关值，选择最大值作为实际相关值，同时输出系统存在的实际频偏值。

接下来我们来分析一下传统相关及我们这里提出先局部相关、再全局相关实现相关运算的复杂度比较：

传统相关，假设需要进行F次频率尝试相关，那么需要按照公式(2)执行F次全相关，并且每次相关运算时，如果尝试的频率f不为0时，都需要进行逐符号的相位旋转运算；

而这里我们提出的相关法，需要按照公式(3)执行M次长度L的局部相关，这一步总体复杂度与一次全相关运算(公式(1))的复杂度一样；然后频率尝试上按照公式(8)，执行F次长度为M的相关累加，由于M＝N/L<N，复杂度上比传统频率尝试法要小得多。

下面以WCDMA系统中的P-SCH相关为例来说明本发明。P-SCH长度为N＝256个码片，M取16段，每份长度L＝N/M＝16个码片，假设系统初始频偏为18kHz，按照每5kHz进行尝试相关，尝试0、±5kHz、±10kHz、±15kHz、±20kHz、±25kHz、±30kHz共13个点，按照上述传统相关法以及本发明提出的局部相关法，相关值如图6所示。从表中可以看出，两种算法都能够找到相关峰值，在0.96附近，并且对应的频偏在20kHz点上。

按照上述例子所述，按照13次频偏尝试来计算，传统相关及本发明的分段相关法，复杂度分析对比如图7所示。

图8是本发明实施例提供的移动终端的相关器框图，如图8所示，包括：

分段数量确定模块用于根据移动终端的最大频偏，得到移动终端的相位旋转最大值，并利用所述相位旋转最大值和预设的相位旋转门限值，确定所述下行导频信号和所述训练信号的分段数量M。

分段相关模块用于将收到的下行导频信号与预存的训练信号进行分段相关处理，得到各个局部相关值。进一步地，所述分段相关模块包括分段子模块和相关子模块，所述分段子模块用于按照所述分段数量M，将所述下行导频信号和所述训练信号分别分割成等长的M个部分；所述相关子模块用于将所述下行导频信号的M个部分分别与对应的所述训练信号的M个部分进行局部相关处理，得到M个局部相关值。

尝试频偏值确定模块用于根据移动终端的最大频偏，确定移动终端的频偏范围，并在所述频偏范围内，选取多个尝试频偏值，以便用来确定移动终端的实际相关值和实际频偏值。

所述频率尝试模块用于按照预设的多个尝试频偏值，对所述各个局部相关值进行频率尝试相关和分段加权处理，得到对应于所述多个尝试频偏值的多个全局相关值。进一步地，所述频率尝试模块包括相位旋转子模块和加权处理子模块，所述相位旋转子模块用于利用所选取的某个尝试频偏值，对所述各个局部相关值进行相位旋转处理，得到各个局部相位旋转相关值；所述加权处理子模块，用于将所述各个局部相位旋转相关值进行加权处理，得到所述尝试频偏值对应的一个全局相关值。

峰值搜索模块，用于通过比较所述多个全局相关值，确定用作移动终端实际相关值的最大全局相关值及对应的用作移动终端实际频偏值的尝试频偏值。

本发明所述移动终端的相关器在较大的随机频偏场景下具有良好的工作性能和较低的复杂度，分段后，首尾相位旋转不超过一定的门限，比如pi/4到pi/2之间。

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 (8)

1.一种移动终端的相关器的实现方法，其特征在于，包括：

移动终端将收到的下行导频信号与预存的训练信号进行分段相关处理，得到各个局部相关值；

按照预设的多个尝试频偏值，对所述各个局部相关值进行频率尝试相关和分段加权处理，得到对应于所述多个尝试频偏值的多个全局相关值；

通过比较所述多个全局相关值，确定用作移动终端实际相关值的最大全局相关值及对应的用作移动终端实际频偏值的尝试频偏值；

其中，所述分段相关处理的步骤包括：

按照所述下行导频信号和所述训练信号的分段数量M，将所述下行导频信号和所述训练信号分别分割成等长的M个部分；

将所述下行导频信号的M个部分分别与对应的所述训练信号的M个部分进行局部相关处理，得到M个局部相关值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行所述分段相关处理前，还包括：

根据移动终端的最大频偏，得到移动终端的相位旋转最大值；

利用所述相位旋转最大值和预设的相位旋转门限值，确定所述下行导频信号和所述训练信号的分段数量M。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行所述频率尝试相关和分段加权处理步骤前，还包括：

根据移动终端的最大频偏，确定移动终端的频偏范围；

在所述频偏范围内，选取多个尝试频偏值，以便用来确定移动终端的实际相关值和实际频偏值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述频率尝试相关和分段加权处理的步骤包括：

利用所选取的某个尝试频偏值，对所述各个局部相关值进行相位旋转处理，得到各个局部相位旋转相关值；

将所述各个局部相位旋转相关值进行加权处理，得到所述尝试频偏值对应的一个全局相关值。

5.一种移动终端的相关器，其特征在于，包括：

分段相关模块，用于将收到的下行导频信号与预存的训练信号进行分段相关处理，得到各个局部相关值；

频率尝试模块，用于按照预设的多个尝试频偏值，对所述各个局部相关值进行频率尝试相关和分段加权处理，得到对应于所述多个尝试频偏值的多个全局相关值；

峰值搜索模块，用于通过比较所述多个全局相关值，确定用作移动终端实际相关值的最大全局相关值及对应的用作移动终端实际频偏值的尝试频偏值；

所述分段相关模块包括：

分段子模块，用于按照所述下行导频信号和所述训练信号的分段数量M，将所述下行导频信号和所述训练信号分别分割成等长的M个部分；

相关子模块，用于将所述下行导频信号的M个部分分别与对应的所述训练信号的M个部分进行局部相关处理，得到M个局部相关值。

6.根据权利要求5所述的相关器，其特征在于，还包括：

分段数量确定模块，用于根据移动终端的最大频偏，得到移动终端的相位旋转最大值，并利用所述相位旋转最大值和预设的相位旋转门限值，确定所述下行导频信号和所述训练信号的分段数量M。

7.根据权利要求5所述的相关器，其特征在于，还包括：

尝试频偏值确定模块，用于根据移动终端的最大频偏，确定移动终端的频偏范围，并在所述频偏范围内，选取多个尝试频偏值，以便用来确定移动终端的实际相关值和实际频偏值。

8.根据权利要求7所述的相关器，其特征在于，所述频率尝试模块包括：

相位旋转子模块，用于利用所选取的某个尝试频偏值，对所述各个局部相关值进行相位旋转处理，得到各个局部相位旋转相关值；

加权处理子模块，用于将所述各个局部相位旋转相关值进行加权处理，得到所述尝试频偏值对应的一个全局相关值。