专利名称：载波补偿系统和方法
技术领域：
本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种载波补偿系统和方法。
背景技术：
无线通信系统的载波补偿包括将接收端接收到的信号同步到与发送端发送的信号一致的基准。现有技术中的一种载波补偿的方法包括基于导频信号的载波补偿方法，该方法包括在时域加入特殊的结构，即循环前缀，并在频域插入连续导频和分散导频信号。然后，采用典型 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术)频率估计方法进行载波补偿。上述载波补偿方法的缺点为该方法容易受信道多径的影响，同时也与定时相关， 频率估计时间较长，载波补偿的准确性较差。
发明内容
本发明实施例的实施例提供了一种载波补偿系统和方法，以实现有效地在无线通信系统中进行精确的载波补偿。一种载波补偿系统，包括解扩频单元、用于对接收到的信号进行解扩频处理，将解扩频处理后的信号传输给相位估计单元和数字锁相环单元；相位估计单元，用于对所述解扩频单元传输过来的信号进行相位估计，得到初始的相位估计值，将所述初始的相位估计值传输给数字锁相环单元；数字锁相环单元，用于根据所述相位估计单元传输过来的相位估计值，对所述解扩频单元传输过来的信号的帧头部分进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出；并对所述解扩频单元传输过来的信号进行鉴相、滤波处理，获取相位补偿值，根据所述相位补偿值对所述解扩频单元后续传输过来的信号进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出。一种载波补偿方法，包括对接收到的信号进行解扩频处理，对所述解扩频处理后的信号进行相位估计，得到初始的相位估计值，将所述初始的相位估计值传输给数字锁相环环路；所述数字锁相环环路根据所述相位估计值对所述解扩频处理后的信号的帧头部分进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出，所述数字锁相环环路还对所述解扩频处理后的信号进行鉴相、滤波处理，获取相位补偿值，根据所述相位补偿值对后续的解扩频处理后的信号进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出。由上述本发明实施例的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的载波补偿的系统和方法能够对扩频通信系统等无线通信系统中的信号进行精确的载波恢复和补偿，并得到稳定的频率误差。本发明实施例既能使环路带宽最优化，又能满足对组合扩频比和多种调制方式的接收信号的良好载波恢复。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例一提供的一种载波补偿系统的结构示意图；图2为本发明实施例一提供的一种下变频处理的实现原理示意图；图3为本发明实施例一提供的一种鉴相器针对BPSK、QPSK和8PSK三种不同调制方式鉴相器采用不同的鉴相方式的示意图；图4为本发明实施例一提供的一种鉴相器的具体结构图；图5为本发明实施例一提供的一种环路滤波器的结构示意图；图6为本发明实施例一提供的一种针对上述BPSK、QPSK和8PSK三种不同调制方式的压控振荡器的实现原理示意图；图7为本发明实施例一提供的一种压控振荡器的具体结构图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。实施例一本发明实施例提供的一种载波补偿系统的结构示意图如图1所示，包括解扩频单元、数字锁相环单元、相位估计单元、解复用单元、解映射单元和前向纠错单元。在实际的环境中，上述解扩频单元接收到的信号可以为64倍扩频等7种扩频比的组合信号，上述的解扩频单元用于对接收到的信号进行解扩频处理，将解扩频处理后的信号传输给相位估计单元和数字锁相环单元。上述解扩频单元的接收信号为经过时钟同步处理之后的信号。上述相位估计单元用来对解扩频单元输出的信号的帧头部分进行相位估计，得到初始的相位估计值，并将该初始的相位估计值传输给数字锁相环单元。上述数字锁相环单元连接在解扩频单元之后的，根据所述相位估计单元传输过来的相位估计值，对所述解扩频单元传输过来的信号的帧头部分进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出；并对所述解扩频单元传输过来的信号进行鉴相、滤波处理，获取相位补偿值，根据所述相位补偿值对所述解扩频单元后续传输过来的信号进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出。上述解扩频单元输出的信号经过上述数字锁相环单元处理之后，载波得到恢复和补偿。然后，可以按照固定的帧格式对上述数字锁相环单元输出的信号进行解复用、解映射和前向纠错。上述图1中的数字锁相环单元的具体结构如图2所示，由图2中可以看出，整个数字锁相环单元是一个闭合回路系统，主要由工作模式处理模块、解旋器、鉴相器、环路放大器、环路滤波器和压控振荡器构成。下面分别介绍上述数字锁相环单元中的各个模块的功能工作模式处理模块，用于设置所述数字锁相环单元的两种工作模式多帧连续跟踪和每帧重启跟踪两种工作模式，在所述多帧连续跟踪工作模式中，所述的数字锁相环单元只在接收到的信号的第一帧接收所述相位估计单元传输过来的初始的相位估计值，在所述每帧重启跟踪工作模式中，所述数字锁相环单元在接收到的信号的每一帧都接收所述相位估计单元传输过来的初始的相位估计值。解旋器，在初始化阶段，尚未经过载波恢复和补偿的上述解扩频单元输出的信号传输到解旋器，并且，上述相位估计单元输出的初始的相位估计值也传输到解旋器。解旋器根据上述初始的相位估计值对接收到的信号的帧头部分进行相位补偿，上述相位补偿处理也可以称为载波补偿处理。然后，解旋器一边将进行载波补偿后的信号输出，一边将进行载波补偿后的信号传输给鉴相器。之后，解旋器接收到压控振荡器输出的相位补偿值后，根据上述相位补偿值对后续接收到的信号进行载波补偿，解旋器一边将进行载波补偿后的信号输出，一边将进行载波补偿后的信号传输给鉴相器。在多帧连续跟踪工作模式中，解旋器接收到所述压控振荡器传输过来的相位补偿值后，根据所述相位补偿值对所述解扩频单元后续传输过来的信号进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出并传输给所述鉴相器；在所述每帧重启跟踪工作模式中，解旋器接收到所述压控振荡器传输过来的相位补偿值和所述相位估计单元传输过来的相位估计值后，根据所述相位估计值对所述解扩频单元后续传输过来的信号的帧头部分进行载波补偿，根据所述相位补偿值对所述解扩频单元后续传输过来的信号的数据体部分进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出并传输给所述鉴相器。在上述解旋器中，采用一种通用数字逻辑实现的解旋方法(比如cordic算法)在数字运算域中直接对接收到的信号进行载波补偿，其中，补偿的相位值根据压控振荡器输出的相位补偿值得到，从而可以避免繁杂的正余弦查找表。整个数字锁相环单元中除了解旋器外，其余模块的运算延时都比较大，因此解旋器的解旋值的输入对应较多的延时。上述解旋器的运算执行的表达式如下述公式(1)所示xout (n) = xin (η) · e*1) 公式(1)φ (η-1)表示前一次计算的相位误差，xin(η)表示输入的数据，x。ut (η)表示输出的数据，e^^-1)为旋转因子，用来补偿输入数据信号的频偏残留。鉴相器，由于数字锁相环单元接收到的信号可能采用多种调制方式，比如，采用 BPSK (Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控)、QPSK (Quadrature Phase Shift Keying，四相相移键控)和8PSK(8 Phase Shift Keying，8相移相键控)三种调制方式。上述鉴相器需要从接收信号中的数据帧格式指示信息提取接收信号所采用的调制方式，并针对不同的调制方式分别采用不同的鉴相方式。鉴相器按照采用的鉴相方式对接收信号进行鉴相处理得到鉴相误差信号，将上述鉴相误差信号传输给环路放大器。鉴相器针对上述BPSK、QPSK和8PSK三种不同调制方式鉴相器采用不同的鉴相方式的示意图如图3所示。所述的鉴相器的具体结构如图4所示包括第一鉴相处理模块，用于当所述鉴相器接收到的信号x。ut所采用的调制方式为 BPSK调制方式时，对输入的接收信号x。ut (η)的实部取符号，然后与接收信号的虚部相乘， 得到的结果^(η)作为BPSK调制方式的鉴相误差并输出至环路放大器；其执行的表达式如公式⑵所示所述鉴相误差信号 (η)的计算方法如下ed(n) = sign {Re [x。ut (η)]} · Im[xout (η)]公式 2第二鉴相处理模块，用于当所述鉴相器接收到的信号x。ut所采用的调制方式为 QPSK调制方式时，对输入的接收信号分别对实部和虚部取符号，实部符号作用于接收信号的虚部，虚部的符号作用于接收信号的实部，然后前者减去后者得到QPSK调制方式的鉴相误差ed (η)，所述鉴相误差信号^ (η)的计算方法如下ed(n) = sign {Re [x。ut (η) ]} · Im[xout (η) ]-sign {Im[xout (η) ]} ‘ Re [xout (η)]公式 3第三鉴相处理模块，用于当所述鉴相器接收到的信号x。ut所采用的调制方式为 8PSK调制方式时，先对输入的接收信号进行平方操作，得到的中间变量再进行一个判断操作，判断实部和虚部的绝对值大小。若实部绝对值小于等于虚部绝对值，则8PSK调制方式的鉴相误差为取经过平方运算的中间变量的虚部符号再取反，作用于中间变量的实部，最后结果再除以2 ；若实部绝对值大于虚部绝对值，则8PSK调制方式的鉴相误差为取经过平方运算的中间变量的实部符号，作用与中间变量的虚部，最后结果再除以2 ；其执行的运算表达式如公式(4)所示所述鉴相误差信号ed(n)的计算方法如下
权利要求
1.一种载波补偿系统，其特征在于，包括解扩频单元、用于对接收到的信号进行解扩频处理，将解扩频处理后的信号传输给相位估计单元和数字锁相环单元；相位估计单元，用于对所述解扩频单元传输过来的信号进行相位估计，得到初始的相位估计值，将所述初始的相位估计值传输给数字锁相环单元；数字锁相环单元，用于根据所述相位估计单元传输过来的相位估计值，对所述解扩频单元传输过来的信号的帧头部分进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出；并对所述解扩频单元传输过来的信号进行鉴相、滤波处理，获取相位补偿值，根据所述相位补偿值对所述解扩频单元后续传输过来的信号进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出。
2.根据权利要求1所述的载波补偿系统，其特征在于，所述的数字锁相环单元包括 工作模式处理模块，用于设置所述数字锁相环单元的两种工作模式多帧连续跟踪和每帧重启跟踪两种工作模式，在所述多帧连续跟踪工作模式中，所述的数字锁相环单元只在接收到的信号的第一帧接收所述相位估计单元传输过来的初始的相位估计值，在所述每帧重启跟踪工作模式中，所述数字锁相环单元在接收到的信号的每一帧都接收所述相位估计单元传输过来的初始的相位估计值。
3.根据权利要求2所述的载波补偿系统，其特征在于，所述的数字锁相环单元还包括 解旋器，用于根据所述相位估计单元传输过来的相位估计值，采用数字逻辑实现的解旋方法对所述解扩频单元传输过来的信号的帧头部分进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出并传输给鉴相器；鉴相器；用于从所述解旋器传输过来的信号中的数据帧格式指示信息提取所述信号所采用的调制方式，根据所述调制方式选取对应的鉴相方式，按照所述鉴相方式对所述信号进行鉴相处理，得到鉴相误差信号，将所述鉴相误差信号传输给环路放大器；环路放大器，用于对所述鉴相器传输过来的鉴相误差信号进行放大处理，将放大处理后的信号传输给环路滤波器。环路滤波器，用于根据设定的增益系数对所述环路放大器传输过来的信号进行低通滤波处理，得到频率信号，将所述频率信号传输给压控振荡器；压控振荡器，用于对所述环路滤波器传输过来的频率信号进行积分处理得到相位补偿值，将所述相位补偿值传输给解旋器；所述的解旋器，还用于在多帧连续跟踪工作模式中，接收到所述压控振荡器传输过来的相位补偿值后，根据所述相位补偿值对所述解扩频单元后续传输过来的信号进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出并传输给所述鉴相器；在所述每帧重启跟踪工作模式中，接收到所述压控振荡器传输过来的相位补偿值和所述相位估计单元传输过来的相位估计值后，根据所述相位估计值对所述解扩频单元后续传输过来的信号的帧头部分进行载波补偿，根据所述相位补偿值对所述解扩频单元后续传输过来的信号的数据体部分进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出并传输给所述鉴相器。
4.根据权利要求2所述的载波补偿系统，其特征在于，所述的鉴相器包括第一鉴相处理模块，用于当所述鉴相器接收到的信号x。ut所采用的调制方式为BPSK调制方式时，所述鉴相误差信号ed(n)的计算方法如下 ed(n) = sign {Re [xout (η)]} · Im[xout (η)]第二鉴相处理模块，用于当所述鉴相器接收到的信号x。ut所采用的调制方式为QPSK调制方式时，所述鉴相误差信号ed(n)的计算方法如下ed(n) = sign {Re [xout (η)]} · Im[xout (η) ]-sign {Im[xout (η) ]} · Re [xout (η)]第三鉴相处理模块，用于当所述鉴相器接收到的信号x。ut所采用的调制方式为8PSK调制方式时，所述鉴相误差信号ed(n)的计算方法如下=Xoutin)'xOUtin)< ed (η) = -sign [im(xx)]. Re(xx) / 2, if |Re(xx)| < |lm(xx)| ed (n) = sign [Re(xx)]. Im(xx) / 2 Jf |Re(xx)| > |lm(xx)|
5.根据权利要求1至4任一项所述的载波补偿系统，其特征在于，所述的压控振荡器包括第一压控振荡处理模块，用于当所述压控振荡器接收到的频率信号~所采用的调制方式为BPSK或者QPSK调制方式时，所述的相位补偿值％的计算方法如下wlb =u +w2bη ηη<w2bn=un_l+w\bn_l (Pn= w\bn 12所述wlb，w2b的初始值为0 ；第二压控振荡处理模块，用于当所述压控振荡器接收到的频率信号 所采用的调制方式为8PSK调制方式时，所述的相位补偿值％的计算方法如下
6.一种载波补偿方法，其特征在于，包括对接收到的信号进行解扩频处理，对所述解扩频处理后的信号进行相位估计，得到初始的相位估计值，将所述初始的相位估计值传输给数字锁相环环路；所述数字锁相环环路根据所述相位估计值对所述解扩频处理后的信号的帧头部分进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出，所述数字锁相环环路还对所述解扩频处理后的信号进行鉴相、滤波处理，获取相位补偿值，根据所述相位补偿值对后续的解扩频处理后的信号进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出。
7.根据权利要求6所述的载波补偿方法，其特征在于，所述的方法还包括设置所述数字锁相环环路的两种工作模式多帧连续跟踪和每帧重启跟踪两种工作模式，在所述多帧连续跟踪工作模式中，所述数字锁相环环路只在接收到的信号的第一帧接收所述初始的相位估计值，在所述每帧重启跟踪工作模式中，所述数字锁相环单元在接收到的信号的每一帧都接收所述初始的相位估计值。
8.根据权利要求7所述的载波补偿方法，其特征在于，所述的数字锁相环环路根据所述相位估计值对所述解扩频处理后的信号的帧头部分进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出，所述数字锁相环环路还对所述解扩频处理后的信号进行鉴相、滤波处理，获取相位补偿值，根据所述相位补偿值对后续的解扩频处理后的信号进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出，包括根据所述相位估计值，所述数字锁相环环路采用数字逻辑实现的解旋方法对所述解扩频处理后的信号的帧头部分进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出；所述数字锁相环环路从所述载波补偿后的信号中的数据帧格式指示信息提取所述信号所采用的调制方式，根据所述调制方式选取对应的鉴相方式，按照所述鉴相方式对所述信号进行鉴相处理，得到鉴相误差信号；所述数字锁相环环路对所述鉴相误差信号进行放大处理，根据设定的增益系数对所述放大处理后的信号进行低通滤波处理，得到频率信号，对所述频率信号进行积分处理得到相位补偿值；在多帧连续跟踪工作模式中，所述数字锁相环环路根据所述相位补偿值对后续的解扩频处理后的信号进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出并对载波补偿后的信号进行鉴相处理；在所述每帧重启跟踪工作模式中，所述数字锁相环环路根据所述相位估计值对后续的解扩频处理后的信号的帧头部分进行载波补偿，根据所述相位补偿值对所述后续的解扩频处理后的信号的数据体部分进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出并对载波补偿后的信号进行鉴相处理。
9.根据权利要求8所述的载波补偿方法，其特征在于，所述的根据所述调制方式选取对应的鉴相方式，按照所述鉴相方式对所述信号进行鉴相处理，得到鉴相误差信号包括当所述解扩频处理后的信号x。ut所采用的调制方式为BPSK调制方式时，所述鉴相误差信号ed(n)的计算方法如下ed(n) = sign {Re [xout (η)]} · Im[xout (η)]当所述解扩频处理后的信号x。ut所采用的调制方式为QPSK调制方式时，所述鉴相误差信号ed(n)的计算方法如下ed(n) = sign {Re [xout (η)]} · Im[xout (η) ]-sign {Im[xout (η) ]} · Re [xout (η)] 当所述述解扩频处理后的信号x。ut所采用的调制方式为8PSK调制方式时，所述鉴相误差信号ed(n)的计算方法如下
10.根据权利要求6至9任一项所述的载波补偿系统，其特征在于，所述的对所述频率信号进行积分处理得到相位补偿值包括当所述频率信号Un所采用的调制方式为BPSK或者QPSK调制方式时，所述的相位补偿值队的计算方法如下
全文摘要
本发明实施例提供了一种载波补偿系统和方法。该系统包括解扩频单元、用于对接收到的信号进行解扩频处理，将解扩频处理后的信号传输给相位估计单元和数字锁相环单元；相位估计单元，用于对所述解扩频单元传输过来的信号进行相位估计，得到初始的相位估计值，将所述初始的相位估计值传输给数字锁相环单元；数字锁相环单元，用于根据所述相位估计值对所述解扩频单元传输过来的信号的帧头部分进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出；并对所述解扩频单元传输过来的信号进行鉴相、滤波处理，获取相位补偿值，根据所述相位补偿值对所述解扩频单元后续传输过来的信号进行载波补偿，将载波补偿后的信号输出。本发明实施例可以实现有效地在无线通信系统中进行精确的载波补偿。
文档编号H04L25/03GK102332935SQ201110282848
公开日2012年1月25日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者刘凯, 刘解华, 安儒聪, 敬军, 杨陆 申请人:北京华力创通科技股份有限公司