CN1317830C - 自动频偏校正方法及使用该方法的装置和接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种移动通信***中的自动频偏校正技术,首先由接收机利用接收信号中的训练序列进行信道估计,再由接收机根据估计出来的信道和接收信号解调及解码生成解调及解码后的比特信息,之后使用该***的编码、调制单元对解调及解码后的比特信息重新进行编码/调制;再使用再编码及再调制后的信号与估计的信道重构生成接收信号的重构信号;使用重构信号和原始接收信号生成频偏估计;利用接收机估计出来的信道确定信道主径的相位、信道冲激响应的功率确定比较方案;根据比较方案和频偏估计确定频偏校正方案。本发明提供了实现上述技术的自动频偏校正装置、接收机以及方法。本发明的技术可以使自动频偏校正更加精确。

Description

自动频偏校正方法及使用该方法的装置和接收机
技术领域
本发明涉及移动通信***中的信号接收技术,更具体地说,涉及移动通信***的接收机中的自动频偏校正技术。
背景技术
在移动通信***中,接收的信号一般是会有频偏的,所以,在目前所使用的接收机中,都会使用一个自动频率校正(AFC)单元来估计频偏并将其从接收信号里去掉。目前所使用的接收机100的框图如图1、图2所示,图1中的图1A和图1B示出了两种接收机,两者仅仅区别在前者没有训练序列用于频率估计,使用解调及解码后的信息来进行频偏估计;后者有训练序列用来频偏估计。它们大致包括:用于接收无线信号的天线102;与天线102相连的射频解调单元104,用来实现对接收的无线信号从射频到基带的解调;模数转换单元106,与射频解调单元104相连,将解调后的模拟基带信号进行模数转换;数字基带滤波单元108,与模数转换单元106相连,实现对模数转换后的数字信号进行数字滤波;解调及解码单元110,与模数转换单元106相连,对经过模数转换的信号进行解调及解码;信道估计单元112,与数字基带滤波单元单元108相连,根据接收的信号中训练序列进行信道估计;以及自动频偏校正装置114,与解调及解码单元110和信道估计单元112相连,接收解调及解码后的信号和估计的信道进行频偏校正,并将频偏校正信号反馈到射频解调单元104。
其中,自动频偏校正装置114的详细结构图可参考图2,其包括重构单元115、频偏估计单元116和频偏调整单元118。其中,对于模数转换单元输出的经过数字基带滤波之后的信号r(n)称之为原始接收信号,其被提供被三个部件:信道估计单元112用于估计信道,得到的结果为估计的信道h(n);解调及解码单元110,原始接收信号r(n)经过解调及解码后生成解调及解码后比特信息b(n);原始接收信号r(n)还被提供给自动频偏校正装置114中的频偏估计单元116,这在后面会进一步详细地说明。在参考图2中所示的自动频偏校正装置的详细框图,其中重构单元115使用信道估计单元112输出的估计的信道h(n)和解调及解码单元110输出的解调及解码后比特信息b(n)来生成重构信号 重构信号 接下来被提供给频偏估计单元116,频偏估计单元116使用原始接收信号r(n)和重构信号 来进行频偏估计,频偏估计的结果被提供给频偏调整单元118,频偏调整单元118根据前述的频偏估计进行频偏调整,并将调整之后的结果反馈给射频解调单元104。
上述方式自动频偏校正装置及其使用的自动频偏校正方法中,其重构信号
Figure C20051002510000074
是直接由解码后的比特信息b(n)和估计的信道h(n)卷积而成,在实践中,使用这种形式的重构信号所形成的自动频偏校正的结果不够精确。因此,就需要一种能够更加精确地进行自动频偏校正的方法以及装置。
发明内容
基于上述的不足,本发明的目的是提供一种更加精确的自动频偏校正装置以及方法,以使移动通信***的接收机的性能更佳。
根据本发明的一方面,提供一种移动通信***中的自动频偏校正装置,位于移动通信***的接收机中,由接收机利用接收信号中的训练序列进行信道估计所得到的信道以及接收机根据估计的信道和接收信号解调及解码生成的解调及解码后的比特信息被输入到所述自动频偏校正装置中,所述自动频偏校正装置包括重构单元、频偏估计单元和频偏调整单元,该装置还包括再编码及再调制单元和比较单元,其中,所述再编码及再调制单元接收所述解码/解调后的信号,使用***的编码和调制方案对解调及解码后的比特信息重新进行编码/调制;所述重构单元与所述再编码及再调制单元的输出相连,还接收所述估计的信道,使用再编码及再调制后的信号与估计的信道重构生成接收信号的重构信号;所述频偏估计单元与所述重构单元的输出相连,还接收解调及解码前的原始接收信号,使用重构信号和原始接收信号生成频偏估计;所述比较单元接收所述估计的信道并确定信道主径的相位、信道冲激响应的功率确定比较方案;所述频偏调整单元与所述比较单元和所述频偏估计单元的输出相连,根据所述比较方案和所述频偏估计确定频偏校正方案。
根据本发明的另一方面,提供一种移动通信***中的接收机,包括:天线,接收无线信号;射频解调单元,与所述天线相连,对接收的无线信号由射频解调到模拟基带,包括射频放大、射频滤波和混频等操作;模数转换单元,与所述射频解调单元相连,将解调后的信号进行模数转换;数字基带滤波单元,与所述模数转换单元相连,对模数转换后的数字信号进行数字滤波,实际上该数字滤波器是对发送端数字基带信号的成型滤波的匹配滤波;解调及解码单元,与所述数字基带滤波单元相连,对经过数字基带滤波后的信号进行解调及解码;信道估计单元,与所述数字基带滤波单元相连,根据接收的信号中的训练序列进行信道估计;自动频偏校正装置,与所述解调及解码单元和所述信道估计单元相连,接收所述解调及解码后的比特信息和估计的信道进行频偏校正,并将频偏校正信号反馈到所述射频解调单元,所述自动频偏校正装置包括重构单元、频偏估计单元和频偏调整单元,其中,所述自动频偏校正装置还包括再编码及再调制单元和比较单元,其中:所述再编码及再调制单元接收所述解码/解调后的信号,使用***的编码和调制方案对解调及解码后的比特信息重新进行编码/调制;所述重构单元与所述再编码及再调制单元的输出相连,还接收所述估计的信道,使用再编码及再调制后的信号与估计的信道重构生成接收信号的重构信号;所述频偏估计单元与所述重构单元的输出相连,还接收解调及解码前的原始接收信号,使用重构信号和原始接收信号生成频偏估计;所述比较单元接收所述估计的信道并确定信道主径的相位、信道冲激响应的功率确定比较方案;所述频偏调整单元与所述比较单元和所述频偏估计单元的输出相连,根据所述比较方案和所述频偏估计确定频偏校正方案。
根据本发明的又一方面,提供一种移动通信***中的自动频偏校正方法,首先由接收机利用接收信号中的训练序列进行信道估计所得到的信道并由接收机根据估计的信道和接收信号解调及解码生成的解调及解码后的比特信息,该方法还包括:再编码及再调制步骤,使用***的编码/调制方案对解调及解码后的信号重新进行编码/调制;重构步骤,使用再编码及再调制后的信号与估计的信道重构生成接收信号的重构信号;频偏估计步骤,接收解调及解码前的原始接收信号,使用重构信号和原始接收信号生成频偏估计;比较步骤,接收所述估计的信道并确定信道主径的相位、信道冲激响应的功率确定比较方案;频偏调整步骤,根据所述比较方案和所述频偏估计确定频偏校正方案。
本发明还可根据信道情形对估计的频偏进行选择性滤波,以获得更加平稳的频偏校正量。
在上述的自动频偏校正装置、接收机以及方法中,重构是由再编码及再调制后的信号与估计的信道卷积生成。而频偏估计可由下述过程完成:
x ( n ) = conj ( r ( n ) ) . * r ~ ( n ) ,
其中,r(n)为原始接收信号, 为重构信号,.*表示对应元素乘积运算,而conj(.)表示共轭运算;
对于上述得到的信号x(n),对于2N个样本,n=1,2,...,2N,相差为:
θ = 1 N mean [ x ( N + 1 : 2 N ) . * conj ( x ( 1 : N ) ) ] ,
其中mean(.)表示平均运算,
此时频偏就可以由下式估计出来:
f estimated = θ 2 πT ;
其中T表示接收信号符号周期。
采用了上述的技术方案之后,本发明的自动频偏装置和方法通过对解调及解码信号进行再一次的编码/调制之后再生成重构信号,以此重构信号来进行进一步的频偏估计,这样可以使自动频偏校正更加精确。
附图说明
本发明的上述的和其他的特征和优势将在下面结合附图和实施例来进一步详细地说明,在附图中相同的标记表示相同的特征,其中:
图1A和图1B是现有技术中接收机的结构框图;
图2是现有技术中自动频率调整装置的结构框图;
图3是按照本发明的自动频率调整装置的接收机的结构框图;
图4是使用本发明的自动频率调整装置的结构框图;
图5是按照本发明的自动频率调整方法的流程图;
图6A、和6B是使用本发明的自动频率调整技术得到的频率与信道相位的关系。
具体实施方式
本发明中采用的自动频率调整技术,首先利用接收信号中的训练序列进行信道估计,再根据估计的信道和接收信号解调及解码生成解调及解码后的比特信息,对该信息使用***的编码、调制方案进行再编码及再调制,然后再与估计的信道一起生成重构信号,然后再根据估计出来的信道,对估计出来的频偏进行选择性滤波,以此来提高自动频率调整的准确性。
根据本发明,提供了一种新的自动频率调整装置,图3所示的是其结构框图。如图3所示,该种自动频偏校正装置200位于移动通信***的接收机中,由接收机接收并解调及解码后的信号b(n)以及接收机估计的信道h(n)被输入到自动频偏校正装置200中,和现有技术中的自动频偏校正装置114类似的是,本发明中的自动频偏校正装置200同样包括重构单元、频偏估计单元和频偏调整单元,此外,本发明中的自动频偏校正装置200还包括再编码及再调制单元和比较单元,其中,参考图4可见,
再编码及再调制单元202接收解调及解码后的信号b(n),使用与之前的编码/调制方案不同的方案,即***的编码/调制方案对解调及解码后的信号b(n)重新进行编码/调制,生成再编码及再调制信号s(n)。
重构单元204与再编码及再调制单元202的输出相连,还接收估计的信道h(n),使用再编码及再调制后的信号s(n)与估计的信道h(n)重构生成重构信号 和现有技术中采用的方式一样,重构信号
Figure C20051002510000102
也是通过卷积的运算来生成,其是将再编码及再调制后的信号s(n)与估计的信道h(n)相卷积后来得到重构信号
Figure C20051002510000103
具体可使用公式:
r ~ ( n ) = s ( n ) ⊗ h ( n ) 等式(1)
频偏估计单元206与重构单元204的输出相连,频偏估计单元206还接收解调及解码前的原始接收信号r(n),使用重构信号 和原始接收信号r(n)生成频偏估计festimated。在本发明的技术方案中,是采用如下的过程来计算频偏估计festimated
首先计算一个信号 x ( n ) = conj ( r ( n ) ) . * r ~ ( n ) , 等式(2)
其中,r(n)为原始接收信号, 为重构信号,.*表示对应元素乘积运算,而conj(.)表示共轭运算;
对于上述得到的信号x(n),对于2N个样本,n=1,2,...,2N,相差为:
θ = 1 N mean [ x ( N + 1 : 2 N ) . * conj ( x ( 1 : N ) ) ] , 等式(3)
其中mean(.)表示平均运算,
此时频偏就可以由下式估计出来:
f esti = θ 2 πT ; 等式(4)
其中T表示接收信号符号周期。
相位计算单元208,接收估计的信道h(n)并计算相位:
θ h ( n ) = arctan ( re ( h m ( n ) ) im ( h m ( n ) ) ) 等式(5)
其中re(x)表示取x的实部;im(x)表示取x的虚部实部;hm(n)表示信道的最强径。
功率计算单元210,接收估计的信道h(n)并计算功率:
Ph(n)=‖h(n)‖2                        等式(6)
频偏滤波及频偏调整单元212,与相位计算单元208、功率计算单元210和频偏估计单元206的输出相连,根据这三个参量在频偏滤波及频偏调整单元里选择性滤波并给出频偏校正量。频偏估计出来后一般要进行低通滤波,方法如下:
f(n)=(1-β)×festi(n)+β× f(n-1)
β一般取0.9-0.99的某个数。
本专利申请里,我们对估计出来的频偏进行选择性滤波,选择开关flag定义如下:
Figure C20051002510000116
等式(7)
上式表明对估计出来的频偏根据信道信道相位及功率变化进行选择性滤波,当信道处于深衰落时本次频偏估计不再准确,以上次滤波后的频偏来取代,以获得频偏估计的精确性。
在上述的自动频偏校正装置200中,与现有技术中的自动频偏校正装置114相似的功能不再详细说明,这些都是本领域的技术人员所熟知的内容。
回到图3,其示出了所示的是按照本发明的一种移动通信***中的接收机300,其使用了本发明的自动频率调整装置200,该接收机300包括:
用于接收无线信号的天线102;与天线102相连的滤波单元104,用来对接收的无线信号进行滤波;模数转换单元106,与滤波单元104相连,将滤波后的信号进行模数转换;解调及解码单元110,与模数转换单元106相连,对经过模数转换的信号进行解调及解码;信道估计单元112,与模数转换单元相连,根据接收的信号进行信道估计。上述的部件与现有技术的接收机100是相同的。本发明的接收机300中使用的自动频偏调整装置200是与现有技术中不相同的,其详细的结构已经在上面结合图4详细地说明了,在本发明的接收机300中,自动频偏调整装置200输出的频偏调整结果同样反馈给滤波单元104。需要说明的是,在图3中由接收机接收并解调及解码后的信号b(n)是由接收机中的解调及解码单元110提供,而估计的信道h(n)则是由信道估计单元112提供。
在上述的自动频偏调整装置200和使用上述装置的接收机300中,采用的自动频偏校正方法将在下面描述。图5示出了按照本发明的方法的一个实施例的流程图,该方法可包括如下的步骤:
S11.由接收机利用接收信号中的训练序列进行信道估计得到估计的信道h(n),再由接收机利用估计的信道h(n)和接收信号r(n)(原始接收信号)解调及解码生成解调及解码后的比特信息b(n),上述的步骤是与现有技术中的方法相接近的,本发明的该方法还包括下列的步骤,
S12.再编码及再调制步骤,使用与之前的编码/调制方案不同的方案,即***的编码/调制方案对解调及解码后的比特信息b(n)重新进行编码/调制得到再编码及再调制后的信号s(n);
S13.重构步骤,使用再编码及再调制后的信号s(n)与估计的信道h(n)重构生成接收信号的重构信号;与之前的描述一样,重构信号
Figure C20051002510000121
也是通过卷积的运算来生成,其是将再编码及再调制后的信号s(n)与估计的信道h(n)相卷积后来得到重构信号
Figure C20051002510000131
具体可使用公式:
r ~ ( n ) = s ( n ) ⊗ h ( n ) 等式(1)
S14.频偏估计步骤,接收解调及解码前的原始接收信号r(n),使用重构信号
Figure C20051002510000133
和原始接收信号r(n)生成频偏估计;使用重构信号 和原始接收信号r(n)生成频偏估计festimated。和前面的描述相类似,在本发明的方法中,是采用如下的过程来计算频偏估计festimated
首先计算一个信号 x ( n ) = conj ( r ( n ) ) . * r ~ ( n ) , 等式(2)
其中,r(n)为原始接收信号,
Figure C20051002510000136
为重构信号,.*表示对应元素乘积运算,而conj(.)表示共轭运算;
对于上述得到的信号x(n),对于2N个样本,n=1,2,...,2N,相差为:
θ = 1 N mean [ x ( N + 1 : 2 N ) . * conj ( x ( 1 : N ) ) ] , 等式(3)
其中mean(.)表示平均运算,
此时频偏就可以由下式估计出来:
f estimated = θ 2 πT ; 等式(4)
其中T表示接收信号符号周期;
S15.比较步骤,接收估计的信道并确定信道主径的相位、信道冲激响应的功率确定比较方案,参考前面的图2中可知,确定比较方案可以利用函数θ(n),这是本领域的技术人员所熟知的内容,因此这里就不再详细说明。
S16.频偏调整步骤,根据比较方案和频偏估计确定频偏校正方案。
本发明中还根据信道情形对估计的频偏的选择性滤波,以获得更加平稳的频偏校正量。
采用本发明的自动频偏校正装置和方法得到的效果图可以参考图6A和6B。从图中可见,当信道相位变化缓慢时,估计频率变化不大,可设置一标志flag=1;当信道相位迅速变换时,估计相位就有突变,可设置标记flag=0。同样当相位突变时一般伴随着幅度的快速变化,为了准确期间,置标志位flag时综合考虑相位和幅度的变化。
所以,在利用估计频率来进行频偏校正时还应该考虑到信道相位突变的情况。对连续M块,可定义频偏:
再定义遗忘因子β1、β2,它们都是小于1且比较接近1的数,例如β1=1-1/16=0.9375,β2=1-1/32=0.9688,那么我们在小于比如80个调整块时fadjust(m)=(1-β1)·f(m),大于比如160个调制块时fadjust(m)=(1-β2)·f(m)。这样可使频偏调整的精确度更加高。
采用了上述的技术方案之后,本发明的自动频偏装置和方法通过对解调及解码信号进行再一次的编码/调制之后再生成重构信号,以此重构信号来进行进一步的频偏估计,这样可以使自动频偏校正更加精确。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的,熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下,对上述实施例做出种种修改或变化,因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限,而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (9)

1.一种移动通信***中的自动频偏校正装置,位于移动通信***的接收机中,由接收机利用接收信号中的训练序列进行信道估计所得到的信道以及接收机根据估计的信道和接收信号解调及解码生成的解调及解码后的比特信息被输入到所述自动频偏校正装置中,所述自动频偏校正装置包括重构单元、频偏估计单元和频偏调整单元,其特征在于:还包括再编码及再调制单元和比较单元,其中,
所述再编码及再调制单元接收所述解码/解调后的信号,使用***的编码和调制方案对解调及解码后的比特信息重新进行编码/调制;
所述重构单元与所述再编码及再调制单元的输出相连,还接收所述估计的信道,使用再编码及再调制后的信号与估计的信道重构生成接收信号的重构信号;
所述频偏估计单元与所述重构单元的输出相连,还接收解调及解码前的原始接收信号,使用重构信号和原始接收信号生成频偏估计;
所述比较单元接收所述估计的信道并确定信道主径的相位、信道冲激响应的功率确定比较方案;
所述频偏调整单元与所述比较单元和所述频偏估计单元的输出相连,根据所述比较方案和所述频偏估计确定频偏校正方案。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述重构信号是由再编码及再调制后的信号与估计的信道卷积生成。
3.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述频偏估计由下述过程完成:
x ( n ) = conj ( r ( n ) ) . * r ~ ( n ) ,
其中,r(n)为原始接收信号,
Figure C2005100251000002C2
为重构信号,.*表示对应元素乘积运算,而conj(.)表示共轭运算;
对于上述得到的信号x(n),对于2N个样本,n=1,2,...,2N,定义相差为:
θ = 1 N nean [ x ( N + 1 : 2 N ) . * conj ( x ( 1 : N ) ) ] ,
其中mean(.)表示平均运算,
此时频偏就可以由下式估计出来:
f estimated = θ 2 πT ;
其中T表示接收信号符号周期。
4.一种移动通信***中的接收机,包括:
天线,接收无线信号;
射频解调单元,与所述天线相连,对接收的无线信号由射频解调到模拟基带,包括射频放大、射频滤波和混频等操作;模数转换单元,与所述射频解调单元相连,将解调后的信号进行模数转换;
数字基带滤波单元,与所述模数转换单元相连,对模数转换后的数字信号进行数字滤波,实际上该数字滤波器是对发送端数字基带信号的成型滤波的匹配滤波;
解调及解码单元,与所述数字基带滤波单元相连,对经过数字基带滤波后的信号进行解调及解码;
信道估计单元,与所述数字基带滤波单元相连,根据接收的信号中的训练序列进行信道估计;
自动频偏校正装置,与所述解调及解码单元和所述信道估计单元相连,接收所述解调及解码后的比特信息和估计的信道进行频偏校正,并将频偏校正信号反馈到所述射频解调单元,所述自动频偏校正装置包括重构单元、频偏估计单元和频偏调整单元,
其特征在于,所述自动频偏校正装置还包括再编码及再调制单元和比较单元,其中:
所述再编码及再调制单元接收所述解码/解调后的信号,使用***的编码和调制方案对解调及解码后的比特信息重新进行编码/调制;
所述重构单元与所述再编码及再调制单元的输出相连,还接收所述估计的信道,使用再编码及再调制后的信号与估计的信道重构生成接收信号的重构信号;
所述频偏估计单元与所述重构单元的输出相连,还接收解调及解码前的原始接收信号,使用重构信号和原始接收信号生成频偏估计;
所述比较单元接收所述估计的信道并确定信道主径的相位、信道冲激响应的功率确定比较方案;
所述频偏调整单元与所述比较单元和所述频偏估计单元的输出相连,根据所述比较方案和所述频偏估计确定频偏校正方案。
5.如权利要求4所述的接收机,其特征在于,所述重构信号是由再编码及再调制后的信号与估计的信道卷积生成。
6.如权利要求4所述的接收机,其特征在于,所述频偏估计由下述过程完成:
x ( n ) = conj ( r ( n ) ) . * r ~ ( n ) ,
其中,r(n)为原始接收信号, 为重构信号,.*表示对应元素乘积运算,而conj(.)表示共轭运算;
对于上述得到的信号x(n),对于2N个样本,n=1,2,...,2N,相差为:
θ = 1 N mean [ x ( N + 1 : 2 N ) . * conj ( x ( 1 : N ) ) ] ,
其中mean(.)表示平均运算,
此时频偏就可以由下式估计出来:
f estimated = θ 2 πT ;
其中T表示接收信号符号周期。
7.一种移动通信***中的自动频偏校正方法,首先由接收机利用接收信号中的训练序列进行信道估计所得到的信道并由接收机根据估计的信道和接收信号解调及解码生成的解调及解码后的比特信息,该方法还包括:
再编码及再调制步骤,使用***的编码/调制方案对解调及解码后的信号重新进行编码/调制;
重构步骤,使用再编码及再调制后的信号与估计的信道重构生成接收信号的重构信号;
频偏估计步骤,接收解调及解码前的原始接收信号,使用重构信号和原始接收信号生成频偏估计;
比较步骤,接收所述估计的信道并确定信道主径的相位、信道冲激响应的功率确定比较方案;
频偏调整步骤,根据所述比较方案和所述频偏估计确定频偏校正方案。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,重构步骤是由再编码及再调制后的信号与估计的信道卷积生成。
9.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述频偏估计步骤由下述过程完成:
x ( n ) = conj ( r ( n ) ) . * r ~ ( n ) ,
其中,r(n)为原始接收信号,
Figure C2005100251000005C2
为重构信号,.*表示对应元素乘积运算,而conj(.)表示共轭运算;
对于上述得到的信号x(n),对于2N个样本,n=1,2,...,2N,相差为:
θ = 1 N mean [ x ( N + 1 : 2 N ) . * conj ( x ( 1 : N ) ) ] ,
其中mean(.)表示平均运算,
此时频偏就可以由下式估计出来:
f estimated = θ 2 πT ;
其中T表示接收信号符号周期。
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