精细频率校正的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种精细频率校正的装置，包括：下变频调解器，信号数据提取器，码字生成器，信道估计和路径搜索模块，路径合并和相关器，频率偏移估计器，信干噪比（ＳＩＮＲ）估计模块，卡尔曼（Ｋａｌｍａｎ）增益因子计算器，环路滤波器以及本地振荡器。精细频率校正基于若干连续或者非连续帧逐帧不断进行，直到失同步或者一次新的自动频率校正开始。采用本实用新型专利技术的精细频率校正的装置，能够在很低的ＳＩＮＲ条件下，快速并准确地实现时分系统中的自动频率校正目的。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
精细频率校正的装置
本技术涉及一种精细频率校正的装置，特别涉及一种在时分(TimeDivision)无线通信系统接收机的自动频率校正中进行精细频率校正的装置。
技术介绍
在典型的无线通信系统中，由于发射机与接收机的本地振荡器(LocalOscillator)之间存在频率偏差，可导致接收信号质量的严重下降，甚至通信传输失败。特别是，对于蜂窝移动通信系统中的用户终端(User Equipment，UE)，出于经济因素等的考虑，常采用频率稳定度较低的本地振荡器，其初始频率偏差(Initial Frequency Offset)可达10ppm左右，对采用2GHz载波的系统这相当于20kHz左右的初始频率偏差。如果不采取相应措施校正本地振荡器的频率输出，使其与发射机的输出频率一致或十分接近(例如，偏差在0.1ppm以内)，将可能导致信号传输的失败。另一方面，由于本地振荡器同时用于发射和接收，所以大频率偏差同样会导致发射信号产生严重的带外干扰(out-of-bandinterference)。在接收机中，用于实现频率同步的装置常被称为自动频率校正(Automatic Frequency Correction，简称“AFC”)装置。一般的，当初始频率偏差较大时，例如达到10ppm时的情况，自动频率校正可分为粗略频率校正(Coarse AFC)和精细频率校正(Fine AFC)两个阶段。这是因为：(1)接收机在开机时，往往要经过一系列的时间、频率、码和帧结构同步等步骤，来完成同步和系统接入功能。而对于不同的同步阶段，所要求的接收信号质量和所能达到的目标通常也是不一致的。亦即，某些阶段只需要粗略的频率同步即可，而另一些阶段则要求更精确的频率同步；另一方面，某些阶段根据所能利用的信息只能达到粗略的频率同步，而另一些阶段由于可用信息增加可以实现更精确的频率同步；(2)对于自动频率校正(AFC)中的一个关键模块，即频率偏差估计-->(Frequency Offset Estimation，简称“FOE”)模块，衡量其性能主要有两个指标：即频率偏差估计精度和最大频率偏差估计范围。如果实际频率偏差超过该范围，那么FOE模块的输出就有可能发生严重偏差。而各种FOE方法往往有一个共同的特点：即估计的精度越高，其所支持的最大频率偏差范围也就越小；反之，若要支持更大的频率偏差范围，则其估计精度就会降低。对于初始频率偏差较大的情况(例如10ppm)且最终频率偏差要求较高时(例如0.1ppm)，一般需要采用两套不同的频率偏移估计算法及其相应的AFC策略，分别完成粗略频率校正和精细频率校正两个过程。当然，当初始频率偏移较小时，也可以仅采用精细频率校正来实现自动频率校正功能。一般的，来自发射机的发射信号中，常会连续的或者周期性的带有导频(Pilot)或者同步(SYNC)码字，它们在接收机处是已知或者通过某种方法检测到的。于是，AFC模块可利用这些码字作为训练序列(Training Sequence)，与相应的接收信号经过一系列处理后，完成频率校正的工作。尽管AFC也可以在训练序列未知的模式下进行，即所谓的“盲”(blind)方式，但其性能特别是在信噪比低于0dB情况下一般较差，在现有无线通信系统中一般较少应用。时分(Time-Division)系统是指将通信频率资源按时间轴分为多个时隙(Timeslot)，并且每个逻辑信道(Logical Channel)占用其中一个或者多个时隙进行传输。时分系统的包括时分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)系统和时分双工(Time Division Duplex)系统等。两套采用时分技术的典型的蜂窝移动系统的例子是GSM和TD-SCDMA。在这些系统中，每个时隙的某个部分常常带有一段同步码字或训练序列，用于帮助接收机完成时间同步、频率同步和信道估计等功能。与之相对的是那些采用频率或码字来分隔不同逻辑信道的系统，例如IS-95和WCDMA，在这些系统中，一般带有连续发射的导频信道(Pilot Channel)，基于该连续导频信道可能采用相对更为灵活的方式来完成一系列同步功能，包括频率同步功能等。一些针对DS-SS CDMA系统(包括IS-95和WCDMA等)所设计的AFC方法中，假设有连续导频信号的存在，采用了相位差分检测(DifferentialDetection)或者离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform)等方法来进行频率偏移估计，并结合RAKE接收机结构来实现多径合并。例如，在国际专利-->申请公开号WO9931816，技术名称为“一种在DS-CDMA接收机中进行频率捕获和跟踪的方法和装置”(Method and Apparatus for Frequency Acquisitionand Tracing for DS-SS CDMA Receiver)中，公开了一种基于RAKE接收机的AFC结构，并在不同AFC阶段可自适应地采用可变长度相关处理来进行频率偏差估计的方法，可在DS-SS CDMA系统中获得较好的性能。然而，对于时分系统，例如TD-SCDMA系统，其导频信号一般是不连续的，并且由于其采用多用户检测(Multi-User Detection)方法而可能不宜采用RAKE接收机结构。因此，许多针对DS-SS CDMA系统设计的自动频率校正方法并不适用于时分多址接入系统。另外，与以往窄带时分系统(如GSM)不同的是，在宽带时分系统(例如TD-SCDMA系统)中，每个码片(chip)上的信干噪比(Signal-to-Interference-and-Noise Ratio，简称“SINR”)很低，其典型值低于0dB。因此，以往针对窄带时分系统适用的一些AFC方法在这种低SINR情况下就不再适用。因此，针对宽带时分系统设计满足要求的AFC方法和装置，是这些系统设计中的关键问题之一。对于无线通信特别是移动通信系统，其传播信道中普遍存在着多径衰落即频率扩散(Frequency Dispersive)现象，可导致接收信号的SINR值在较短时间内会出现较大的起伏。另一方面，对于CDMA(码分多址)等宽带通信系统，同时又会存在时间扩散(Time Dispersive)现象，即产生严重的符号间干扰(Inter-Symbol Interference，ISI)问题。一个针对移动通信系统的良好的接收机方案，必须解决以上两方面的问题——这对于接收机中AFC模块的设计也不例外。现有的针对时分通信系统设计的AFC方法和装置往往存在以下一个或者几个不足之处：(1)没有区分粗略频率校正和精细频率校正两个过程，而是采用一套统一的AFC方案：由于以上提及的原因，这种方案往往造成了频率偏差估计范围与频率偏差估计精度之间的矛盾，以及/或者未能有效利用接收机处于各阶段时所能利用的信息。例如，路径搜索、跟踪和信道估计模块一般在粗略频率校正完成后就可以获得较好的性能，并可以为精细频率校正时所利用。另一方面，在不同阶段，可能有不同的训练序列可被用于频率偏差校正。例如，在国际专利WO0303040，技术名称为“3G无线通信时分双工模式下一种自动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精细频率校正的装置，包括：　　　　将射频信号转换成数字基带信号的下变频调解器；　　　　提取数据采样的信号数据提取器；　　　　将码字索引转换成训练序列的码字生成器；　　　　接收所述数据采样和训练序列并将两者相关的信道估计和路径搜索模块，其输出端产生路径信息和信道估计值；　　　　接收所述数据采样、训练序列与路径信息和信道估计值的路径合并和相关器；　　　　接收所述路径合并和相关器产生的数据与本地产生的码字的频率偏移估计器，该估计器输出端产生频率偏移估计值；　　　　接收所述路径信息和信道估计值的信干噪比估计模块，该模块输出端产生当前帧的信干噪比估计值；　　　　接收所述信干噪比估计值的卡尔曼增益因子计算器，其输出端产生增益因子；　　　　接收所述频率偏移估计值与增益因子的环路滤波器，其输出端产生累计频率偏移估计值；以及　　　　接收累计频率偏移估计值的本地振荡器，其输出端产生载波频率，并将该载波频率反馈到下变频调解器中。

【技术特征摘要】
1、一种精细频率校正的装置，包括：将射频信号转换成数字基带信号的下变频调解器；提取数据采样的信号数据提取器；将码字索引转换成训练序列的码字生成器；接收所述数据采样和训练序列并将两者相关的信道估计和路径搜索模块，其输出端产生路径信息和信道估计值；接收所述数据采样、训练序列与路径信息和信道估计值的路径合并和相关器；接收所述路径合并和相关器产生的数据与本地产生的码字的频率偏移估计器，该估计器输出端产生频率偏移估计值；接收所述路径信息和信道估计值的信干噪比估计模...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢一宁，刘栋，
申请(专利权)人：凯明信息科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]