專利名稱：一種自動(dòng)頻率控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于移動(dòng)通信系統(tǒng)中自動(dòng)頻率控制(本領(lǐng)域英文縮寫為AFC)方法，特別涉及一種不經(jīng)過任何的近似處理的快速、高效的自動(dòng)頻率控制方法。
二.
背景技術(shù)：
在時(shí)分多址系統(tǒng)中，可靠的數(shù)據(jù)檢測(cè)嚴(yán)格依賴于接收信號(hào)同步參數(shù)的精確估計(jì)，即從導(dǎo)頻突發(fā)中得到載波頻率、相位和符號(hào)定時(shí)信息。而載波頻率同步是實(shí)現(xiàn)相位和符號(hào)定時(shí)同步的前提，因此，載波頻率的正確估計(jì)是正確接收數(shù)據(jù)的前提和決定小區(qū)初搜的成功與否的關(guān)鍵。
對(duì)被噪聲破壞的接收信號(hào)符號(hào)序列檢測(cè)的最優(yōu)判決是基于最大后驗(yàn)概率(MAP)估計(jì)準(zhǔn)則，也就是Bayesian估計(jì)。這一判決準(zhǔn)則是根據(jù)觀測(cè)到的向量，試圖在每個(gè)傳輸信號(hào)時(shí)間間隔中選出一些值，使得這些值構(gòu)成集合的后驗(yàn)概率最大。在取得每一個(gè)值的概率都相等，即每個(gè)符號(hào)都服從均勻分布的條件下，基于MAP的準(zhǔn)則可簡(jiǎn)化為基于最大條件概率密度函數(shù)，即最大似然函數(shù)準(zhǔn)則，最大似然估計(jì)被廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)中。
傳統(tǒng)的頻偏估計(jì)算法一般都是基于最大似然估計(jì)算法，但是都要經(jīng)過了一系列的簡(jiǎn)化近似處理得到頻偏估計(jì)公式(FOE)，用FOE估計(jì)頻偏將會(huì)產(chǎn)生較大的系統(tǒng)誤差，從而失去估計(jì)的有效性，不能快速實(shí)現(xiàn)頻率恢復(fù)。
三.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中采用FOE估計(jì)頻偏，存在因產(chǎn)生較大的系統(tǒng)誤差，從而失去估計(jì)的有效性，不能快速實(shí)現(xiàn)頻率恢復(fù)的問題，提供一種自動(dòng)頻率控制方法。它不需經(jīng)過任何的近似處理，而直接利用似然函數(shù)，通過自動(dòng)頻率調(diào)整數(shù)值計(jì)算方法，較為精確求得估計(jì)頻偏；根據(jù)估計(jì)頻偏，然后采用有效的調(diào)整策略，給出合理的頻偏調(diào)整值，反饋給壓控振蕩器完成一次頻率調(diào)整。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明包括以下步驟(1)從接收數(shù)據(jù)中判斷出導(dǎo)頻序列的準(zhǔn)確位置和碼型；(2)將本小區(qū)的導(dǎo)頻序列的共軛點(diǎn)乘接收數(shù)據(jù)幀中導(dǎo)頻序列所在的數(shù)據(jù)段，得到實(shí)際數(shù)據(jù)；(3)根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)，用自動(dòng)頻率調(diào)整數(shù)值算法計(jì)算估計(jì)頻偏；(4)由估計(jì)頻偏，采用調(diào)整策略計(jì)算頻偏調(diào)整值，將頻偏調(diào)整值反饋給壓控振蕩器，完成一次本地載波中心頻率調(diào)整；(5)調(diào)整完N次后，進(jìn)入下階段的頻率調(diào)整。
由于采用了上述方法，在自動(dòng)頻率控制的頻率偏移初調(diào)、頻率精確調(diào)整、頻率跟蹤調(diào)整階段，通過自動(dòng)頻率調(diào)整的數(shù)值算法，直接利用似然函數(shù)計(jì)算頻率偏移值的最大似然估計(jì)值，能較為精確求得估計(jì)頻偏，實(shí)現(xiàn)載波頻率的快速恢復(fù)；并且根據(jù)估計(jì)頻偏，采用有效的遞減序列調(diào)整策略，給出合理的頻偏調(diào)整值，反饋給壓控振蕩器完成一次頻率調(diào)整。本發(fā)明具有占用資源極小，快速、高效的優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于TSM系統(tǒng)的AFC中，只需20幀(0.1秒)就可以將最大20kHz的初始頻偏調(diào)整到2kHz以內(nèi)，完成TSM系統(tǒng)小區(qū)初搜的初始頻率調(diào)整過程；只需30幀(0.15秒)就可以將最大2kHz的初始值調(diào)整到200Hz以內(nèi)，完成TSM系統(tǒng)小區(qū)初搜的精確頻偏調(diào)整過程；只需1幀就可以完成數(shù)據(jù)解調(diào)過程中的頻率跟蹤調(diào)整。
實(shí)際上，本方法還可用于CDMA2000、WCDMA以及需要頻率估計(jì)和調(diào)整系統(tǒng)的自動(dòng)頻率控制(AFC)中。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
四.


圖1是系統(tǒng)模型；圖2是本發(fā)明的初調(diào)頻偏流程圖；圖3是本發(fā)明的頻率精確調(diào)整流程圖五.具體實(shí)施方式
參見圖1所示的系統(tǒng)模型，其中s(t)為發(fā)送信號(hào)，c(t)為信道衰落過程，n(t)為熱噪聲和小區(qū)內(nèi)外的多用戶干擾，r(t)為接收信號(hào)，可表示為r(t)=Σmamg(t-τ-mT)ej(2πFdt+θ0)+Noise----(1)]]>其中，{am}為導(dǎo)頻序列的復(fù)數(shù)基帶表示，取值為{1，j，-1，-j}，F(xiàn)d表示頻率偏移值，T是符號(hào)持續(xù)時(shí)間，θ0∈
為初始相位偏移量，Noise表示噪聲。
在理想的時(shí)鐘恢復(fù)條件下，即在t＝kT+τ時(shí)刻采樣，匹配濾波的采樣輸出為m(k)=aiej(2πFdkT+θ0)+Noise----1≤k≤N----(2)]]>由于aiai*=1,]]>可得r=ai*m(k)=e(2πdKθ0)+Noise----1≤k≤N----(3)]]>根據(jù)參考文獻(xiàn)，F(xiàn)d的似然函數(shù)為Λ(F~d)=Δ|Σi=1Nrie-j2πF~diT|2=Σk=1NΣm=1Nrkrm*e-j2πF~dT(k-m)----(4)]]>其中， 為Fd的假設(shè)值，使公式(4)最大的 就是Fd的最大似然(ML)估計(jì)值。
遺憾的是，無(wú)法得到最大化公式(4)的簡(jiǎn)單、閉型(精確的分析)解，因此FdML的精確確定需要進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。我們就是使用數(shù)值計(jì)算方法來實(shí)現(xiàn)。
參見圖2，從接收數(shù)據(jù)中判斷出導(dǎo)頻序列的準(zhǔn)確位置和碼型后，將本小區(qū)的加相位旋轉(zhuǎn)的復(fù)數(shù)基帶表示的導(dǎo)頻序列的共軛點(diǎn)乘接收數(shù)據(jù)幀中導(dǎo)頻序列所在的數(shù)據(jù)段，得到實(shí)際數(shù)據(jù)。然后用數(shù)值算法計(jì)算估計(jì)頻偏，即直接利用似然函數(shù)計(jì)算頻率偏移值Fd的最大似然估計(jì)值，也就是在初始頻偏最大為X范圍內(nèi)，假設(shè)頻率偏移值Fd∈[-X，X]，以步長(zhǎng)S(Hz)為間隔取樣Fd＝-X，-X+S，-X+2S，…，X-S，X；將所得采樣點(diǎn)的數(shù)值代入公式Λ(F~d)=Δ|Σi=1Nrie-j2πF~diT|2=Σk=1NΣm=1Nrkrm*e-j2πF~dT(k-m)]]>得到相應(yīng)的似然函數(shù)值，比較這些似然函數(shù)值，其最大似然函數(shù)值所對(duì)應(yīng)的樣點(diǎn)的數(shù)值就是頻率偏移值Fd的最大似然估計(jì)值。獲得第一幀頻率偏移值Fd的最大似然估計(jì)值，由估計(jì)頻偏，采用調(diào)整策略計(jì)算頻偏調(diào)整值，將頻偏調(diào)整值反饋給壓控振蕩器，完成一次本地載波中心頻率調(diào)整，即用隨機(jī)產(chǎn)生的初始頻偏值減去第一幀的頻偏估計(jì)值，得到剩余頻偏值，實(shí)現(xiàn)一次調(diào)整。這時(shí)若還未調(diào)整完N幀頻偏，于是再利用接收的下一幀數(shù)據(jù)，將本小區(qū)的加相位旋轉(zhuǎn)的復(fù)數(shù)基帶表示的導(dǎo)頻序列的共軛點(diǎn)乘接收數(shù)據(jù)幀中導(dǎo)頻序列所在的數(shù)據(jù)段，得到實(shí)際數(shù)據(jù)。然后用數(shù)值法計(jì)算估計(jì)頻偏，即直接利用似然函數(shù)計(jì)算頻率偏移值Fd的最大似然估計(jì)值，也就是在初始頻偏最大為X范圍內(nèi)，假設(shè)頻率偏移值Fd∈[-X，X]，以步長(zhǎng)S(Hz)為間隔取樣Fd＝-X，-X+S，-X+2S，…，X-S，X；將所得采樣點(diǎn)的數(shù)值代入公式Λ(F~d)=Δ|Σi=1Nrie-j2πF~diT|2=Σk=1NΣm=1Nrkrm*e-j2πF~dT(k-m)]]>得到相應(yīng)的似然函數(shù)值，比較這些似然函數(shù)值，其最大似然函數(shù)值所對(duì)應(yīng)的樣點(diǎn)的數(shù)值就是頻率偏移值Fd的最大似然估計(jì)值。獲得第二幀頻率偏移值Fd的最大似然估計(jì)值，由估計(jì)頻偏，采用調(diào)整策略計(jì)算頻偏調(diào)整值，將頻偏調(diào)整值反饋給壓控振蕩器，即用上一幀的剩余頻偏值減去本幀的頻偏調(diào)整值，得到剩余頻偏值，實(shí)現(xiàn)第二次調(diào)整。這樣不斷進(jìn)行估計(jì)、調(diào)整，完成N幀調(diào)整后，進(jìn)入下一階段的頻率調(diào)整。
為了更進(jìn)一步說明，以TSM(TD-SCDMA System for Mobile)系統(tǒng)為例來具體描述數(shù)值算例。
如果以20幀數(shù)據(jù)進(jìn)行頻偏初調(diào)，當(dāng)隨機(jī)產(chǎn)生20kHz以內(nèi)的初始頻偏為14971Hz時(shí)，接收一幀數(shù)據(jù)，進(jìn)行如下計(jì)算可以假設(shè)Fd∈[-20000，20000]，以步長(zhǎng)100Hz為間隔取樣，離散取值401個(gè)樣點(diǎn)Fd＝-20000，-19900，-19800，…0，…，19900，20000；將其中所采樣的9個(gè)樣點(diǎn)的數(shù)值Fd＝-20000，-15000，-10000，-5000，0，5000，10000，15000，20000代入公式Λ(F~d)=Δ|Σi=1Nrie-j2πF~diT|2=Σk=1NΣm=1Nrkrm*e-j2πF~dT(k-m)]]>得到相應(yīng)的似然函數(shù)值為130.62、183.05、673.89、2217.3、4667.2、5762.3、6633.1、6539.8、1599.2，比較這些似然函數(shù)值，其中最大值是第七個(gè)數(shù)6633.1，其所對(duì)應(yīng)的樣點(diǎn)的數(shù)值就是頻率偏移值Fd的最大似然估計(jì)值Fd＝10000，所以估計(jì)頻偏為10000Hz；獲得這一幀頻率偏移值Fd的最大似然估計(jì)值10000Hz后，將這個(gè)頻偏估計(jì)值反饋給壓控振蕩器，采用有效的遞減序列調(diào)整策略調(diào)整壓控振蕩器的頻率，即用隨機(jī)產(chǎn)生的初始頻偏值減去這一幀的頻偏估計(jì)值，得到剩余頻偏值為14971-10000＝4971Hz，實(shí)現(xiàn)一次調(diào)整。這時(shí)還未調(diào)整完20幀，于是再利用接收的下一幀數(shù)據(jù)，如前述的方法得到頻率偏移值Fd的最大似然估計(jì)值為5000Hz，將這個(gè)頻偏估計(jì)值5000Hz反饋給壓控振蕩器，采用有效的遞減序列調(diào)整策略調(diào)整壓控振蕩器的頻率，即用本幀的頻偏估計(jì)值減上一幀的剩余頻偏值，得到剩余頻偏值4971-5000＝-29Hz，實(shí)現(xiàn)第二次調(diào)整。這樣不斷進(jìn)行估計(jì)調(diào)整，一般幾幀就能調(diào)整到2kHz以內(nèi)，但為了保險(xiǎn)，采用20幀來進(jìn)行初始頻率調(diào)整為宜。由于存在噪聲等干擾，估計(jì)不可能完全準(zhǔn)確。為了保證收斂，根據(jù)估計(jì)頻偏，采用有效的遞減序列之收斂速度較慢的調(diào)和序列為調(diào)整策略，例如C=(1,12,13,14),]]>前五幀得到的估計(jì)值直接用來調(diào)整壓控振蕩器的頻率，而第六到第十幀的調(diào)整頻率等于估計(jì)頻偏乘以系數(shù) 依此類推，第十一到十五幀的調(diào)整頻率等于估計(jì)頻偏乘以系數(shù) 第十六到第二十幀的調(diào)整頻率等于估計(jì)頻偏乘以系數(shù) 當(dāng)完成20幀調(diào)整后，頻率偏移值調(diào)到2kHz以內(nèi)，可進(jìn)入下一階段的頻率精確調(diào)整過程。
將其應(yīng)用于TSM系統(tǒng)的AFC中，只需20幀(0.1秒)就可以將最大20kHz的初始頻偏調(diào)整到2kHz以內(nèi)，完成TSM系統(tǒng)小區(qū)初搜的頻率初調(diào)過程。
須說明的是，采樣時(shí)所采的樣點(diǎn)不僅限于9個(gè)，可多或少，所采的樣點(diǎn)越多，估計(jì)就越準(zhǔn)確，計(jì)算就越大，存在一個(gè)權(quán)衡。
參見圖3，如果以30幀數(shù)據(jù)進(jìn)行精確調(diào)整頻偏，當(dāng)隨機(jī)產(chǎn)生2kHz以內(nèi)的初始頻偏為1310Hz時(shí)，接收一幀數(shù)據(jù)，進(jìn)行如下計(jì)算可以假設(shè)Fd∈[-2000，2000]，以10Hz為間隔取樣，離散取值401個(gè)樣點(diǎn)Fd＝-2000，-1990，-1980，…0，…，1990，2000；將其中所采樣的9個(gè)樣點(diǎn)的數(shù)值Fd＝-2000，-1500，-1000，-500，0，500，1000，1500，2000代入公式Λ(F~d)=Δ|Σi=1Nrie-j2πF~diT|2=Σk=1NΣm=1Nrkrm*e-j2πF~dT(k-m)]]>得到相應(yīng)的似然函數(shù)值為24642、28280、31654、34609、37005、38723、39675、39808、39110，比較這些似然函數(shù)值，其中最大值是第八個(gè)數(shù)39808，其所對(duì)應(yīng)的樣點(diǎn)的數(shù)值就是頻率偏移值Fd的最大似然估計(jì)值Fd＝1500，所以估計(jì)頻偏為1500Hz；獲得這一幀頻率偏移值Fd的最大似然估計(jì)值1500Hz后，將這個(gè)頻偏估計(jì)值反饋給壓控振蕩器，采用有效的遞減序列調(diào)整策略調(diào)整壓控振蕩器的頻率，即用隨機(jī)產(chǎn)生的初始頻偏值減去這一幀的頻偏估計(jì)值，得到剩余頻偏值為1310-1500＝-190Hz，實(shí)現(xiàn)一次調(diào)整。這時(shí)還未調(diào)整完30幀，于是再利用接收的下一幀數(shù)據(jù)，如前述的方法得到頻率偏移值Fd的最大似然估計(jì)值為0Hz，將這個(gè)頻偏估計(jì)值0Hz反饋給壓控振蕩器，采用有效的遞減序列調(diào)整策略調(diào)整壓控振蕩器的頻率，即用本幀的頻偏估計(jì)值減上一幀的剩余頻偏值，得到剩余頻偏值-190-0＝-190Hz，實(shí)現(xiàn)第二次調(diào)整。這樣不斷進(jìn)行估計(jì)調(diào)整，一般幾幀就能調(diào)整到200Hz以內(nèi)，但為了保險(xiǎn)，采用30幀來進(jìn)行精確頻偏調(diào)整為宜。由于存在噪聲等干擾，估計(jì)不可能完全準(zhǔn)確。為了保證收斂，根據(jù)估計(jì)頻偏，采用有效的遞減序列之收斂速度較慢的調(diào)和序列為調(diào)整策略，即C=(1,12,13,14),]]>前五幀得到的估計(jì)值直接用來調(diào)整壓控振蕩器的頻率，而第六到第十幀的調(diào)整頻率等于估計(jì)頻偏乘以系數(shù) 依此類推，第十一到十五幀的調(diào)整頻率等于估計(jì)頻偏乘以系數(shù) 第十六到第二十幀的調(diào)整頻率等于估計(jì)頻偏乘以系數(shù) 當(dāng)完成30幀調(diào)整后，頻率偏移值調(diào)到200Hz以內(nèi)，就進(jìn)入下一階段的頻率跟蹤和數(shù)據(jù)解調(diào)過程。
將其應(yīng)用于TSM系統(tǒng)的AFC中，只需30幀(0.15秒)就可以將最大2kHz的初始值調(diào)整到200Hz以內(nèi)，完成TSM系統(tǒng)小區(qū)初搜的精確頻偏調(diào)整過程。
在數(shù)據(jù)解調(diào)過程中，同樣用數(shù)值算法完成頻偏的跟蹤過程。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)頻率控制方法，其特征在于所述的方法包括以下步驟(1)從接收數(shù)據(jù)中判斷出導(dǎo)頻序列的準(zhǔn)確位置和碼型；(2)將本小區(qū)的導(dǎo)頻序列的共軛點(diǎn)乘接收數(shù)據(jù)幀中導(dǎo)頻序列所在的數(shù)據(jù)段，得到實(shí)際數(shù)據(jù)；(3)根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)，用自動(dòng)頻率調(diào)整數(shù)值算法計(jì)算估計(jì)頻偏；(4)由估計(jì)頻偏，采用調(diào)整策略計(jì)算頻偏調(diào)整值，將頻偏調(diào)整值反饋給壓控振蕩器，完成一次本地載波中心頻率調(diào)整；(5)調(diào)整完N次后，進(jìn)入下階段的頻率調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)頻率控制方法，其特征在于所述用自動(dòng)頻率調(diào)整數(shù)值法計(jì)算估計(jì)頻偏是直接利用似然函數(shù)計(jì)算頻率偏移值的最大似然估計(jì)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動(dòng)頻率控制方法，其特征在于所述用似然函數(shù)計(jì)算頻率偏移值的最大似然估計(jì)值，就是在初始頻偏最大為X范圍內(nèi)，假設(shè)頻率偏移值Fd∈[-X，X]，以步長(zhǎng)S(Hz)為間隔取樣，得到樣點(diǎn)Fd＝-X，-X+S，-X+2S，…，X-S，X；將樣點(diǎn)數(shù)值代入公式Λ(F~d)=Δ|Σi=1Nrie-j2πF~diT|2=Σk=1NΣm=1Nrkrm*e-j2πF~dT(k-m)]]>得到相應(yīng)的似然函數(shù)值，比較這些似然函數(shù)值，其最大似然函數(shù)值所對(duì)應(yīng)的樣點(diǎn)的數(shù)值就是頻率偏移值的最大似然估計(jì)值；公式中， 為頻率偏移值Fd的假設(shè)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)頻率控制方法，其特征在于所述調(diào)整策略為一個(gè)遞減序列。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動(dòng)頻率控制方法，其特征在于所述遞減序列為收斂速度較慢的調(diào)和序列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)頻率控制方法，其特征在于所述的導(dǎo)頻序列為加相位旋轉(zhuǎn)的復(fù)數(shù)基帶表示。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自動(dòng)頻率控制方法，該方法包括步驟當(dāng)從接收數(shù)據(jù)中判斷出導(dǎo)頻序列的準(zhǔn)確位置和碼型；將本小區(qū)的導(dǎo)頻序列的共軛點(diǎn)乘接收數(shù)據(jù)幀中導(dǎo)頻序列所在的數(shù)據(jù)段，得到實(shí)際數(shù)據(jù)；用自動(dòng)頻率調(diào)整數(shù)值算法計(jì)算估計(jì)頻偏；采用調(diào)整策略計(jì)算頻偏調(diào)整值，完成一次本地載波中心頻率調(diào)整；調(diào)整完N次后，結(jié)束一個(gè)階段的頻率調(diào)整。采用同樣的方法進(jìn)行下一階段的精確頻率調(diào)整及跟蹤過程。本發(fā)明通過自動(dòng)頻率調(diào)整數(shù)值算法，直接利用似然函數(shù)計(jì)算頻率偏移值的最大似然估計(jì)值，能較為精確求得估計(jì)頻偏，實(shí)現(xiàn)載波頻率的快速恢復(fù)，具有占用資源極小，快速、高效的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B7/005GK1612619SQ20031011083
公開日2005年5月4日 申請(qǐng)日期2003年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者陳發(fā)堂, 鄭建宏, 申敏, 楊明洪, 劉樹軍, 周渝隴 申請(qǐng)人:重慶重郵信科股份有限公司