[发明专利]基于chirp训练序列的载波频偏估计算法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域的频偏估计算法，特别是一种TD-SCDMA终端的频偏估计算法，同样适用于OFDM通信系统的频偏估计。

背景技术

作为世界三大标准之一的TD-SCDMA技术，在中国已经成功走向商用，而对TD-SCDMA技术的研究却从来没有停止过，尤其是通信过程中的频偏估计和校正，一直是研究热点和难点，很多专家和学者为此而乐此不疲。

    晶振的不稳定性，多普勒效应，多径传输等都会造成通信系统接收信号的中心频率与本地晶振频率存在偏差，这就是载波频偏。载波的频偏会造成接收误码率的提高，严重的会导致信号的错误解码，因此必须予以估计和校正。普通校正方法是使得校正电路的本地晶振频率准确地跟踪接收信号频率，这只是频偏校正方法地一部分，并不能保证准确地进行频偏校正，尤其是当信号经过多径信道时，需要研究具体的频偏估计算法和设计精确的频偏估计电路，使得接收机能够自动进行频率跟踪，进行频偏估计和补偿。同样，TD-SCDMA系统的终端接收机也必须进行自动频率跟踪，尤其是上行的频偏估计和同步。因为基站同时接收到来自多个移动终端发送的信号，他们各自的频偏各不相同，因此普通校正算法无法进行估计和校正，这样需要保证个用户信号到达基站的时间和频率相同。

    因此需要一种简单有效的方法，解决TD-SCDMA系统中的频偏同步问题，而解决频偏同步的关键是频偏估计和校正，本专利针对这方面提出了一种TD-SCDMA终端的频偏估计算法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TD-SCDMA终端的频偏估计和时间同步算法。

    为了实现上述目的，本发明提供的基于chirp训练序列的TD-SCDMA系统中载波频偏估计和时间同步算法，发送的训练序列分成等长的三部分；设发送的训练序列为chirp信号，为了能更好的分辨出信道冲激响应的峰值，这里                                                ，为chirp信号的弥散因子(时间带宽积)，这样训练序列可以表示为

        (1)

因此发送的训练序列为

                (2)

    假设信道冲激为，那么接收端接收到的信号为

           (3)

其中(的归一化)为总的频偏，为小数倍频偏，为的整数倍频偏，(的归一化)为对应的第径的时延，那么有且，为多径抽头数，为复AWGN信号。

    如果用接收到的含有chirp码的接收序列与本地chirp序列做不同时延的相关，那么由于chirp码良好的相关特性，可以使获得的各相关值受单径信道以及载波频偏和时偏所引起的相位旋转这三个乘性因子的影响，因此对各相关值进行基于已知序列的信道估计可以得到包含该径响应以及载波相位旋转和时偏的综合响应，但是无法对信道冲激响应和时偏与载波频偏进行解藕，尤其是时偏和频偏的解藕问题，而在不同冲激上发送向上和向下chirp信号能很好的对时偏和频偏进行解藕。本文先采用接收信号自相关方法和反自相关法对载波频偏进行估计和对时间进行同步；然后对频偏进行校正；接下来把小数倍频偏进行补偿后的信号分别进行延迟和复共轭，两部分信号分别通过相同的滤波器，然后进行互相关运算，估计出整数倍频偏；然后对载波整数倍频偏和时偏进行估计；最后得到总的频偏估计值同时进行频偏补偿。

1.  小数倍频偏估计

先对接收信号进行自相关函数运算

            (4)

    将接收信号代入并化简得

               (5)

其中是三角方程。

因此

                     (6)

这样经过校正后的信号为

                           (7)

    但是，当信道冲激响应延迟扩展到多个抽样值时，三角方程的峰值位置不是特别的明显，为了很好的区分峰值，我们引入了反自相关算法。

    首先定义反自相关函数：此算法需要两个序列，第二个序列是第一个序列在时间域上翻转的复共轭，以chirp信号为例，假定第一个序列为(上chirp信号)，那么第二个序列为(有一个时延的下chirp信号)，因此接收信号的反自相关函数可表示为

                 (8)