Td-scdma終端的頻偏估計與補償方法

2023-06-01 04:21:06 3

專利名稱：Td-scdma終端的頻偏估計與補償方法
技術領域：
本發明涉及無線通信技術領域，特別是一種TD-SCDMA終端的頻偏 估計與補償方法。
背景技術：
TD-SCDMA (時分雙工-同步碼分多址移動通信系統)是由中國提出 的一種第三代移動通信標準，為世界三大標準之一。目前，TD-SCDMA 在中國即將走向應用，有關TD-SCDMA的研究正如火如荼。
由於都卜勒現象和晶振的不穩定性，任何通信系統的接收信號中心頻 率和本地振蕩頻率都存在一個頻率偏差。因此必須予以矯正。 一般的矯正 電路使得本地振蕩頻率準確地跟蹤接收信號頻率，稱之為自動頻率跟蹤電 路。自動頻率跟蹤可以在模擬域實現，也可以在數字域實現。隨著數字信 號處理技術的發展，現代接收機以數字實現為主。TD-SCDMA系統也是 一樣，終端接收機也必須進行自動頻率跟蹤。此外，由於TD-SCDMA的 基站同時接收多個移動終端的信號，他們的頻率偏差各不相同，無法估計 與矯正。因此，各終端用戶在J:送信號前，應對發送頻率做一個預偏置， 使得各用戶信號不但到達基站的時間相同，各用戶信號到達基站的頻率也 相同。本發明提供一種數字域的下行頻率估計算法，並將該算法用在鎖相 環路當中，對接收信號進行頻率補償。並且，估計出來的下行頻率偏差， 同時用於對上行頻率進行預偏置。

發明內容
本發明的目的在於提供一種TD-SCDMA終端的頻偏估計與補償方法。
為實現上述目的，本發明提供的TD-SCDMA終端的頻偏估計與補償 方法，接收信號模數轉換後，在數字域進行頻偏估計與補償；發送信號在
送入數模轉換之前，在數字域先進行頻率預偏置；其中
接收信號轉換為數位訊號後，首先與載波數控振蕩器(CarrierNCO)產 生的本地頻率混頻，混頻後的信號經頻偏估計器(Frequency Offset Estimator)估計出殘餘的頻偏信號；
將該頻偏信號經載波數控振蕩器(CarrierNCO)內的查找表、複數乘法 器和複數寄存器(Register)轉換成隨時間增長的本地載波信號；
本地載波信號與接收信號相乘，如此構成一個環路。
所述的頻偏估計與補償方法，其中，殘餘的頻偏信號A 的估計，是 將接收信號進行下行幀同步獲得所用的下行同步碼W")和其位置後，再將 接收信號與下行同步碼^(n)的復共軛對齊相乘，得/&);將下行同步碼s(") 延遲一個碼片後得s("-l)，將^7-l)的復共軛與接收信號相乘，得乂0^; 如此得到/(")、 /(")、 、 其中￡為多徑的延遲長度；
根據公式l:
計算出各乂("),、0,l,…,i:-l的延遲相關/ '("X2,…,M; M為正整數；iV為下行同步碼的長度；
將各/ '(", 0,I，…,丄一l相力口 =++ + 用公式3
t;為頻率估計處的採樣間隔時間，即一個碼片周期， 計算出殘餘的頻偏信號。
所述的頻偏估計與補償方法，其中，M取iV/2。
所述的頻偏估計與補償方法，其中，頻偏信號經過低通濾波器後進入 本地數控振蕩器。
所述的頻偏估計與補償方法，其中，頻偏信號經載波數控振蕩器轉換 時，該載波數控振蕩器通過查找表將該頻偏信號轉換成本地載波增量信
號。 i
(式1)
所述的頻偏估計與補償方法，其中，數控振蕩器內寄存器中的數據與 本地載波增量信號相乘後的結果，在下一個時鐘存入寄存器。
所述的頻偏估計與補償方法，其中，接收信號在一個6MHz左右的時 鐘下進行採樣；
採樣後的數位訊號首先送入一個內插器(Interpolator),該內插器在採 樣數控振蕩器(SamplingNCO)的控制下以四倍的碼片速率輸出；輸出信 號與載波數控振蕩器(CarrierNCO)輸出的載波經乘法器相乘，然後送入 平方根升餘弦濾波器(SRRC);
該乘法器和平方根升餘弦濾波器均以四倍的碼片速率工作，平方根升 餘弦濾波器的輸出一路送入定時偏差檢測(TED)電路檢測採樣時鐘偏差， 形成採樣時鐘跟蹤環路；另一路按照與定時偏差檢測環路相同的時間零 點，對平方根升餘弦濾波器的輸出進行抽取，抽取到一個碼片一個採樣；
頻偏信號經式3
其中z;為碼片周期。
所述的頻偏估計與補償方法，其中，採樣時鐘跟蹤環路和頻率估計與 跟蹤環路結合在一起，頻偏估計可以在一個數位訊號處理器(DSP)內完 成。


圖1是說明TD-SCDMA的下行頻率補償與上行頻率預偏置的原理圖。 圖2是接收頻率跟蹤鎖相環路的原理框圖。 圖3是頻偏估計的算法流程圖。
圖4是採樣時鐘跟蹤環路和頻偏估計與補償環路的結合框圖。 圖5是說明採樣時鐘跟蹤環路和頻偏估計與補償環路結合框圖具體實 現時的軟硬體劃分。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明提供的頻偏估計與補償方法作描述。
如圖1所示，下行頻率的補償與上行頻率的^置都在數字域進行。設 估計出來的頻偏為A/，則下行採用載波e-^A;> (r為頻率補償處的採樣間 隔時間)進行頻率補償，上行採用載波—2^"進行頻率預偏置。上/下行的 頻率變換在數模/模數轉換和升餘弦濾波之間進行。
下行頻率的跟蹤在一個鎖相環路中進行。如圖2所示，接收的數字信 號K力首先與載波數控振蕩器(N.C.O)產生的本地頻率廣2";>混頻。混頻後 的信號送進一個頻偏估計器(Fr叫uency Offset Estimator)估計出殘餘的頻 偏A/。該頻偏經過一個低通濾波(L.P.F)後，得到A 。 A 送進本地載波 數控振蕩器。載波數控振蕩器首先通過一個查找表(L.U.T)，將頻偏信號 轉換成載波相位增長信號e"^A 。該相位增長信號通過一個複數乘法器， 一個寄存器轉(Register)換成隨時間增長的本地載波一2^"。本地載波又與
接收信號K")相乘。如此構成一個環路。
圖2中的頻偏估計器(Frequency Offset Estimator)的估計算法流程如 圖3所示。首先，接收信號進行下行幀同步，同步後就能獲得所用的下行 同步碼"n)和其位置。將接收信號Kn)與下行同步碼^n)的復共軛對齊相 乘，得/W。將下行同步碼延遲一個碼片後得^-1)，將*-l)的復共軛 與接收信號K")相乘，得y^)。如此等等，可以得到/K)， …， /-乂力。這裡z是指多徑的延遲長度。根據公式l
formula see original document page 7 (式i)
可計算出各乂("),/ = 0,1,..，丄-1的延遲相關; '(;1),* = 1,2,...,肘。這裡
M是一個正整數，通常取M-^。
W為下行同步碼的長度。獲得各
2
/ '(&),!' = 0,1,...,￡ — 1後，按公式2相力口，
formula see original document page 7 (式2)
然後，利用公式3
formula see original document page 7 (式3)
7;為頻率估計處的採樣間隔時間，即一個碼片周期，
即可計算出殘餘的頻偏。
實際實施時，必須把採樣時鐘跟蹤電路和頻偏估計與補償環路絞合在 一起。如圖4所示。接收的模擬信號在一個自由振蕩的時鐘下進行採樣。
採樣後的數位訊號首先送入一個內插器(Interpolator),該內插器在採樣時 鍾數控振蕩器(SamplingNCO)的控制下以四倍的碼片速率輸出。這些輸 出信號與載波數控振蕩器(CarrierNCO)輸出的載波相乘，然後送入一個 平方根升餘弦濾波器(SRRC)。該乘法器和平方根升餘弦濾波器均以四倍 的碼片速率工作。平方根升餘弦濾波器的輸出一方面送入一個定時偏差檢 測(TED)電路去檢測採樣時鐘偏差，形成採樣時鐘跟蹤環路；另一方面 按照與定時偏差檢測環路相同的時間零點，對平方根升餘弦濾波器的輸出 進行抽取，抽取到一個碼片一個採樣。這些抽取後的採樣，送入頻偏估計 器(Fr叫.Estimate)估計出頻偏並進行濾波、通過査找表，輸出本地載波 增量信號。該本地載波增量信號送入載波數控振蕩器，形成隨時間增長的 載波信號。該載波信號又與內插器的插值輸出相乘，如此形成一個環路。 注意，環路中頻偏估計是按照一個碼片一個採樣所得，而頻率糾正是按照 一個碼片四個採樣進行，中間需要一個轉換。
具體轉換方式是在載波數控振蕩器(N.C.O)的查找表(L.U.T)設計時，
查找表(L.U.T)輸入式3的厶>，輸出的本地載波信號一wA中的r取i。
4
圖5表示，頻偏估計可以在軟體中，由一個數位訊號處理器(DSP) 完成。其他部分由硬線邏輯的專用集成電路(ASIC)完成。
權利要求
1、一種TD-SCDMA終端的頻偏估計與補償方法，接收信號模數轉換後，在數字域進行頻偏估計與補償；發送信號在送入數模轉換之前，在數字域先進行頻率預偏置；其中接收信號轉換為數位訊號後，首先與載波數控振蕩器產生的本地頻率混頻，混頻後的信號經頻偏估計器估計出殘餘的頻偏信號；將該頻偏信號經載波數控振蕩器內的查找表、複數乘法器和複數寄存器轉換成隨時間增長的本地載波信號；本地載波信號與接收信號相乘，如此構成一個環路。
2、 根據權利要求1所述的頻偏估計與補償方法，其中，殘餘的頻偏 信號A/'的估計，是將接收信號進行下行幀同步獲得所用的下行同步碼 ^7)和其位置後，再將接收信號與下行同步碼s(")的復共軛對齊相乘，得 /(力；將下行同步碼傘)延遲一個碼片後得傘-l)，將s("-l)的復共軛與 接收信號相乘，得乂(")；如此得到？(")、 y(")、…、'(");其中丄為 多徑的延遲長度；根據公式l:formula see original document page 2 (式l)計算出各乂("), 0,l，…,I-l的延遲相關/ '(A:),h1,2,…,M; M為正整數；iV為下行同步碼的長度；將各formula see original document page 2 用公式3式3中，Tc為碼片周期；計算出殘餘的頻偏信號。
3、 根據權利要求2所述的頻偏估計與補償方法，其中，M取;W2。
4、 根據權利要求1所述的頻偏估計與補償方法，其中，頻偏信號經 過低通濾波器後進入本地數控振蕩器。
5、 根據權利要求1所述的頻偏估計與補償方法，其中，頻偏信號經 載波數控振蕩器轉換時，該載波數控振蕩器通過查找表將該頻偏信號轉換 成本地載波增量信號。
6、 根據權利要求1所述的頻偏估計與補償方法，其中，載波數控振 蕩器內寄存器中的數據與本地載波增量信號相乘後的結果，在下一個時鐘 存入寄存器。
7、 根據權利要求1所述的頻偏估計與補償方法，其中，接收信號在6MHz的時鐘下進行採樣；採樣後的數位訊號首先送入一個內插器，該內插器在採樣數控振蕩器的控制下以四倍的碼片速率輸出；輸出信號與載波數控振蕩器輸出的載波 經乘法器相乘，然後送入平方根升餘弦濾波器；該乘法器和平方根升餘弦濾波器均以四倍的碼片速率工作，平方根升 餘弦濾波器的輸出一路送入定時偏差檢測電路檢測採樣時鐘偏差，形成採 樣時鐘跟蹤環路；另一路按照與定時偏差檢測環路相同的時間零點，對平 方根升餘弦濾波器的輸出進行抽取，抽取到一個碼片一個採樣；頻偏信號經式3計算其中z;為碼片周期。
8、根據權利要求7所述的頻偏估計與補償方法，其中，採樣時鐘跟 蹤環路和頻率估計與跟蹤環路結合在一起，頻偏估計在一個數位訊號處理 器內完成。
全文摘要
一種TD-SCDMA終端的頻偏估計與補償方法，接收信號模數轉換後，在數字域進行頻偏估計與補償；發送信號在送入數模轉換之前，在數字域先進行頻率預偏置；其中接收信號轉換為數位訊號後，首先與載波數控振蕩器產生的本地頻率混頻，混頻後的信號經頻偏估計器估計出殘餘的頻偏信號；將該頻偏信號經載波數控振蕩器內的複數乘法器和複數寄存器轉換成隨時間增長的本地載波信號；本地載波信號與接收信號相乘，如此構成一個環路。隨著環路的收斂，頻率偏差最後就會收斂到期望的誤差以內。同時，本發明將該頻率鎖相環路與採樣時鐘調整環路絞合在一起，使得該算法能容忍一定的採樣頻率偏差。
文檔編號H04L27/38GK101383631SQ20071012137
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月5日 優先權日2007年9月5日
發明者胡東偉, 傑 陳 申請人:中國科學院微電子研究所