专利名称：Td-scdma终端的频偏估计与补偿方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，特别是一种TD-SCDMA终端的频偏 估计与补偿方法。
背景技术：
TD-SCDMA (时分双工-同步码分多址移动通信系统)是由中国提出 的一种第三代移动通信标准，为世界三大标准之一。目前，TD-SCDMA 在中国即将走向应用，有关TD-SCDMA的研究正如火如荼。
由于多普勒现象和晶振的不稳定性，任何通信系统的接收信号中心频 率和本地振荡频率都存在一个频率偏差。因此必须予以矫正。 一般的矫正 电路使得本地振荡频率准确地跟踪接收信号频率，称之为自动频率跟踪电 路。自动频率跟踪可以在模拟域实现，也可以在数字域实现。随着数字信 号处理技术的发展，现代接收机以数字实现为主。TD-SCDMA系统也是 一样，终端接收机也必须进行自动频率跟踪。此外，由于TD-SCDMA的 基站同时接收多个移动终端的信号，他们的频率偏差各不相同，无法估计 与矫正。因此，各终端用户在J:送信号前，应对发送频率做一个预偏置， 使得各用户信号不但到达基站的时间相同，各用户信号到达基站的频率也 相同。本发明提供一种数字域的下行频率估计算法，并将该算法用在锁相 环路当中，对接收信号进行频率补偿。并且，估计出来的下行频率偏差， 同时用于对上行频率进行预偏置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TD-SCDMA终端的频偏估计与补偿方法。
为实现上述目的，本发明提供的TD-SCDMA终端的频偏估计与补偿 方法，接收信号模数转换后，在数字域进行频偏估计与补偿；发送信号在
送入数模转换之前，在数字域先进行频率预偏置；其中
接收信号转换为数字信号后，首先与载波数控振荡器(CarrierNCO)产 生的本地频率混频，混频后的信号经频偏估计器(Frequency Offset Estimator)估计出残余的频偏信号；
将该频偏信号经载波数控振荡器(CarrierNCO)内的查找表、复数乘法 器和复数寄存器(Register)转换成随时间增长的本地载波信号；
本地载波信号与接收信号相乘，如此构成一个环路。
所述的频偏估计与补偿方法，其中，残余的频偏信号A 的估计，是 将接收信号进行下行帧同步获得所用的下行同步码W")和其位置后，再将 接收信号与下行同步码^(n)的复共轭对齐相乘，得/&);将下行同步码s(") 延迟一个码片后得s("-l)，将^7-l)的复共轭与接收信号相乘，得乂0^; 如此得到/(")、 /(")、 、 其中￡为多径的延迟长度；
根据公式l:
计算出各乂("),、0,l,…,i:-l的延迟相关/ '("X2,…,M; M为正整数；iV为下行同步码的长度；
将各/ '(", 0,I，…,丄一l相力口 =++ + 用公式3
t;为频率估计处的采样间隔时间，即一个码片周期， 计算出残余的频偏信号。
所述的频偏估计与补偿方法，其中，M取iV/2。
所述的频偏估计与补偿方法，其中，频偏信号经过低通滤波器后进入 本地数控振荡器。
所述的频偏估计与补偿方法，其中，频偏信号经载波数控振荡器转换 时，该载波数控振荡器通过查找表将该频偏信号转换成本地载波增量信
号。 i
(式1)
所述的频偏估计与补偿方法，其中，数控振荡器内寄存器中的数据与 本地载波增量信号相乘后的结果，在下一个时钟存入寄存器。
所述的频偏估计与补偿方法，其中，接收信号在一个6MHz左右的时 钟下进行采样；
采样后的数字信号首先送入一个内插器(Interpolator),该内插器在采 样数控振荡器(SamplingNCO)的控制下以四倍的码片速率输出；输出信 号与载波数控振荡器(CarrierNCO)输出的载波经乘法器相乘，然后送入 平方根升余弦滤波器(SRRC);
该乘法器和平方根升余弦滤波器均以四倍的码片速率工作，平方根升 余弦滤波器的输出一路送入定时偏差检测(TED)电路检测采样时钟偏差， 形成采样时钟跟踪环路；另一路按照与定时偏差检测环路相同的时间零 点，对平方根升余弦滤波器的输出进行抽取，抽取到一个码片一个采样；
频偏信号经式3
其中z;为码片周期。
所述的频偏估计与补偿方法，其中，采样时钟跟踪环路和频率估计与 跟踪环路结合在一起，频偏估计可以在一个数字信号处理器(DSP)内完 成。
图1是说明TD-SCDMA的下行频率补偿与上行频率预偏置的原理图。 图2是接收频率跟踪锁相环路的原理框图。 图3是频偏估计的算法流程图。
图4是采样时钟跟踪环路和频偏估计与补偿环路的结合框图。 图5是说明采样时钟跟踪环路和频偏估计与补偿环路结合框图具体实 现时的软硬件划分。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明提供的频偏估计与补偿方法作描述。
如图1所示，下行频率的补偿与上行频率的^置都在数字域进行。设 估计出来的频偏为A/，则下行采用载波e-^A;> (r为频率补偿处的采样间 隔时间)进行频率补偿，上行采用载波—2^"进行频率预偏置。上/下行的 频率变换在数模/模数转换和升余弦滤波之间进行。
下行频率的跟踪在一个锁相环路中进行。如图2所示，接收的数字信 号K力首先与载波数控振荡器(N.C.O)产生的本地频率广2";>混频。混频后 的信号送进一个频偏估计器(Fr叫uency Offset Estimator)估计出残余的频 偏A/。该频偏经过一个低通滤波(L.P.F)后，得到A 。 A 送进本地载波 数控振荡器。载波数控振荡器首先通过一个查找表(L.U.T)，将频偏信号 转换成载波相位增长信号e"^A 。该相位增长信号通过一个复数乘法器， 一个寄存器转(Register)换成随时间增长的本地载波一2^"。本地载波又与
接收信号K")相乘。如此构成一个环路。
图2中的频偏估计器(Frequency Offset Estimator)的估计算法流程如 图3所示。首先，接收信号进行下行帧同步，同步后就能获得所用的下行 同步码"n)和其位置。将接收信号Kn)与下行同步码^n)的复共轭对齐相 乘，得/W。将下行同步码延迟一个码片后得^-1)，将*-l)的复共轭 与接收信号K")相乘，得y^)。如此等等，可以得到/K)， …， /-乂力。这里z是指多径的延迟长度。根据公式l
<formula>formula see original document page 7</formula> (式i)
可计算出各乂("),/ = 0,1,..，丄-1的延迟相关; '(;1),* = 1,2,...,肘。这里
M是一个正整数，通常取M-^。
W为下行同步码的长度。获得各
2
/ '(&),!' = 0,1,...,￡ — 1后，按公式2相力口，
<formula>formula see original document page 7</formula> (式2)
然后，利用公式3
<formula>formula see original document page 7</formula> (式3)
7;为频率估计处的采样间隔时间，即一个码片周期，
即可计算出残余的频偏。
实际实施时，必须把采样时钟跟踪电路和频偏估计与补偿环路绞合在 一起。如图4所示。接收的模拟信号在一个自由振荡的时钟下进行采样。
采样后的数字信号首先送入一个内插器(Interpolator),该内插器在采样时 钟数控振荡器(SamplingNCO)的控制下以四倍的码片速率输出。这些输 出信号与载波数控振荡器(CarrierNCO)输出的载波相乘，然后送入一个 平方根升余弦滤波器(SRRC)。该乘法器和平方根升余弦滤波器均以四倍 的码片速率工作。平方根升余弦滤波器的输出一方面送入一个定时偏差检 测(TED)电路去检测采样时钟偏差，形成采样时钟跟踪环路；另一方面 按照与定时偏差检测环路相同的时间零点，对平方根升余弦滤波器的输出 进行抽取，抽取到一个码片一个采样。这些抽取后的采样，送入频偏估计 器(Fr叫.Estimate)估计出频偏并进行滤波、通过査找表，输出本地载波 增量信号。该本地载波增量信号送入载波数控振荡器，形成随时间增长的 载波信号。该载波信号又与内插器的插值输出相乘，如此形成一个环路。 注意，环路中频偏估计是按照一个码片一个采样所得，而频率纠正是按照 一个码片四个采样进行，中间需要一个转换。
具体转换方式是在载波数控振荡器(N.C.O)的查找表(L.U.T)设计时，
查找表(L.U.T)输入式3的厶>，输出的本地载波信号一wA中的r取i。
4
图5表示，频偏估计可以在软件中，由一个数字信号处理器(DSP) 完成。其他部分由硬线逻辑的专用集成电路(ASIC)完成。
权利要求
1、一种TD-SCDMA终端的频偏估计与补偿方法，接收信号模数转换后，在数字域进行频偏估计与补偿；发送信号在送入数模转换之前，在数字域先进行频率预偏置；其中接收信号转换为数字信号后，首先与载波数控振荡器产生的本地频率混频，混频后的信号经频偏估计器估计出残余的频偏信号；将该频偏信号经载波数控振荡器内的查找表、复数乘法器和复数寄存器转换成随时间增长的本地载波信号；本地载波信号与接收信号相乘，如此构成一个环路。
2、 根据权利要求1所述的频偏估计与补偿方法，其中，残余的频偏 信号A/'的估计，是将接收信号进行下行帧同步获得所用的下行同步码 ^7)和其位置后，再将接收信号与下行同步码s(")的复共轭对齐相乘，得 /(力；将下行同步码伞)延迟一个码片后得伞-l)，将s("-l)的复共轭与 接收信号相乘，得乂(")；如此得到？(")、 y(")、…、'(");其中丄为 多径的延迟长度；根据公式l:<formula>formula see original document page 2</formula> (式l)计算出各乂("), 0,l，…,I-l的延迟相关/ '(A:),h1,2,…,M; M为正整数；iV为下行同步码的长度；将各<formula>formula see original document page 2</formula> 用公式3式3中，Tc为码片周期；计算出残余的频偏信号。
3、 根据权利要求2所述的频偏估计与补偿方法，其中，M取;W2。
4、 根据权利要求1所述的频偏估计与补偿方法，其中，频偏信号经 过低通滤波器后进入本地数控振荡器。
5、 根据权利要求1所述的频偏估计与补偿方法，其中，频偏信号经 载波数控振荡器转换时，该载波数控振荡器通过查找表将该频偏信号转换 成本地载波增量信号。
6、 根据权利要求1所述的频偏估计与补偿方法，其中，载波数控振 荡器内寄存器中的数据与本地载波增量信号相乘后的结果，在下一个时钟 存入寄存器。
7、 根据权利要求1所述的频偏估计与补偿方法，其中，接收信号在6MHz的时钟下进行采样；采样后的数字信号首先送入一个内插器，该内插器在采样数控振荡器的控制下以四倍的码片速率输出；输出信号与载波数控振荡器输出的载波 经乘法器相乘，然后送入平方根升余弦滤波器；该乘法器和平方根升余弦滤波器均以四倍的码片速率工作，平方根升 余弦滤波器的输出一路送入定时偏差检测电路检测采样时钟偏差，形成采 样时钟跟踪环路；另一路按照与定时偏差检测环路相同的时间零点，对平 方根升余弦滤波器的输出进行抽取，抽取到一个码片一个采样；频偏信号经式3计算其中z;为码片周期。
8、根据权利要求7所述的频偏估计与补偿方法，其中，采样时钟跟 踪环路和频率估计与跟踪环路结合在一起，频偏估计在一个数字信号处理 器内完成。
全文摘要
一种TD-SCDMA终端的频偏估计与补偿方法，接收信号模数转换后，在数字域进行频偏估计与补偿；发送信号在送入数模转换之前，在数字域先进行频率预偏置；其中接收信号转换为数字信号后，首先与载波数控振荡器产生的本地频率混频，混频后的信号经频偏估计器估计出残余的频偏信号；将该频偏信号经载波数控振荡器内的复数乘法器和复数寄存器转换成随时间增长的本地载波信号；本地载波信号与接收信号相乘，如此构成一个环路。随着环路的收敛，频率偏差最后就会收敛到期望的误差以内。同时，本发明将该频率锁相环路与采样时钟调整环路绞合在一起，使得该算法能容忍一定的采样频率偏差。
文档编号H04L27/38GK101383631SQ20071012137
公开日2009年3月11日 申请日期2007年9月5日 优先权日2007年9月5日
发明者胡东伟, 杰 陈 申请人:中国科学院微电子研究所