CN108243125B - 自动频率控制器及方法与无线通信装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供自动频率控制器、自动频率控制方法、无线通信装置、和/或无线通信方法。用于校正基站与终端之间的频率偏移的自动频率控制器包括：至少一个处理器，以通信方式耦合到存储器并被配置成执行存储在所述存储器中的计算机可读指令以：根据从所述基站接收的参考信号来获得相位估计值；基于所述相位估计值将下行链路信道分类为高速列车(HST)信道或非高速列车信道；根据所述经分类的下行链路信道来调整环路增益；基于所述相位估计值及所述环路增益来计算相位误差；使用所述相位误差来校正所述频率偏移；以及在校正所述频率偏移之后，与所述基站进行通信。据此，自动频率控制器可在高速列车信道的情形中调整环路增益。

Description

自动频率控制器及方法与无线通信装置及方法
[相关申请的交叉参考]
本申请主张在2016年12月23日在韩国知识产权局提出申请的韩国专利申请第10-2016-0177947号的权利，所述韩国专利申请的公开内容全文并入本案供参考。
技术领域
一些示例性实施例涉及无线通信，且更具体来说，涉及用于校正基站与终端之间的频率偏移的自动频率控制器、自动频率控制方法、包括自动频率控制器的无线通信装置、及/或无线通信方法。
背景技术
在无线通信系统中，终端利用本地振荡器将射频(radio frequency，RF)信号转换成基频信号，且由于本地振荡器与基站独立，因此可能会出现载波频率偏移。另外，当在终端与基站之间存在相对移动时，可能会因多普勒效应(Doppler effect)而出现额外的频率偏移。具体来说，在高速列车(high-speed train， HST)环境中，当终端在固定基站之间以高速通过时，多普勒频移可随着时间快速改变，且因此接收性能可能会因频率偏移而劣化。在这种情形中，高速列车信道不仅包括高速移动的列车，而且也包括其中元件高速移动的相似的高速环境。
发明内容
根据一些示例性实施例，提供一种终端的用于校正基站与所述终端之间的频率偏移的自动频率控制器，所述自动频率控制器包括：存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令；以及至少一个处理器，以通信方式耦合到所述存储器并被配置成执行所述计算机可读指令。所述至少一个处理器被配置成根据从所述基站接收的参考信号来获得相位估计值。所述至少一个处理器进一步被配置成基于所述相位估计值将下行链路信道分类为高速列车(HST)信道或非高速列车信道。所述至少一个处理器进一步被配置成根据所述经分类的下行链路信道来调整环路增益。所述至少一个处理器进一步被配置成基于所述相位估计值及所述环路增益来计算相位误差。所述至少一个处理器进一步被配置成使用所述相位误差来校正所述频率偏移。此外，所述至少一个处理器被配置成在校正所述频率偏移之后，与所述基站进行通信。
根据一些示例性实施例，存在一种终端的用于校正基站与所述终端之间的频率偏移的自动频率控制器，所述自动频率控制器包括：存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令；以及至少一个处理器，以通信方式耦合到所述存储器并被配置成执行所述计算机可读指令。所述至少一个处理器被配置成基于从所述基站接收的参考信号将下行链路信道分类为高速列车(HST)信道或非高速列车信道，所述参考信号包含所述频率偏移。所述至少一个处理器进一步被配置成当所述下行链路信道被分类为所述高速列车信道时，将环路增益确定为可变环路增益。所述至少一个处理器进一步被配置成当所述下行链路信道被分类为所述非高速列车信道时，将所述环路增益确定为固定环路增益。所述至少一个处理器进一步被配置成基于将所述环路增益确定为可变环路增益来调整所述环路增益。所述至少一个处理器进一步被配置成根据所述可变环路增益或所述固定环路增益中的一个，从所述参考信号计算与所述频率偏移对应的值。所述至少一个处理器进一步被配置成使用所述值来校正所述频率偏移。此外，所述至少一个处理器进一步被配置成在校正所述频率偏移之后，与所述基站进行通信。
根据一些示例性实施例，存在一种由终端执行的自动频率控制方法，所述方法包括：从自基站接收的参考信号获得相位估计值。所述方法进一步包括基于所述相位估计值将下行链路信道分类为高速列车 (HST)信道或非高速列车信道。所述方法进一步包括当所述下行链路信道被分类为所述高速列车信道时，将环路增益确定为可变环路增益。所述方法进一步包括当所述下行链路信道被分类为所述非高速列车信道时，将所述环路增益确定为固定环路增益。所述方法进一步包括基于将所述环路增益确定为可变环路增益来调整所述环路增益。所述方法进一步包括基于所述相位估计值、以及基于所述可变环路增益或所述固定环路增益中的至少一个来产生相位误差。所述方法进一步包括根据所述相位误差来校正与所述基站的频率偏移。此外，所述方法包括在校正所述频率偏移之后，与所述基站进行通信。
根据一些示例性实施例，提供一种由终端执行的无线通信方法，所述方法包括：从基站接收射频(RF) 信号。所述方法进一步包括产生具有本地振荡频率的振荡信号。所述方法进一步包括基于所述射频信号及所述振荡信号来产生基频信号。所述方法进一步包括基于所述基频信号中所包含的参考信号，将下行链路信道分类为高速列车(HST)信道或非高速列车信道。所述方法进一步包括当所述下行链路信道被分类为所述高速列车信道时，将所述环路增益确定为可变环路增益。所述方法进一步包括当所述下行链路信道被分类为所述非高速列车信道时，将所述环路增益确定为固定环路增益。所述方法进一步包括基于将所述环路增益确定为可变环路增益来调整所述环路增益。所述方法进一步包括基于所述环路增益来从所述参考信号产生相位误差；基于所述相位误差来调整所述本地振荡频率。此外，所述方法包括使用所述经调整的本地振荡频率与所述基站进行通信。
根据一些示例性实施例，提供一种无线通信装置，所述无线通信装置包括：存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令；以及至少一个处理器，以通信方式耦合到所述存储器并被配置成执行所述计算机可读指令。所述至少一个处理器被配置成从基站接收输入信号，所述输入信号具有载波频率且包含参考信号。所述至少一个处理器进一步被配置成产生具有第一振荡频率的第一振荡信号。所述至少一个处理器进一步被配置成使用所述输入信号及所述第一振荡信号产生基频信号，所述基频信号包含所述参考信号。所述至少一个处理器进一步被配置成使用所述基频信号、基于所述参考信号来产生至少一个信道估计值；计算所述至少一个信道估计值的差分相关性。所述至少一个处理器进一步被配置成基于所述所计算差分相关性来计算相位估计值。所述至少一个处理器进一步被配置成基于所述相位估计值，将与所述基站对应的信道分类为高速列车(HST)信道或非高速列车信道中的一个。所述至少一个处理器进一步被配置成基于对所述信道的所述分类来确定环路增益；基于所述相位估计值及所述环路增益来确定相位误差。所述至少一个处理器进一步被配置成使用所述相位误差来估计载波频率偏移。所述至少一个处理器进一步被配置成产生用于使所述第一振荡频率与所述载波频率匹配的频率控制信号。所述至少一个处理器进一步被配置成基于所述频率控制信号来产生具有第二振荡频率的第二振荡信号。此外，所述至少一个处理器被配置成使用所述第二振荡信号来与所述基站进行通信。
附图说明
结合附图阅读以下详细说明，将更清楚地理解一些示例性实施例，在附图中：
图1是根据一些示例性实施例的无线通信系统的方块图。
图2是示出多普勒功率谱随着多径衰落信道(multipath fading channel)的频率而变化的曲线图。
图3是示出在高速列车(HST)环境中随时间变化的多普勒频移的曲线图。
图4是说明根据一些示例性实施例的无线通信装置的组件的方块图。
图5是说明根据一些示例性实施例的自动频率控制器(automatic frequencycontroller，AFC)的组件的方块图。
图6示出根据一些示例性实施例的被映射到子帧的参考符号。
图7是根据一些示例性实施例的图5所示数字环路滤波器的组件的方块图。
图8是示出根据一些示例性实施例的多普勒频移估计值根据不同的环路增益而变化的曲线图。
图9是说明根据一些示例性实施例的自动频率控制方法的流程图。
图10A示出扩展典型城市模型(Extended Typical Urban model，ETU)300Hz信道的相位估计值的机率分布。
图10B示出高速列车信道的相位估计值的机率分布。
图11是说明根据一些示例性实施例的自动频率控制器的方块图，所述自动频率控制器包括使用相位估计值的统计特性的无线信道分类器。
图12是说明根据一些示例性实施例的基于相位估计值的统计特性的无线信道分类方法的流程图。
图13是说明根据一些示例性实施例的环路增益控制方法的流程图。
图14是说明根据一些示例性实施例的自动频率控制器的方块图，所述自动频率控制器包括使用基于训练数据的机械学习方法的无线信道分类器。
图15是根据一些示例性实施例的更详细地说明图14所示无线信道分类器的方块图。
图16说明根据一些示例性实施例的从训练数据获得的支持向量机(SupportVector Machine，SVM) 分类器。
图17是说明根据一些示例性实施例的使用支持向量机分类器的无线信道分类方法的流程图。
图18A示出根据一些示例性实施例的在实际高速列车环境中，在列车速度为100km/h或小于100 km/h时所测量的数据的分布。
图18B示出根据一些示例性实施例的在实际高速列车环境中，在列车速度为280km/h或大于280 km/h时所测量的数据的分布。
图19是说明根据一些示例性实施例的用于校正载波频率偏移的无线通信方法的流程图。
图20A说明根据一些示例性实施例的当在高速列车信道中将可变环路增益应用到数字环路滤波器时的接收性能。
图20B说明根据一些示例性实施例的当在高速列车信道中将固定环路增益应用到数字环路滤波器时的接收性能。
[符号的说明]
1：无线通信系统
2：下行链路信道
4：上行链路信道
10：终端
10a：无线通信装置
20：基站
21：曲线
31：多普勒频移
32：粗直线
33：区域/虚线区域
100、100a、100b：自动频率控制器
110：信道估计器
120：差分相关器
130、130'：相位估计器
135、135'：绝对值计算器
140：相位限制器
150、150A、150B：无线信道分类器
151：移动平均值计算器
152：移动方差计算器
153：无限脉冲响应滤波器
154：限制器
155：确定器
156：支持向量机分类器
157：支持向量机推导单元
158：训练数据提供器
159：真实数据提供器
160：环路增益控制器
161：第一分离超平面
162：第二分离超平面
163：第三分离超平面
164：第四分离超平面
170：数字环路滤波器
171：第一放大器
172：第二放大器
173：第一加法器
174：延迟区块
175：第二加法器
180：频率偏移补偿器
181：分离超平面
200：天线
201a、201b、202a、202b、203a、203b、204a、204b：曲线图
300：射频电路
300a：模拟混频器
400：本地振荡器
500：模拟/数字转换器/ADC
600：数字混频器
BS：基频信号
DCDS：经下变频的数字信号
DS：数字信号
FCTR：频率控制信号
FCTR1：第一频率控制信号
FCTR2：第二频率控制信号
IN：输入信号
OS：振荡信号
PE：相位估计值
|PE|：相位估计值的绝对值
PED：相位估计值差值
|PED|：相位估计值差值的绝对值
RS：参考符号
S110、S120、S130、S140、S150、S160、S170、S210、S220、S230、S240、S250、S260、S310、 S320、S330、S340、S350、S360、S370、S380、S410、S420、S430、S440、S450、S500、S510、S520、 S530、S540、S550、S560、S570、S580：操作
SLOT1、SLOT2：时隙
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细阐述一些示例性实施例。
图1是根据一些示例性实施例的无线通信系统1的方块图。
参照图1，无线通信系统1可包括终端10及基站20，且终端10与基站20可经由下行链路信道2及上行链路信道4与彼此通信。终端10可包括基频处理单元(basebandprocessing unit，BPU)、天线200、射频(RF)电路300、及本地振荡器400。基频处理单元可包括自动频率控制器(AFC)100。尽管图中未示出，然而基频处理单元可进一步包括其他组件，例如模拟/数字转换器。终端10的任意或所有组件(例如，基频处理单元、天线200、射频电路300、本地振荡器400、及自动频率控制器100)可为包括模拟电路及/或数字电路的硬件区块，且可为包括由处理器等执行的多个指令的软件区块。举例来说，自动频率控制器100可在调制解调器芯片中实作。本文所述由基频处理单元、天线200、射频电路300、本地振荡器400、及自动频率控制器100中的任意或所有者执行的操作可通过至少一个处理器执行程序代码来执行，所述程序代码包括与所述操作对应的存储在存储器中的指令。示例性实施例中使用的用语‘处理器’可指代例如由硬件实作的数据处理装置，所述由硬件实作的数据处理装置具有在实体上被构造成用于执行所期望操作的电路系统，所述所期望操作包括例如由程序中所包含的代码及/或指令表示的操作。在至少一些示例性实施例中，以上提及的由硬件实作的数据处理装置可包括但不限于微处理器、中央处理器(central processingunit，CPU)、处理器核心、多核心处理器、多处理器、应用专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)、及现场可编程门阵列(field programmable gatearray，FPGA)。
终端10可为无线通信装置且可指代可与基站20进行通信以传输及接收数据及/或控制信息的各种装置。举例来说，终端10可被称为用户设备(User Equipment，UE)、移动站(Mobile Station，MS)、移动终端(Mobile Terminal，MT)、用户终端(User Terminal，UT)、用户站(Subscriber Station，SS)、无线装置、便携式装置、物联网装置(Internet ofThings device，IoT)等。基站20可指代与终端10及/或与另一基站进行通信的固定站，且可与终端10及/或其他基站进行通信以传输及接收数据及/或控制信息。举例来说，基站20可被称为节点B、演化节点B(evolved Node B，eNB)、基站收发系统(Base TransceiverSystem，BTS)、接入点(Access Point，AP)等。
终端10与基站20之间的无线通信网络可通过共享可用网络资源来支持多个用户的通信。举例来说，在无线通信网络中，可以例如以下各种方式来传输信息：码分多址(CodeDivision Multiple Access，CDMA)、频分多址(Frequency Division Multiple Access，FDMA)、时分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)、正交频分多址(OrthogonalFrequency Division Multiple Access，OFDMA)、及单载波频分多址(Single CarrierFrequency Division Multiple Access，SC-FDMA)。
终端10可经由下行链路信道2接收由基站20传输的信号。下行链路信道2的特性可因终端10及基站20的状态及/或环境条件而随时间改变。举例来说，当终端10处于高速列车(HST)环境中时，多普勒频移相对于时间的变化可相对大。在另一个实例中，当终端10处于多径衰落环境中时，多普勒频移相对于时间的变化可相对小。在下文中，将详细阐述终端10的组件。
射频电路300可通过天线200接收由基站20传输的输入信号IN，且可从本地振荡器400接收振荡信号OS。射频电路300可输出从输入信号IN与振荡信号OS推导出的基频信号BS。输入信号IN可为具有高中心频率(center frequency)的射频信号，且振荡信号OS可具有与载波对应的本地振荡频率。举例来说，射频电路300可被实作为模拟下变频混频器(analog down-conversion mixer)且可通过对输入信号 IN的频率进行下变频来产生基频信号BS。在这种情形中，当本地振荡频率与输入信号IN的载波频率不匹配时，可能会出现载波频率偏移。具体来说，载波频率偏移在高速列车信道环境中可能会进一步增大。
自动频率控制器100可校正基站20与终端10之间的频率偏移。具体来说，自动频率控制器100可接收基频信号BS并估计载波频率偏移以产生频率控制信号FCTR，频率控制信号FCTR用于使振荡信号 OS的本地振荡频率与输入信号IN的载波频率匹配。
在一些示例性实施例中，自动频率控制器100可通过使用在基频信号BS中包含的参考信号来将下行链路信道2分类为高速列车信道或非高速列车信道，可在下行链路信道2是高速列车信道时调整环路增益，且可在下行链路信道2是非高速列车信道时将环路增益设定为固定值。非高速列车信道可指代除高速列车信道之外的其他无线信道。举例来说，非高速列车信道可指代多径衰落信道，但并非仅限于此。
为模拟无线终端所经历的信道环境并在终端的性能评估中利用所模拟的信道环境，长期演化(Long Term Evolution，LTE)标准会基于各种类型的信道测量数据来定义标准信道模型。由长期演化标准定义的标准信道模型可被划分成多径衰落信道及高速列车信道。后面将参照图2及图3阐述多径衰落信道及高速列车信道。
本地振荡器400可产生振荡信号OS，且可将所产生的振荡信号OS提供至射频电路300，其中振荡信号OS具有根据频率控制信号FCTR而变化的本地振荡频率。终端10可使用具有所产生振荡信号OS的射频电路300而与基站20进行通信。在一些示例性实施例中，终端10可进一步包括位于射频电路300与本地振荡器400之间的锁相环路(Phase Locked Loop，PLL)，且可向锁相环路提供频率控制信号FCTR。在这种情形中，锁相环路可从本地振荡器400接收振荡信号OS，且可根据频率控制信号FCTR而从振荡信号OS产生载波信号并将所产生的载波信号提供至射频电路300。锁相环路可为包括模拟电路及/或数字电路的硬件区块，且可为包括由处理器等执行的多个指令的软件区块。本文所述由锁相环路执行的操作可通过至少一个处理器执行程序代码来执行，所述程序代码包括与所述操作对应的存储在存储器中的指令。
图2是示出多普勒功率谱随着多径衰落信道的频率而变化的曲线图。参照图2，横轴表示频率且纵轴表示多普勒功率谱。多径衰落信道可被定义为多径延迟轮廓(multipathdelay profile)的组合且可根据延迟扩散而被分类为扩展步行者A模型(Extendedpedestrian A model，EPA)、扩展车辆A模型(Extended Vehicular A model，EVA)、及扩展典型城市模型(ETU)。假设每一个延迟选项卡都具有以下在公式1 中示出的多普勒功率谱。
[公式1]
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000071
此处，fmax表示上限多普勒频率，且在长期演化标准中，将5Hz、70Hz、及300Hz定义为fmax的代表值。曲线21示出当fmax是5Hz时的多普勒功率谱。曲线21的对称形式(即，U形)是通过以下假设而得到：所接收的多径信号的方向在间隔[0，2π)中是均匀分布的。根据一些示例性实施例的技术理念，自动频率控制器可在非高速列车信道(例如，多径衰落信道)的情形中使环路增益固定。
图3是示出在高速列车环境中随时间而变化的多普勒频移的曲线图。参照图3，横轴表示时间且纵轴表示多普勒频移。在本说明书中，“高速列车环境”可被定义为具有给定的多普勒频移轨迹的非衰落传播信道环境。在高速列车环境中，可如以下公式2所示来建立多普勒频移31的模型。
[公式2]
fs(t)＝fmaxcosθ(t)
此处，fs表示多普勒频移，且fmax表示上限多普勒频率。cosθ(t)通过以下公式3来表达。
[公式3]
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000081
此处，Ds/2表示基站20与列车之间的初始距离，Dmin表示基站20与列车之间的最短距离，v表示列车的速度，且t表示时间。
当终端10处于高速列车环境中时，因终端10与基站20之间的相对移动而存在其中多普勒频移如粗直线32一般发生骤变的区段。载波频率偏移可能会因多普勒频移的骤变而增大，且终端10的接收性能可能会劣化。后面将参照图8阐述由虚线表示的区域33。
在本说明书中，“高速列车信道”可指代其中多普勒频移在高速列车信道环境中随时间而改变的量等于或大于门限值的信道。举例来说，在高速列车环境中与粗直线32对应的时间间隔中，下行链路信道2 可对应于高速列车信道。因此，即使终端10处于高速列车环境中，下行链路信道2也可能不始终对应于高速列车信道。举例来说，在高速列车环境中不与粗直线32对应的时间间隔中，下行链路信道2可不对应于高速列车信道。根据一些示例性实施例的技术理念，自动频率控制器可在高速列车信道的情形中调整环路增益。
图4是说明根据一些示例性实施例的无线通信装置10a的组件的方块图。参照图4，无线通信装置 10a可包括模拟混频器300a、本地振荡器400、模拟/数字转换器(在下文中称为”ADC”)500、数字混频器 600、及自动频率控制器100。无线通信装置10a可对应于图1所示终端10的一些示例性实施例，且将不再对重复的说明予以赘述。无线通信装置10a的任意或所有组件(例如，模拟混频器300a、本地振荡器400、模拟/数字转换器500、数字混频器600、及自动频率控制器100)可为包括模拟电路及/或数字电路的硬件区块，且可为包括由处理器等执行的多个指令的软件区块。举例来说，自动频率控制器100可在调制解调器芯片中实作。本文所述由模拟混频器300a、本地振荡器400、模拟/数字转换器500、数字混频器600、及自动频率控制器100中的任意或所有者执行的操作可通过至少一个处理器执行程序代码来执行，所述程序代码包括与所述操作对应的存储在存储器中的指令。
模拟混频器300a可接收输入信号IN及振荡信号OS，且可通过以振荡信号OS的本地振荡频率对输入信号IN的频率进行下变频来产生基频信号BS。在一些示例性实施例中，模拟混频器300a可对应于图1 所示射频电路300的实作方式。本地振荡器400可输出振荡信号OS，振荡信号OS具有根据从自动频率控制器100接收的第一频率控制信号FCTR1而变化的本地振荡频率。在一些示例性实施例中，无线通信装置10a使用本地振荡频率来与基站20进行通信。
模拟/数字转换器500可通过对基频信号BS执行模拟/数字转换来产生数字信号DS。数字混频器600 可根据从自动频率控制器100接收的第二频率控制信号FCTR2对数字信号DS执行下变频，且因此，载波频率偏移可得到补偿。数字混频器600可将经下变频的数字信号DCDS提供至自动频率控制器100。
在一些示例性实施例中，无线通信装置10a可不包括数字混频器600且可包括位于自动频率控制器 100与本地振荡器400之间的脉冲密度调制(pulse density modulation，PDM)区块。所述脉冲密度调制区块可接收自动频率控制器100的输出(具体来说，自动频率控制器100中所包括的环路滤波器(例如，图 5中的数字环路滤波器170)的输出)，并执行脉冲密度调制，且可将作为结果而产生的数字信号提供至本地振荡器400。脉冲密度调制区块可为包括模拟电路及/或数字电路的硬件区块，且可为包括由处理器等执行的多个指令的软件区块。本文所述由脉冲密度调制区块执行的操作可通过至少一个处理器执行程序代码来执行，所述程序代码包括与所述操作对应的存储在存储器中的指令。
图5是说明根据一些示例性实施例的自动频率控制器(例如，图1的自动频率控制器100)的组件的方块图。参照图5，自动频率控制器100可包括信道估计器110、差分相关器120、相位估计器130、相位限制器140、无线信道分类器150、环路增益控制器160、数字环路滤波器170、及频率偏移补偿器180。在一些示例性实施例中，自动频率控制器100可不包括频率偏移补偿器180。自动频率控制器100中所包括的任意或所有组件(例如，信道估计器110、差分相关器120、相位估计器130、相位限制器140、无线信道分类器150、环路增益控制器160、数字环路滤波器170、及频率偏移补偿器180)可为包括模拟电路及/或数字电路的硬件区块，且可为包括由处理器等执行的多个指令的软件区块。本文所述由信道估计器 110、差分相关器120、相位估计器130、相位限制器140、无线信道分类器150、环路增益控制器160、数字环路滤波器170、及频率偏移补偿器180中的任意或所有者执行的操作可通过至少一个处理器执行程序代码来执行，所述程序代码包括与所述操作对应的存储在存储器中的指令。
信道估计器110可通过对从基站(例如，图1所示基站20)接收的参考信号执行信道估计来输出信道估计值。所述参考信号可包含于从基站接收的输入信号IN中。举例来说，参考信号可被称为导频符号 (pilot symbol)或小区特定参考信号(cell-specificreference signal，CRS)符号。在下文中，将参照图6 详细阐述参考符号。
图6示出根据一些示例性实施例的被映射到子帧的参考符号RS。参照图6，横轴表示时间且纵轴表示频率。举例来说，根据长期演化标准，资源区块在频域中包括12个副载波且在时域中包括1个时隙(0.5 ms)，且两个时隙SLOT1及SLOT2构成一个子帧(1ms)。基站可对每一个下行链路子帧在所定义的时频位置处传输参考符号RS以进行信道估计。因此，在一个子帧中总共可存在八个参考符号RS。
再次参照图5，差分相关器120可通过计算从信道估计器110输出的信道估计值的差分相关来输出差分相关结果。由于频率偏移对整个频宽中的所有副载波具有近似相同的影响，因此差分相关器120可如公式4所示通过以下方式来计算差分相关：将当前时间索引的信道估计值乘以前一时间索引的信道估计值的复共轭(complex conjugate)并对乘积结果进行累加。
[公式4]
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000091
此处，hn[k]表示时间索引为n、且副载波为k处的信道估计值，且L表示频域中的参考符号RS的数目。m及n表示时域中的索引，其中m与n不相等，且假设在m与n之间不存在频率随着时间的变化。
相位估计器130可由从差分相关器120输出的差分相关结果来计算相位估计值。相位估计值可指代相位差值的估计值。相位差值可与载波频率与本地振荡频率之间的误差成比例。具体来说，相位估计器130 可如以下公式5所示对相位估计值进行计算。
[公式5]
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000101
此处，∠(·)表示复数相位。公式5所示的计算可由坐标旋转数字计算机(coordinate rotation digital computer，CORDIC)来高效地实施。
相位限制器140可对相位估计值进行限制以使得从相位估计器130输出的相位估计值的量值小于或等于上限相位估计值。具体来说，相位限制器140的输出可由以下公式6来表达。
[公式6]
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000102
此处，φth是数字环路滤波器170中所允许的相位估计值的最大值(即上限相位估计值)。如上所述，根据一些示例性实施例，由于自动频率控制器100包括相位限制器140，因而自动频率控制器100可减小或防止出现过大的相位估计误差，从而改善在低信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR)环境中的频率误差跟踪性能。
数字环路滤波器170可基于从环路增益控制器160接收到的环路增益及相位限制器140的输出来输出与频率偏移对应的相位误差。在这种情形中，相位误差可为来自由相位估计器130输出的相位估计值的处理值，且具体来说，相位误差可通过对相位估计值进行过滤以移除相位估计值中的噪音来产生。在本说明书中，为清楚地区分相位估测器130的输出与数字环路滤波器170的输出，将数字环路滤波器170的输出称为相位误差或相位偏移。数字环路滤波器170可如以下公式7所示输出相位误差。
[公式7]
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000103
此处，α表示比例环路增益，且β表示积分环路增益。比例环路增益α决定多快地对瞬时相位估计值(例如，相位限制器140的输出
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000104
)作出反映以对频率偏移进行补偿。在下文中，除非当比例环路增益与积分环路增益被清楚地区分时，否则”环路增益”指的是比例环路增益。
根据公式7，当环路增益α减小时，瞬时相位估计值(即，相位限制器140的输出)会轻微地反映在数字环路滤波器170中，且作为结果，数字环路滤波器170缓慢地跟踪信道变化。在这种情形中，数字环路滤波器170可输出具有相对小抖动的稳定相位误差，但可能无法跟踪高速列车信道中的快速的频率变化，且因此，可能会出现性能劣化。相反，当环路增益α增大时，瞬时相位估计值会反映在数字环路滤波器170中，且作为结果，数字环路滤波器170快速地跟踪信道变化。在这种情形中，数字环路滤波器170 可输出具有相对大抖动的不稳定相位误差，这可能会造成低信干噪比区中的性能劣化。在下文中，将参照图7更详细地阐述数字环路滤波器170的配置。
图7是根据一些示例性实施例的图5所示数字环路滤波器170的组件的方块图。参照图7，数字环路滤波器170可包括第一放大器171及第二放大器172、第一加法器173及第二加法器175、及延迟区块 174。数字环路滤波器170的任意或所有组件(例如，第一放大器171、第二放大器172、第一加法器173、第二加法器175、及延迟区块174)可为包括模拟电路及/或数字电路的硬件区块，且可为包括由处理器等执行的多个指令的软件区块。本文所述由第一放大器171、第二放大器172、第一加法器173、第二加法器 175、及延迟区块174中的任意或所有者执行的操作可通过至少一个处理器执行程序代码来执行，所述程序代码包括与所述操作对应的存储在存储器中的指令。
第一放大器171可输出通过将相位限制器140的输出乘以比例环路增益α而获得的值，且第二放大器172可输出通过将相位限制器140的输出乘以积分环路增益β而获得的值。可使用第一加法器173与延迟区块174来对第二放大器172的输出进行积分。第二加法器175可通过使第一放大器171的输出与延迟区块174的输出相加来输出相位误差。
再次参照图5，无线信道分类器150可将下行链路信道2分类为高速列车信道或非高速列车信道。在一些示例性实施例中，无线信道分类器150可基于高速列车信道及非高速列车信道中的相位估计值的统计特性将下行链路信道2分类为高速列车信道或非高速列车信道。这将参照图10A至图13来详细阐述。在一些示例性实施例中，无线信道分类器150可基于在高速列车信道环境及非高速列车信道环境中获得的训练数据来将下行链路信道2分类为高速列车信道或非高速列车信道。这将参照图14至图18B来详细阐述。
环路增益控制器160可根据无线信道分类器150的输出来判断是否要改变环路增益。在一些示例性实施例中，环路增益控制器160可控制比例环路增益，但一些示例性实施例并非仅限于此。在一些示例性实施例中，环路增益控制器160可控制比例环路增益及/或积分环路增益。具体来说，当下行链路信道2 是高速列车信道时，环路增益控制器160可通过调整环路增益来输出可变环路增益。相反，当下行链路信道2是非高速列车信道时，环路增益控制器160可将环路增益确定为固定环路增益。环路增益控制器160 可如以下公式8所示来确定环路增益。
[公式8]
α＝2-K
此处，α是环路增益且K是环路增益索引。举例来说，当下行链路信道2进入高速列车信道时，环路增益控制器160可通过减小环路增益索引K来提高环路增益α。举例来说，当下行链路信道2从高速列车信道脱离时，环路增益控制器160可通过增大环路增益索引K来降低环路增益α。
另外，环路增益控制器160可在环路增益α小于低环路增益门限时将环路增益α确定为下限环路增益，且可在环路增益α大于高环路增益门限时将环路增益α确定为上限环路增益。在一些示例性实施例中，下限环路增益可等于低环路增益门限。在一些示例性实施例中，上限环路增益可等于高环路增益门限。在下文中，将参照图8详细阐述根据环路增益α的数字环路滤波器170的输出。
数字环路滤波器170可基于从环路增益控制器160接收到的环路增益及相位限制器140的输出来输出与频率偏移对应的相位误差。频率偏移补偿器180可根据相位误差来估计频率偏移，并根据所估计的频率偏移来产生用于控制本地振荡频率的频率控制信号。在一些示例性实施例中，频率偏移补偿器180可被实作为脉冲密度调制区块。在一些示例性实施例中，无线通信装置(例如，无线通讯装置10a)使用本地振荡频率来与基站(例如，基站20)进行通信。
图8是示出根据一些示例性实施例的多普勒频移估计值根据不同的环路增益而变化的曲线图。图8 所示曲线图是当信干噪比为0dB时高速列车信道中的多普勒频移估计值的模拟结果。举例来说，图8所示多普勒频移估计值可对应于图3中虚线区域33的实例。在下文中，将同时参照图5及图8进行说明。
参照图8，横轴表示时间且纵轴表示多普勒频移。曲线81表示理想多普勒频移估计值，曲线82表示在环路增益相对大(例如，α＝2-3)时的多普勒频移估计值，且曲线83表示在环路增益相对小(例如，α＝2-6)时的多普勒频移估计值。终端与基站的相对速度和频率偏移之间的关系由以下公式9表达。
[公式9]
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000121
此处，Δf是频率偏移，ΔV是相对速度变化，c是光速，且f0是中心频率(例如，本地振荡频率)。频率偏移与相位误差之间的关系在以下公式10中示出。
[公式10]
φ[n]∝2πΔf
这样一来，由于相位误差与频率偏移成比例，因此可通过相位误差来准确地估计频率偏移。因此，多普勒频移估计值可从由数字环路滤波器170输出的相位误差获得，且多普勒频移估计值的行为可与相位误差的行为相似或相同。在这种情形中，相位误差在频率偏移校正中所反映的延迟可由环路增益确定。
根据一些示例性实施例，环路增益控制器160可在下行链路信道2为高速列车信道时调整环路增益。当环路增益增大时，锁定时间(locking time)可通过快速跟踪多普勒频移的改变而缩短，同时抖动可增大，如在曲线82中一样。当环路增益减小时，抖动可减轻，同时锁定时间可通过不快速地跟踪多普勒频移的改变而增加，如在曲线83中一样。因此，环路增益控制器160可考虑到由环路增益引起的性能折衷关系而根据信道状态适当地改变环路增益。
图9是说明根据一些示例性实施例的自动频率控制方法的流程图。在下文中，将参照图5及图9来阐述自动频率控制方法。根据一些示例性实施例的自动频率控制方法是用于补偿基站与终端之间的频率偏移的方法。举例来说，自动频率控制方法可包括在图5所示自动频率控制器100中以时间序列方式执行的操作。以上参照图5提供的说明也可应用于一些示例性实施例，且将不再对重复的说明予以赘述。
在操作S110中，从参考信号获得相位估计值。相位估计值可指代相位偏移的估计值且可从信道估计值的差分相关结果获得，所述信道估计值是从参考信号中所包含的多个参考符号获得。在一些示例性实施例中，可对相位估计值进行限制以使得所获得的相位估计值小于或等于上限相位估计值。
在操作S120中，使用相位估计值将下行链路信道分类为高速列车信道或非高速列车信道。在一些示例性实施例中，可基于相位估计值的绝对值的移动平均值及移动方差中的至少一个将下行链路信道分类为高速列车信道或非高速列车信道。在一些示例性实施例中，可基于相位估计值的绝对值及相位估计值差值的绝对值中的至少一个将下行链路信道分类为高速列车信道或非高速列车信道。
在操作S130中，判断下行链路信道是否是高速列车信道。如果确定下行链路信道是高速列车信道，则执行操作S140。如果确定下行链路信道不是高速列车信道，则执行操作S150。在操作S140中，对环路增益进行调整。在这种情形中，如果经调整的环路增益小于低环路增益门限，则可将所述环路增益确定为下限环路增益，且如果经调整的环路增益大于高环路增益门限，则可将所述环路增益确定为上限环路增益。在一些示例性实施例中，下限环路增益可等于低环路增益门限。在一些示例性实施例中，上限环路增益可等于高环路增益门限。在操作S150中，将环路增益固定。
在操作S160中，基于所述相位估计值及环路增益来产生相位误差。具体来说，可通过将相位估计值乘以环路增益来测试相位误差。在操作S170中，根据相位误差来校正基站与终端之间的频率偏移。具体来说，可根据相位误差来估计频率偏移，且可通过根据所估计的频率偏移产生频率控制信号来改变本地振荡频率。在一些示例性实施例中，终端可使用经过改变的本地振荡频率来与基站进行通信。
在下文中，将参照图10A至图13给出其中基于高速列车信道及非高速列车信道中的相位估计值的统计特性来对无线信道进行分类的一些示例性实施例的说明。
图10A示出ETU 300Hz信道的相位估计值的机率分布，且图10B示出高速列车信道的相位估计值的机率分布。参照图10A，横轴表示相位估计值且纵轴表示机率。在多径衰落信道中，由于多普勒频移与时间不相关，因而由多普勒频移引起的累加相位估计值不会在一个方向上持续增加，且因此累加相位估计值的平均值接近零。因此，由于累加相位估计值在多径衰落信道中相对小，因而可能不需要自适应环路增益控制。
参照图10B，横轴表示相位估计值且纵轴表示机率。在高速列车信道中，由于多普勒频移在一个方向上持续增加，因此累加相位估计值可相对大。具体来说，多普勒频移的变化越大，出现远离中心的相位估计值(例如，512度或-512度)的机率便越大。因此，为快速地跟踪高速列车信道中的多普勒频移，根据信道环境而定，可能需要自适应环路增益控制。
根据一些示例性实施例，无线信道分类器可基于图10A及图10B中所示的相位估计值的统计特性来确定用于判断下行链路信道是否是高速列车信道的门限值。因此，无线信道分类器可计算实际输入的相位估计值的绝对值的移动平均值及移动方差，并将所计算的移动方差与门限值进行比较来判断下行链路信道是否是高速列车信道。在下文中，将参照图11阐述根据一些示例性实施例的无线信道分类器。
图11是说明根据一些示例性实施例的自动频率控制器(AFC)100a的方块图，自动频率控制器100a 包括使用相位估计值的统计特性的无线信道分类器150A。参照图11，自动频率控制器100a可包括相位估计器130、绝对值计算器135、无线信道分类器150A、环路增益控制器160及数字环路滤波器170。在一些示例性实施例中，自动频率控制器100a对应于图5所示自动频率控制器100，且因此将不再对重复的说明予以赘述。在一些示例性实施例中，自动频率控制器100a可进一步包括图5所示信道估计器110及差分相关器120。在一些示例性实施例中，自动频率控制器100a可进一步包括图5所示相位限制器140及/ 或频率偏移补偿器180，但并非仅限于此。自动频率控制器100a的任意或所有组件(例如，相位估计器130、绝对值计算器135、无线信道分类器150A、环路增益控制器160、数字环路滤波器170、信道估计器 110、差分相关器120、相位限制器140及频率偏移补偿器180)可为包括模拟电路及/或数字电路的硬件区块，且可为包括由处理器等执行的多个指令的软件区块。本文所述由相位估计器130、绝对值计算器135、无线信道分类器150A、环路增益控制器160、数字环路滤波器170、信道估计器110、差分相关器120、相位限制器140及频率偏移补偿器180中的任意或所有者执行的操作可通过至少一个处理器执行程序代码来执行，所述程序代码包括与所述操作对应的存储在存储器中的指令。
相位估计器130可输出相位估计值PE，且绝对值计算器135可计算相位估计值的绝对值|PE|。无线信道分类器150A可基于相位估计值的绝对值|PE|将下行链路信道(例如，下行链路信道2)分类为高速列车信道或非高速列车信道。无线信道分类器150A可包括移动平均值计算器151及移动方差计算器152。另外，无线信道分类器150A可进一步包括无限脉冲响应(Infinite Impulse Response，IIR)滤波器153及限制器154。另外，无线信道分类器150A可包括确定器155。无线信道分类器150A的任意或所有组件(例如，移动平均值计算器151、移动方差计算器152、无限脉冲响应滤波器153、限制器154及确定器155) 可为包括模拟电路及/或数字电路的硬件区块，且可为包括由处理器等执行的多个指令的软件区块。本文所述由移动平均值计算器151、移动方差计算器152、无限脉冲响应滤波器153、限制器154及确定器155中的任意或所有者执行的操作可通过至少一个处理器执行程序代码来执行，所述程序代码包含与所述操作对应的存储在存储器中的指令。在下文中将详细阐述无线信道分类器150A中所包括的组件的操作。
移动平均值计算器151可计算相位估计值的绝对值|PE|的移动平均值。在一些示例性实施例中，移动平均值计算器151可计算相位估计值的绝对值|PE|的指数加权移动平均值。具体来说，移动平均值计算器 151可通过公式11至公式13来计算移动平均值。
[公式11]
D[n]:＝x[n]–mean[n-1]
此处，x[n]表示第n个时隙中的相位估计值，平均值[n-1]表示在第n-1个时隙中计算的移动平均值， D[n]表示第n个时隙中的相位估计值与在第n-1个时隙中计算的移动平均值之间的差值。
[公式12]
i[n]:＝γ*D[n]
此处，γ是可大于0且小于1(例如，0＜γ＜1)的比例常数，且i[n]决定在下一移动平均值中所反映的 D[n]的多少。第n个时隙中的移动平均值可如以下公式13中所示进行计算。
[公式13]
mean[n]:＝mean[n-1]+i[n]
移动方差计算器152可计算相位估计值的绝对值|PE|的移动方差。在一些示例性实施例中，移动方差计算器152可使用与所计算的移动平均值对应的数据来计算移动方差(如使用公式14所进一步详细解释)。在一些示例性实施例中，移动方差计算器152可计算相位估计值的绝对值|PE|的指数加权移动方差。具体来说，移动方差计算器152可如公式14所示计算移动方差。
[公式14]
variance[n]:＝(1-γ)*(variance[n-1]+D[n]*i[n])
为使从移动方差计算器152输出的移动方差平滑，无限脉冲响应滤波器153可对移动方差执行无限脉冲响应过滤。在一些示例性实施例中，无线信道分类器150A可包括任意其他滤波器来取代无限脉冲响应滤波器153。限制器154可将由无限脉冲响应滤波器153过滤的移动方差限制成上限方差值。
确定器155可通过对从移动方差计算器152输出的移动方差与门限值进行比较来判断下行链路信道 2是高速列车信道还是非高速列车信道，且可将判断结果提供至环路增益控制器160。在一些示例性实施例中，无线信道分类器150A可不包括确定器155，且在这种情形中，环路增益控制器160可基于从限制器154输出的移动方差来判断是否要调整环路增益。
图12是说明根据一些示例性实施例的基于相位估计值的统计特性的无线信道分类方法的流程图。参照图12，根据一些示例性实施例的无线信道分类方法是基于高速列车信道及非高速列车信道中的相位估计值的统计特性来对无线信道进行分类的方法。举例来说，无线信道分类方法可包括在图11所示无线信道分类器150A中以时间序列方式执行的操作。因此，以上参照图11提供的说明也可应用于一些示例性实施例，且将不再对重复的说明予以赘述。
在操作S210中，计算相位估计值的绝对值的移动平均值及移动方差。在操作S220中，判断移动方差是否大于门限值。如果确定移动方差大于门限值，则执行操作S230。否则，则执行操作S240。在操作 S230中，将下行链路信道确定为高速列车信道。在操作S240中，将下行链路信道确定为非高速列车信道。在操作S250中，对移动方差执行过滤。在操作S260中，将所过滤的移动方差限制成上限方差值。
图13是说明根据一些示例性实施例的环路增益控制方法的流程图。参照图13，根据一些示例性实施例的环路增益控制方法是用于根据无线信道的类型来控制环路增益的方法。举例来说，环路增益控制方法可包括在图11所示环路增益控制器160中以时间序列方式执行的操作。以上参照图11提供的说明可应用于一些示例性实施例，且将不再对重复的说明予以赘述。
在操作S310中，判断移动方差variance[n]是否大于上限TH_upper。操作S310中的判断条件可被称为高速列车入口条件(HST entry condition)。作为判断结果，如果移动方差variance[n]大于上限TH_upper，则执行操作S320。相反，如果移动方差variance[n]不大于上限TH_upper，则执行操作S350。
在操作S320中，通过从前一环路增益索引K[n-1]减小环路增益索引K[n]来调整环路增益索引K[n]。如以上在公式8中一样，环路增益可通过α＝2-K来表达，其中环路增益索引是K。举例来说，在操作S320 中，可将环路增益索引值K[n]从前一环路增益索引K[n-1]减小1，但一些示例性实施例并非仅限于此。在操作S330中，判断环路增益索引K[n]是否小于下限环路增益索引Kmin。作为判断结果，如果环路增益索引K[n]小于下限环路增益索引Kmin，则执行操作S340，反之，则结束图13所示过程。在操作S340中，将环路增益索引K[n]设定成等于下限环路增益索引Kmin。
在操作S350中，判断移动方差variance[n]是否小于下限TH_lower。操作S350中的判断条件可被称为高速列车出口条件(HST exit condition)。作为判断结果，如果移动方差variance[n]小于下限TH_lower，则执行操作S360。相反，如果移动方差variance[n]不小于下限TH_lower，则结束图13所示过程。如上所述，如果移动方差variance[n]等于或大于下限TH_lower并等于或小于上限TH_upper，则可将下行链路信道确定为非高速列车信道且可不改变环路增益索引K[n]。
在操作S360中，环路增益索引K[n]是从前一环路增益索引K[n-1]增加。举例来说，在操作S360中，环路增益索引K[n]可从前一环路增益索引K[n-1]增加1，但一些示例性实施例并非仅限于此。在操作S370 中，判断环路增益索引K[n]是否小于上限环路增益索引Kmax。作为判断结果，如果环路增益索引K[n]大于上限环路增益索引Kmax，则执行操作S380，反之，则结束图13所示过程。在操作S380中，将环路增益索引K[n]设定成等于上限环路增益索引Kmax。
在下文中，将参照图14至图18B来阐述基于在高速列车信道环境及非高速列车信道环境中获得的训练数据、通过机器学习方法来对无线信道进行分类的一些示例性实施例。
图14是说明根据一些示例性实施例的自动频率控制器100b的方块图，自动频率控制器100b包括使用机械学习方法的无线信道分类器150B。参照图14，自动频率控制器(AFC)100b可包括相位估计器130'、绝对值计算器135'、无线信道分类器150B、环路增益控制器160及数字环路滤波器170。在一些实施例中，自动频率控制器100b对应于图5所示自动频率控制器100，且将不再对重复的说明予以赘述。在一些示例性实施例中，自动频率控制器100b可进一步包括图5所示信道估计器110及差分相关器120。在一些示例性实施例中，自动频率控制器100b可进一步包括图5所示相位限制器140及/或频率偏移补偿器180，但并非仅限于此。自动频率控制器100b的任意或所有组件(例如，相位估计器130'、绝对值计算器135'、无线信道分类器150B、环路增益控制器160、数字环路滤波器170、信道估计器110、差分相关器120、相位限制器140及频率偏移补偿器180)可为包括模拟电路及/或数字电路的硬件区块，且可为包括由处理器等执行的多个指令的软件区块。本文所述由相位估计器130'、绝对值计算器135'、无线信道分类器150B、环路增益控制器160、数字环路滤波器170、信道估计器110、差分相关器120、相位限制器140及频率偏移补偿器180中的任意或所有者执行的操作可通过至少一个处理器执行程序代码来执行，所述程序代码包含与所述操作对应的存储在存储器中的指令。
相位估计器130'可输出相位估计值PE及相位估计值差值PED。在这种情形中，相位估计值PE是在同一时隙中在不同的时间索引处的相位差值的估计值，且在第i个时隙中的相位估计值PE可由
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000161
来表达。相位估计值差值PED是不同时隙的相位估计值的变化量，且第i个时隙中的相位估计值差值PED可由
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000162
来表达。绝对值计算器135'可计算相位估计值PE的绝对值|PE|及相位估计值差值PED的绝对值|PED|。
无线信道分类器150B可利用训练数据将下行链路信道2分类为高速列车信道或非高速列车信道。根据一些示例性实施例，无线信道分类器150B可使用监督学习方法(supervised learning method)来形成与多普勒频移及所观察相位估计值有关的模型。在一些示例性实施例中，无线信道分类器150B可包括支持向量机(SVM)分类器156及支持向量机推导单元157。支持向量机是使用训练数据来改善训练数据的分类裕量的一种监督学习算法。无线信道分类器150B的任意或所有组件(例如，支持向量机分类器156及支持向量机推导单元157)可为包括模拟电路及/或数字电路的硬件区块，且可为包括由处理器等执行的多个指令的软件区块。本文所述由支持向量机分类器156及支持向量机推导单元157中的任意或所有者执行的操作可通过至少一个处理器执行程序代码来执行，所述程序代码包含与所述操作对应的存储在存储器中的指令。在下文中，将参照图15更详细地阐述无线信道分类器150B。
图15是根据一些示例性实施例的更详细地说明图14所示无线信道分类器150B的方块图。参照图15，无线信道分类器150B可包括支持向量机分类器156及支持向量机推导单元157。另外，无线信道分类器150B可进一步包括训练数据提供器(training dataprovider)158及真实数据提供器(real data provider) 159，但一些示例性实施例并非仅限于此。无线信道分类器150B的任意或所有组件(例如，支持向量机分类器156、支持向量机推导单元157、训练数据提供器158及真实数据提供器159)可为包括模拟电路及/ 或数字电路的硬件区块，且可为包括由处理器等执行的多个指令的软件区块。本文所述由支持向量机分类器156、支持向量机推导单元157、训练数据提供器158及真实数据提供器159中的任意或所有者执行的操作可通过至少一个处理器执行程序代码来执行，所述程序代码包含与所述操作对应的存储在存储器中的指令。
训练数据提供器158可向支持向量机推导单元157提供在预先知道信道环境时收集的训练数据。由标签进行分类的训练数据(即，标签训练数据)可从重复产生仿真信号的无线信道仿真器的输出获得。可假设训练数据提供器158如公式15所示提供N个训练数据。
[公式15]
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000171
此处，xi表示输入向量，且yi表示标签。在一些示例性实施例中，可选择相位估计值的绝对值及相位估计值差值(例如，相位估计值差值的变化)的绝对值作为二维输入空间。在这种情形中，相位误差可对应于数字环路滤波器的输出，且具体来说，相位误差可对应于在同一时隙中获得的相位差值的估计值。相位误差的变化量可对应于从数字环路滤波器输出的不同的时隙的相位误差的变化量。因此，可如以下公式16所示选择输入向量作为二维向量。
[公式16]
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000172
yi指示训练数据是否对应于高速列车信道，且可被表示为如以下公式17所示。
[公式17]
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000173
支持向量机推导单元157可从训练数据获得具有软裕量的分离超平面(separating hyperplane)。具体来说，支持向量机推导单元157可使用以下公式18来获得有效分离超平面，例如(w*,b*)。
[公式18]
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000174
条件是
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000175
此处，w及b表示用于确定分离超平面的参数，且C表示用于确定分类性能的正则化参数 (regularization parameter)。随着C减小，裕量可增加。相反，随着C增大，裕量可减小。N是训练数据的总数目，i是训练数据的索引值，且ξi是指示对于第i个训练数据而言可接受的分类误差量的松弛变量 (slack variable)。在硬裕量的情形中，ξi是零，而在软裕量的情形中，ξi可为零或大于零。由于公式18 与凸问题(convex problem)相关，因此可使用例如内点法(inter-point method)(例如，使用卡罗需-库恩- 塔克(Karush-Kuhn-Tucker，KKT)条件)等数值技术来获得有效解，例如(w*,b*)。
图16说明根据一些示例性实施例的从训练数据获得的支持向量机分类器。在下文中，将参照图15 及图16来对支持向量机分类器进行说明。
参照图16，横轴表示相位估计值的绝对值，且纵轴表示相位估计值差值的绝对值。在非高速列车信道环境中获得的训练数据主要分布在相位估计值的绝对值小于100度的间隔中，且在高速列车信道环境中获得的训练数据主要分布在相位估计值的绝对值是100度或大于100度的间隔中。支持向量机推导单元157 可使用公式18从训练数据获得第一分离超平面161至第四分离超平面164。第一分离超平面161对应于其中C是1的情形，第二分离超平面162对应于其中C是0.1的情形，第三分离超平面163对应于其中C是 0.01的情形，且第四分离超平面164对应于其中C是0.001的情形。
根据一些示例性实施例，可基于具有二维输入空间(例如，相位估计值的绝对值及相位估计值差值的绝对值)的训练数据来获得分离超平面，且可使用分离超平面来判断具有二维输入空间的真实数据是否对应于高速列车信道。因此，与其中基于仅一维输入空间(例如，相位估计值的绝对值)来判断真实数据是否对应于高速列车信道的情形相比，分类性能可得到提高。
再次参照图15，真实数据提供器159可向支持向量机分类器156提供二维输入向量，所述二维输入向量包括相位估计值的绝对值及相位估计值差值的绝对值。所述相位估计值的绝对值及相位估计值差值的绝对值可由图14所示绝对值计算器135'获得。
支持向量机分类器156可产生分类器，以使用从支持向量机推导单元157推导出的有效分离超平面 (例如，(w*,b*))来判断真实数据是否对应于高速列车信道。具体来说，支持向量机分类器156可如以下公式19所示来产生分类器。
[公式19]
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000181
此处，xi表示支持向量机分类器156的输入，且
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000182
表示支持向量机分类器156的输出。根据公式19，
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000183
在w*Txi+b*小于0时是-1，且在这种情形中，支持向量机分类器156可确定真实数据对应于高速列车信道。相反，根据公式19，
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000184
在w*Txi+b*大于0时是1，且在这种情形中，支持向量机分类器156可确定真实数据对应于非高速列车信道。根据公式19，
Figure DEST_PATH_GDA0001384833610000185
在w*Txi+b*为0时是0，且在这种情形中，支持向量机分类器156可确定真实数据位于分离超平面上。
环路增益控制器160可在支持向量机分类器156小于0时调整环路增益。在一些示例性实施例中，当w*Txi+b*小于0时，环路增益控制器160可将环路增益索引K[n]从前一环路增益索引K[n-1]减小一。相反，当w*Txi+b*等于或大于0时，环路增益控制器160可将环路增益索引K[n]从前一环路增益索引K[n-1] 增加一。另外，环路增益控制器160可在环路增益小于低环路增益门限时，将环路增益确定为下限环路增益，且可在环路增益大于高环路增益门限时，将环路增益确定为上限环路增益。在一些示例性实施例中，下限环路增益可等于低环路增益门限。在一些示例性实施例中，上限环路增益可等于高环路增益门限。
图17是说明根据一些示例性实施例的使用支持向量机分类器的无线信道分类方法的流程图。参照图 17，根据一些示例性实施例的无线信道分类方法是基于在高速列车信道环境及非高速列车信道环境中获得的训练数据来对无线信道进行分类的方法。举例来说，无线信道分类方法可包括在无线信道分类器150B 中以时间序列方式执行的操作。因此，以上参照图14至图16提供的说明可应用于一些示例性实施例，且将不再对重复的说明予以赘述。
在操作S410中，接收二维输入向量，所述二维输入向量包含相位估计值的绝对值及相位估计值差值的绝对值。在操作S420中，对支持向量机分类器应用二维输入向量。在操作S430中，判断支持向量机分类器的输出是否小于0。如果确定支持向量机分类器的输出小于0，则执行操作S440。在操作S440中，将下行链路信道确定为高速列车信道。相反，如果确定支持向量机分类器的输出不小于0，则执行操作S450。在操作S450中，将下行链路信道确定为非高速列车信道。
图18A及图18B示出根据一些示例性实施例的在实际高速列车环境中所测量的数据的分布。参照图 18A及图18B，横轴表示相位估计值的绝对值，且纵轴表示相位估计值差值的绝对值。此处，可例如通过以上参照图14至图16阐述的一些示例性实施例来获得分离超平面181。
图18A示出在实际高速列车环境中，在列车速度为例如100km/h或小于100km/h时所测量的数据的分布。在图18A中，所测量的数据全部被分类为非高速列车信道的数据，在此种情形中，根据一些示例性实施例，可通过应用固定环路增益以减轻抖动来提高接收性能。举例来说，可通过将环路增益索引设定成6来产生固定环路增益。
图18B示出在实际高速列车环境中，在列车速度为例如280km/h或大于280km/h时所测量的数据的分布。在图18中，所测量的数据中的一些数据被分类为高速列车信道的数据。这样一来，在其中列车速度高的高速列车环境中被分类为高速列车信道的数据的数据数目会增加。在这种情形中，根据一些示例性实施例，可通过应用可变环路增益以快速地跟踪多普勒频移改变来提高接收性能。举例来说，可通过将环路增益索引K确定为小于6来产生可变环路增益。
图19是说明根据一些示例性实施例的无线通信方法的流程图。参照图19，根据一些示例性实施例的无线通信方法是用于校正用户设备中的载波频率偏移的方法。举例来说，无线通信方法可包括在图1所示终端10中以时间序列方式执行的操作。以上参照图1至图18B提供的说明也可应用于一些示例性实施例，且将不再对重复的说明予以赘述。
在操作S500中，从基站接收射频信号。在操作S510中，产生具有本地振荡频率的振荡信号。在操作S520中，从射频信号及振荡信号推导出基频信号并输出所述基频信号。在操作S530中，将下行链路信道分类为高速列车信道或非高速列车信道。在操作S540中，判断下行链路信道是否是高速列车信道。如果下行链路信道是高速列车信道，则执行操作S550。否则，执行操作S560。在操作S550中，调整环路增益。在操作S560中，固定所述环路增益。在操作S570中，基于相位估计值及环路增益来产生相位误差。在操作S580中，根据所述相位误差来校正本地振荡频率。在某些示例性实施例中，终端可使用经校正的本地振荡频率与基站进行通信。
图20A说明根据一些示例性实施例的当在高速列车信道中将可变环路增益应用到数字环路滤波器时的接收性能，且图20B说明根据一些示例性实施例的当在高速列车信道中将固定环路增益应用到数字环路滤波器时的接收性能。
参照图20A，当将高速列车信道中的环路增益确定为可变环路增益时，环路增益索引K可如曲线201a 所示根据时间而改变。举例来说，环路增益索引K可在约0.4秒至0.7秒的时间周期中发生改变。曲线202a 指示在一段时间内传输是否成功。在曲线202a中，产生确认(Acknowledge，ACK)信号的情形由1表示，且产生否认(Negative Acknowledge，NACK)信号的情形由0表示。在曲线202a中，确认信号是连续地产生，且这种情形指示数据已从基站正常传输。曲线203a表示一段时间内的信干噪比，且在环路增益索引K为可变的同时，信干噪比的降低可不为相对大的。曲线204a表示一段时间内的相位估计值，且在环路增益索引值K为可变的同时，相位估计值的增大可不为相对大的。
参照图20B，当将高速列车信道中的环路增益确定为固定环路增益时，环路增益索引K如曲线201b 所示可不根据时间而改变。举例来说，环路增益索引K可为6。在曲线202b中，确认信号在约0.3秒至 0.6秒的时间段期间被中断，且这种情形指示数据未从基站正常传输。在曲线203b中，信干噪比可在约0.3 秒至0.7秒的时间段中降低。在曲线204b中，相位估计值的增大可在约0.3秒至0.7秒的时间段中为大的。如图20A及图20B所示，当在高速列车信道中将可变环路增益应用到数字环路滤波器来取代固定环路增益时，接收性能会进一步提高。
尽管已具体显示并阐述了一些示例性实施例，然而应理解，在不背离以上权利要求的精神及范围的条件下可对本文作出形式及细节上的各种变化。

Claims (23)

1.一种终端的自动频率控制器，其用于校正基站与所述终端之间的频率偏移，其特征在于，所述自动频率控制器包括：
存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令；以及
至少一个处理器，以通信方式耦合到所述存储器并被配置成执行所述计算机可读指令以：
根据从所述基站接收的参考信号来获得相位估计值；
基于所述相位估计值将下行链路信道分类为高速列车信道或非高速列车信道；
根据所述经分类的下行链路信道来调整环路增益；
基于所述相位估计值及所述环路增益来计算相位误差；
使用所述相位误差来校正所述频率偏移；以及
在校正所述频率偏移之后，与所述基站进行通信，其中，所述至少一个处理器进一步被配置成：
当所述下行链路信道被分类为所述高速列车信道时，将所述环路增益确定为可变环路增益；
当所述下行链路信道被分类为非高速列车信道时，将所述环路增益确定为固定环路增益；
基于将所述环路增益确定为可变环路增益来调整所述环路增益；以及
基于所述相位估计值、以及基于所述可变环路增益或所述固定环路增益中的一个来计算所述相位误差。
2.根据权利要求1所述的自动频率控制器，其特征在于，所述至少一个处理器进一步被配置成：
基于所述高速列车信道及所述非高速列车信道中的相位估计值的统计特性，将所述下行链路信道分类为所述高速列车信道或所述非高速列车信道。
3.根据权利要求2所述的自动频率控制器，其特征在于，所述至少一个处理器进一步被配置成：
计算所述相位估计值的绝对值的移动平均值；以及
使用与所述移动平均值对应的数据来计算所述相位估计值的所述绝对值的移动方差。
4.根据权利要求3所述的自动频率控制器，其特征在于，所述至少一个处理器进一步被配置成：
计算所述相位估计值的所述绝对值的指数加权移动平均值；以及
计算所述相位估计值的所述绝对值的指数加权移动方差。
5.根据权利要求3所述的自动频率控制器，其特征在于，所述至少一个处理器进一步被配置成：
过滤所述移动方差；以及
将所述经过滤的移动方差限制至上限方差值。
6.根据权利要求5所述的自动频率控制器，其特征在于，所述至少一个处理器进一步被配置成：
当所述经过滤的移动方差的值大于门限值时，调整所述环路增益。
7.根据权利要求6所述的自动频率控制器，其特征在于，所述至少一个处理器进一步被配置成：
当所述环路增益小于低环路增益门限时，将所述环路增益设定为下限环路增益；以及
当所述环路增益大于高环路增益门限时，将所述环路增益设定为上限环路增益。
8.根据权利要求1所述的自动频率控制器，其特征在于，所述至少一个处理器进一步被配置成：
基于在高速列车信道环境及非高速列车信道环境中获得的训练数据，将所述下行链路信道分类为所述高速列车信道或所述非高速列车信道。
9.根据权利要求8所述的自动频率控制器，其特征在于，所述至少一个处理器进一步被配置成：
接收二维输入向量，所述二维输入向量包含所述相位估计值的绝对值及相位估计值差值的绝对值；以及
利用所述二维输入向量、基于从所述训练数据获得的分类器，将所述下行链路信道分类为所述高速列车信道或所述非高速列车信道。
10.根据权利要求9所述的自动频率控制器，其特征在于，所述分类器是相对于所述训练数据具有软裕量的支持向量机分类器。
11.根据权利要求10所述的自动频率控制器，其特征在于，所述至少一个处理器进一步被配置成：
当所述支持向量机分类器输出小于0的值时，调整所述环路增益。
12.根据权利要求11所述的自动频率控制器，其特征在于，所述至少一个处理器进一步被配置成：
当所述环路增益小于低环路增益门限时，将所述环路增益设定为下限环路增益；以及
当所述环路增益大于高环路增益门限时，将所述环路增益设定为上限环路增益。
13.根据权利要求1所述的自动频率控制器，其特征在于，所述至少一个处理器进一步被配置成：
通过对所述参考信号中所包含的至少一个参考符号执行信道估计来计算信道估计值；
计算所述信道估计值的差分相关性；以及
根据所述差分相关性计算所述相位估计值。
14.根据权利要求13所述的自动频率控制器，其特征在于，所述至少一个处理器被配置成：
将所述相位估计值限制至小于或等于上限相位估计值的值；以及
通过将所述被限制的相位估计值乘以所述环路增益来计算所述相位误差，所述环路增益是可变环路增益或固定环路增益。
15.根据权利要求1所述的自动频率控制器，其特征在于，所述至少一个处理器进一步被配置成：
根据所述相位误差来估计所述频率偏移；以及
根据所述频率偏移来产生用于控制本地振荡频率的频率控制信号。
16.一种终端的自动频率控制器，其用于校正基站与所述终端之间的频率偏移，其特征在于，所述自动频率控制器包括：
存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令；以及
至少一个处理器，以通信方式耦合到所述存储器并被配置成执行所述计算机可读指令以：
基于从所述基站接收的参考信号将下行链路信道分类为高速列车信道或非高速列车信道，所述参考信号包含所述频率偏移；
当所述下行链路信道被分类为所述高速列车信道时，将环路增益确定为可变环路增益；
当所述下行链路信道被分类为所述非高速列车信道时，将所述环路增益确定为固定环路增益；
基于将所述环路增益确定为可变环路增益来调整所述环路增益；
根据所述可变环路增益或所述固定环路增益中的一个，从所述参考信号计算与所述频率偏移对应的值；
使用所述值来校正所述频率偏移；以及
在校正所述频率偏移之后，与所述基站进行通信。
17.一种自动频率控制方法，其由终端执行，其特征在于，所述方法包括：
从自基站接收的参考信号获得相位估计值；
基于所述相位估计值将下行链路信道分类为高速列车信道或非高速列车信道；
当所述下行链路信道被分类为所述高速列车信道时，将环路增益确定为可变环路增益；
当所述下行链路信道被分类为所述非高速列车信道时，将所述环路增益确定为固定环路增益；
基于将所述环路增益确定为可变环路增益来调整所述环路增益；
基于所述相位估计值、以及基于所述可变环路增益或所述固定环路增益中的至少一个来产生相位误差；
根据所述相位误差来校正与所述基站的频率偏移；以及
在校正所述频率偏移之后，与所述基站进行通信。
18.一种无线通信方法，其由终端执行，其特征在于，所述无线通信方法包括：
从基站接收射频信号；
产生具有本地振荡频率的振荡信号；
基于所述射频信号及所述振荡信号来产生基频信号；
基于所述基频信号中所包含的参考信号，将下行链路信道分类为高速列车信道或非高速列车信道；
当所述下行链路信道被分类为所述高速列车信道时，将所述环路增益确定为可变环路增益；
当所述下行链路信道被分类为所述非高速列车信道时，将所述环路增益确定为固定环路增益；
基于将所述环路增益确定为可变环路增益来调整所述环路增益；
基于所述环路增益来从所述参考信号产生相位误差；
基于所述相位误差来调整所述本地振荡频率；以及
使用所述经调整的本地振荡频率与所述基站进行通信。
19.根据权利要求18所述的无线通信方法，其特征在于，进一步包括：
从所述参考信号获得相位估计值；且
其中所述分类进一步包括：
计算所述相位估计值的绝对值的移动平均值；
使用与所述移动平均值对应的数据来计算所述相位估计值的所述绝对值的移动方差；以及
基于所述移动方差，将所述下行链路信道分类为所述高速列车信道或所述非高速列车信道。
20.根据权利要求18所述的无线通信方法，其特征在于，进一步包括：
从所述参考信号获得相位估计值及相位估计值差值；以及
其中所述分类进一步包括：
接收二维输入向量，所述二维输入向量包含所述相位估计值的绝对值及所述相位估计值差值的绝对值；以及
通过对从训练数据获得的支持向量机分类器应用所述二维输入向量来将所述下行链路信道分类为所述高速列车信道或所述非高速列车信道。
21.一种无线通信装置，其特征在于，包括：
存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令；以及
至少一个处理器，以通信方式耦合到所述存储器并被配置成执行所述计算机可读指令以：
从基站接收输入信号，所述输入信号具有载波频率且包含参考信号；
产生具有第一振荡频率的第一振荡信号；
使用所述输入信号及所述第一振荡信号产生基频信号，所述基频信号包含所述参考信号；
使用所述基频信号、基于所述参考信号来产生至少一个信道估计值；
计算所述至少一个信道估计值的差分相关性；
基于所述所计算差分相关性来计算相位估计值；
基于所述相位估计值，将与所述基站对应的信道分类为高速列车信道或非高速列车信道中的一个；
基于对所述信道的所述分类来确定环路增益；
基于所述相位估计值及所述环路增益来确定相位误差；
使用所述相位误差来估计载波频率偏移；
产生用于使所述第一振荡频率与所述载波频率匹配的频率控制信号；
基于所述频率控制信号来产生具有第二振荡频率的第二振荡信号；以及
使用所述第二振荡信号来与所述基站进行通信，其中，所述至少一个处理器进一步被配置成：
当所述下行链路信道被分类为所述高速列车信道时，将所述环路增益确定为可变环路增益；
当所述下行链路信道被分类为非高速列车信道时，将所述环路增益确定为固定环路增益；
基于将所述环路增益确定为可变环路增益来调整所述环路增益；以及
基于所述相位估计值、以及基于所述可变环路增益或所述固定环路增益中的一个来计算所述相位误差。
22.根据权利要求21所述的无线通信装置，其特征在于，所述至少一个处理器进一步被配置成：
计算所述相位估计值的绝对值；
计算所述相位估计值的所述绝对值的移动平均值；
使用所述相位估计值的所述绝对值及与所述移动平均值对应的数据来计算所述相位估计值的所述绝对值的移动方差；
将所述移动方差与门限值进行比较；以及
基于所述比较对所述信道进行分类。
23.根据权利要求21所述的无线通信装置，其特征在于，所述至少一个处理器进一步被配置成：
使用所述相位估计值来计算相位估计值差值；
计算所述相位估计值的绝对值；
计算所述相位估计值差值的绝对值；
使用在高速列车信道环境及非高速列车信道环境中获得的训练数据来产生支持向量机分类器；以及
基于所述相位估计值的所述绝对值及所述相位估计值差值的所述绝对值、使用所述支持向量机分类器对所述信道进行分类。
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