专利名称：一种频偏校正的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于移动通讯领域，尤其涉及一种适用于EDGE系统的频偏校正的方法和装置。
背景技术：
GSM作为第二代移动蜂窝通信系统，在全世界范围内已经得到了广泛的应用。但随着移动通信技术的发展和业务的多样化，人们对数据业务的需求不断增加。为了满足人们的需求，以支持语音业务为主的GSM系统在其PHASE2和PHASE2+规范中提出了两种高速数据业务的模型，即基于高速数据比特率和电路交换的HSCSD(高速电路交换数据)和基于分组交换数据的GPRS(通用分组无线业务)。虽然HSCSD和GPRS采用了多时隙的操作模式，已在一定程度上提高了数据传输速率，不过其仍然采用的是GMSK(高斯最小频移键控)的调制方式，与第三代移动通信系统的384kbit/s数据速率的广域覆盖和大约2Mbit/s数据率的局域覆盖还相去甚远，因此有必要采用更为先进的通信和信号处理技术，以进一步扩大GSM系统的容量。ETSI(欧洲电信标准协会)已决定发展增强数据速率的GSM演进方案-EDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution)作为GSM未来的演进方向。于是EDGE由此应运而生。为了在现有蜂窝系统中提供更高的数据通信速率，EDGE引入了多电平数字调制方式——8PSK调制。由于8PSK调制是一种线性调制，3个连续比特映射到I/Q坐标的一个符号，从而能提供更高的比特率和频谱效率。
在移动通信中，由频率变化引起的信道衰落有两种一种是由于基站与移动台两者的本地震荡的频率之间的固有频差所引起的衰落，这是由物理器件的长期或者短期频漂而引起的频率偏差。一般来说，用于接收机的晶振只能精确到几个ppm(百万分之一)，对于接收机来说，晶振造成的频偏可以达到几百甚至几千赫兹，显然这是不能忽略不计的；另外一种是移动台移动引起的多普勒频移所造成的信道衰落。在系统中，需要对两种频率偏差进行补偿校正，以保证信号正确的接收。
对于EDGE系统来说，假设基带接收到的信号的频率偏差为几百赫兹，因此在每个符号周期之内，信号将翻转2πΔf·T＝2π×300/271/1000＝0.002π。从一个时隙的角度考虑，每个时隙共有156个符号，那么在每个时隙的尾部，信号将翻转0.002π×156＝0.345π。由于EDGE系统采用了8PSK的调制，星座图上相邻两个符号之间角度相差π/4＜0.345π。换言之，频率偏差将会使星座上的符号翻转到另外一个符号位置上，这样解调出来的结果肯定是错误的。因此有必要对EDGE系统中的频率偏差进行估计校正，以提高解调系统的稳定性和可靠性。
在专利号为6,628,926的美国专利“Method for Automatic FrequencyControl”中提出了一种可以在GSM/EDGE系统中使用的频率自动跟踪方法。此专利的频偏估计算法分为两步第一步利用已知训练序列来粗略的估计信号中的频率偏差，第二步是利用解调后的数据同训练序列一起来精确的估计频偏。此发明由于利用了整个时隙中的信号来估计频率偏差，所以估计的精度比较高。缺点是计算复杂度比较高，不适合在实际系统中采用。另外在第一步粗频偏估计中，此发明首先要估计出信道参数，然后再根据最小方差(LS-LeastSquare)或者线性最小均方差(LMMSE-Linear Minimum Mean-Squared Error)来估计频偏。这样频偏估计的准确度肯定要受到信道参数估计值的影响。
专利02111067.0提出了一种实现移动终端系统自动频率跟踪的方法。首先对接收端的数字正交信号去旋转处理；计算出旋转处理后的基带信号的相位；将相位展开成一类似线形的函数；利用曲线拟合求突发的频率偏差值，对估计的频偏值进行峰值误差检测，最后进行平滑处理。此专利采用曲线拟合的方法来估计频率误差，并通过峰值误差检测和频偏平滑处理，使频偏计算精度高，并且能够减少噪声的影响。但是此方法仅针对于移动终端，需要利用基站下行发送的频率校正信道和同步信道(FCCH和SCH)。对于基站上行链路，无类似信道可以利用，所以此专利不适用于基站系统中。
另外一种校正频偏的常用方法是离散傅里叶变换(DFT)算法，它是通过计算在DFT变换范围内各采样点的能量，并找到在频域中能量的峰值，这个峰值所对应的频率值就是频偏估计值。这种算法的计算速度比较快，但是频偏估计的精度不高，因为一般来讲，DFT是在符号速率下实现的，因此频偏的估计值也是相对于符号速率的。在GSM/EDGE系统中，信号的符号速率为270KHz，假设DFT采用256个点来估计频偏，那么DFT的估计精度为270/256＝1.05KHz，远远达不到所需要的精度。如果增加采样点个数，虽然精度有所提高，但是计算的复杂度也会随之增加。
综上所述，以上专利中的算法及DFT算法均不能满足EDGE系统中频率偏差校正的需要。
发明内容
本发明的目的是提出一种适用于EDGE系统的频偏校正的方法和装置，以克服现有技术中精度不高，无法满足移动通信系统，尤其是EDGE系统要求的缺点。本发明可以产生可靠的频率校正信号，可以改善自动频率跟踪的性能及解调系统的稳定性。
为实现上述目的，本发明公开了一种适用于EDGE系统的频偏校正的方法，包括如下步骤(1)对接收到的信号进行翻转处理；(2)将训练序列位置上的翻转及同步后的信号进行延时共轭相乘；(3)从存储器中读出加权平均的系数，将延时共轭相乘的结果进行多次加权平均；(4)计算出加权平均值的角度，保存此时隙的频偏估计角度值；(5)根据频偏估计角度值，进行频偏校正。
所述步骤(1)还包括，采用e-j3πk/8进行翻转，然后从存储器中读出训练序列，进行信道参数的估计及时延同步。
所述步骤(4)还包括将以前多个时隙中估计出来的频偏值进行平均，作为当前时隙的最终频偏估计值。
所述步骤(4)包括对信号做如下处理Δf^=12πTMΣm=0M-1arg{Σk=024am(k)·r(k)}]]>其中，T为符号周期，am(k)为加权平均的系数。
所述步骤(4)还包括对频偏估计角度值作归一化处理，Ω=2π·Δf^·T.]]>所述步骤(6)中的频偏校正包括对每个符号位置上的信号进行旋转处理。
本发明还公开了一种适用于EDGE系统的频偏校正的装置，包括延时共轭相乘模块，多次加权平均模块，角度计算及平均处理模块，多个时隙平均模块和频偏校正模块，其中，延时共轭相乘模块，用于将训练序列位置上的翻转及同步后的信号进行延时共轭相乘；多次加权平均模块，用于将延时共轭相乘的结果进行多次加权平均；角度计算及平均处理模块，用于根据公式arg{x}=arctan{Im(x)Re(x)}]]>计算频偏估计角度值，并根据公式Δf^=12πTMΣm=0M-1arg{Σm=024am(k)·r(k)}]]>进行平均处理，其中，T为符号周期，am(k)为加权平均的系数；多个时隙平均模块，用于将以前多个时隙中估计出来的频偏值进行平均，作为当前时隙的最终频偏估计值。
频偏校正模块，用于根据所述频偏估计值对信号进行旋转处理。
本发明所述方法采用延时共轭相乘以及加权平均的方法，根据训练序列位置上翻转及同步后的信号对频率偏差进行校正，同时采用多个时隙频偏估计值平均的方法保证精度。本发明不利用信道参数的估计值来校正频偏，消除了信道参数估计误差对频偏估计值的影响。此发明计算复杂度低，频率偏移的估计精度比较高，能够满足基带系统对频率跟踪的要求，同时能够提高基带解调系统的性能。另外本发明可以采用DSP等常用器件来实现，方便易行。
图1是EDGE系统中基带接收机解调实现的结构图；图2是EDGE协议中的8PSK的星座图；图3是EDGE系统中常规突发脉冲的数据格式；图4是本发明所提出的频偏校正方法的实现结构图。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明所述方法的具体实施作进一步的详细描述。对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本发明方法的描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
本发明所述方法综合考虑了8PSK解调系统的性能、稳定性和运算速度，提出了一种运算复杂度比较低的频偏校正的算法，解决了在EDGE系统中，由于频率偏差所带来的解调性能不稳定的影响。此发明计算复杂度低，频率偏移的估计精度比较高，能够提高基带解调系统的性能。
图1是EDGE系统中接收机解调实现的结构图。该装置包括信号翻转模块101，信道估计模块103，时延同步模块102，频偏校正模块104，匹配滤波模块105和均衡解调模块106。在接收机端，经过采样得到的数字I、Q信号，首先要经过信号翻转模块101。对于8PSK信号，采用e-j3πk/8进行翻转。翻转后的信号，进行信道参数的估计，一般根据所输入的训练序列与翻转后的信号进行相关来获得。同时根据估计的信道参数值进行时延同步，获取时间的提前量参数。在频偏校正模块104中，根据训练序列位置上翻转及同步后的信号估计频率偏差并进行校正。在信道估计模块103中估计出的信道参数作为匹配滤波模块105的输入，与翻转后的信号进行匹配滤波。其结果进入均衡解调模块106作解调均衡，输出硬判决的结果。最后要进行符号转换，将均衡解调获得的符号值转换成与之相对应的比特值。
图2是EDGE协议中规定的8PSK的星座图。可以看出，几百赫兹的频率偏差将会使星座图上的符号翻转到相邻的位置上，这样必然会带来EDGE解调系统性能的下降。因此，频偏校正在解调系统中是很重要的一个步骤。
为了进一步说明本发明的频偏校正方法，请参见图3给出的常规突发脉冲的数据格式。本发明需要利用常规突发脉冲中的训练序列进行频偏校正。从图中可以看出，训练序列位于整个突发脉冲的中部，持续时间为26个符号值。
图4给出了本发明所提出的频偏校正方法的实现结构图。本装置分为5个模块，分别为延时共轭相乘模块41，多次加权平均模块42，角度计算及平均处理模块43，多个时隙平均模块44和频偏校正模块45。首先将训练序列位置上的信号翻转及同步后的26个符号值取出，进行延时一个符号共轭相乘。随后从存储器中读出各组加权平均系数，做加权平均处理。再计算加权平均结果的角度值。多次计算之后进行平均处理。然后采用多个时隙平均的方法保证精度。最后进行频偏校正，对信号进行翻转处理。
本发明具体的实现方法包括以下几个步骤
1.对接收到的I，Q信号进行翻转处理。根据EDGE的协议规定，采用e-j3πk/8进行翻转，然后从存储器中读出训练序列，进行信道参数的估计及时延同步。
2.将训练序列位置上的翻转及同步后的信号进行延时共轭相乘；3.从存储器中读出加权平均的系数，将延时共轭相乘的结果进行多次加权平均。并计算出加权平均值的角度。
4.保存此时隙的频偏估计角度值。将以前多个时隙中估计出来的频偏值进行平均，作为当前时隙的最终频偏估计值。
5.进行频偏校正，即对信号做翻转处理。
下面进一步具体说明本发明所述方法。
在基带解调系统中，经过翻转及同步后的信号可以表示为y(k)=Σi=0L-1d(k-i)·h(i)+n(k)---(1)]]>其中d(i)表示所发送的数据。训练序列部分的数据是已知的。可以用来做频偏估计和信道估计。h(i)是合成信道参数。L是信道的弥散长度。在EDGE的协议规定中，L＝6。n(k)是高斯白噪声。
在训练序列部分，首先计算间隔为1个符号的信号的延时共轭相乘，即r(k)＝y(k)·y*(k-1) (2)其中，k的取值范围为0-25。然后对r(k)进行加权平均，并获得其角度值。公式如下所示Δf^=12πTMΣm=0M-1arg{Σk=024am(k)·r(k)}---(3)]]>其中T为符号周期，am(k)为加权平均的系数。arg{·}表示角度计算，即arg{x}=arctan{Im(x)Re(x)}---(4)]]>需要注意的是加权平均的系数是已知的，在系统中，可以将其保存在存储器中，计算时将其读出即可。在本发明中，将频偏估计值作归一化处理，以便于频偏校正模块的处理。
Ω=2π·Δf^·T]]>在频偏校正处理模块中，需要对整个时隙的信号进行旋转处理。对于每个符号位置上的信号而言，只需要进行角度Ω的旋转就可以了。旋转公式如下所示y′(k)＝y(k)·exp(-jkΩ)＝y(k)·[cos(kΩ)-jsin(kΩ)] (5)在计算cos和sin值的时候，采用查表的方法来获得。
前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的，可把这里所述的总的原理应用到各其他实施例而不失创造性。因而，本发明将不限于这里的所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最宽范围。
权利要求
1.一种适用于EDGE系统的频偏校正的方法，其特征在于，包括如下步骤(1)对接收到的信号进行翻转处理；(2)将训练序列位置上的翻转及同步后的信号进行延时共轭相乘；(3)从存储器中读出加权平均的系数，将延时共轭相乘的结果进行多次加权平均；(4)计算出加权平均值的角度，保存此时隙的频偏估计角度值；(5)根据频偏估计角度值，进行频偏校正。
2.如权利要求1所述的适用于EDGE系统的频偏校正的方法，其特征在于，所述步骤(1)还包括，采用e-j3πk/8进行翻转，然后从存储器中读出训练序列，进行信道参数的估计及时延同步。
3.如权利要求1所述的适用于EDGE系统的频偏校正的方法，其特征在于，所述步骤(4)还包括将以前多个时隙中估计出来的频偏值进行平均，作为当前时隙的最终频偏估计值。
4.如权利要求1所述的适用于EDGE系统的频偏校正的方法，其特征在于，所述步骤(4)包括对信号做如下处理Δf^=12πTMΣm=0M-1arg{Σk=024am(k)·r(k)}]]>其中，T为符号周期，am(k)为加权平均的系数。
5.如权利要求4所述的适用于EDGE系统的频偏校正的方法，其特征在于，所述步骤(4)还包括对频偏估计角度值作归一化处理，Ω=2π·Δf^·T.]]>
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的适用于EDGE系统的频偏校正的方法，其特征在于，所述步骤(6)中的频偏校正包括对每个符号位置上的信号进行旋转处理。
7.一种适用于EDGE系统的频偏校正的装置，其特征在于，包括延时共轭相乘模块，多次加权平均模块，角度计算及平均处理模块，多个时隙平均模块和频偏校正模块，其中，延时共轭相乘模块，用于将训练序列位置上的翻转及同步后的信号进行延时共轭相乘；多次加权平均模块，用于将延时共轭相乘的结果进行多次加权平均；角度计算及平均处理模块，用于计算频偏估计角度值，并进行平均处理；多个时隙平均模块，用于将以前多个时隙中估计出来的频偏值进行平均，作为当前时隙的最终频偏估计值；频偏校正模块，用于根据所述频偏估计值对信号进行旋转处理。
全文摘要
本发明公开了一种适用于EDGE系统的频偏校正的方法及装置，该方法包括对接收到的信号进行翻转处理；将训练序列位置上的翻转及同步后的信号进行延时共轭相乘；从存储器中读出加权平均的系数，将延时共轭相乘的结果进行多次加权平均；计算出加权平均值的角度，保存此时隙的频偏估计角度值；根据频偏估计角度值，进行频偏校正。该装置包括延时共轭相乘模块，多次加权平均模块，角度计算及平均处理模块，多个时隙平均模块和频偏校正模块，本发明可以产生可靠的频率校正信号，可以改善自动频率跟踪的性能及解调系统的稳定性。
文档编号H04B1/12GK1716788SQ200410009270
公开日2006年1月4日 申请日期2004年6月28日 优先权日2004年6月28日
发明者熊岗, 倪萌 申请人:中兴通讯股份有限公司