CN1251529C - 移动通信系统的接收端中的频率误差检测器和合并器 - Google Patents

Abstract

公开了一种在移动通信系统的接收端的频率误差检测器和合并器。在移动通信系统的接收端使用分集操作的频率误差检测器和合并器包括：多个指，分别具有分集合并器，用于分集合并用于频率误差检测的基准符号，以及频率误差检测器，用于合并所述分集合并器的输出信号以便生成频率偏移值；以及频率误差合并器，用于在频率误差检测器的输出信号上执行多通道分集合并。

Description

移动通信系统的接收端中的频率误差检测器和合并器

技术领域

本发明涉及移动通信系统中的频率误差检测器和合并器。

背景技术

通常，移动通信系统分为同步移动通信系统和异步移动通信系统。在欧洲已经采用异步移动通信系统，并且在U.S.A已经采用同步移动通信系统。将用在欧洲的这种移动通信系统称为UMTS(通用移动通信系统)，并且将UMTS中的移动通信终端称为UE(用户装置)。

在该系统中，频率偏移是引起移动通信系统中不可避免的性能恶化的因素，因为载波频率逐渐随温度改变。因此，需要用于补偿频率偏移的AFC(自动频率控制)操作。UMTS中的频率误差控制环的基准信号是公共导频信道信号(以下称为CPICH)。

图1示例说明公共导频信道(CPICH)的调制图形的视图。通过选择与业务信道的传输速率无关的任意时间周期来计算CPICH的平均相位。CPICH能由连续的CPICH信号计算相位变化，因为它传送非调制信号。即，能通过允许接收信号在预定周期期间是I&D(积分&转储(integrate & dump))处理过的来计算当前接收符号的坐标，以及通过这些坐标和在前接收符号的坐标计算当前接收符号的相位变化。这些计算值是相对于低相位变化的线性估计值，以及线性估计值与频率误差成比例。由于终端相对于基站，具有相对不准确的定时，所以发生这类相位变化。

终端的定时基准(timing reference)是VCTCXO(压控温度晶体振荡器)。发生由VCTCXO的小频率误差引起的定时误差。因此，通过控制VCTCXO的控制电压校正由终端和基站间的频率差引起的定时误差。将AFC模块的相位误差检测器检测的CPICH的相位变化乘以环路滤波器内的适当的增益，然后不定累计。将环路滤波器的输出信号转换成PDM(脉宽调制)信号，并变为用于控制CCTCXO的频率的数字脉冲信号。

通用移动通信系统(UMTS)将开环发射分集和闭环发射分集支持为发射(Tx)分集。在这种情况下，UMTS将STTD(空时发射分集)方法用作开环发射分集。在支持STTD方法的情况下，UMTS使用两个天线传送彼此正交的CPICH符号图形。频率误差检测器使用从经过不同的独立衰落现象的两个天线接收的CPICH信号检测频率误差、通过合并这些频率误差调整增益，然后将最终的频率误差信号传送给环路滤波器。在这种情况下，频率误差检测器通过合并由信道的多通道生成的时间延迟的独立频率误差获得多通道分集效应，从而提高控制环路的性能。

在U同TS的用户装置(UE)中有多种用于检测/合并频率误差的方法。在用于检测频率误差的方法中，两种方法是使用反正切的方法和使用CPFDD(叉积频差检测器(cross product frequency differencedetector))。使用反正切的方法通过信号幅度执行标准化操作，而使用CPFDD的另一方法在信号幅度的基础上，提供具有加权值的频率而不执行标准化操作。即，由于在低信号幅度的情况下，噪声了降低信号准确性，在实际信道环境中，与使用反正切的方法相比，用于提供加权值的使用CPFDD的方法准确地估计相位误差。然而，与使用CPFDD的方法相比，使用反正切的方法更准确地估计相位误差。

下文将描述UMTS系统中使用反正切的算法以及使用CPFDD的另一算法。这两种算法将两个CPICH符号之和的在前值和当前值用作输入信号以便区别天线图形。换句话说，在两个符号之和的基础上，这些算法使用256个芯片在所接收的CPICH信号上执行I&D过程，从所接收的CPICH信号上去除天线图形，并具有如下述等式1所示的复数。

[Eq.1]

CPICH1_prev＝R₁+jI₁，CPICH1_current＝R₂+jI₂

CPICH2_prev＝R₃+jI₃，CPICH2_current＝R₄+jI₄

用于使用上述CPICH基准符号的复数，根据反正切算法，计算相位估计值的方法能表示为下述等式2，以及用于根据CPFDD算法计算相位估计值的方法能表示为下述等式3。

[Eq.2]

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_1={\tan }^{-1}\left(\frac{R_1{I}_2-R_2{I}_1}{R_1{R}_2+I_1{I}_2}\right)$

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_2={\tan }^{-1}\left(\frac{R_3{I}_4-R_4{I}_3}{R_3{R}_4+I_3{I}_4}\right)$

$\widehat{\mathrm{\θ}}={\widehat{\mathrm{\θ}}}_1{+\widehat{\mathrm{\θ}}}_2$

[Eq.3]

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_1=\mathrm{Im}\{{\mathrm{CPICH}}_{\mathrm{current}}\·{\mathrm{CPIC}{H}^{*}}_{\mathrm{prev}}\}=R_1{I}_2-R_2{I}_1$

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_2=\mathrm{Im}\{{\mathrm{CPICH}}_{\mathrm{current}}\·{\mathrm{CPIC}{H}^{*}}_{\mathrm{prev}}\}=R_3{I}_4-R_4{I}_3$

${\widehat{\mathrm{\θ}}=\widehat{\mathrm{\θ}}}_1+{\widehat{\mathrm{\θ}}}_2$

根据多通道，合并由上述等式2和3计算的相位估计值。

然而，假定如果频率误差非常低，第一天线1具有常规信道环境以及第二天线2形成严重的衰落通道，即使使用CPFDD也会出现问题。接收第一天线1的CPICH符号的第一CPFDD1生成几乎为零的输出信号，但接收第二天线2的CPICH符号的第二CPFDD2由于严重的衰落，生成不准确的输出信号。在图2a-2b中示出了在执行这些天线分集合并前CPICH基准符号的复平面。期望这种衰落值不高，而剩余的频率误差的大小能根据衰落长度(例如，衰落持续时间)而增加。即，来自如图2a所示的第一天线1的CPICH基准符号并不受间隔线区(oblique lined area)10的噪声影响，而来自如图2b所示的第二天线2的CPICH标准符号受间隔线区10的噪声影响。

发明内容

因此，鉴于上述问题，做出了本发明，以及本发明的目的是提供频率误差检测器和大大地降低衰落现象的效应的合并器。

根据本发明，可通过提供在移动通信系统的接收端使用分集操作的频率误差检测器和合并器来实现上述和其他目的，包括多个指(finger)，分别具有用于分集-合并用于频率误差检测的基准符号的分集合并器、用于合并分集合并器的输出信号以便生成频率偏移值的频率误差检测器和用于在频率误差检测器的输出信号上执行多通道分集合并的频率误差合并器。

附图说明

通过下述结合附图的详细描述，将更容易理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点，其中：

图1是示例说明公共导频信道(CPICH)的调制图形的视图；

图2a和2b是在执行天线分集合并前CPICH基准符号的复平面；

图3是示例说明根据本发明的优选实施例，在通用移动通信系统(UMTS)的用户装置(UE)中的自动频率控制器(AFC)的框图的视图；

图4是示例说明根据本发明的优选实施例，频率误差检测器和频率误差合并器的框图的视图；

图5是示例说明用于根据本发明的优选实施例，通过预合并第一和第二天线1和2的CPICH基准符号，生成叉积频差检测器(CPFDD)的输入信号的操作的复平面。

具体实施方式

现在，将参考附图详细地描述本发明的优选实施例。在这些图中，用相同的标记表示相同或相似的元件，即使在不同的图中描述它们。在下述说明书中，将省略在此包含的已知功能和结构的详细描述，因为它可能使本发明的主题变得不清楚。

本发明提供用在UMTS的UE中的自动频率误差控制环路的频率偏移检测器和合并器。为此，本发明将频率误差合并器划分为使用天线的频率误差合并器和使用多通道的频率误差合并器。用于在STTD(空时发射分集)的情况下，通过天线获得分集效应的频率误差合并器位于频率误差检测的前面。因此，尽管由于噪声，一个信号具有错误值，由另一信号补偿该错误值以及因为与指的数量成比例地降低CPFDD块，能降低硬件数量。

图3是根据本发明的优选实施例，通用移动通信系统(UMTS)的用户装置(UE)中自动频率控制器(AFC)的框图。

终端的时间基准是VCTCXO(压控温度晶体振荡器)。由于VCTCXO的小的频率误差出现时间误差。因此，通过控制VCTXCO的控制电压，校正终端和基站间的频差引起的时间误差。将由AFC模块的相位误差检测器检测的CPICH的相位变化乘以环路滤波器中的适当增益，然后不定累计。将环路滤波器的输出信号转换成PDM(脉宽调制)信号，并成为用于控制VCTCXO的频率的数字脉冲信号。

参考图3，AFC包括模拟部分100和数字部分200。模拟部分100包括混频器102和112、移相器90、LPFs(低通滤波器)104和114以及ADC(模拟数字转换器)106和116。模拟乘法器102和112将从第一天线接收的I信号以及从第二天线接收的Q信号乘以VCTCXO(压控温度晶体振荡器)118的输出信号。移相器120将充当本机振荡器的VCTCXO118的输出信号的相位改变90°角，然后将相移信号输出到模拟乘法器102。LPFs104和114分别过滤与I和Q信号有关的载波频率信号。ADC106和116将LPFs104和114的输出信号转换成数字信号，因此分别将I接收数据和Q接收数据输出到数字部分200。

数字部分200包括解扩部分202和222、I&D(积分&转储)部分204和224、天线模式去除器(antenna pattern remover)206和226、两个符号累加器(ACCs)208和228、频率误差检测器&频率误差合并器210、倍频器212、环路滤波器214和DAC(数字模拟转换器)216。

解扩部分202和222在基站的发射端使用信道代码，将相同的代码乘以扩展数据。采用信道代码将专用信道与多个信道分开。I&D部分204和224在预定时间周期期间，分别在解扩部分202和222的输出信号上执行I&D操作，从而检测当前接收符号的坐标。天线模式去除器206和226从I&D部分204和224的输出信号去除天线方向图。累加器208和228累加预定时间周期的解扩数据，并输出累加数据。频率误差检测器&频率误差合并器210在累加器208和228的输出信号的基础上，确定频率偏移值，并输出频率偏移估计值。环路滤波器214过滤从频率误差检测器&频率误差合并器210接收的频率偏移估计值，并输出所过滤的结果信号。DAC216将从所接收的环路滤波器214接收的数字型频率偏移估计值转换成模拟型信号，并将模拟型信号输出给作为本机振荡器的VCTCXO118。

图4是示例说明根据本发明的优选实施例的频率误差检测器和频率误差合并器的框图的视图。

由于基站和移动站的VCTCXO118(如图3所示)的不准确性以及移动信道的多普勒频率，在接收信号的载波频率和移动站的VCTCXO的振荡频率间出现频率偏移。由于频率偏移出现的接收数据失真对数据解调具有不良影响。因此，需要用于检测频率偏移以便使振荡频率与接收信号的频率同步的反馈环路以便最小化频率偏移。AFC环路充当反馈环路，以及FDD(频差检测器)检测频差。用于将延迟的I和Q信道的值叉乘以起始值的专用FDD称为CPFDD(叉积频差检测器)。

本发明将频率误差合并器分为使用天线的频率误差合并器和使用多通道的频率误差合并器。用于在STTD(空时发射分集)的情况下，通过天线获得分集效应的频率误差合并器位于频率误差检测的前面。因此，尽管由于噪声，一个信号具有错误值，能通过另一信号补偿该错误值以及因为与指的数量成比例地降低CPFDD块，降低硬件的总量。

如图4所示的频率误差检测器&频率误差合并器包括天线分集合并器310、CPFDD330和频率误差合并器400。天线分集合并器310和CPFDD330包括在多通道的每个通道的每个指中。将频率误差合并器400连接到每个通道的指上，合并频率误差，以及将合并的频率误差输出给如图3所示的环路滤波器。

天线分集合并器310合并从第一和第二天线1和2接收的CPICH基准符号。对此操作，天线分集合并器310包括电平控制器302和304，用于调整由第一天线1生成的I信号的电平以及从第二天线2生成的I信号的电平，以及电平控制器306和308，用于调整从第一天线1生成的Q信号的电平以及从天线2生成的Q信号的电平。这些电平控制器302、304、306、308适当地调整输入信号电平。而且，天线分集合并器310包括用于增加由第一和第二天线1和2生成的I信号的加法器，以及用于增加由第一和第二天线1和2生成的Q信号的加法器310。因此，在将CPICH基准符号传送给CPFDD330之前，使它们彼此合并。因此，尽管由于噪声，一个信号变得太弱，整体信号并不受另一信号的影响，以及用于实现CPFDD330的硬件的总量能从每指2个降低到每指1个。

CPFDD330包括两个延迟器332和334、两个乘法器336和338、加法器340以及电平控制器342。两个延迟器332和334分别延迟I(n)信道数据和Q(n)信道数据，并输出I信道数据I(n-1)和Q信道数据Q(n-1)。同时，乘法器336将由延迟器332生成的I信道数据I(n-1)乘以未延迟的I信道数据I(n)。加法器340从乘法器336的输出信号减去乘法器338的输出信号，并将最终信号生成为频率偏移值。电平控制器342将由加法器340生成的频率偏移值调整到适当的电平，并将所调整的频率偏移值输出给频率误差合并器400。频率误差合并器400合并由每个指生成的频率偏移值，并将所合并的频率偏移值输出给环路滤波器214。用于通过多通道获得分集效应的频率误差合并器400将CPFDD330的上述输出信号与锁定检测器(未示出)的Fn LOCK信号的基准合并。

图5是示例说明用于根据本发明的优选实施例，通过预合并第一和第二天线1和2的CPICH基准符号，生成CPFDD的输入信号的复平面。参考图5，本发明将由第一天线1生成的CPICH1信号与由第二天线2生成的CPICH2合并。因此，根据本发明，尽管由于噪声，一个信号具有错误值，能通过另一信号补偿该错误值。

从上述说明可以看出，根据本发明，用于在STTD(空时发射分集)的情况下，通过天线获得分集效应的频率误差合并器位于频率误差检测器的前面。因此，尽管一个信号由于噪声具有错误值，能由另一信号补偿该错误值，以及因为与指的数量成比例地降低CPFDD块，能降低硬件的总量。即，本发明防止在严重衰落现象的情况下，由不正确的频率误差检测引起的AFC环路性能恶化，并实际地将每个指中的CPFDD硬件的总量降低一半。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到在不脱离由附加的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加和取代是可能的。

Claims (4)

1.一种频率误差检测器和合并器，在移动通信系统的接收端使用分集操作，包括：

多个指，每个具有天线分集合并器，用于分集合并用于频率误差检测的基准符号，该基准符号是分别从两个用于分集的天线产生的，并具有频率误差检测器，用于从天线分集合并器产生的基准符号的合并中检测频率误差；以及

频率误差合并器，用于在每个频率误差检测器的输出信号上执行多通道分集合并。

2.如权利要求1所述的频率误差检测器和合并器，其中，所述分集合并器使用复数合并。

3.如权利要求2所述的频率误差检测器和合并器，其中，所述分集合并器包括用来调整两个天线产生的各个I信号的电平的多于两个的电平控制器，以及用来调整从多于两个的天线产生的各个Q信号的电平的两个电平控制器。

4.如权利要求2所述的频率误差检测器和合并器，其中，所述分级合并器包括将所述两个天线同步产生的各个I信号进行相加的加法器，以及将从所述两个天线同步产生的各个Q信号相加的加法器。

Images