专利名称：一种td-scdma终端的多普勒频偏检测方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于TD-SCDMA移动通信系统中高速列车车载直放站多普勒频 偏的检测方法，该方法可以用于高速列车车载直放站及终端。
背景技术：
在高速移动的环境下，移动终端会产生多普勒频偏，速度越高多普勒频偏越大，而 多普勒频偏会干扰终端的解调，会导致误码率上升、数据速率下降等，严重的还会导致掉话 甚至无法发起业务。因此需要针对多普勒频偏进行检测，然后根据检测值进行相应补偿，以 消除或降低多普勒频偏对移动通信的影响。 多普勒频偏的检测方法中，有相关法、解码方式等，但这些方法都要进行解调解码 操作，实现起来要有比较复杂的硬件平台，如FPGA、 DSP、高速A/D等，同时软件部分实现起 来也较复杂，程序调试工作量大。这些方法实现起来技术难度大，实现较困难。
发明内容
随着中国高速铁路及高速公路建设的不断发展，火车及汽车运行速度不断提高，
而在此应用环境中终端及列车无线信号覆盖设备相对信源有高速移动，根据多普勒理论，
此时会产生正比于终端相对于信源运行速度的多普勒频偏，而多普勒频偏会干扰终端的解
调，会导致误码率上升、数据速率下降等，严重的还会导致掉话甚至无法发起业务。 本发明公开了一种TD-SCDMA终端的多普勒频偏检测方法，包括以下步骤步骤
(1) 通过多频带检波器DET对射频信号进行检测，将射频功率信号转换为电压信号；步骤
(2) 此电压信号经一高速运放作放大后送入高速比较器正极；步骤(3)同时由现场可编程 门阵列FPGA或单片机控制数/模D/A转换器输出一电压不断变化的低频锯齿波；步骤(4) 此锯齿波再进行一级有源低通滤波后送入高速比较器负极；步骤(5)比较器对检波信号和 参考电压进行比较，可以找到有功率部分和无功率部分；步骤(6)再由FPGA进行高速处理， 选取出其中有功率部分长度为50us部分即认为是导频信号，从而可以取出导频信号；步骤 (7)然后FPGA再对导频上升沿附近位置进行采样，检测导频上升沿；步骤(8)FPGA对打点 时钟的信号周期数不断进行统计，从而可以获知一个统计周期末的导频上升沿经过的打点 时钟个数和静止时候的相应周期对应的打点时钟个数的偏差值，从而可以获知终端运行速 度和多普勒频偏值。 本发明还公开了一种TD-SCDMA终端的多普勒频偏检测装置，包括多频带检波器 DET，对射频信号进行检测，将射频功率信号转换为电压信号；高速运放，将电压信号作放大 后送入高速比较器正极；有源低通滤波器，对锯齿波进行处理后送入高速比较器负极；比 较器，对检波信号和参考电压进行比较，可以找到有功率部分和无功率部分；现场可编程门 阵列FPGA或单片机，控制数/模D/A转换器输出一电压不断变化的低频锯齿波，并且对比 较器的输出进行高速处理，选取出其中有功率部分长度为50us部分即认为是导频信号，从 而可以取出导频信号，再对导频上升沿附近位置进行采样，检测导频上升沿，对打点时钟的信号周期数不断进行统计，从而可以获知一个统计周期末的导频上升沿经过的打点时钟个 数和静止时候的相应周期对应的打点时钟个数的偏差值，从而可以获知终端运行速度和多 普勒频偏值。 本发明所述方法采用检测TD-SCDMA终端在靠近或远离信源时的5ms帧时长的压 縮或延伸去检测列车时速及多普勒频偏等信息。根据多普勒频偏和GPS计算速度的理论， 通过TD-SCDMA直放站同步信号获取的同时，读取终端高速移动和静止时候的帧周期的偏 差值，从而可以获知终端移动速度和多普勒频偏信息。 本发明方法和装置采用检测终端在靠近或远离信源时的5ms帧时长的压縮或延 伸去检测列车时速及多普勒频偏等信息；该方法和装置利用了 TD-SCDMA系统特有的帧结 构特点；该方法和装置实现简单成本低；可以很好的实现多普勒频偏检测。
图1是TD-SCDMA测速原理的示意图；
图2是多普勒频偏检测的示意图；
图3是实施本发明方法的设备框图。
具体实施例方式
下面结合附图描述本发明的详细实施过程，如下 fe = VXfo/C; 其中，V = L/Tc， L = ANXTsXC，
ANxT xCxf
nxN xTxC
'(nXN。)
推出，多普勒频偏fe二 (ANXf。)， 列车速度V = (ANXC)/(nXN0) 其中， N表示一个TD-SCDMA帧周期内打点信号经过的周期个数；
fdk为打点时钟频率；
Ts为打点时钟周期； T'为经过压縮或延伸后的TD-SCDMA信号帧长； ,N为一个统计周期末的导频上升沿经过的打点时钟个数和静止时候相应周期对 应的打点时钟个数的偏差值；
f。表示载波频率值； n表示一个统计周期内包含的帧数，这里统计500ms，包括100帧，即n取100 ;
N。表示一个帧时间内经过的标准打点时钟的周期个数；
C表示光速，取3X108m/s ;
公式中所有参数都取标准单位。 参考图3，首先通过多频带检波器DET对射频进行检测，将射频功率信号转换为电 压信号，此电压信号经一高速运放作放大后送入高速比较器正极；同时由现场可编程门阵列FPGA或单片机控制数/模D/A转换器输出一电压不断变化的低频锯齿波(几Hz级)，此 锯齿波再进行一级有源低通滤波后送入高速比较器负极。 比较器对检波信号和参考电压进行比较，可以找到有功率部分和无功率部分，然 后再由FPGA进行高速处理，选取出其中有功率部分长度为50us部分即认为是导频信号，从 而可以取出导频信号。 然后FPGA再对导频上升沿附近位置进行采样，检测导频上升沿。此时FPGA对打 点时钟的信号周期数不断进行统计，从而可以获知，N值，从而可以根据上述公式获知终端 运行速度和多普勒频偏值。 为了提供检测精度可以把将TD-SCDMA信号帧进行时间累加，将一帧较短时间的 压縮或延伸在时域上进行放大。例如，对一帧2ns的压縮连续统计100帧后其总压縮将变 为200ns。因此多普勒频偏的检测方法变为在一个固定周期内(500ms)按照一标准时钟 不断进行打点，同时不断读取周期末导频上升沿位置经过的打点时钟个数和静止时候的相 应周期对应的打点时钟个数的偏差值，从而可以据此进行相应的频率补偿(帧压縮或延伸 时长与多普勒频偏及列车速度关系见附图2)。 在实际应用中可以在功率检测前电路或检波后电路中加入高速AGC电路以避免 功率衰落对导频上升沿检测的影响。同时可以在不影响检测速度的情况下对检测的，N值 进行几次平均以减小误差，也可以采用检测导频上升沿的同时检测导频下降沿，两者结合 确定导频位置。
权利要求
一种TD-SCDMA终端的多普勒频偏检测方法，其特征在于步骤(1)通过多频带检波器DET对射频信号进行检测，将射频功率信号转换为电压信号；步骤(2)此电压信号经一高速运放作放大后送入高速比较器正极；步骤(3)同时由现场可编程门阵列FPGA或单片机控制数/模D/A转换器输出一电压不断变化的低频锯齿波；步骤(4)此锯齿波再进行一级有源低通滤波后送入高速比较器负极；步骤(5)比较器对检波信号和参考电压进行比较，可以找到有功率部分和无功率部分；步骤(6)再由FPGA进行高速处理，选取出其中有功率部分长度为50us部分即认为是导频信号，从而可以取出导频信号；步骤(7)然后FPGA再对导频上升沿附近位置进行采样，检测导频上升沿；步骤(8)FPGA对打点时钟的信号周期数不断进行统计，从而可以获知一个统计周期末的导频上升沿经过的打点时钟个数和静止时候的相应周期对应的打点时钟个数的偏差值，从而可以获知终端运行速度和多普勒频偏值。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于为了提高检测精度将信号帧进行时间累加，将一帧较短时间的压縮或延伸在时域上进 行放大，在一个固定统计周期按照一标准时钟不断进行打点，同时不断读取周期末导频上 升沿位置经过的打点时钟个数和静止时候的相应周期对应的打点时钟个数的偏差值，导出 频率偏差值，从而可以据此进行相应的频率补偿。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(8)中所述获知多普勒频偏值是根据以下公式多普勒频偏fe二 (ANXf。)/(nXN0) 其中，,N表示一个统计周期末的导频上升沿经过的打点时钟个数和静止时候相应周期对应 的打点时钟个数的偏差值； f。表示载波频率值； n表示一个统计周期内包含的帧数； N。表示一个帧时间内经过的标准打点时钟的周期个数。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于 检测的，N值可以取平均值来计算多普勒频偏。
5. —种TD-SCDMA终端的多普勒频偏检测装置，其特征在于包括 多频带检波器DET，对射频信号进行检测，将射频功率信号转换为电压信号； 高速运放，将电压信号作放大后送入高速比较器正极； 有源低通滤波器，对锯齿波进行处理后送入高速比较器负极； 比较器，对检波信号和参考电压进行比较，可以找到有功率部分和无功率部分； 现场可编程门阵列FPGA或单片机，控制数/模D/A转换器输出一电压不断变化的低频锯齿波，并且对比较器的输出进行高速处理，选取出其中有功率部分长度为50us部分即认 为是导频信号，从而可以取出导频信号，再对导频上升沿附近位置进行采样，检测导频上升沿，对打点时钟的信号周期数不断进行统计，从而可以获知一个统计周期末的导频上升沿 经过的打点时钟个数和静止时候的相应周期对应的打点时钟个数的偏差值，从而可以获知 终端运行速度和多普勒频偏值。
6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于为了提高检测精度将信号帧进行时间累加，将一帧较短时间的压縮或延伸在时域上进 行放大，在一个固定统计周期按照一标准时钟不断进行打点，同时不断读取周期末导频上 升沿位置经过的打点时钟个数和静止时候的相应周期对应的打点时钟个数的偏差值，导出 频率偏差值，从而可以据此进行相应的频率补偿。
7. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于 所述获知多普勒频偏值是根据以下公式多普勒频偏fe二 (ANXf。)/(nXN0) 其中，,N表示一个统计周期末的导频上升沿经过的打点时钟个数和静止时候相应周期对应 的打点时钟个数的偏差值； f。表示载波频率值； n表示一个统计周期内包含的帧数； N。表示一个帧时间内经过的标准打点时钟的周期个数。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于 检测的，N值可以取平均值来计算多普勒频偏。
全文摘要
本发明介绍了一种在TD-SCDMA终端高速运动中检测多普勒频偏的方法，该方法采用检测TD-SCDMA终端在靠近或远离信源时的下行帧时长的压缩或延伸去检测列车时速及多普勒频偏等信息。该方法实现简单成本低，可以很好的实现多普勒频偏检测。
文档编号H04B17/00GK101702636SQ20091025003
公开日2010年5月5日 申请日期2009年12月3日 优先权日2009年12月3日
发明者兰宇, 刘全才, 吴子钢, 张 杰, 陈东进 申请人:武汉虹信通信技术有限责任公司