頻率校正信道捕獲方法、裝置及頻偏估計方法、裝置的製作方法
2023-06-05 06:25:06
專利名稱：頻率校正信道捕獲方法、裝置及頻偏估計方法、裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及移動通訊領域中的同步技術，特別是一種頻率校正信道捕獲方 法、裝置及頻偏估計方法、裝置。
背景技術：
GSM是移動通訊中使用最廣泛的一種通訊標準，在GSM協議裡存在幾種 業務信道和控制信道，其中，業務信道用於數位化的語音業務或數據業務的傳 輸，而控制信道包括公知的頻率校正信道(Frequency Correction Channel, FCCH)。 FCCH能夠使移動臺的本地時鐘頻率同步到基站上的精確頻率上去。如圖l所示，FCCH具有特有的數據突發包格式，即對142個固定序列進 行GMSK (Gaussian-filtered Minimum Shift Keying高斯濾波最小移位鍵控) 調製。FCCH所傳輸的數據突發包的傳輸速率一般是信道數據速率的1/4,即 67.708kHz,也就是說，FCCH是一個頻率為67.708kHz的單頻信號。FCCH位 於控制復幀的第一幀，並恆定佔用TO時隙，並在復幀裡每10幀就重複發送 一次。在實際應用中，移動臺或其它相關設備捕獲FCCH的方法通常有兩大類 基於相位差和基於滑動相關。美國專利申請US20050207517A1給出一種基於相位差檢測的FCCH搜索 和頻偏估計方法。然而這種方法中，噪聲對相位的影響比較大，在低信噪比條件下其精確性比較差。中國發明專利申請200410097813.3介紹了 一種更為精確的頻偏估計方法， 但這種方法是必須首先精確捕獲FCCH。而基於滑動相關的方法受噪聲的影響會小一些，但是移動臺或其它相關設 備的時鐘精度通常不高，在本地時鐘偏差大於lkHz情況下其性能急劇惡化， 而且這種方法不能進4亍頻偏估計和補償。發明內容本發明的目的是提供一種頻率校正信道捕獲方法、裝置及頻偏估計方法、裝置，在較低的信噪比環境下快速捕獲FCCH,並進行頻偏估計。為了實現上述目的，本發明提供了一種頻率校正信道捕獲方法，其中，包括步驟Al ，在搜索頻點上保存突發數據；步驟A2，從保存的突發數據的第一個數據開始，每次取出N個數據進行 旋轉相關運算獲取該次運算的最大相關峰，直至到最後一個數據為止；所述N 為頻率校正信道的長度；步驟A3，獲取旋轉相關運算得到的所有最大相關峰中具有最大值的第一 相關峰，並記錄該第一相關峰的峰值及位置信息；步驟A4，在該第一相關峰的峰值超過捕獲門限時，才艮據第一相關峰的位 置信息捕獲頻率校正信道。上述的方法，其中，所述位置信息為/f/和/,表示所述第一相關峰出現在 第A個突發中第f個數據，所述步驟A4中，根據第一相關峰的位置信息捕獲 頻率校正信道具體為獲取頻率校正信道的起始點估計(a^)" + f + c，其中a是頻率校正信道的 重複周期，b是一個突發的長度，c是頻率校正信道的頭比特長度。上述的方法，其中，所述步驟A2中對N個數據進行旋轉相關運算獲取該 次運算的最大相關峰的動作具體包括步驟31，對輸入信號進行相位翻轉；步驟32，對翻轉後的輸入信號進行連續點累加；步驟33，對執行連續點累加得到的序列執行快速傅立葉變換；步驟34,對快速傅立葉變換得到的數據求才莫值；步驟35，將各個才莫值中的最大值作為本次的N個數據的最大相關峰。上述的方法，其中，所述步驟33中，對執行連續點累加得到的序列的尾 部進行補零，並對尾部補零後的序列進行快速傅立葉變換。為了更好的實現上述目的，本發明還提供了 一種頻率校正信道捕獲裝置， 包括數據保存模塊，用於在搜索頻點上保存突發數據；旋轉相關運算模塊，用於從保存的突發數據的第一個數據開始，每次取出 N個數據進行旋轉相關運算獲取該次運算的最大相關峰，直至到最後一個數據 為止；所述N為頻率校正信道的長度；第 一相關峰記錄模塊，用於獲取旋轉相關運算得到的所有最大相關峰中具 有最大值的第一相關峰，並記錄該第一相關峰的峰值及位置信息；捕獲模塊，用於在該第一相關峰的峰值超過捕獲門限時，根據第一相關峰 的位置信息捕獲頻率校正信道。上述的裝置，其中，所述旋轉相關運算模塊具體包括用於對輸入信號進行相位翻轉的單元；用於對翻轉後的輸入信號進行連續點累加的單元；用於對執行連續點累加得到的序列執行快速傅立葉變換的單元；用於對快速傅立葉變換變換得到的數據求模值的單元；用於從N個模值中搜索最大值的相關峰搜索單元。為了更好的實現上述目的，本發明還提供了一種頻偏估計的方法，其中， 包括步驟B1，在搜索頻點上保存突發數據；步驟B2，從保存的突發數據的第一個數據開始，每次取出N個數據進行 旋轉相關運算獲取該次運算的最大相關峰，直至到最後一個數據為止；所述N 為頻率校正信道的長度；步驟B3，獲取旋轉相關運算得到的所有最大相關峰中具有最大值的第一 相關峰，並記錄該第一相關峰的峰值及位置信息；步驟B4，在該第一相關峰的峰值超過捕獲門限時，根據第一相關峰的位 置信息進行頻偏估計。上述的方法，其中，所述步驟B2中對N個數據進行旋轉相關運算獲取該 次運算的最大相關峰的動作具體包括步驟31,對輸入信號進行相位翻轉；步驟32,對翻轉後的輸入信號進行連續點累加；步驟33,對執行連續點累加得到的序列^L行快速傅立葉變換；步驟34，對快速傅立葉變換得到的數據求模值；步驟35，將各個模值中的最大值作為本次的N個數據的最大相關峰。上述的方法，其中，所述步驟33中，對執行連續點累加得到的序列的尾 部進行補零，並對尾部補零後的序列進行快速傅立葉變換。上述的方法，其中，所述位置信息為《，所述《是第一相關峰對應的快速 傅立葉變換的下標值，所述頻偏估計為a/6"， "0,1廣.，["^%)/2* (a7屍+尺—/0《=〔k + %〕/2 +,(《+ a7屍)一 i 所述4/;為頻偏估計精度，所述K為補零的個數，P為連續採樣點累加的 數目。為了更好的實現上述目的，本發明還提供了頻偏估計裝置，包括 數據保存模塊，用於在搜索頻點上保存突發數據；旋轉相關運算模塊，用於從保存的突發數據的第一個數據開始，每次取出N個數據進行旋轉相關運算獲取該次運算的最大相關峰，直至到最後一個數據為止；所述N為頻率校正信道的長度；第 一相關峰記錄模塊，用於獲取旋轉相關運算得到的所有最大相關峰中具有最大值的第一相關峰，並記錄該第一相關峰的峰值及位置信息；估計模塊，用於在該第一相關峰的峰值超過捕獲門限時，根據第一相關峰的位置信息進行頻偏估計。上述的裝置，其中，所述旋轉相關運算模塊具體包括用於對輸入信號進行相位翻轉的單元；用於對翻轉後的輸入信號進行連續點累加的單元；用於對執行連續點累加得到的序列執行快速傅立葉變換的單元；用於對快速傅立葉變換變換得到的數據求模值的單元；用於將各個模值中的最大值作為本次的N個數據的相關峰搜索的單元。利用本發明，先對4妄收信號進行頻率補償，然後再進^f亍滑動相關。所以與現有技術相比，本發明可以在較低的信噪比環境下快速捕獲FCCH,並獲得較為精確的頻偏估計，以調整本地時鐘。
圖1為FCCH中突發(FB)的結構示意圖；圖2為本發明的頻率^fe正信道捕獲方法的流程示意圖；圖3為旋轉相關運算的流程示意圖；圖4為本發明的頻偏估計方法的流程示意圖。
具體實施方式
本發明的頻率校正信道捕獲方法如圖2所示，包括 步驟21，在搜索頻點上保存L (L大於FCCH的重複周期)個連續的時隙 (突發)數據；步驟22，從保存的L個連續的突發數據的第一個數據開始，每次取出N個數據(N為FCCH的長度)，進行旋轉相關運算獲取該次運算的最大相關峰，直至到最後一個數據為止；步驟23，獲取旋轉相關運算得到的所有最大相關峰中具有最大值的第一相關峰，並記錄該第一相關峰的峰值及位置信息；步驟24,在該第一相關峰的峰值超過捕獲門限時，根據第一相關峰的位置信息捕獲頻率校正信道。在步驟21中，由於FCCH恆定佔用T0時隙，並在控制復幀裡每10幀重複發送一次。所以為了完成FCCH的捕獲，在每個頻點上至少要連續搜索80個以上的時隙(突發)；其中，對N個數據(N為FCCH的長度)進行旋轉相關運算得到最大相關峰的處理如圖3所示，包括如下步驟 步驟31 ，對輸入信號進行相位翻轉； 步驟32，對翻轉後的輸入信號進行連續點累加(子相關)； 步驟33,對子相關序列執行FFT( Fast Flourier Transfer,快速傅立葉變換)； 步驟34,對FFT變換得到的數據(複數)求模值； 步驟35,將各個模值中的最大值作為本次的N個數據的相關峰。 在上述的步驟32中，執行連續點累加的操作可以減小FFT的運算量。 同時，為了有效的提高頻偏估計的精度，本發明進一步對步驟32得到的子相關序列的尾部補零，並在步驟33中對尾部補零後的子相關序列進行FFT。 對數字序列尾部補零，不會改變序列的頻語結構，卻能有效的克服FFT變換的4冊欄效應，提高頻偏估計的精度。假設在步驟31前的輸入信號的I路和Q路都經過單倍採樣，即採樣速率與碼元速率相同，則輸入信號可以寫為Xn， " = 0,l，".，iV-l,其中，iv為FCCH的長度。信號相位翻轉後，即步驟31的輸出可以寫為< =。如果不存在頻偏 的話，FCCH信號在相位翻轉後就從一個單頻信號(67.708kHz)變為一個零 頻信號。步驟32完成戶點連續釆樣點累加(也可以認為是一種子相關)，累加後的子相關值為formula see original document page 11子相關運算減小了 FFT運算量。在上面提到，為了提高精度，在子相關值序列尾部補零，假設補零個數為X。因此步驟33中完成對尺+ iV/屍點FFT運算，這裡《+ iV/屍通常為2的整數 次冪，在此，將FFT運算得到數據記為^J-0，1,…，〖+ A7屍-1 。 步驟34對複數^取模值。最後在步驟35實現在K + W/屍個模值中尋找最大值的功能，並記錄該最大 值對應的H直，；t用於頻偏估計。步驟24中，如果第一相關峰的峰值高於捕獲門限，則說明已經捕獲FCCH。 假設該最大值對應的位置參數分別為《、f和A,其中A和〖表示該最大相關峰 出現在第A個突發中第〖個數據，而《是最大值對應的FFT變換的下標值。由此得到FCCH的起始點估計為(80-/^)*156 + "3。其中80 (突發)是FCCH的重複周期，156是一個突 發的長度，3是FCCH的頭比特長度。 本發明的頻率校正信道捕獲裝置包括數據保存模塊，用於在搜索頻點上保存L個連續的時隙(突發)數據；旋轉相關運算模塊，用於從保存的L個連續的突發數據的第一個數據開 始，每次取出N個數據(N為FCCH的長度)，進行旋轉相關運算獲取該次運 算的最大相關峰，直至到最後一個數據為止；第一相關峰記錄模塊，用於獲取旋轉相關運算得到的所有最大相關峰中具 有最大值的第一相關峰，並記錄該第一相關峰的峰值及位置信息；捕獲模塊，用於在該第一相關峰的峰值超過捕獲門限時，根據第一相關峰 的位置信息捕獲頻率校正信道。而旋轉相關運算模塊具體包括用於對輸入信號進行相位翻轉的單元；用於對翻轉後的輸入信號進行連續點累加的單元；用於對子相關序列執行FFT的單元；用於對FFT變換得到的數據(複數)求模值的單元；用於從模值中搜索最大值的相關峰搜索單元。而本發明的頻偏估計方法如圖4所示，包括步驟41，在搜索頻點上保存L (L大於FCCH的重複周期)個連續的時隙 (突發)數據；步驟42,從保存的L個連續的突發數據的第一個數據開始，每次取出N 個數據(N為FCCH的長度)，進行旋轉相關運算獲取該次運算的最大相關峰， 直至到最後一個數據為止；步驟43,獲取旋轉相關運算得到的所有最大相關峰中具有最大值的第一 相關峰，並記錄該第一相關峰的峰值及位置信息；步驟44,在該第一相關峰的峰值超過捕獲門限時，根據第一相關峰的位 置信息進行頻偏估計。步驟44中，如果第一相關峰的峰值高於捕獲門P艮，則說明已經捕獲FCCH。 假設該最大值對應的位置參數分別為"f和A,其中A和f表示該最大相關峰 出現在第A個突發中第/個數據，而《是最大值對應的FFT變換的下標值。而頻偏估計可由下式給出 formula see original document page 12其中，A厶為頻偏估計精度。本發明中旋轉相關的頻偏估計範圍也就是FFT的帶寬，而旋轉相關的頻 偏估計精度也就是FFT的頻點間隔。例如對FCCH的單倍採樣信號進行W點 FFT運算的話，其帶寬為1/7;=270.833&歷，rA為FCCH信號的碼元寬度。而頻偏估計精度為i/m;。通常對子相關值序列直接進行FFT,其頻偏估計精度不能滿足糾正本地時 鍾偏移的要求。 一個有效提高估計精度的方法是在子相關值序列尾部補零。對 數字序列尾部補零，不會改變序列的頻譜結構，卻能有效的克服FFT變換的 "柵欄效應"。本發明正是利用了這一特性。例如當屍=9和尺=48時，即完成 64點FFT運算，此時頻偏估計精度提高為1/4iV7;。本發明的頻偏估計裝置包括數據保存模塊，用於在搜索頻點上保存L (L大於FCCH的重複周期)個 連續的時隙(突發)數據；旋轉相關運算模塊，用於從保存的L個連續的突發數據的第一個數據開 始，每次取出N個數據(N為FCCH的長度)，進行旋轉相關運算獲取該次運 算的最大相關峰，直至到最後一個數據為止；第 一相關峰記錄模塊，用於獲取旋轉相關運算得到的所有最大相關峰中具 有最大值的第一相關峰，並記錄該第一相關峰的峰值及位置信息；估計模塊，用於在該第一相關峰的峰值超過捕獲門限時，根據第一相關峰 的位置信息進行頻偏估計。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通 技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾， 這些改進和潤飾也應一見為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種頻率校正信道捕獲方法，其特徵在於，包括步驟A1，在搜索頻點上保存突發數據；步驟A2，從保存的突發數據的第一個數據開始，每次取出N個數據進行旋轉相關運算獲取該次運算的最大相關峰，直至到最後一個數據為止；所述N為頻率校正信道的長度；步驟A3，獲取旋轉相關運算得到的所有最大相關峰中具有最大值的第一相關峰，並記錄該第一相關峰的峰值及位置信息；步驟A4，在該第一相關峰的峰值超過捕獲門限時，根據第一相關峰的位置信息捕獲頻率校正信道。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述位置信息為A和"表 示所述第一相關峰出現在第A個突發中第/個數據，所述步驟A4中，根據第 一相關峰的位置信息捕獲頻率校正信道具體為獲取頻率校正信道的起始點估計(a-^^b + f + c，其中a是頻率校正信道的 重複周期，b是一個突發的長度，c是頻率校正信道的頭比特長度。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述步驟A2中對N 個數據進行旋轉相關運算獲取該次運算的最大相關峰的動作具體包括步驟31,對輸入信號進行相位翻轉；步驟32,對翻轉後的輸入信號進行連續點累加；步驟33,對執行連續點累加得到的序列執行快速傅立葉變換；步驟34,對快速傅立葉變換得到的數據求模值；步驟35,將各個模值中的最大值作為本次的N個數據的最大相關峰。
4. 根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述步驟33中，對執行連 續點累加得到的序列的尾部進行補零，並對尾部補零後的序列進行快速傅立葉 變換。
5. —種頻率校正信道捕獲裝置，其特徵在於，包括 數據保存模塊，用於在搜索頻點上保存突發數據；旋轉相關運算模塊，用於從保存的突發數據的第一個數據開始，每次取出2N個數據進行旋轉相關運算獲取該次運算的最大相關峰，直至到最後一個數據 為止；所述N為頻率校正信道的長度；第一相關峰記錄模塊，用於獲取旋轉相關運算得到的所有最大相關峰中具 有最大值的第一相關峰，並記錄該第一相關峰的峰值及位置信息；捕獲模塊，用於在該第一相關峰的峰值超過捕獲門限時，根據第一相關峰 的位置信息捕獲頻率校正信道。
6. 根據權利要求5所述的裝置，其特徵在於，所述旋轉相關運算模塊具 體包括用於對輸入信號進行相位翻轉的單元；用於對翻轉後的輸入信號進行連續點累加的單元；用於對執行連續點累加得到的序列執行快速傅立葉變換的單元；用於對快速傅立葉變換變換得到的數椐求模值的單元；用於從模值中搜索最大值的相關峰搜索單元。
7. 根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述用於對執行連續點累 加得到的序列執行快速傅立葉變換的單元具體用於對執行連續點累加得到的 序列的尾部進行補零，並對尾部補零後的序列進行快速^f專立葉變換。
8. —種頻偏估計的方法，其特徵在於，包括 步驟B1，在搜索頻點上保存突發數據；步驟B2，從保存的突發數據的第一個數據開始，每次取出N個數據進行 旋轉相關運算獲取該次運算的最大相關峰，直至到最後一個數據為止；所述N 為頻率校正信道的長度；步驟B3,獲取旋轉相關運算得到的所有最大相關峰中具有最大值的第一 相關峰，並記錄該第一相關峰的峰值及位置信息；步驟B4，在該第一相關峰的峰值超過捕獲門限時，根據第一相關峰的位 置信息進行頻偏估計。
9. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述步驟B2中對N個數 據進行旋轉相關運算獲取該次運算的最大相關峰的動作具體包括步驟31，對輸入信號進行相位翻轉；步驟32，對翻轉後的輸入信號進行連續點累加；步驟33,對執行連續點累加得到的序列執行快速傅立葉變換；步驟34,對快速傅立葉變換得到的數據求模值；步驟35,將各個模值中的最大值作為本次的N個數據的最大相關峰。
10. 根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述步驟33中，對執行 連續點累加得到的序列的尾部進行補零，並對尾部補零後的序列進行快速傅立 葉變換。
11. 4艮據權利要求IO所述的方法，其特徵在於，所述位置信息為糹，所述 《是第一相關峰對應的快速傅立葉變換的下標值，所述頻偏估計為.Ja厶"，"(u,…，〔a: + ^/^)/2 A, 一 i * (w/屍+尺 一 《)〖=〔a: + %〕/2 + i，...，(尺+ w/屍)—i所述a力為頻偏估計精度，所述K為補零的個數，P為連續採樣點累加的數目。
12. 根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述頻偏估計精度為快 速傅立葉變換的頻點間隔。
13. —種頻偏估計裝置，其特徵在於，包括 數據保存模塊，用於在搜索頻點上保存突發數據； 旋轉相關運算模塊，用於從保存的突發數據的第一個數據開始，每次取出N個數據進行旋轉相關運算獲取該次運算的最大相關峰，直至到最後一個數據 為止；所述N為頻率校正信道的長度；第一相關峰記錄模塊，用於獲取旋轉相關運算得到的所有最大相關峰中具有最大值的第一相關峰，並記錄該第一相關峰的峰值及位置信息；估計模塊，用於在該第一相關峰的峰值超過捕獲門限時，根據第一相關峰 的位置信息進行頻偏估計。
14. 根據權利要求13所述的裝置，其特徵在於，所述旋轉相關運算模塊 具體包括用於對輸入信號進行相位翻轉的單元；用於對翻轉後的輸入信號進行連續點累加的單元；用於對執行連續點累加得到的序列執行快速傅立葉變換的單元；用於對快速傅立葉變換變換得到的數據求才莫值的單元；用於從N個模值中搜索最大值的相關峰搜索單元。
15.根據權利要求14所述的裝置，其特徵在於，所述用於對執行連續點 累加得到的序列執行快速傅立葉變換的單元具體用於對執行連續點累加得到 的序列的尾部進行補零，並對尾部補零後的序列進行快速傅立葉變換。
全文摘要
本發明提供一種頻率校正信道捕獲方法、裝置及頻偏估計方法、裝置，其中，該頻率校正信道捕獲方法包括步驟A1，在搜索頻點上保存突發數據；步驟A2，從保存的突發數據的第一個數據開始，每次取出N個數據進行旋轉相關運算獲取該次運算的最大相關峰，直至到最後一個數據為止；所述N為頻率校正信道的長度；步驟A3，獲取旋轉相關運算得到的所有最大相關峰中具有最大值的第一相關峰，並記錄該第一相關峰的峰值及位置信息；步驟A4，在該第一相關峰的峰值超過捕獲門限時，根據第一相關峰的位置信息捕獲頻率校正信道。利用本發明的方法可以在較低的信噪比環境下快速捕獲FCCH，並獲得較為精確的頻偏估計，以調整本地時鐘。
文檔編號H04L27/38GK101330315SQ200710117630
公開日2008年12月24日 申請日期2007年6月20日 優先權日2007年6月20日
發明者鋒 楊, 辛勝利, 郭建林 申請人:中興通訊股份有限公司