专利名称：一种宽带码分多址用户设备频偏预补偿的装置和方法
技术领域：
本发明涉及宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access以 下简称WCDMA)通信领域，且特别涉及一种WCDMA用户设备(User Equipment,以下简称UE)频偏预补偿的装置和方法。
背景技术：
在任何通信系统中，物理器件本身长期或短期的频率漂移使得接收机 的晶振频率与发射机的晶振频率存在一定的偏差，如果这种频率偏差不釆 取措施加以消除而引入到通信系统中，必然会给通信质量带来影响。而在 移动通讯中，由于UE移动造成的多普勒频率偏差也会通过混频和滤波保 留在基带信号中。我们将上述两种频率偏差合称为频偏，它对基带信号处 理的影响有一个量变到质变的过程如果频偏很小，它对信号处理结果的 影响也很小；频偏越大，其影响也越大；当频偏超过某一值时，信号会出 现相位混叠，而直接导致无法正确判别数据内容。作为第三代移动通信的 主要标准的WCDMA通讯系统也同样存在这种问题。因此，在WCDMA UE中，应该有特定装置来校正频偏，使UE和基站能保持一定精度的同 步，这一般是通过自动频率控制(Automatic Frequency Control,简称AFC) 来实现的在小区搜索获得时隙同步、帧同步以及主扰码号后对公共导频 信道(Common Pilot Channel,以下简称CPICH)解扰解扩，对解调后的 CPICH符号做快速傅立叶变换到频域，然后根据能量分析提取频率偏差信 息，将频偏信息经低通滤波器平滑后送入压控振荡器(voltage controlled oscillator,以下简称VOC)， VOC根据输入的信号电压大小调整振荡器的
输出信号频率。同时，还有频偏补偿单元，根据公共导频信道(Common Pilot Channel ，以下简称CPICH)的频偏估计值，对主公共导频信道(PrimaryCommon Pilot Channel,以下简称P-CPICH)和主公共控制物理信道 (Primary Common Control Physical Channel,以下简称P-CCPCH)进行频 偏补偿。
但是，这种做法的前提是UE的小区搜索单元获得了正确的时隙同步、 帧同步和小区的主扰码号，而在此之前小区搜索处理的基带信号并没有消 除频偏的影响，很难保证CPICH的正确解调从而得到较准确的频偏估计。 特别是在UE上电初期，UE本振时钟源与基站侧的初始频偏很大，严重 影响接收性能。同时，为了提高小区搜索的性能，通常对接收的基带信号 进行过抽样，对输入信号增加的抽样率可以转换成更精确的时间密集度； 为了减小衰落的影响，提高可靠性，小区搜索过程通常在每一步中都需要 进行多时隙累加平均判决。在高频偏的情况下，时隙的低密度导致处理时 间之间显著的定时偏差，也造成了各步峰值位置偏移，因为正确的峰值扩 展在多个位置上，即所谓的"混叠效应"，这在过抽样数据流时更为显著。 因为小区搜索的各步骤并非在同一时隙内处理，定时偏移将导致下一步开 始时的实际峰值位置偏离前一步提供的参考定时，导致其他更严重的误 差。因此，虽然UE有AFC装置和专门的频偏补偿过程，但是其需要小区 搜索提供频偏信息，而小区搜索过程在此之前进行，如果对输入信号不做 任何处理，将影响小区搜索的性能和可靠性，从而影响到UE的其他模块, 如多径搜索和接收模块，很可能在UE开机时进入很长的搜索网络过程， 甚至与基站失去同步。
发明内容
本发明的目的是提出一种WCDMA UE在小区搜索过程之前进行频偏 预补偿的装置和方法，以提高小区搜索的可靠性，节省资源，并加快搜索 速度。
鉴于上述目的，本发明提供一种WCDMA UE频偏预补偿装置，包括 依次顺序连接的正余弦模块，布斯编码模块，部分积模块，压缩器阵列模 块和加法器模块，上述正余弦模块用于计算旋转角度的正弦值和余弦值； 上述布斯编码模块用于对上述正弦值和余弦值进行布斯编码；上述部分积
模块用于根据上述布斯编码的结果将输入的I/Q数据转换为部分积；上述 压縮器阵列模块用于压縮上述部分积；上述加法器模块用于对压縮后的部 分积求和并输出。
其中，上述正余弦模块至少包括相互连接的地址生成器和可编程只读 存储器，上述地址生成器根据已配置的方向参数和抽样周期参数生成实时 变化的地址信号并输出至上述可编程只读存储器，上述可编程只读存储器 根据上述地址信号寻址，在每个抽样时钟的上升沿读出预先存储的一个正 弦值和一个余弦值，并将其输出至上述布斯编码模块。
上述布斯编码模块至少包括多个布斯编码器和与一个布斯编码器连 接的求反器，上述求反器对上述正余弦模块输出的正弦值求反并将正弦值 相反数的结果输出至布斯编码器，上述多个布斯编码器分别对正弦值相反 数、正弦值和余弦值进行布斯编码，并将结果输出至部分积模块。
上述部分积模块至少包括多个独立的部分积生成器，用来将输入的 I/Q数据转换为部分积并输出至压縮器。
上述压缩器阵列模块至少包括由多个压缩器组成的压缩器阵列。
上述压缩器阵列多级排列，用于对数据进行多次压缩。
上述加法器模块至少包括多个加法器和多个寄存器，上述加法器对压 縮器阵列模块输出的求和结果，寄存器对上述求和结果处理并输出。
本发明还提供一种WCDMA UE频偏预补偿方法，包括以下步骤
步骤1,提供一种前面所述的WCDMAUE频偏预补偿装置；
步骤2，在正余弦模块中利用UE的数字信号处理(Digital Signal Processing,以下简称DSP)部件配置的上述方向参数和抽样周期参数生成 实时变化的地址信号，利用上述地址信号进行寻址，得到多个正弦值和余 弦值并进行量化处理，存储计算结果并将其输出至布斯编码模块；
步骤3,在布斯编码模块中对上述计算结果进行布斯编码并输出至部 分积模块；
步骤4,在部分积模块中根据上述布斯编码将输入的I/Q数据生成部
分积并输出至压縮器阵列模块；
步骤5,在压缩器阵列模块中将上述部分积压缩并输出至加法器模块;
步骤6，在加法器模块中对上述部分积求和，并进行截位延迟后输出。
在N个抽样周期的时间内对接收信号进行同样大小和方向的相位旋 转进行补偿，相位旋转的抽样周期参数根据频偏和相移的关系式 2;r/k-2;rA/(W"c)得出，其中k为I/Q复平面分段数，V为频率偏差，c 为WCDMA的码片速率，s为基带信号的过抽样率，N为抽样周期参数； 同时，如果V为正，方向参数为l,如果A,为负，方向参数为0。
在部分积压缩过程中，可进行多次压缩上述部分积。
利用本发明提供的WCDMAUE频偏预补偿方法，可以对小区搜索单 元接收的基带信号分段近似地进行相位旋转补偿，可进行正、负补偿，并 能够通过选择分段数而在补偿精度和占用资源之间有一个很好的平衡点。 其中，正弦值和余弦值釆用査表法预先计算并量化存储，与实时计算的方 法相比，具有节省资源、速度快的优点。本发明提供的WCDMAUE频偏 预补偿装置利用布斯编码器和4-2压縮器，将乘法和加减法统一用乘加结 合的结构实现，通过求反逻辑前移、共享布斯编码器，生成预补偿部分积 等方法来达到减小面积、降低功耗的有益效果。
下面结合附图，对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。对于 所属技术领域的技术人员而言，从对本发明的详细说明中，本发明的上述 和其他目的、特征和优点将显而易见。
图1是WCDMAUE小区搜索单元对基带信号的处理过程的框图2是本发明的频偏补偿装置的总体结构框图3是本发明一较佳实施例的频偏补偿装置的内部电路图4是本发明一较佳实施例的量化后的正弦值和余弦值的示意图。200610145166.8
说明书第5/9页
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种WCDMA UE频偏预 补偿的装置和方法作进一步的详细说明。
图1表示WCDMAUE小区搜索单元对基带信号的处理过程，本发明 的频偏预补偿装置用于对信号作频偏预补偿105。信号从天线100接收进 来后，经过模拟基带101中的频带选通、功放、下变频和中频解调等一系 列处理后成为基带信号，然后经低通滤波102和模数(AD)转换103成为数 字基带信号，接着对其进行过抽样104，由本发明的频偏预补偿装置对过 抽样后的I/Q数据进行频偏补偿105，将补偿后的数据提供给小区搜索单 元进行小区搜索111,其包括时隙同步106,帧同步107,主扰码探测108， CPICH、 CCPCH解扰解扩109， BCH解码、频偏估计、频偏补偿、信道
估计、信道补偿iio等任务。
图2是本发明的频偏补偿装置的总体结构框图。本发明的频偏预补偿 装置可以包括正余弦模块201、布斯编码模块202、部分积模块203、压缩 器阵列模块204、加法器模块205等。
所述的正余弦模块201 ，用于计算旋转角度的正弦值和余弦值。
所述的布斯编码模块202，用于对上述正弦值和余弦值进行布斯编码。
所述的部分积模块203，用于依据布斯编码的结果将输入的I/Q数据 转换为部分积，其中可以包含符号补偿常量。
所述的压缩器阵列模块204,用于压缩部分积。
所述的加法器模块205，用于对压缩后的部分积求和，并输出频偏补 偿后的I/Q数据。
图3是本发明一较佳实施例的频偏补偿装置的内部电路图。 所述的正余弦模块201，由一个地址生成器211和一个可编程只读存 储器221组成。地址生成器中可以包括两个计数器，第一个计数器根据 DSP部件配置的抽样周期参数N，在抽样时钟的作用下进行以N为模的饱 和计数；第二个计数器同样在抽样时钟的作用下，在第一个计数器计至N
时作模为k的饱和计数，其中k为I/Q复平面等分数，k为正整数，在此 实施例中，假设k=32，在方向参数为0时作增1计数，在方向参数为1 时作减1计数；第二个计数器的计数值则为实时变化的地址信号，输出至 可编程只读存储器。可编程只读存储器用于存放32个相位对应的正弦值 和余弦值，其位宽为12，深度为32，高六位存放正弦值，低六位存放余 弦值，用地址生成器输出的地址信号进行寻址，在每个抽样时钟上升沿读 出 一个正弦值和一个余弦值。
在正余弦模块201准备好旋转角度的正/余弦值后，要得到频偏预补偿 后的信号实部和虚部，普通的做法是直接用4个并行的单周期乘法器和一 个加法器、 一个减法器构造装置。本发明提供一种频偏补偿装置，釆用布 斯编码模块202、部分积模块203、压缩器阵列模块204和加法器模块205
构造乘加结合的电路，有利于减小硬件资源。
所述的布斯编码模块202，由一个求反器212和三个布斯编码器222、 232和242组成。所述的三个布斯编码器222、 232和242均为输出"取反"、 "加1"、"乘1"、"乘2"四个指示信号的布斯编码器。为了将减法转换成加 法，求反器212用于对正余弦模块201输出的正弦值求相反数，结果输出 至布斯编码器222;布斯编码器1222对正弦值的相反数进行布斯编码，结 果输出至部分积生成器223;这样可以把减法的求反逻辑前移到布斯编码 模块202，避免较多位宽的减法操作。布斯编码器232对正弦值进行布斯 编码，结果输出至部分积生成器233;布斯编码器242对余弦值进行布斯 编码，结果输出至部分积生成器213和部分积生成器243。
所述的部分积模块203,由四个部分积生成器213、 223、 233和243 组成。部分积生成器213根据余弦值的布斯编码和输入的In数据生成四个 部分积，输出至4-2压縮器214;部分积生成器223根据正弦值相反数的 布斯编码和输入的Q数据生成四个部分积，输出至4-2压缩器224;部分 积生成器233根据正弦值的布斯编码和输入的I数据生成四个部分积，输 出至4-2压缩器234;部分积生成器243根据余弦值的布斯编码和输入的 Q数据生成四个部分积，输出至4-2压缩器244。所述的部分积生成器213 首先根据与其连接的布斯编码器243输出的"取反"、"乘1"、"乘2"指示， 由位宽为8的输入数据In生成3个位宽为9的部分积A、 B、 C,然后将A、 B、 C进行改造将A、 B、 C的符号位取反，高位扩展0至14位，低位 补O,生成3个位宽为14的部分积；而A、 B、 C的符号扩展则和布斯编 码的"加l"指示值合成第4个部分积V，也可以成为向量V,
V=< 101011000,X2，0，X 1 ，O，XO ，
这4个部分积输出到其连接的4-2压縮器214。所述的部分积生成器 223、部分积生成器233、部分积生成器243分别产生4个部分积的过程与 部分积生成器1产生四个部分积的过程类似，在此不再赘述。
所述的压縮器阵列模块204，由两级4-2压縮器阵列组成，其中4-2 压縮器214、 4-2压缩器224、 4-2压缩器234和4-2压缩器244组成第一 级阵列，4-2压縮器254和4-2压縮器264组成第二级阵列。第一级阵列 将部分积模块输出的16个部分积压缩为8个部分积，输出至第二级阵列; 第二级阵列将第一级阵列输出的8个部分积压縮为4个部分积，输出至加 法器模块205。
所述的加法器模块，由加法器215、加法器225和寄存器235、寄存 器245组成。所述的加法器可以为补码加法器，当然，其也可以是其他任 何合适形式的加法器。其中，加法器215用于对4-2压缩器254输出的两 个部分积进行求和，寄存器235将加法器215的结果截去低5位，延迟一 拍后输出；加法器225用于对4-2压缩器264输出的两个部分积进行求和， 寄存器245将加法器225的结果截去低5位后，延迟一拍后输出；寄存器 235输出即为本发明的一种频偏补偿装置对接收的I数据进行频偏补偿后 的结果&，寄存器245的输出为对接收的Q数据进行频偏补偿后的结果
本发明所述的频偏预补偿方法的原理如下设频率偏差为V，则其带 来的相位偏移为2;rA々，对接收到的信号乘以因子^，则可起到频偏补偿 作用。同样，对于WCDMAUE的数字基带信号来说，作频偏预补偿后的 抽样信号为:""/"《"一—，
其中c为WCDMA的码片速率，s为基带信号的过抽样率，(^n^f为
抽样后的I/Q信号在时间上的分布点。
对于某一初始频偏，反映在时域为相移随时间在0 2"之间变化，如 果直接用前述公式计算，可能需要计算0 2"的所有角度的正弦值和余弦 值，在电路上很难实现，所需的复数乘法器也要占用很大的硬件资源。为 此，本发明釆用一种分段近似相位旋转和查表的方法，所谓分段近似相位 旋转，是将I/Q复平面等分为k段，每一段内的相移近似相等，固定为2 " /k ， 由2"/1^= 2"/"T可知，在n个抽样周期T的时间内的信号都进行反方向 旋转2"/k即可达到频偏补偿的目的，这样不管频偏^是多少，都只需进 行2"/k及其倍数的正负旋转，只是做同一旋转的持续时间不同，从而简 化装置。分段的数目k不能过大，那样会引起存储的表等硬件资源过大， 计算过于频繁而导致功耗增大；也不能过小，而导致补偿的精度不够，甚 至引起不恰当的补偿。在该实施例中我们选取了 32段进行相位旋转补偿。 本发明的频偏补偿装置只实现针对初始频偏的预补偿，至于小区搜索完成 后的频偏估计和频偏补偿，需要除法等比较复杂的运算，由UE中的DSP 部件完成。
本发明一较佳实施例的对WCDAM UE基带信号进行频偏预补偿105 的步骤如下
第一步，将I/Q复平面等分为k段，k为正整数，在此实施例中，假 设k=32，由利用UE的DSP部件配置的方向参数和抽样周期参数实时生
成地址信号，利用该地址信号进行寻址，从每个抽样时钟上升沿读出一个 正弦值和一个余弦值，最终得到k个旋转角度的正弦值sin(AP)和余弦值 cos(AP)，并将这k个正弦值和余弦值进行6位量化，其中，上述正弦值和 余弦值，以及量化后的正弦值和余弦值如图4所示，量化后的正弦值和余 弦值存放于可编程只读存储器221中。
第二步，将前面所述的抽样信号公式拆成实部和虚部，艮P:
x = / * cos(A/) - g * sin(A/) 少 = / * sin(A/) + g * cos(A/) 通过以上两式的计算，得到频偏补偿后的信号实部&和虚部凡。
上述第一步中的操作可以由正余弦模块201实现。在第一步中，n (OSn^N)个抽样点的频偏均为A/ ,由于WCDMA的码片速率c为3.84M， 在该实施例中釆用的过抽样率s为4，由频偏和相移的关系式 2W32 = 2;rA/(iV"c),得出接收信号做同一旋转的抽样周期参数N=480Mf， 其中，Af是单位为kHz的频偏，同时依据频偏方向给出相位旋转的方向 参数，如果频偏为正，方向参数为1，如果频偏为负，方向参数为0。此 过程可以UE的DSP部件实现，由正余弦模块201直接接受DSP配置的 相位旋转的方向参数和抽样周期参数即可。
考虑到乘法中有相同的乘数，即cos(A0和sin(A^)，所以本发明的一种 频偏预补偿方法釆用布斯编码模块202、部分积模块203、压缩器阵列模 块204和加法器模块205来统一完成以上两式的计算。计算过程包括以下
第一步，对从可编程只读存储器221读出正、余弦值进行布斯编码；
第二步，根据布斯编码，由I/Q数据生成部分积，其可以是16个或 其他合适的个数，部分积中可以包括符号补偿常量，例如是4个；
第三步，用两级4-2压缩器阵列将上述部分积，例如12个部分积和4 个符号补偿常量，压缩为多个，例如是4个向量；
第四步，求出上述两式的结果,通过截去其低5位的方法来抵消对正、 余弦值进行6位量化的影响，从而得到频偏补偿后的I/Q数据。
上述第一步可以由布斯编码模块202实现，第二步可以由部分积模块 203实现，第三步可以由压缩器阵列模块204实现，第四步可以由加法器 模块205实现。当然，如果需要的话，以上各个步骤也可以由其他能完成 此功能的任意合适的模块或器件实现。
当然，本发明还可有其他实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，所属技术领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变 形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种宽带码分多址用户设备频偏预补偿装置，其特征在于，包括依次顺序连接的正余弦模块，布斯编码模块，部分积模块，压缩器阵列模块和加法器模块，上述正余弦模块用于计算旋转角度的正弦值和余弦值；上述布斯编码模块用于对上述正弦值和余弦值进行布斯编码；上述部分积模块用于根据上述布斯编码的结果将输入的I/Q数据转换为部分积；上述压缩器阵列模块用于压缩上述部分积；上述加法器模块用于对压缩后的部分积求和并输出。
2. 根据权利要求1所述的频偏预补偿装置，其特征在于，上述正余弦 模块至少包括相互连接的地址生成器和可编程只读存储器，上述地址生成 器根据已配置的方向参数和抽样周期参数生成实时变化的地址信号并输 出至上述可编程只读存储器，上述可编程只读存储器根据上述地址信号寻 址，在每个抽样时钟的上升沿读出预先存储的一个正弦值和一个余弦值， 并将其输出至上述布斯编码模块。
3. 根据权利要求1或2所述的频偏预补偿装置，其特征在于，上述布 斯编码模块至少包括多个布斯编码器和与一个布斯编码器连接的求反器， 上述求反器对上述正余弦模块输出的正弦值求反并将正弦值相反数的结 果输出至布斯编码器，上述多个布斯编码器分别对正弦值相反数、正弦值 和余弦值进行布斯编码，并将结果输出至部分积模块。
4. 根据权利要求3所述的频偏预补偿装置，其特征在于，上述部分积 模块至少包括多个独立的部分积生成器，将输入的I/Q数据转换为部分积 并输出至压缩器。
5. 根据权利要求1所述的频偏预补偿装置，其特征在于，上述压缩器 阵列模块至少包括由多个压缩器组成的压缩器阵列。
6. 根据权利要求5所述的频偏预补偿装置，其特征在于，上述压缩器 阵列多级排列，用于对数据进行多次压縮。
7. 根据权利要求5所述的频偏预补偿装置，其特征在于，上述加法器 模块至少包括多个加法器和多个寄存器，上述加法器对压缩器阵列模块输 出的求和结果，寄存器对上述求和结果处理并输出。
8. —种宽带码分多址用户设备频偏预补偿方法，其特征在于，包括以 下步骤步骤l,提供一种如权利要求1所述的频偏预补偿装置；步骤2，在正余弦模块中利用用户设备的数字信号处理部件配置的上 述相位旋转的方向参数和抽样周期参数生成实时变化的地址信号，利用上 述地址信号进行寻址，得到多个正弦值和余弦值并进行量化处理，存储计算结果并将其输出至布斯编码模块；步骤3，在布斯编码模块中对上述计算结果进行布斯编码并输出至部 分积模块；步骤4，在部分积模块中根据上述布斯编码将输入的I/Q数据生成部 分积并输出至压缩器阵列模块；步骤5，在压缩器阵列模块中将上述部分积压缩并输出至加法器模块;步骤6，在加法器模块中对上述部分积求和，并进行截位延迟后输出。
9. 根据权利要求8所述的频偏预补偿方法，其特征在于，在N个抽样周期的时间内对接收信号进行同样大小和方向的相位旋转进行补偿，相 位旋转的抽样周期参数根据频偏和相移的关系式2;r/k-2;rA/(iV/^)得出，其中k为I/Q复平面分段数，A/为频率偏差，C为宽带码分多址的码片速 率，s为基带信号的过抽样率，N为抽样周期参数；同时，如果A/为正，方向参数为l,如果v为负，方向参数为o。
10. 根据权利要求8所述的频偏预补偿方法，其特征在于，在部分积 压縮过程中，可多次压縮上述部分积。
全文摘要
本发明提供一种WCDMA UE频偏预补偿装置和方法，上述频偏预补偿装置包括依次顺序连接的正余弦模块，布斯编码模块，部分积模块，压缩器阵列模块和加法器模块，上述正余弦模块用于计算旋转角度的正弦值和余弦值；上述布斯编码模块用于对上述正弦值和余弦值进行布斯编码；上述部分积模块用于根据上述布斯编码的结果将输入的I/Q数据转换为部分积；上述压缩器阵列模块用于压缩上述部分积；上述加法器模块用于对压缩后的部分积求和并输出。采用本发明的装置和方法，可以节省资源，速度快，减小面积，降低功耗。
文档编号H04B1/12GK101188430SQ20061014516
公开日2008年5月28日 申请日期2006年11月15日 优先权日2006年11月15日
发明者黄舒怀 申请人:中兴通讯股份有限公司