GSM系统的频偏估计方法、装置及移动终端与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种gsm系统的频偏估计方法、装置及移动终端。

背景技术：

在gsm系统中，移动台和服务小区的基站正常通信的前提是要实现移动台与该基站之间的频率同步和时间同步，具体地，移动台必须通过频率校正信号fcch(frequencycorrectionchannel)和同步信道sch(synchronizationchannel取得与该基站的频率和时间同步才能进行正常通信。

频率校正信道fcch，用于向移动台发送频率校正信号(即fcch信号)，以使移动台根据接收的fcch信号进行频偏校正，这样移动台就能调谐到相应的频率上，其中，所述频率校正信号是频率为66.7khz的正弦信号。现有的gsm系统的频偏估计方法如下：

理想情况下，fcch接收信号的相位为：

其中，ts＝1/fs＝1/270.833kbps，为一个符号周期。

但实际环境存在相位噪声εn，设接收信号的频率偏移为δf，则fcch接收信号可表示为：

令t＝its，则fcch接收信号的离散形式为：

对φ(i)依次进行的相位补偿后,可得到：

φ‘(i)＝φ0+2πδf·ts·i+εn(i)；

符号间隔为k的相位差为：

δφ‘(k)＝φ’(i+k)-φ‘(i)＝2πδf·k·ts+εn(i+k)-εn(i)；

假定相位噪声符合白噪声特性，则εn(i+k)-εn(i)是一个与k和i无关的均值为0的白噪声，设为en，则频偏估计值为

其中，en/(2π·k·ts)为频偏估计的噪声项，可见，符号间隔k应该尽可能取较大的值以降低频偏估计的偏差，但是在实际应用中，上述频偏估计值的计算公式需要满足以下条件：δφ'(k)∈[-π,π]，否则会存在相位模糊，如图1所示为相位模糊的说明示意图，当正频率相位差δφ'(k)(如实线所示)落入第3象限或者第4象限(即δφ'(k)大于π)时，由于δφ'(k)∈[-π,π]的限制，该正频率相位差会被当作负频率相位差(如虚线所示)进行处理。

技术实现要素：

本发明提供的gsm系统的频偏估计方法、装置及移动终端，能够提高频偏估计范围，这样符号间隔的取值就可以进一步增大，从而能够降低频偏估计的偏差，同时也克服了现有技术中的相位模糊问题。

第一方面，本发明提供一种gsm系统的频偏估计方法，包括：

对fcch离散信号的相位依次进行的相位补偿：

φ‘(i)＝φ0+2πδf·ts·i+εn(i)；

其中，φ(i)为fcch离散信号，φ0为初始相位，ts为符号周期，δf为fcch接收信号的频率偏移，εn(i)为实际环境中存在的相位噪声；

计算符号间隔为k的两个fcch离散信号之间的相位差：

δφ‘(k)＝φ’(i+k)-φ‘(i)＝2πδf·k·ts+en；

其中，en＝εn(i+k)-εn(i)是与k和i无关的均值为0的白噪声，且k大于1；

计算当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)和相邻相位差δφ‘(k+1)之间的差值：

δφ‘(k+1)-δφ‘(k)＝2π·δf·ts；

计算频偏估计值：

其中，所述频偏估计值满足以下两个约束条件：

1)符号间隔为k的相位差小于2π，即|δφ‘(k)|＜2π；

2)相邻两个相位差之间的差值小于π，即|δφ‘(k+1)-δφ‘(k)|＜π；

根据相邻两个相位差的位置关系，确定所述频偏估计值的正负。

可选地，所述根据相邻两个相位差的位置关系，确定所述频偏估计值的正负包括：

如果所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)位于其相邻相位差δφ‘(k+1)的上方，则所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)是由正频偏形成，从而确定对应的频偏为正频偏；

如果所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)位于其相邻相位差δφ‘(k+1)的下方，则所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)是由负频偏形成，从而确定对应的频偏为负频偏。

可选地，在所述对fcch离散信号的相位依次进行的相位补偿之前，还包括：

提取频率校正信道fcch接收信号其中，φ0为初始相位，ts为符号周期，δf为fcch接收信号的频率偏移，εn(t)为实际环境中存在的相位噪声；

对fcch接收信号进行离散处理，得到fcch离散信号：

第二方面，本发明提供一种gsm系统的频偏估计装置，包括：

相位补偿模块，用于对fcch离散信号的相位依次进行的相位补偿，所述相位补偿公式为：φ‘(i)＝φ0+2πδf·ts·i+εn(i)；

其中，φ(i)为fcch离散信号，φ0为初始相位，ts为符号周期，δf为fcch接收信号的频率偏移，εn(i)为实际环境中存在的相位噪声；

相位差计算模块，用于计算符号间隔为k的两个fcch离散信号之间的相位差，所述相位差计算公式为：δφ‘(k)＝φ’(i+k)-φ‘(i)＝2πδf·k·ts+en；

其中，en＝εn(i+k)-εn(i)是与k和i无关的均值为0的白噪声，且k大于1；

相邻相位差差值计算模块，用于计算当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)和相邻相位差δφ‘(k+1)之间的差值：δφ‘(k+1)-δφ‘(k)＝2π·δf·ts；

第一频偏计算模块，用于计算频偏估计值：

其中，所述频偏估计值满足以下两个约束条件：

1)符号间隔为k的相位差小于2π，即|δφ‘(k)|＜2π；

2)相邻两个相位差之间的差值小于π，即|δφ‘(k+1)-δφ‘(k)|＜π；

第二频偏计算模块，用于根据相邻两个相位差的位置关系，确定所述频偏估计值的正负。

可选地，所述第二频偏计算模块，用于当所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)位于其相邻相位差δφ‘(k+1)的上方时，确定所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)是由正频偏形成，从而确定对应的频偏为正频偏；以及用于当所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)位于其相邻相位差δφ‘(k+1)的下方时，确定所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)是由负频偏形成，从而确定对应的频偏为负频偏。

可选地，所述装置还包括：

信号提取模块，用于提取频率校正信道fcch接收信号，所述fcch接收信号为其中，φ0为初始相位，ts为符号周期，δf为fcch接收信号的频率偏移，εn(t)为实际环境中存在的相位噪声；

离散处理模块，用于对fcch接收信号进行离散处理，得到fcch离散信号

第三方面，本发明提供一种移动终端，所述用户设备包括上述gsm系统的频偏估计装置。

本发明实施例提供的gsm系统的频偏估计方法、装置及移动终端，同时考虑了符号间隔为k的相位差δφ‘(k)以及所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)和相邻相位差δφ‘(k+1)之间的差值两个约束条件，并根据相邻两个相位差之间的位置关系确定频偏的正负。与现有技术相比，本发明能够提高频偏估计范围，即由原来的δφ'(k)∈[-π,π]变为δφ'(k)∈[-2π,2π]，这样符号间隔的取值就可以进一步增大，从而能够降低频偏估计的偏差，同时也克服了现有技术中的相位模糊问题。

附图说明

图1为现有技术中相位模糊的说明示意图；

图2为本发明一实施例gsm系统的频偏估计方法流程图；

图3为根据相邻两个相位差的位置关系确定频偏估计值的正负的示意图；

图4为本发明一实施例gsm系统的频偏估计装置的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种gsm系统的频偏估计方法，如图2所示，所述方法包括：

s11、对fcch离散信号的相位依次进行的相位补偿：

φ‘(i)＝φ0+2πδf·ts·i+εn(i)，其中，φ(i)为fcch离散信号，φ0为初始相位，ts为符号周期，δf为fcch接收信号的频率偏移，εn(i)为实际环境中存在的相位噪声。

s12、计算符号间隔为k的两个fcch离散信号之间的相位差：

δφ‘(k)＝φ’(i+k)-φ‘(i)＝2πδf·k·ts+en，其中，en＝εn(i+k)-εn(i)是与k和i无关的均值为0的白噪声，且k大于1。

s13、计算当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)和相邻相位差δφ‘(k+1)之间的差值：δφ‘(k+1)-δφ‘(k)＝2π·δf·ts。

s14、计算频偏估计值：其中，所述频偏估计值满足以下两个约束条件：

1)符号间隔为k的相位差小于2π，即|δφ‘(k)|＜2π；

2)相邻两个相位差之间的差值小于π，即|δφ‘(k+1)-δφ‘(k)|＜π。

s15、根据相邻两个相位差的位置关系，确定所述频偏估计值的正负。

本发明实施例提供的gsm系统的频偏估计方法，同时考虑了符号间隔为k的相位差δφ‘(k)以及所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)和相邻相位差δφ‘(k+1)之间的差值两个约束条件，并根据相邻两个相位差之间的位置关系确定频偏的正负。与现有技术相比，本发明能够提高频偏估计范围，即由原来的δφ'(k)∈[-π,π]变为δφ'(k)∈[-2π,2π]，这样符号间隔的取值就可以进一步增大，从而能够降低频偏估计的偏差，同时也克服了现有技术中的相位模糊问题。

其中，如图3所示，所述根据相邻两个相位差的位置关系，确定所述频偏估计值的正负包括：

如左图所示，如果所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)位于其相邻相位差δφ‘(k+1)的上方，则所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)是由正频偏形成，从而确定对应的频偏为正频偏；

如右图所示，如果所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)位于其相邻相位差δφ‘(k+1)的下方，则所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)是由负频偏形成，从而确定对应的频偏为负频偏。

进一步地，在所述步骤s11之前，还包括以下步骤：

1)提取频率校正信道fcch接收信号其中，φ0为初始相位，ts为符号周期，δf为fcch接收信号的频率偏移，εn(t)为实际环境中存在的相位噪声；

2)对fcch接收信号进行离散处理，得到fcch离散信号：

本发明实施例还提供一种gsm系统的频偏估计装置，如图4所示，所述装置包括相位补偿模块、相位差计算模块、相邻相位差差值计算模块、第一频偏计算模块和第二频偏计算模块。

所述相位补偿模块，用于对fcch离散信号的相位依次进行的相位补偿，所述相位补偿公式为：φ‘(i)＝φ0+2πδf·ts·i+εn(i)；

其中，φ(i)为fcch离散信号，φ0为初始相位，ts为符号周期，δf为fcch接收信号的频率偏移，εn(i)为实际环境中存在的相位噪声；

所述相位差计算模块，用于计算符号间隔为k的两个fcch离散信号之间的相位差，所述相位差计算公式为：δφ‘(k)＝φ’(i+k)-φ‘(i)＝2πδf·k·ts+en；

其中，en＝εn(i+k)-εn(i)是与k和i无关的均值为0的白噪声，且k大于1；

所述相邻相位差计算模块，用于计算当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)和相邻相位差δφ‘(k+1)之间的差值：δφ‘(k+1)-δφ‘(k)＝2π·δf·ts；

所述第一频偏计算模块，用于计算频偏估计值：

其中，所述频偏估计值满足以下两个约束条件：

1)符号间隔为k的相位差小于2π，即|δφ‘(k)|＜2π；

2)相邻两个相位差之间的差值小于π，即|δφ‘(k+1)-δφ‘(k)|＜π；

所述第二频偏计算模块，用于根据相邻两个相位差的位置关系，确定所述频偏估计值的正负。

本发明实施例提供的gsm系统的频偏估计装置，同时考虑了符号间隔为k的相位差δφ‘(k)以及所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)和相邻相位差δφ‘(k+1)之间的差值两个约束条件，并根据相邻两个相位差之间的位置关系确定频偏的正负。与现有技术相比，本发明能够提高频偏估计范围，即由原来的δφ'(k)∈[-π,π]变为δφ'(k)∈[-2π,2π]，这样符号间隔的取值就可以进一步增大，从而能够降低频偏估计的偏差，同时也克服了现有技术中的相位模糊问题。

可选地，所述第二频偏计算模块，用于当所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)位于其相邻相位差δφ‘(k+1)的上方时，确定所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)是由正频偏形成，从而确定对应的频偏为正频偏；以及用于当所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)位于其相邻相位差δφ‘(k+1)的下方时，确定所述当前符号间隔为k的相位差δφ‘(k)是由负频偏形成，从而确定对应的频偏为负频偏。

可选地，所述装置还包括信号提取模块和离散处理模块。

所述信号提取模块，用于提取频率校正信道fcch接收信号，所述fcch接收信号为其中，φ0为初始相位，ts为符号周期，δf为fcch接收信号的频率偏移，εn(t)为实际环境中存在的相位噪声；

所述离散处理模块，用于对fcch接收信号进行离散处理，得到fcch离散信号

本发明实施例还提供一种移动终端，所述用户设备包括上述gsm系统的频偏估计装置。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。