專利名稱：基于訓練序列的td－scdma系統頻偏補償方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線移動通訊領域的一種頻偏補償方法，特別涉及一種基于訓練序列的TD-SCDMA系統頻偏補償方法及裝置。
背景技術：
在移動通信系統中，多普勒引起的頻率偏移可以達到幾百赫茲，而由載波引入的最大頻差可以達到上千赫茲，因此接收端必須進行頻率校正。頻率校正功能是由頻率校正環(huán)路完成的，常用的裝置有自動頻率控制(AFC，AutoFrequency Control)和鎖相環(huán)路(PLL，Phase Lock Loop)。
頻率校正環(huán)路是通過調整本振頻率來對抗頻率偏移，可以有效校正后繼突發(fā)數據的頻率偏移。但該校正并不會對當前接收數據有任何改善。因此，需要對當前接收數據進行頻差補償操作。
現有技術方案中，如申請?zhí)枮?7115151.2發(fā)明專利公開了一種“擴頻通信系統中載波恢復和補償的方法及其裝置”，它是由解擴出來的數據硬判決解調，然后重新進行四相移鍵控(QPSK，Quadrature Phase Shift Keying)調制，求取重調的比特和未判決的比特之間的相位差，再用下面的公式求頻偏cita(kVRU)=12MΣi=0M-1(cita2,i(kVRU)4.5+i-cita1,21-i(kVRU)5.5+i)---(1)]]>上式可以由圖1表示，其中 Δf=θ0-θ1Δt1=θ2-θ0Δt2---(3)]]>這里認為(1)式中的4.5+i與5.5+i近似相等。
利用(1)式求得頻偏后，再換算成相位補回到每個符號，作為軟輸出信息送給后面的解碼單元。
現有技術方案中，當頻率偏移比較大時，在時分同步碼分多址接入(TD-SCDMA，Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access)一個突發(fā)時間內，用戶信道環(huán)境不再可以假設為時不變的，通過訓練序列得到的信道沖擊響應h(t)不再適用于整個突發(fā)。因此，在進行聯合檢測之后，利用未知的用戶數據進行硬判決解調，得到頻偏補償，存在如下問題1.當頻率偏移比較大時，在TD-SCDMA一個突發(fā)時間內，用戶信道環(huán)境不再可以假設為時不變的，通過訓練序列得到的信道沖擊響應h(t)不再適用于整個突發(fā)，因此，聯合檢測的性能下降，從而導致解擴后數據誤碼率增加。
2.由于解擴后數據誤碼率增加，從而導致解調性能下降。
3.由于采用硬判解調，不可避免的引入了硬判損失。
4.當相位出現整倍數變化時，該方案無法進行有效補償。
5.在某些錯誤情況下，硬判后解調星座圖出現在圓點，會帶來較大的誤差。
因此，在聯合檢測之前對頻偏進行修正，可以有效減少或避免上述問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提出一種基于訓練序列的TD-SCDMA系統頻偏補償方法及裝置，該方法從接收的數字擴頻信號中截取出訓練序列符號，加入預設的頻偏后進行解擴、解調，由于訓練序列符號已知，因此，可以根據每個頻點的訓練序列符號的代價函數進行頻偏估計。并采用加權修正的方法，對當前時隙的頻偏估計進行修正，使基站快速、準確的進行解擴、解調。在數字信號處理平臺上，應用簡化的方法以及較少的存儲單元獲得精確的頻偏估計。
本發(fā)明的目的是這樣實現的本發(fā)明公開了一種基于訓練序列的TD-SCDMA系統頻偏補償方法，包括如下步驟(1)選擇一接收數據序列；(2)從接收數據序列中截取訓練序列；(3)在不同頻差點對訓練序列進行相位補償，并進行信道估計，確定訓練序列的擴頻因子Q；
(4)對訓練序列進行解擴，得到每個頻差點的訓練序列解擴后的符號；(5)處理異常解擴符號，計算每個頻點、每個用戶的代價函數；(6)計算最小代價函數值，確定最佳頻點，得到當前時隙的頻偏估計值；(7)對當前時隙的頻偏估計值進行平滑修正；(8)通過信道估計、擴頻碼、擾碼、權值，得到混合信道沖擊響應；(9)對各用戶混合信道沖擊響應進行頻偏補償。
所述處理異常解擴符號包括識別出解擴后的錯誤符號，并丟棄錯誤符號。
所述的基于訓練序列的TD-SCDMA系統頻偏補償方法，預設的頻偏補償值為e-j2πfi，其中fi∈f，f的范圍為[-fmax，fmax]。
所述平滑修正還包括當前時隙頻偏估計結果，加權P后，與保存的前一時隙頻偏估計結果，加權(1-P)相乘，得到平滑修正后的頻偏估計。
所述接收數據序列的頻差的可能范圍為[-fmax，fmax]，頻差間隔為fd=2fmaxλ,]]>λ為估計次數。
所述的訓練序列的擴頻因子Q＝128/N，N為訓練序列符號個數。
所述的訓練符號序列的代價函數為Ci,k(Re)=1NΣn=1N|Re(dni,k)-Re(d^ni,k)|]]>Ci,k(Im)=1NΣn=1N|Im(dni,k)-Im(d^ni,k)|]]>其中，訓練數據符號序列d^i,k={d^1i,k,d^2i,k,d^Ni,k}--i=1,···,λ]]>i為第i個頻率遍歷點，k為第k個用戶，N為訓練序列符號個數。
所述的平滑修正是采用迭代遺忘因子對當前時隙和以前時隙的頻偏估計值進行平滑修正θ‾correctk,n=(1-p)θ‾correctk,n-1+pθcorrectk,n]]>其中，θcorrectk,n=2πfcorrectk·t]]>為第n時隙的頻偏估計值，
t為時隙長度，fcorrectk為第k個用戶對應的最佳估計頻差，p為均值遺忘因子，一般設為0.75～0.9之間。
本發(fā)明還公開了一種基于訓練序列的TD-SCDMA系統頻偏補償裝置，該裝置包括頻偏預設器、乘法器、解擴模塊、信道估計器、錯誤符號刪除和計算代價函數模塊、代價函數值比較判決模塊、頻偏估計模塊、頻偏平滑修正模塊、解調模塊、混合沖擊響應模塊、聯合檢測模塊、擴頻碼、擾碼、權值產生器，其中，所述頻偏預設器和乘法器用于對從接受數據序列中截取的訓練序列進行頻偏預估計；所述信道估計器對經過頻偏預估計的訓練序列進行信道估計；所述解擴模塊用于得到訓練序列符號；所述錯誤符號刪除和計算代價函數模塊用于刪除解擴后的錯誤符號，并計算代價函數；所述代價函數值比較判決模塊用于比較相同用戶的多個頻偏預設解擴后的結果，選取每個用戶的最佳頻偏預設點；所述頻偏估計模塊用于計算出當前時隙每個用戶的頻偏；所述頻偏平滑修正模塊用于對頻偏進行平滑處理，得到平滑后頻偏估計值；所述信道估計器、擴頻碼、擾碼、權值產生器和乘法器用于得到混合信道沖擊響應；所述乘法器用于對混合信道沖擊響應進行頻偏補償，得到補償后的混合信道沖擊響應；所述聯合檢測模塊、解調模塊用于對數據進行解擴、解調。
本發(fā)明利用頻偏遍歷的方法，在聯合檢測前，對訓練序列進行解擴，得到不同頻偏點的訓練序列符號的代價函數，由于訓練序列符號已知，因此，可以對解擴出錯符號進行刪除處理。與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)勢如下1.充分利用了訓練序列的已知信息，因此，可以對解擴后出錯符號進行刪除處理；2.由于訓練序列符號已知，只需要計算訓練序列在不同預設頻偏點解擴、解調后的代價函數，不需要進行解調硬判，避免了解調硬判的損失；3.由于在聯合檢測前進行了頻偏補償，因此，提高了聯合檢測的性能；4.由于采用頻偏遍歷的方法，因此只要在設定的頻偏內，就可以對頻偏進行有效的補償；5.對較大的頻偏有較好的補償作用，特別是在出現相位翻轉時，頻偏補償效果明顯；6.可以有效提高系統SNR(Signal Noise Ratio)-BER(Bit Error Ratio)性能；
7.由于訓練序列的符號個數可以動態(tài)設定，符號數范圍為1～9個，因此計算量小，實用性強；8.由于訓練序列符號已知，因此該方案對SNR估計起參考作用。


圖1為現有頻偏補償方案中相位頻偏計算示意圖；圖2為本發(fā)明中的頻偏補償方法的流程圖；圖3為本發(fā)明中頻偏平滑處理模塊說明圖。
具體實施例方式
在TD-SCDMA系統中，無論在上行同步過程，還是在業(yè)務信道傳輸過程中，在一個時隙內已知序列有效長度均為128chips。可以利用該已知序列進行頻率估計。
設已知發(fā)送序列為S＝{s1，s2，...，sn} (4)經過空中信道，對應接收端數據序列為R＝{r1，r2，...，rn，...，rn+W} (5)根據TD-SCDMA的協議，在接收端接收的訓練序列可以與數據部分等同，表示為{wQkd1k,ic1k,iv1,wQkd1k,ic2k,iv2,···,wQkd1k,icQk,ivQ,wQkd2k,ic1k,ivQ+1,······,wQkd16/Qk,icQk,iv16,···}---(6)]]>其中符號取值如下wQk∈{1,j,-1,-j}---(7)]]>vi∈{1，j，-1，-j} (8)ci∈{1，-1}(9)利用擾碼、擴頻原理，序列可以表示為{wQkd1k,i(c1k,iv1,c2k,iv2,···,cQk,ivQ),wQkd2k,i(c1k,ivQ+1,···,cQk,iv2Q),···,wQkd16/Qk,i(c1k,iv16-Q+1,···,cQk,iv16),···}---(10)]]>設該接收序列頻差的可能范圍為[-fmax，fmax]，假定在此范圍內進行λ次估計，則頻差間隔為fd=2fmaxλ,]]>遍歷的頻差點為f＝{0，±fd，±2fd，..，±fmax} (11)預設的頻偏補償值為e-j2πfi，其中fi∈f，f的范圍為[-fmax，fmax]。
在不同頻差點對訓練序列進行相位補償，由于訓練序列可以認為是擴頻因子為Q(Q＝128/N)的數據序列，因此對訓練序列進行數據解擴頻。在每個頻差點可以得到如下訓練數據符號序列d^i,k={d^1i,k,d^2i,k,d^Ni,k},i=1,···,λ---(12)]]>其中i為第i個頻率遍歷點，k為第k個用戶，N為訓練序列符號個數。由于訓練符號序列已知，該訓練符號序列的代價函數為Ci,k(Re)=1NΣn=1N|Re(dni,k)-Re(d^ni,k)|---(13)]]>Ci,k(Im)=1NΣn=1N|Im(dni,k)-Im(d^ni,k)|---(14)]]>對每個頻偏補償點進行遍歷搜索，其代價函數為集合C。
Ck={C-fmxa,k,···,C0,k,···Cfmax,k}---(15)]]>其中最佳頻偏補償點代價函數為||Cfk||=min(||Ck||)---(16)]]>上述代價函數中最小值對應的頻差點就是該接收序列的最佳估計頻差。其第n時隙的頻偏估計值為θcorrectk,n=2πfcorrectk·t---(17)]]>其中t為時隙長度，fcorrectk為第k個用戶對應的最佳估計頻差。
估計出當前時隙最佳頻偏后，為有效利用以前的頻偏信息和減少計算量，需要對當前時隙的頻偏估計進行平滑修正。采用迭代遺忘因子對當前時隙和以前時隙的頻偏估計值進行平滑修正θ‾correctk,n=(1-p)θ‾correctk,n-1+pθcorrectk,n---(18)]]>
其中p為均值遺忘因子，一般設為0.75～0.9之間。
得到修正后的頻偏估計后，在聯合檢測前，對混合信道沖擊響應進行頻偏補償。
具體實施步驟如下1.選擇接收序列頻差的可能范圍為[-fmax，fmax]，頻差間隔為fd=2fmaxλ,]]>λ為估計次數；2.從接收數據中截取訓練序列，在不同頻差點對訓練序列進行預設相位補償，并進行信道估計；3.確定訓練序列的擴頻因子Q，Q＝128/N；4.對訓練序列進行解擴，得到在每個頻差點的訓練序列解擴后的符號；5.由于訓練序列符號已知，因此可以識別出解擴后的錯誤符號，并丟棄錯誤符號；6.計算每個頻點、每個用戶的訓練序列解擴后符號的代價函數；7.計算最小代價函數值，判斷最佳頻點，得到當前時隙的頻偏估計值；8.對當前時隙的頻偏估計值進行平滑修正；9.通過信道估計、擴頻碼、擾碼、權值，得到混合信道沖擊響應；10.對K個用戶混合信道沖擊響應分別進行頻偏補償，補償之后進行聯合檢測、解調。
參見圖2為本發(fā)明的頻偏補償方法及裝置，該裝置主要包括頻偏預設器22，乘法器23，解擴模塊24，信道估計器25，錯誤符號刪除和計算代價函數模塊26，代價函數值比較判決模塊28，頻偏估計模塊29，頻偏平滑修正模塊210，解調模塊214，混合沖擊響應模塊212，聯合檢測模塊213，擴頻碼、擾碼、權值產生器211。
根據設計指標和要求，可以預先得到接收序列頻偏的可能范圍，設定頻差間隔為fd=2fmaxλ,]]>λ為估計次數。接收時，從天線端可以得到接收數據21，從接收數據中截取訓練序列，使用乘法器23和頻偏預設器22對截取的訓練序列進行頻偏預估計，采用信道估計器25對經過頻偏預估計的訓練序列進行信道估計，通過解擴模塊24得到訓練序列符號；由于訓練序列符號27已知，所以可以通過錯誤符號刪除和計算代價函數模塊26刪除解擴后的錯誤符號，并計算代價函數；通過判決模塊28比較相同用戶的多個頻偏預設解擴后的結果，選取每個用戶的最佳頻偏預設點216；通過頻偏估計模塊29計算出當前時隙每個用戶的頻偏217；通過頻偏平滑修正模塊210對頻偏進行平滑處理，得到平滑后頻偏估計值218。
通過信道估計器25，擴頻碼、擾碼、權值產生器211和乘法器23得到混合信道沖擊響應212；用平滑后的頻偏估計值218，通過乘法器23對混合信道沖擊響應212進行頻偏補償，得到補償后的混合信道沖擊響應215；經過聯合檢測模塊213，解調模塊214對數據進行解擴、解調。
參見圖3，對頻偏平滑處理進行說明，頻偏平滑處理包括當前時隙頻偏估計結果31，加權P34，加權(1-P)32，保存的前一時隙頻偏估計結果33，平滑修正后的頻偏估計36。
得到當前時隙頻偏估計結果31后，對其進行平滑加權處理，權值分別為P34和(1-P)32，利用式18，計算當前時隙平滑修正后的頻偏估計。
綜上所述，本發(fā)明的突出特點在于采用頻偏遍歷的方法，充分利用了訓練序列，將訓練序列看為N個符號，引入代價函數，用已知的符號信息進行頻偏估計，對當前時隙的頻偏估計進行平滑修正，并在聯合檢測前對頻偏進行補償。從根本上避免了解擴后對未知信息解調時，硬判帶來的誤差，提高了聯合檢測的性能以及系統整體性能，具有較高的突破性。
權利要求
1.一種基于訓練序列的TD-SCDMA系統頻偏補償方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)選擇一接收數據序列；(2)從接收數據序列中截取訓練序列；(3)在不同頻差點對訓練序列進行相位補償，并進行信道估計，確定訓練序列的擴頻因子Q；(4)對訓練序列進行解擴，得到每個頻差點的訓練序列解擴后的符號；(5)處理異常解擴符號，計算每個頻點、每個用戶的代價函數；(6)計算最小代價函數值，確定最佳頻點，得到當前時隙的頻偏估計值；(7)對當前時隙的頻偏估計值進行平滑修正；(8)通過信道估計、擴頻碼、擾碼、權值，得到混合信道沖擊響應；(9)對各用戶混合信道沖擊響應進行頻偏補償。
2.如權利要求1所述的基于訓練序列的TD-SCDMA系統頻偏補償方法，其特征在于，所述處理異常解擴符號包括識別出解擴后的錯誤符號，并丟棄錯誤符號。
3.如權利要求1所述的基于訓練序列的TD-SCDMA系統頻偏補償方法，其特征在于，所述平滑修正還包括當前時隙頻偏估計結果，加權P后，與保存的前一時隙頻偏估計結果，加權(1-P)相乘，得到平滑修正后的頻偏估計。
4.如權利要求1所述的基于訓練序列的TD-SCDMA系統頻偏補償方法，其特征在于，所述接收數據序列的頻差的可能范圍為[-fmax，fmax]，頻差間隔為fd=2fmaxλ,]]>λ為估計次數。
5.如權利要求4所述的基于訓練序列的TD-SCDMA系統頻偏補償方法，其特征在于，還包括預設頻偏補償值用復數表示為e-j2πfi，其中fl∈f，f的范圍為[-fmax，fmax]。
6.如權利要求4所述的基于訓練序列的TD-SCDMA系統頻偏補償方法，其特征在于，所述的訓練序列的擴頻因子Q＝128/N，N為訓練序列符號個數。
7.如權利要求4所述的基于訓練序列的TD-SCDMA系統頻偏補償方法，其特征在于，所述的該訓練符號序列的代價函數為Ci,k(Re)=1NΣn=1N|Re(dni,k)-Re(d^ni,k)|]]>Ci,k(Im)=1NΣn=1N|Im(dni,k)-Im(d^ni,k)|]]>其中，訓練數據符號序列d^i,k={d^1i,k,d^2i,k,d^Ni,k}---i=1,···,λ]]>i為第i個頻率遍歷點，k為第k個用戶，N為訓練序列符號個數。
8.如權利要求7所述的基于訓練序列的TD-SCDMA系統頻偏補償方法，其特征在于，所述的平滑修正是采用迭代遺忘因子對當前時隙和以前時隙的頻偏估計值進行平滑修正θ‾correctk,n=(1-p)θ‾correctk,n-1+pθcorrectk,n]]>其中，θcorrectk,n=2πfcorrectk·t]]>為第n時隙的頻偏估計值，t為時隙長度，fcorrectk為第k個用戶對應的最佳估計頻差，p為均值遺忘因子，一般設為0.75～0.9之間。
9.一種基于訓練序列的TD-SCDMA系統頻偏補償裝置，其特征在于，該裝置包括頻偏預設器、乘法器、解擴模塊、信道估計器、錯誤符號刪除和計算代價函數模塊、代價函數值比較判決模塊、頻偏估計模塊、頻偏平滑修正模塊、解調模塊、聯合檢測模塊、擴頻碼、擾碼、權值產生器，其中，所述頻偏預設器和乘法器用于對從接受數據序列中截取的訓練序列進行頻偏預估計；所述信道估計器對經過頻偏預估計的訓練序列進行信道估計；所述解擴模塊用于得到訓練序列符號；所述錯誤符號刪除和計算代價函數模塊用于刪除解擴后的錯誤符號，并計算代價函數；所述代價函數值比較判決模塊用于比較相同用戶的多個頻偏預設解擴后的結果，選取每個用戶的最佳頻偏預設點；所述頻偏估計模塊用于計算出當前時隙每個用戶的頻偏；所述頻偏平滑修正模塊用于對頻偏進行平滑處理，得到平滑后頻偏估計值；所述信道估計器、擴頻碼、擾碼、權值產生器和乘法器用于得到混合信道沖擊響應；所述乘法器用于對混合信道沖擊響應進行頻偏補償，得到補償后的混合信道沖擊響應；所述聯合檢測模塊、解調模塊用于對數據進行解擴、解調。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于訓練序列的TD－SCDMA系統頻偏補償方法，包括選擇一接收數據序列；從接收數據序列中截取訓練序列；在不同頻差點對訓練序列進行相位補償，并進行信道估計，確定訓練序列的擴頻因子；對訓練序列進行解擴，得到每個頻差點的訓練序列解擴后的符號；處理異常解擴符號，計算每個頻點、每個用戶的代價函數；計算最小代價函數值，確定最佳頻點，得到當前時隙的頻偏估計值；對當前時隙的頻偏估計值進行平滑修正；通過信道估計、擴頻碼、擾碼、權值，得到混合信道沖擊響應；對各用戶混合信道沖擊響應進行頻偏補償。本發(fā)明可以進行頻偏估計，并加權修正，使基站快速、準確的進行解擴、解調。
文檔編號H04B1/12GK1585283SQ20041000913
公開日2005年2月23日 申請日期2004年5月25日 優(yōu)先權日2004年5月25日
發(fā)明者劉虎, 魏元, 馬志鋒 申請人:中興通訊股份有限公司