专利名称：一种移动通信系统中的载波频偏估计方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种移动通信系统中的载波频偏估计方法和
直O
背景技术：
第三代移动通信(3GPP)长期演进(LTE/LTE-A)系统中，用户设备(UE)在开机或者从信号盲区进入正常工作的小区之后，必须进行小区搜索。小区搜索过程包括符号定时、 扇区标识(ID)号检测、载波频偏估计及频偏校正，小区组ID检测等单元。其中载波频偏估计单元在符号定时单元和扇区ID号检测单元之后实现，UE接收机将载波频偏估计单元输出的频偏估计值，输入到频偏校正单元，补偿和跟踪接收机的载波误差，从而实现接收机载波同步。根据频偏估计的不同范围和精度，载波同步过程具体可分为载波捕获和载波跟踪两个阶段。载波捕获阶段主要采用捕获范围大，但估计精度有限的频偏估计算法，从而快速捕获较大的初始载波频偏，该初始载波频偏是基站发射机和UE接收机之间存在的载波偏差。载波捕获阶段通常采用PSC分段相关算法，根据LTE/LTE-A系统下行帧结构定义和小区搜索检测的扇区ID号，在本地生成第一同步信号PSC序列，并通过本地PSC序列和 UE接收的PSC序列分段相关，计算初始的载波频偏估计值，利用该初始的载波频偏估计值进行频偏校正。UE接收机完成初始的载波频偏估计和频偏校正之后，还会残余较小的载波频偏， 同时随着时间推移和工作环境的变化，基站发射机和UE接收机的载波都可能产生一定的漂移和抖动，所以UE接收机在载波捕获阶段之后，将进入载波跟踪阶段。载波跟踪阶段主要采用捕获范围较小，但估计精度更高的频偏估计算法。UE接收机通过精细频偏估计和频偏校正，持续跟踪缓慢变化的载波误差。现有载波跟踪阶段的估计算法通常采用基于正交频分复用(OFDM)符号循环前缀估计算法或者基于导频子载波估计算法。现有载波跟踪阶段的频偏估计算法的估计精度较差，不能准确快速地跟踪载波捕获之后残余的载波误差，从而影响载波跟踪阶段的收敛速度和误差抖动范围。另外，现有载波捕获阶段的频偏估计算法精度也有限，不能既快速又准确的补偿基站发射机和UE接收机之间存在的载波偏差，导致载波捕获阶段频偏估计和频偏校正之后，系统仍然存在不可忽略的载波误差。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种移动通信系统中的载波频偏估计方法和装置，以便提高载波频偏估计的精度和和载波同步过程的收敛速度。
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本发明的技术方案具体是这样实现的一种移动通信系统中的载波频偏估计方法，该方法包括利用接收信号中的第一同步信号与本地产生的第一同步信号相关，确定前一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰与后一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰之间的相位旋转值；根据所述相位旋转值进行载波频偏估计，得到精频偏估计值。一种移动通信系统中的载波频偏估计装置，该装置包括相关模块和精频偏估计模块；所述相关模块，用于利用接收信号中的第一同步信号与本地产生的第一同步信号相关；所述精频偏估计模块，用于根据所述相关模块输出的相关结果确定前一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰与后一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰之间的相位旋转值，根据所述相位旋转值进行载波频偏估计，得到精频偏估计值。由上述技术方案可见，在载波跟踪阶段，本发明利用接收信号中的第一同步信号与本地产生的第一同步信号相关，确定前一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰与后一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰之间的相位旋转值，根据该相位旋转值进行载波频偏估计。由于本发明利用的是两帧第一同步信号的相关峰之间的相位旋转值进行载波频偏估计，因此与现有技术进行载波频偏估计的方法相比，能够提高载波频偏估计的精度。
图1是本发明提供的在载波跟踪阶段进行载波频偏估计的第一方法流程图。图2是本发明提供的在载波跟踪阶段进行载波频偏估计的第二方法流程图。图3是本发明提供的载波频偏估计方法流程图。图4是本发明提供的载波频偏估计装置第一结构图。图5是本发明提供的进行载波频偏估计的信号流图。
具体实施例方式图1是本发明提供的进行载波频偏估计的第一方法流程图。如图1所示，该方法包括步骤101，利用接收信号中的第一同步信号与本地产生的第一同步信号相关。步骤102，确定前一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰与后一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰之间的相位旋转值。步骤103，根据所述相位旋转值进行载波频偏估计，得到精频偏估计值。本步骤中，可以根据前一帧第一同步信号的单个相关峰值与后一帧第一同步信号的单个相关峰值之间的差值得到精频偏估计值，也可以基于前一帧第一同步信号的相关峰平台与后一帧第一同步信号的相关峰平台之间的差值得到精频偏估计值。其中，相关峰平台是以相关峰值为中心的连续若干个相关结果的加权和。由于图1所示方法利用的是两帧信号的相关峰之间的相位旋转值进行载波频偏估计，因此与现有技术中利用同一帧信号内的导频子载波的相位旋转值进行载波频偏估计相比，能够提高载波频偏估计的精度。其中，所述的前一帧信号和后一帧信号一般是连续接收的两帧信号，以保证在提高载波频偏估计精度的同时，使得载波频偏估计范围也较宽。所述前一帧信号和后一帧信号之间也可以间隔至少一帧信号，一般，前一帧信号和后一帧信号之间的间隔越大，载波频偏估计精度越高，同时载波频偏估计范围越小。为了在提高载波频偏估计精度的同时，进一步拓宽载频频偏估计范围，本发明提出，可以进行细频偏估计和精频偏估计，并结合细频偏估计结果和精频偏估计结果确定最终的频偏估计值，具体可参见图2。图2是本发明提供的进行载波频偏估计的第二方法流程图。如图2所示，该方法包括步骤201，根据接收的同一帧信号中的导频子载波的相位旋转进行载波频偏估计， 得到细频偏估计值。本步骤中，还可以采用基于OFDM符号循环前缀的估计算法进行细频偏估计。步骤202，利用接收信号中的第一同步信号与本地产生的第一同步信号相关。步骤203，确定前一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰与后一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰之间的相位旋转值。步骤204，根据所述相位旋转值进行载波频偏估计，得到精频偏估计值。步骤205，根据细频偏估计值和精频偏估计值确定最终的频偏估计值。其中，在实际应用中，如果需要结合细频偏估计值和精频偏估计值确定最终的频偏估计值，则细频偏估计和精频偏估计是不区分先后顺序的，即根据接收信号中的导频子载波的相位旋转计算细频偏估计值，根据前一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰与后一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰之间的相位旋转值计算精频偏估计值， 在计算出细频偏估计值和精频偏估计值后，利用所述细频偏估计值和所述精频偏估计值计算最终的频偏估计值，例如，将细频偏估计值和精频偏估计值的加权和作为最终的频偏估计值。本发明还可以根据当前的应用场景对频偏估计精度、频偏估计范围以及频偏估计速度和复杂度等频偏估计性能的要求，选择是只进行细频偏估计、只进行精频偏估计、还是进行细频偏估计和精频偏估计然后根据细频偏估计值和精频偏估计值确定最终的频偏估计值。例如，如果当前应用场景要求频偏估计范围较宽，且需要较快的频偏实时跟踪速度， 则可以只进行细频偏估计，如果当前应用场景要求频偏估计精度较高，则可以只进行精频偏估计或者根据细频偏估计和精频偏估计确定最终的频偏估计值。本发明提供的上述频偏估计方法具体可以应用在载波跟踪阶段。为了进一步提高载波同步过程的收敛速度，除了可以在载波跟踪阶段采用本发明提供的上述频偏估计方法外，还可以对载波捕获阶段的频偏估计方法进行改进，具体请参见图3。图3是本发明提供的载波频偏估计方法流程图。如图3所示，该方法包括步骤301，根据小区搜索过程获取的第一同步信号和符号定时信息，对接收的第一同步信号进行分段相关运算得到粗频偏估计值。本步骤中，可以先将接收的信号进行时间域低通滤波得到抑制数据子载波干扰的第一同步信号时域序列，或者先将接收的信号变换到频域，基于频域去除第一同步信号之外的数据子载波，并将去除了数据子载波的第一同步信号频域序列变换为时域序列，然后将基于时间域低通滤波后的时域序列或基于频率域去除数据子载波后的时域序列与本地产生的第一同步信号进行相关运算得到粗频偏估计值。步骤302，判断该粗频偏估计值是否在预定误差范围内，如果是，执行步骤305，如果否，执行步骤303。步骤303，利用该粗频偏估计值和反馈系数相乘得到频偏补偿值，利用该频偏补偿值对接收的下一帧信号进行频偏补偿。其中，反馈系数的取值范围一般是大于0且小于或等于1。步骤304，利用补偿后的下一帧信号中的第一同步信号与本地产生的第一同步信号进行分段相关，计算粗频偏估计值，返回步骤302。步骤305，进入载波跟踪阶段。进入载波跟踪阶段后，可以根据本发明提供的载波跟踪阶段的频偏估计方法进行频偏估计，例如采用图1或图2的方法，或者根据当前应用场景对频偏估计性能的要求选择只进行细频偏估计、或只进行精频偏估计、或根据细频偏估计值和精频偏估计值估计最终的频偏估计值。为了进一步提高载波频偏估计精度，还可以多次加权平均粗频偏估计值、或多次加权细频偏估计值、或多次加权精频偏估计值，然后利用加权后的频偏估计值进行频偏补偿或者计算最终的频偏估计值，以满足实际系统载波捕获和载波跟踪的不同估计范围与精度要求。本发明还提供了一种载波频偏估计装置，用于执行本发明提供的载波频偏估计方法，具体请参见图4。图4是本发明提供的载波频偏估计装置第一结构图。如图4所示，该装置包括相关模块401和精频偏估计模块402。相关模块401，用于利用接收信号中的第一同步信号与本地产生的第一同步信号相关。精频偏估计模块402，用于根据相关模块401输出的相关结果确定前一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰与后一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰之间的相位旋转值，根据所述相位旋转值进行载波频偏估计，得到精频偏估计值。该装置还可以包括细频偏估计模块。所述细频偏估计模块，用于根据接收信号中的导频子载波的相位旋转或者OFDM 符号的循环前缀进行载波频偏估计，得到细频偏估计值。当根据OFDM符号的循环前缀进行载波频偏估计时，为了提高估计精度，可以对同一帧内多个OFDM符号的循环前缀都进行频偏估计，然后将各个OFDM符号对应的频偏估计值进行加权，将加权结果作为细频偏估计值，从而提高细频偏估计的精度该装置还可以包括综合估计模块。所述综合估计模块，用于根据所述精频偏估计模块得到的精频偏估计值和所述细频偏估计模块得到的细频偏估计值确定最终的频偏估计值。该装置还可以包括选择模块。所述选择模块，用于根据载波频偏估计的应用场景，选择由精频偏估计模块、或细频偏估计模块或综合估计模块进行频偏估计。该装置还可以包括粗频偏估计模块；所述粗频偏估计模块，用于根据小区搜索过程获取的第一同步信号和符号定时信息，对接收的第一同步信号进行分段相关运算得到粗频偏估计值，在该粗频偏估计值在预定误差范围内时，启动所述精频偏估计模块和/或所述细频偏估计模块，在该粗频偏估计值不在预定误差范围内时，利用该粗频偏估计值进行频偏补偿，然后在补偿结果的基础上继续进行粗频偏估计。图5是本发明提供的进行载波频偏估计的信号流图。如图5所示，基带信号进入载波捕获阶段的频偏估计模块，通过PSC帧内相关(即利用接收信号中的第一同步信号与本地产生的第一同步信号进行帧内分段相关)，计算粗频偏估计值，通过图3所示的连续多帧的粗频偏估计和补偿，使残余频偏值收敛在符合载波跟踪要求的范围内。另外，基带信号进入载波跟踪阶段的频偏估计模块，根据导频子载波相位旋转或者OFDM符号的循环前缀计算细频偏估计值，根据PSC帧间相关(即前一帧第一同步信号对应的相关峰与后一帧第一同步信号对应的相关峰之间的相位旋转值)计算精频偏估计值，通过合并细频偏估计值和精频偏估计值计算载波跟踪阶段最终的频偏估计值。总之，本发明针对现有载波频偏估计方法的不足，提出了一种新的载波频偏估计方法。该方法根据载波捕获和载波跟踪不同的捕获范围和估计精度要求，综合各阶段性能需求，较好地平衡了载波捕获阶段的捕获范围和估计精度，并改善载波跟踪阶段的收敛速度和误差抖动范围。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
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权利要求
1.一种移动通信系统中的载波频偏估计方法，其特征在于，该方法包括利用接收信号中的第一同步信号与本地产生的第一同步信号相关，确定前一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰与后一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰之间的相位旋转值；根据所述相位旋转值进行载波频偏估计，得到精频偏估计值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括根据接收信号中的导频子载波的相位旋转或者正交频分复用(OFDM)符号的循环前缀进行载波频偏估计，得到细频偏估计值；根据细频偏估计值和精频偏估计值确定最终的频偏估计值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前一帧接收信号和所述后一帧接收信号是连续接收的两帧信号。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在载波跟踪阶段得到细频偏估计值和精频偏估计值，通过对所述细频偏估计值和所述精频偏估计值进行加权确定载波跟踪阶段的频偏估计值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在载波跟踪阶段之前，该方法还包括根据小区搜索过程获取的第一同步信号和符号定时信息，对接收的第一同步信号进行分段相关运算得到粗频偏估计值，判断该粗频偏估计值是否在预定误差范围内，如果是，进入载波跟踪阶段，如果否，利用该粗频偏估计值进行频偏补偿，然后返回所述进行分段相关运算的步骤。
6.一种移动通信系统中的载波频偏估计装置，其特征在于，该装置包括相关模块和精频偏估计模块；所述相关模块，用于利用接收信号中的第一同步信号与本地产生的第一同步信号相关；所述精频偏估计模块，用于根据所述相关模块输出的相关结果确定前一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰与后一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰之间的相位旋转值，根据所述相位旋转值进行载波频偏估计，得到精频偏估计值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置还包括细频偏估计模块；所述细频偏估计模块，用于根据接收信号中的导频子载波的相位旋转或者OFDM符号的循环前缀进行载波频偏估计，得到细频偏估计值。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置还包括综合估计模块；所述综合估计模块，用于根据所述精频偏估计模块得到的精频偏估计值和所述细频偏估计模块得到的细频偏估计值确定最终的频偏估计值。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，该装置还包括选择模块；所述选择模块，用于根据载波频偏估计的应用场景，选择由精频偏估计模块、或细频偏估计模块或综合估计模块进行频偏估计。
10.根据权利要求6或7或8或9所述的装置，其特征在于，该装置还包括粗频偏估计模块；所述粗频偏估计模块，用于根据小区搜索过程获取的第一同步信号和符号定时信息， 对接收的第一同步信号进行分段相关运算得到粗频偏估计值，在该粗频偏估计值在预定误差范围内时，启动所述精频偏估计模块和/或所述细频偏估计模块，在该粗频偏估计值不在预定误差范围内时，利用该粗频偏估计值进行频偏补偿，然后在补偿结果的基础上继续进行粗频偏估计。
全文摘要
本发明实施例公开了一种移动通信系统中的载波频偏估计方法和装置。该方法包括利用接收信号中的第一同步信号与本地产生的第一同步信号相关，确定前一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰与后一帧接收信号中的第一同步信号对应的相关峰之间的相位旋转值；根据所述相位旋转值进行载波频偏估计，得到精频偏估计值。应用本发明能够提高载波频偏估计的精度。
文档编号H04L25/03GK102480443SQ20101056839
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年11月26日
发明者刘涛, 杜显丰, 赵顾良, 韩金侠, 黄德球 申请人:普天信息技术研究院有限公司