专利名称：码分多址系统接入信道频偏估计方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，尤其是码分多址无线通信系统中接入信道的频率偏移的估计。
背景技术：
在码分多址无线通信系统中，由于射频本振的精度差别和移动时的多普勒效应的影响，基站接收到的信号的载波中心频率和基站的射频本振的频率有一定的偏差，这个频率偏差有时达到1000多赫兹(Hz)，通常处于正负1500Hz范围之内。如果不对这个频率偏差(简称频偏)进行补偿，就会造成解调性能大幅度下降。为此，我们需要估计这个频偏到底为多少，并进行适当频偏补偿，以保证应有的接收性能。为了要接入网络进行通信，移动台通常先发送一段时间前导信息，在基站收到这个前导信息并进行确认后，移动台会发射一段时间的接入消息，其中包含了通信建立的重要参数信息。基站收到这些消息之后，给这个移动台专用的通信链路才能成功建立起来。通常，把上面的过程称为接入过程。在建立专用通信链路之后，基站可以接收到移动台的足够的数据进行频偏估计。而在接入过程中，则往往没有足够的数据进行频偏估计，从而接入消息的解调性能可能会得不到保证。接入消息的频偏补偿就成为一个比较特殊的问题。
在目前的技术中，往往在解前导信息时，采用固定设置多个频偏补偿值同时进行频偏补偿和解调，然后判断哪个频偏补偿值解调结果的前导能量最大，就在解接入消息的过程中用这个频偏补偿值进行频偏补偿。然而，由于前导解调需要耗费大量软硬件资源，预先设置的频偏补偿值不能太多，通常为2到4个不同的频偏补偿值。这样，相邻频偏补偿值的间隔达300到900Hz，这样的精度是非常粗糙的，接入消息的解调过程中的频偏补偿得不到高质量的保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是接入消息解调过程中频偏补偿精度粗糙的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为根据前导解调中的各个预设频偏解出的幅度大小相对关系和频偏特性，对移动台信号的频偏进行比较准确的估计，并用这个频偏估计值进行接入消息解调过程中的频偏补偿。具体方案为(1)在接入过程中，用预设的n个不同频偏补偿值dF1、dF2、…、dFn-1、dFn进行前导解调，得到不同频偏补偿时的前导幅度A(dF1)、A(dF2)、…、A(dFn-1)、A(dFn)，其中n≥2；(2)根据步骤(1)中得到的不同预设频偏解调得到幅度，计算它们的比值Aratei＝A(dFi)/A(dFi+1)，其中i＝1…n-1；(3)根据前导解调幅度比值Aratei和预设频偏差FStepi的函数DeltaF与第i个频偏补偿值dFi的差值得到n-1个频率偏差值；(4)对频率偏差值求平均得到估计的频偏；(5)用估计出的频偏对接入消息进行频偏补偿。
本发明的另一技术方案是，根据前导解调中的各个预设频偏解出的能量大小相对关系和频偏特性，对移动台信号的频偏进行比较准确的估计，并用这个频偏估计值进行接入消息解调过程中的频偏补偿，其具体处理步骤与上述利用幅度值相同。
本发明的有益效果为频偏估计的精度有原来的数百赫兹提高到几十赫兹，提高了一个数量级。从而大大降低了频偏带来的接入消息解调性能损失。本发明可以应用到各种码分多址通信系统的基站或移动台中。
图1为接入过程信号示意图；图2为频偏和前导解调幅度的关系图；图3为两个频偏补偿的前导解调幅度比值和真实频偏大小的函数关系；图4为频偏补偿值和前导解调相对幅度的一个示例图；图5为频偏估计精度和解调性能的关系；图6为本发明方法流程图。
具体实施例方式
第一步进行理论分析，得出两个不同预设频偏dF1，dF2解出的前导幅度(或能量)比值Arate和“dF1-信号真实频偏Foffset”的函数关系DeltaF(Arate，FStep)，其中FStep＝dF2-dF1，即满足Foffset＝dF1-DeltaF(Arate，dF2-dF1)；如果需要多个预设频偏，并且计算中采用FStep都一样，则DeltaF(Arate，FStep)可以化为一维函数DeltaF(Arate)。例如等间隔设置4个频偏，且利用相邻频偏得到的解调幅度比值进行计算。
这一步在系统设计时就可以完成。
第二步在接入过程中，预设n(n大于等于2)个不同频偏补偿值dF1、dF2、...、dFn-1、dFn进行前导解调，得到不同频偏补偿时的前导幅度(或能量)A(dF1)、A(dF2)、...、A(dFn_1)、A(dFn)。
第三步根据第二步得到的不同预设频偏解出的幅度(或能量)，计算它们的比值，例如Arate1＝A(dF1)/A(dF2)。如果有多于两个的频偏也可以计算出多个比值，例如Arate2＝A(dF2)/A(dF3)Araten-1＝A(dFn-1)/A(dFn)这一步得到一个或多个比值。
第四步利用第三步的结果，根据函数DeltaF(Arate，FStep)估计Foffset，例如Foffset1＝dF1-DeltaF(Arate1，FStep1)，其中FStep1＝dF2-dF1；Foffset2＝dF2-DeltaF(Arate2，FStep2)，其中FStep2＝dF3-dF2；Foffsetn-1＝dFn-1-DeltaF(Araten-1，Fstepn-1)，其中Fstepn-1＝dFn-dFn-1；如果这一步只计算了一个Foffset1(即n＝2)，则Foffset＝Foffset1；如果这一步计算多个函数值(即n＞2)，则对这些值求平均得到FoffsetFoffset＝(Foffset1+Foffset2+...+Foffsetn-1)/(n-1)；第五步用估计出的频偏Foffset对接入消息进行频偏补偿。
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。根据这些附图，同一领域的技术人员可以很容易实现本发明。以下的实施例，以信号解调后的幅度而非能量的比值来作频偏估计为例，并且以两个预设频偏值为例。对于用能量比值来估计，其方法处理过程完全类似。
图1是接入过程的信号示意图。先是有一段前导信号。由于这时基站没有移动台的任何频偏信息，基站会预设多个不同的频偏补偿值去解前导，如果成功把前导解出来，基站会发射一个表示“允许接入”消息发送给移动台。然后移动台发送一段包含接入参数的接入消息。在WCDMA系统中，前导信号的长度为4096码片，每个码片时间为Tc＝1/3840000秒，接入消息的长度为10毫秒或20毫秒，即38400码片或76800码片。
图2是频偏和解调幅度的函数关系。根据理论分析，假设接收信号的中心频率为fr，本振频率为f0，两者频偏foffset＝fr-f0，则foffset和解调信号幅度A的关系为A＝sinc(Ncoh×Tc×foffset)其中函数sinc定义为Sinc(x)＝sin(pi×x)/(pi×x)，sin为正弦函数，pi＝3.14159这里以WCDMA中的前导解调为例，假设解调前导信号时的相干积分长度为Ncoh＝1024或2048或4096码片，无频偏时积分出来的信号幅度为1，则接收信号幅度和频偏的关系如图2所示。从图中可见，频偏越大，幅度越小，性能损失就越大。
图3为两个频偏补偿dF1、dF2的前导解调幅度比值Arate和“第一个频偏补偿值和真实频偏Foffset的差值(dF1-Foffset)”大小的函数关系DeltaF(Arate，FStep)的示例图。从理论分析，两者关系为Arate＝sinc(Ncoh×Tc×(dF1-Foffset))/sinc(Ncoh×Tc×(dF1-Foffset)+Fstep)所以，Arate和(dF1-Foffset)有较好的对应关系。
图3中，横坐标为两个频偏补偿的前导解调幅度比值Arate，纵坐标为第一个频偏补偿值和真正频偏值的差，即(dF1-Foffset)＝DeltaF(Arate，FStep)在解前导时，系统中一般会设置几个不同(至少两个)的频偏补偿值同时进行解调。假设其中的两个预设频偏值dF1和dF2，满足dF1+FStep＝dF2
其中FStep通常取上百赫兹，其取值范围是200Hz～1000Hz，比如取200Hz、400Hz、600Hz、800Hz等。则频偏估计值Foffset＝dF1-DeltaF(Arate，FStep)。
可见，从此图的函数关系中，可以由Arate，dF1，dF2估计出频偏Foffset。
图4为频偏补偿值和前导解调相对幅度的一个示例图。假设我们预设了两个频偏补偿值dF1＝-400Hz，dF2＝400Hz去解前导，两者频偏间隔FStep＝800Hz。而前导信号和本振的真正频偏Foffset＝-100，即如果频偏补偿值为-100，则会得到最大的接收幅度1。用两个频偏补偿值dF1，dF2得到的解调幅度为A(dF1)＝0.958；A(dF2)＝0.887；则Arate1＝0.958/0.887＝1.08；查找图3中对应频偏间隔800Hz的曲线，在横坐标为1.08时，纵坐标为-300Hz，所以可以估计出的频偏应为Foffset＝dF1-DeltaF(Arate1，FStep1)＝-400-(-300)＝-100Hz；这个估计结果和真正的频偏吻合，误差可以非常小。用这个频偏补偿值进行接入消息的解调可以得到最好的解调效果。
而如果用现有的传统技术，因为A(-400)大于A(400)，就对接入消息用-400Hz进行频偏补偿，和真正的频偏误差达300Hz。
图5为频偏估计精度和接入消息解调性能的关系。从图中可见，当频偏误差达300Hz时，有0.37dB的损失。如果频偏误差达100Hz，性能下降约0.04dB，而频偏误差小于50Hz时，性能损失小于0.01dB，几乎没有损失。由此可见，本发明方法可以精确估计频偏，显著提高接收性能。
图6为本发明方法的流程图。5个方框对应方法中的5步。
可以看出，根据本发明，接入过程的频偏估计精度可以提高一个数量级，接入消息解调的性能可以得到显著的提高。
权利要求
1.一种码分多址系统接入信道频偏估计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)在接入过程中，用预设的n个不同频偏补偿值dF1、dF2、…、dFn-1、dFn进行前导解调，得到不同频偏补偿时的前导幅度A(dF1)、A(dF2)、…、A(dFn-1)、A(dFn)，其中n≥2；(2)根据步骤(1)中得到的不同预设频偏解调得到幅度，计算它们的比值Aratei＝A(dFi)/A(dFi+1)，其中i＝1…n-1；(3)根据前导解调幅度比值Aratei和预设频偏差FStepi的函数DeltaF与第i个频偏补偿值dFi的差值得到n-1个频率偏差值；(4)对频率偏差值求平均得到估计的频偏；(5)用估计出的频偏对接入消息进行频偏补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当n＝2时，仅得到一个频率偏差值，此时不用执行步骤(4)的平均过程便可得到此频率偏差值为真实偏差值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的预设频偏差FStepi＝dFi+1-dFi。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过预设两个不同的频偏dF1，dF2，经过理论分析，从公式Arate＝sinc(Ncoh×Tc×(dF1-Foffset))/sinc(Ncoh×Tc×(dF1-Foffset)+Fstep)中得到步骤(3)中的解调幅度比值Arate和“dF1-信号真实频偏Foffset”的函数关系DeltaF，式中sinc(x)＝sin(pi×x)/(pi×x)，sin为正弦函数，pi等于3.14159，Fstep＝dF2-dF1，Ncoh＝1024或2048或4096码片，Tc＝1/3840000秒。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，Fstep的取值范围是200Hz～1000Hz。
6.一种码分多址系统接入信道频偏估计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)在接入过程中，用预设的n个不同频偏补偿值dF1、dF2、…、dFn-1、dFn进行前导解调，得到不同频偏补偿时的前导能量值E(dF1)、E(dF2)、…、E(dFn-1)、E(dFn)，其中n≥2；(2)根据步骤(1)中得到的不同预设频偏解调得到能量，计算它们的比值Eratei＝E(dFi)/E(dFi+1)，其中i＝1…n-1；(3)根据前导解调能量比值Eratei和预设频偏差FStepi的函数DeltaF与第i个频偏补偿值dFi的差值得到n-1个频率偏差值；(4)对频率偏差值求平均得到估计的频偏；(5)用估计出的频偏对接入消息进行频偏补偿。
全文摘要
本发明提出一种码分多址系统接入信道频偏估计的方法，涉及通信技术领域。(1)在接入过程中，用预设的n个不同频偏补偿值dF1、dF2、…、dFn－1、dFn进行前导解调，得到不同频偏补偿时的前导幅度A(dF1)、A(dF2)、…、A(dFn－1)、A(dFn)，其中n≥2；(2)根据第一步中得到的不同预设频偏解调得到幅度，计算它们的比值Aratei＝A(dF
文档编号H04B1/12GK1731715SQ200410041650
公开日2006年2月8日 申请日期2004年8月4日 优先权日2004年8月4日
发明者丁杰伟 申请人:中兴通讯股份有限公司