CN1114291C - 一种适用于码分多址接入系统的频偏估计方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于CDMA系统的频偏估计方法：首先设定CDMA系统RAKE接收机分离出M径信号，且每一径信号的连续导频符号分为若干组，每组为N个；则，在一组导频符号内所进行的频偏估计的步骤如下：对所分离出的第i径信号的第k个符号和第k+1个符号进行差分频偏估计：f_i(Δf)＝E_xA_i ²[k]exp[j2πΔfT]+n_i′[k] (8)然后，将上述i径信号从i＝1～M，且各径中的K＝2～N按上述的(8)式计算出的一系列差分频偏估计值，并进行合并；最后取合并后结果的虚部或相角作为本次的频偏估计结果；重复述过程，获得接续的频偏估计结果。

Description

一种适用于码分多址接入系统的频偏估计方法

本发明涉及一种适用于码分多址接入系统(CDMA系统)的频偏估计方法。

自动频率控制系统(AFC，Auto Frequency Control)中的鉴频器是一个关键部件，减小鉴频器的频偏估计误差可以提高AFC的跟踪性能。

下面以PSK信号为例说明传统的频偏估计方法。在PSK系统中，发射机发送的PSK调制符号经过多径衰落信道进入到接收机，如果存在收发频偏，则接收机收到的信号模型如(1)式所示。 $r\left[k\right]=\sqrt{E_s}a\left[k\right]c\left[k\right]\exp \left[j2\mathrm{\π\Δfkt}\right]+n\left[k\right]---\left(1\right)$

上式表示接收机接收到的第k个符号，其中c[k]为发射端发送的PSK调制符号；E_s为符号能量；α[k]＝A[k]exp(jθ[k])是由于衰落而引入的信道系数，其中A[k]、θ[k]分别表示信道系数的幅度增益与随机相位；Δf是收发频差；T是符号周期；n[k]为复值高斯白噪声。

频偏Δf的存在将影响解调器的性能，严重时解调器将不能工作，所以，将(1)式送入到解调器进行解调前，需要估计出该式子中Δf的大小，然后通过AFC进行补偿，以减小频偏，这种频偏估计工作即由AFC的鉴频器来完成。进行频偏估计时，首先要去掉PSK调制符号的影响。有两种去调制方法，一种是利用已知调制信号的导频符号，另一种是进行N次方非线性处理，比如QPSK调制则把r[k]四次方即可。假设采用导频符号，不妨设c[k]为全1。传统的差分频偏估计方法是把连续两个符号r[k+1]、r[k]共轭相乘，如(2)式所示。

f(Δf)＝E_sa[k+1]a*[k]exp[j2πΔfT]+n′[k]            (2)

通常认为信道衰落比较慢，取上式的虚部或相角即可表示频偏信号Δf。该频偏信号经过AFC的环路滤波器后，送入压控振荡器，以控制接收机的本振频率，从而可以减小收发频偏。

在CDMA系统中，有一个信号的解扩的过程。RAKE(多径)接收机收到的第i径、第K个符号的信号模型： $r_i\left[k\right]=\sqrt{E_s}{a}_i\left[k\right]c\left[k\right]\exp \left[j2\mathrm{\π\Δfkt}\right]+n_i\left[k\right]---\left(3\right)$

因此，在CDMA系统中，可以从RAKE接收机中选择某一径信号，然后运用传统的频偏估计方法(2)式进行频偏估计，这也是现有CDMA系统所采用的方法。

由于单独一径信号的信噪比通常比较低，这种只选择一径信号作频偏估计的传统做法使得频偏估计的误差比较大，最终影响了AFC的跟踪误差。

本发明的目的在于提供一种适用于CDMA系统的频偏估计方法，该方法充分利用CDMA系统RAKE接收机可以分离出不同延迟的多径信号，来提高频偏估计值的精度，提高信噪比，改善AFC系统的跟踪性能，使在相同环路带宽下获得更小的跟踪误差，或者在相同的跟踪误差条件下获得更短的捕获时间。

为了实现上述目的，本发明，即：一种适用于CDMA系统的频偏估计方法，包括如下步骤：首先设定CDMA系统RAKE接收机分离出M径信号，且每一径信号的连续导频符号分为若干组，每组为N个，M≥1，N≥2；则，在一组导频符号内所进行的频偏估计的步骤如下：对所分离出的第i径信号的第k个符号和第k+1个符号进行差分频偏估计：

f_i(Δf)＝E_sA_i ²[k]exp[j2πΔfT]+n_i′[k]            (8)其中A_i[k]是信道系数的幅度增益、E_s是符号能量、Δf是收发频差、n_i′[k]是i径复值高斯白噪声，且i≤m，k≤n；然后，将上述i径信号从i＝1～M，且各径中的K＝2～N按上述的(8)式计算出的一系列差分频偏估计值，并进行合并；最后取合并后结果的虚部或相角作为本次的频偏估计结果；重复上述过程，获得接续的频偏估计结果。

上述的适用于CDMA系统的频偏估计方法，其中，一系列差分频偏估计值合并的方式为：将M个信号径上同一时刻上分别按(8)式求出的M个差分频偏估计值直接合并，得到一个中间结果，将N-1个中间结果加权合并，获得最终合并结果。

上述的适用于CDMA系统的频偏估计方法，其中，获得接续的频偏估计结果可以采用流水线的方式：每次抛弃N-1个中间结果中的最前面一个，然后增加接续估计出的一个中间结果，将N-1个中间结果加权合并。

上述的适用于CDMA系统的频偏估计方法，其中，获得接续的频偏估计结果可以采用分块方式：每使用完N-1个中间结果后，将之全部抛弃，等候积累至接续的N-1个中间结果时再进行加权合并。

上述的适用于CDMA系统的频偏估计方法，其中一系列差分频偏估计值合并的方式为：将同一径上、连续按(8)式求出的N-1个差分频偏估计值加权合并，得到一个中间结果，M个信号径上求得M个中间结果合并，获得最终合并结果。

上述的适用于CDMA系统的频偏估计方法，其中，获得接续的频偏估计结果可以采用流水线的方式：每次抛弃各径上的N-1个差分频偏估计值的最前面一个，然后增加接续估计出的差分频偏估计值，求得M个中间结果进行合并。

上述的适用于CDMA系统的频偏估计方法，其中，获得接续的频偏估计结果可以采用分块的方式：每使用完M个中间结果后，将之全部抛弃，等候积累至接续的M个中间结果时再进行加权合并。

上述的适用于CDMA系统的频偏估计方法，其中，获得接续的频偏估计结果也可以采用下列方式：将本次的频偏结果，以滤波方式与前一次输出的频偏结果进行加权平均，从而输出本次的频偏估计结果。

上述的适用于CDMA系统的频偏估计方法，其中，加权采用优化的非均匀权。

由于采用了上述的发明方法，利用在CDMA系统中包含的信号的扩频与解扩过程，尤其是现有技术中的公式仍然适用于解扩后的符号(近似处理)，通过多径与多符号的累加，使得频偏估计的估计误差明显减小，从而在相同环路宽带下获得更小的跟踪误差，或者在相同的跟踪误差条件下获得更短的捕获时间，以提高AFC系统的跟踪性能。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明频偏估计方法的实施例之一；

图2是本发明频偏估计方法的实施例之二；

图3是本发明频偏估计方法的实施例之三。

所发明的适用于CDMA系统的频偏估计方法的实施例之一，包括如下步骤：首先设定CDMA系统RAKE接收机分离出M径信号，且每一径信号的连续导频符号分为若干组，每组为N个，M≥1，N≥2；

则，在一组导频符号内所进行的频偏估计的步骤如下：

对所分离出的第i径信号的第k个符号和第k+1个符号进行差分频偏估计：

f_i(Δf)＝E_sA_i ²[k]exp[j2πΔfT]+n_i′[k]           (8)

其中A_i[k]是信道系数的幅度增益、E_s是符号能量、Δf是收发频差、n_i′[k]是i径复值高斯白噪声，且i≤m，k≤n；

然后，将上述i径信号从i＝1～M，且各径中的K＝2～N按上述的(8)式计算出的一系列差分频偏估计值，并进行合并：将M个信号径上同一时刻上分别按(8)式求出的M个差分频偏估计值直接合并，得到一个中间结果，将N-1个中间结果加权合并(加权采用优化的非均匀权)，获得最终合并结果；

最后取合并后结果的虚部(正弦鉴频)或相角(线性鉴频)作为本次的频偏估计结果。

重复上述过程获得接续的频偏估计结果可以采用流水线或分块方式重复。

图1表示了流水线的方式，从RAKE接收机分离出M＝3径信号，每径信号利用了N＝5个导频符号，然后分别在3径上使用前后两个符号进行差分频偏估计，将3个差分频偏估计值合并，得到中间结果。之后通过3个延迟单元，把连续得到的4个中间结果加权合并，W₁～W₄表示加权平均的权值。最后取相角或虚部，输出频偏Δf的估计结果。

同样也可以采用分块方式，即：每使用完4个中间结果后，将之全部抛弃，等候积累至接续的4个中间结果时再进行加权合并。

所发明的频偏估计方法实施例之二，包括如下步骤：首先设定CDMA系统RAKE接收机分离出M径信号，且每一径信号的连续导频符号分为若干组，每组为N个，M≥1，N≥2；

则，在一组导频符号内所进行的频偏估计的步骤如下：

对所分离出的第i径信号的第k个符号和第k+1个符号进行差分频偏估计：

f_i(Δf)＝E_sA_i ²[k]exp[j2πΔfT]+n_i′[k]            (8)

其中A_i[k]是信道系数的幅度增益、E_s是符号能量、Δf是收发频差、n_i′[k]是i径复值高斯白噪声，且i≤m，k≤n；

然后，将上述i径信号从i＝1～M，且各径中的K＝2～N按上述的(8)式计算出的一系列差分频偏估计值，并进行合并：将同一径上、连续按(8)式求出的N-1个差分频偏估计值加权合并(加权采用优化的非均匀权)，得到一个中间结果，M个信号径上求得M个中间结果合并，获得最终合并结果。

最后取合并后结果的虚部(正弦鉴频)或相角(线性鉴频)作为本次的频偏估计结果；

重复上述过程获得接续的频偏估计结果可以采用流水线或分块方式重复。

图2表示了分块方式，从RAKE接收机分离出3径信号，每径信号利用了5个导频符号，上述的频偏估计方法中，一系列差分频偏估计值合并所采用方式为：将同一径上、连续按(8)式求出的4个差分频偏估计值采用积分清洗的方式，得到一个中间结果，3个信号径上共求得3个中间结果，然后进行合并，通过求相角或虚部获得最终合并结果。

同样也可以采用流水线方式，即：每次抛弃各径上的4个差分频偏估计值的最前面一个，然后增加接续估计出的差分频偏估计值，求得3个中间结果进行合并。

如图3所示，该频偏估计方法包括如下步骤：

首先设定CDMA系统RAKE接收机分离出3径信号，每径信号利用了2个导频符号；

对2个导频符号进行频偏估计的步骤如下：

对所分离出的第1径信号～第3径信号的前后两个符号分别按(8)式进行差分频偏估计：

然后，将上述计算出的3个差分频偏估计值进行合并；

取合并结果的虚部或相角作为本次的频偏估计结果；

将本次的频偏估计结果，采用Alpha滤波器(滤波器的权系数为α)以滤波方式与前一次输出的频偏估计结果进行加权平均，从而输出本次的频偏估计结果；

并通过延迟单元保存当前输出的频偏估计结果，供下次计算频偏估计结果时使用。

Claims (10)

1.一种适用于码分多址接入系统的频偏估计方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

首先设定码分多址接入系统多径接收机分离出M径信号，且每一径信号的连续导频符号分为若干组，每组为N个，M≥1，N≥2；

则，在一组导频符号内所进行的频偏估计的步骤如下：

对所分离出的第i径信号的第k个符号和第k+1个符号进行差分频偏估计：

f_i(Δf)＝E_sA_i ²[k]exp[j2πΔfT]+n_i′[k]    (8)

其中A_i[k]是信道系数的幅度增益、E_s是符号能量、Δf是收发频差、n_i′[k]是i径复值高斯白噪声，且i≤m，k≤n；

然后，将上述i径信号从i＝1～M，且各径中的K＝2～N按上述的(8)式计算出的一系列差分频偏估计值，并进行合并；

最后取合并后结果的虚部或相角作为本次的频偏估计结果；

重复上述过程，获得接续的频偏估计结果。

2.根据权利要求1所述的一种适用于码分多址接入系统的频偏估计方法，其特征在于，所述的一系列差分频偏估计值合并的方式为：

将M个信号径上同一时刻上分别按(8)式求出的M个差分频偏估计值直接合并，得到一个中间结果，将N-1个中间结果加权合并，获得最终合并结果。

3.根据权利要求2所述的一种适用于码分多址接入系统的频偏估计方法，其特征在于，所述的加权采用优化的非均匀权。

4.根据权利要求2所述的一种适用于码分多址接入系统的频偏估计方法，其特征在于：获得接续的频偏估计结果可以采用流水线的方式：每次抛弃N-1个中间结果中的最前面一个，然后增加接续估计出的一个中间结果，将N-1个中间结果加权合并。

5.根据权利要求2所述的一种适用于码分多址接入系统的频偏估计方法，其特征在于：获得接续的频偏估计结果可以采用分块方式：每使用完N-1个中间结果后，将之全部抛弃，等候积累至接续的N-1个中间结果时再进行加权合并。

6.根据权利要求1所述的一种适用于码分多址接入系统的频偏估计方法，其特征在于：所述的一系列差分频偏估计值合并的方式为：

将同一径上、连续按(8)式求出的N-1个差分频偏估计值加权合并，得到一个中间结果，M个信号径上求得M个中间结果合并，获得最终合并结果。

7.根据权利要求6所述的一种适用于码分多址接入系统的频偏估计方法，其特征在于，所述的加权采用优化的非均匀权。

8.根据权利要求6所述的一种适用于码分多址接入系统的频偏估计方法，其特征在于：获得接续的频偏估计结果可以采用流水线的方式：每次抛弃各径上的N-1个差分频偏估计值的最前面一个，然后增加接续估计出的差分频偏估计值，求得M个中间结果进行合并。

9.根据权利要求6所述的一种适用于码分多址接入系统的频偏估计方法，其特征在于：获得接续的频偏估计结果可以采用分块的方式：每使用完M个中间结果后，将之全部抛弃，等候积累至接续的M个中间结果时再进行加权合并。

10.根据权利要求1所述的一种适用于码分多址接入系统的频偏估计方法，其特征在于，获得接续的频偏估计结果也可以采用下列方式：将本次的频偏结果，以滤波方式与前一次输出的频偏结果进行加权平均，从而输出本次的频偏估计结果。

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