技术领域
[0001] 本
发明涉及通信技术领域，更具体地说，涉及一种频率控制的方法及装置。
背景技术
[0002] 目前，高速交通工具在全球快速普及。高速交通工具的使用，为现有的移动通信系统带来了很大的挑战。其中重要的一个方面，就是移动台所处的通信环境越来越复杂的情况下，移动台高速运动所带来的较强的多普勒频移现象，使得基站和移动台之间存在载波的频差，即频偏。
[0003] 对于
现有技术中的蜂窝通信系统，例如全球移动通信系统(GSM，Global System for Mobile Communications)，其随机接入信道(RACH，Random Access Channel)用于接收移动台发起的初始接入
请求。实际应用中，基站需要对接收到的
信号进行纠偏处理，即纠正频偏造成的影响。纠偏处理通常采用的方法为
自动频率控制(AFC，Automatic Frequency Control)。AFC的原理是：对信号的频偏进行估计，再利用估计的频偏对信号进行频率纠偏，从而实现对信号的AFC。
[0004] 现有GSM通信系统中，基站对移动台发送的数据信号进行频率纠偏主要包括：解调前处理阶段的AFC处理和解调预处理阶段的AFC处理。其中，解调前处理完成的是对移动台发送到基站的数据进行检测和合并等
数据处理；解调预处理完成的针对当前均衡解调
算法的特性对接收到的数据信号进行
能量调整；然后通过均衡解调处理将接收到的数据完成解调，发送到基站进行后续数据处理。
[0005] 但是，本
发明人在研究过程中发现，现有技术至少存在以下不足之处：
[0006] 基站对移动台发送的数据信号进行解调前处理阶段的AFC处理和解调预处理阶段的AFC处理之后，数据信号仍然存在频偏残留，引起解调性能的损失，使得解调性能下降。当然，以上仅是以GSM系统为例进行说明，在其他类似的通信系统，也可能存在同样的问题。
发明内容
[0007] 有鉴于此，本发明
实施例提供一种频率控制的方法及装置，能够减小频偏残留。
[0008] 为实现上述目的，本发明提供一种频率控制的方法，该方法包括：
[0009] 根据待解调数据中的训练序列段，对待解调数据进行两次频偏纠正；
[0010] 利用所述待解调数据中的导频段和第二次频偏纠正后输出的信号，获取所述待解调数据的第三次频率纠偏信号；
[0011] 根据所述第三次频率纠偏信号对第二次频偏纠正后输出的信号进行第三次频偏纠正。
[0012] 另一方面，本发明还提供一种频率控制的装置，包括：
[0013] 两次频偏纠正单元，用于根据待解调数据中的训练序列段，对待解调数据进行两次频偏纠正；
[0014] 第三频率纠偏信号获取单元，用于利用所述待解调数据中的导频段和第二次频偏纠正后输出的信号，获取所述待解调数据的第三次频率纠偏信号；
[0015] 第三频偏纠正单元，用于根据所述第三次频率纠偏信号对所述第二次频率纠正后输出的信号进行第三次频偏纠正。
[0016] 本发明实施例提供的频率控制方法和装置增加了在两次根据训练序列段进行频偏纠正之后的第三次频偏纠正，进一步减小了频偏残留，而且第三次频偏纠正使用了待解调数据中的导频段数据，由于相对于训练序列段，导频段的频率信号对应用场景的敏感性较低，所以增加第三次频偏纠正使得得到的结果更准确。
附图说明
[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018] 图1为本发明实施例提供的一种频率控制方法的
流程图；
[0019] 图2为本发明实施例一中的频率控制方法应用的通信装置结构示意图；
[0020] 图3为本发明实施例一中的频率控制方法的流程图；
[0021] 图4为普通突发脉冲序列时隙的结构图；
[0022] 图5为本发明实施例提供的一种频率控制装置的示意图；
[0023] 图6为图5中的重构参考值单元的一种具体结构的示意图；
[0024] 图7为图5中的差频信号计算单元的一种具体结构的示意图。
具体实施方式
[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026] 训练序列段的频率信息相对于场景十分敏感，在较为恶劣的应用场景中，利用训练序列段的频率信息对待解调数据进行纠偏的效果并不好。导频段的数据中也包含待解调数据的频率信息，并且导频段的数据相对于应用场景的敏感性较低。基于这样的考虑，本发明实施例提供一种频率控制方法，如图1所示，该方法包括：
[0027] 步骤S101：根据待解调数据中的训练序列段，对待解调数据进行两次频偏纠正；
[0028] 步骤S102：利用待解调数据中的导频段和第二次频偏纠正后输出的信号，获取所述待解调数据的第三次频率纠偏信号；
[0029] 步骤S103：根据步骤S102中的第三次频率纠偏信号对第二次频偏纠正后输出的信号进行第三次频偏纠正。
[0030] 这样，本发明实施例提供的频率控制方法增加了利用导频段对待解调数据的频率进行纠正的步骤，由于导频段包含的待解调数据的频率信息相对于应用场景的敏感度较低，因此相对于现有技术，本发明实施例中的频率控制方法对频率进行纠正的效果更优，而且由于增加了第三次频偏纠正，所以可以进一步减小前两次频偏纠正后的频偏残留。
[0031] 以下以一个例子说明本发明提供的频率控制方法。
[0032] 实施例一
[0033] 图2示出了本实施例中的频率控制方法应用的通信装置结构示意图，在解调前处理和解调预处理过程中分别调用AFC计算模
块对待解调数据进行两次频偏纠正，在解调预处理之后利用导频段调用AFC计算模块进行第三次频偏纠正。
[0034] 图3示出了本实施例中的频率控制方法的流程图。请同时参见图2和图3，本实施例的举例针对GSM网络进行说明，但这种举例不用于限定本发明。本实施例提供的频率控制方法包括如下步骤：
[0035] 步骤S301：在解调前处理过程中，利用待解调数据中的训练序列段，获取待解调数据的第一次频率纠偏信号，根据第一次频率纠偏信号对待解调数据进行第一次频偏纠正。其中，步骤S301具体可以包括如下步骤：
[0036] a1：构建训练序列段的参考值，即计算当前接收数据的信道的信道因子和训练序列的卷积结果得到的当前接收数据的理想值。
[0037] 具体地，计算当前接收数据的信道的信道因子和训练序列的卷积，得到当前接收数据的重构参考信号rref，k。例如，可以采用如下公式计算参考信号：
[0038] 式子(1)
[0039] 其中，N为重构数据的长度，hl为通信信道的信道因子，用来表征通信信道的特性，每个用于接收数据的信道的信道因子可能有多个，每个信道的信道因子的个数由该信道的特性决定，Ik-l为通信信道使用的训练序列，是用来对数据进行编解码的一组有特定关系的二进制数，L表示信道响应长度，该信道响应长度由多径效应决定，表征了同一段数据因多径效应导致在接收端会接收到的包络信号的宽度。
[0040] a2：计算差频信号，该差频信号等于当前接收的待解调的数据与当前接收数据的重构参考信号的共轭的乘积。
[0041] 例如可以采用如下公式计算差频信号：
[0042] 式子(2)
[0043] 其中，r(k)为待解调数据， 为步骤a1中计算的参考值的共轭。
[0044] a3：计算第一次频率纠偏信号，该第一次频率纠偏信号反映了当前接收到的数据与理想的数据之间的频率的差值，因此这里的第一次频率纠偏信号实际上属于一种
频率偏移值。
[0045] 具体地，第一次频率纠偏信号可以利用如下两步的式子计算完成：
[0046] 式子(3)
[0047] 式子(4)
[0048] 其中，L为信道响应长度，TscLen为训练序列段的长度，xk为差频信号。其中，2πΔfTs为第一次频偏纠偏信号。arg()表示取一个复数的辐
角。需要说明的是，在式子(3)和式子(4)中函数R(26)中参数“26”是由目前通常协议中规定的通常业务的典型数据长度决定的，具体地，将该典型的数据长度去掉一半，并去掉头部，所剩余的数字个数为26。
[0049] a4：根据步骤a3中计算的第一次频率纠偏信号对待解调数据进行第一次频率纠正，具体地，将当前接收的待解调数据乘以 例如可以采用如下公式进行：
[0050] 式子(5)
[0051] 在执行完步骤S301后，执行步骤S302：在解调预处理中，利用训练序列段和第一次频偏纠正后输出的信号，获取待解调数据的第二次频率纠正信号，根据所述第二次频率纠正信号对经过第一次频偏纠正后输出的信号进行第二次频偏纠正。
[0052] 具体地，步骤S302可以包括如下步骤：
[0053] b1：重构训练序列段的参考值，可以采用如下公式计算参：
[0054] 式子(6)
[0055] 其中，N为重构数据的长度，hl为通信信道的信道因子，用来表征通信信道的特性，Ik-l为通信信道使用的训练序列，是用来对数据进行编解码的一组有特定关系的二进制数。
[0056] b2：计算差频信号，可以采用如下公式计算差频信号：
[0057] 式子(7)
[0058] 其中，r′(k)为经过第一次频率纠正后输出的信号，即由步骤a4得到的r′(k)。
[0059] b3：计算第二次频率纠偏信号。例如可以采用如下各个步骤公式计算第二次频率纠偏信号：
[0060] 式子(8)
[0061] 式子(9)
[0062] 式子(10)
[0063] 其中，N0，…，N1是根据不同调制类型选择出来的差积间隔。其中，2πΔfTs为第二次频偏纠偏信号。
[0064] b4：根据步骤b3中计算得到的第二次频偏纠偏信号，对经过第一次频偏纠正后的信号的频率进行纠偏。
[0065] 可以采用如下公式进行纠偏：
[0066] 式子(11)
[0067] 其中，r″(k)为经过第二次频偏纠正后输出的信号，r′(k)为经过第一次频偏纠正后输出的信号。
[0068] 执行步骤S302后，执行步骤S303：在解调预处理之后，利用待解调数据中的导频段和第二次频率纠正后输出的信号，获取待解调数据的第三次频率纠偏信号，根据第三次频率纠偏信号对经过第二次频偏纠正输出的信号进行第三次频偏纠正。
[0069] 步骤S302中一些变量的含义可参照步骤301的类似解释。
[0070] 具体地，步骤S303可以包括如下步骤：
[0071] c1：构建导频段的参考值。
[0072] 对于GSM网络，图4示出了普通突发脉冲序列(NB)时隙的结构图，其中GP是两个时隙数据之间的保护段空间，TB是一个NB时隙的尾比特区域，DATA是一个NB时隙的数据段区域，TSC是一个NB时隙的训练序列段区域，在该NB时隙中，尾比特区域为导频段。需要说明的是，本序列仅仅是一种描述性的说明，这种举例是为了本领域人员理解本发明但不用于限定本发明。实际应用中的序列结构可能有多种，在不同的应用场景可以有不同的序列结构，而一个序列结构也可以有多种改进或
变形。例如，某些序列可能仅包括一个导频段，或者包括3个或更多的导频段，本领域技术人员可以根据具体应用场景进行调整，并基于序列中导频段结构的不同对纠偏计算所采用的公式进行调整，只要这种纠偏过程是基于前2次纠偏后的结果和待解调数据的导频段得到的，都不超出本发明的保护范畴。
[0073] 步骤c1中的重构参考信号包括：计算前半时隙第一个尾比特符号(即前半时隙的导频段中的第一个比特符号)的重建参考值和计算后半时隙第一个尾比特符号(即后半时隙的导频段的第一个比特符号)的重建参考值。其中，计算前半时隙的第一个尾比特符号的重建参考值 可以利用如下公式：
[0074] 式子(12)
[0075] 其中，tl为NB时隙尾比特区域的第l个符号，k＝0，1，…，TB_Len；TB_Len是尾比特区域的长度， 为前半时隙的信道因子。
[0076] 计算后半时隙的第一个尾比特符号的重建参考值可以利用如下公式：
[0077] 式子(13)
[0078] 其中，tl为NB时隙尾比特符号，k＝0，1，…，TB_Len；TB_Len是尾比特区域的长度， 为后半时隙的信道因子。
[0079] c2：根据步骤c1中的导频段的参考值计算差频信号，包括：计算前半时隙的第二次频偏纠正后输出的信号的共轭与前半时隙的第一尾比特信号的重建参考值的乘积，再乘以第一长度，得到第一差频信号，这里，第一长度为训练序列段的长度与数据段的长度和尾比特符号的长度之和再减一。计算第一差频信号可以采用如下公式：
[0080] 式子(14)
[0081] 其中，TSC_Len为训练序列段的长度，D_Len为数据段的长度，TB_Len为尾比特符号的长度，TSC_Len+D_Len+TB_Len-1为第一长度， 为前半时隙的第二次频偏纠正后输出的信号的共轭。
[0082] 还包括：计算后半时隙的第二次频偏纠正后输出的信号与后半时隙第一尾比特符号的重建参考值的乘积，再乘以第一长度，得到第二差频信号，具体可以采用公式进行计算：
[0083] 式子(15)
[0084] rmin为后半时隙的第二次频偏纠正后输出的信号。
[0085] c3：计算频率偏移值，得到第三次频率纠偏信号，该频率偏移值为其中K为半个时隙里需要参与解调的数据量，对于图4中所示的NB时隙，半个时隙里需要参与解调的数据量为 x1
为第一差频信号，x2为第二差频信号，Im表示求复数的
虚部。
[0086] c4：根据步骤c3中计算得到的第三次频率纠偏信号，对经过第二次频偏纠正后的待解调数据的频率进行纠偏，具体地，将第二次频偏纠正后输出的信号信号乘以 例如可以采用如下公式进行：
[0087] 式子(16)
[0088] 其中，r″(k)为第二次频偏纠正后输出的信号，r′″(k)为经过第三次频偏纠正后输出的信号。具体地，步骤S303中一些变量的含义可参照步骤301的类似解释。
[0089] 本实施例提供的频率控制方法在解调预处理之后，增加了依据导频段(即时隙中的尾比特区域)的信息对待解调数据的频差残留加以纠正的步骤，能够有效减少接收数据的频偏，提高无线通信网络的
质量。
[0090] 另外，为了提高通信装置内部用于频率控制的模块的利用率，可对上述实施例中三次频率偏移纠正的步骤进行整合，以使利用一个模块分时实现三次频率偏移纠正，进而最大程度的提高了通信装置内部模块的利用率。
[0091] 具体地，由于每次频率偏移纠正的过程中都要执行重构参考信号、计算差频信号、计算频率偏移值、纠偏四个步骤，因此对三次频率偏移纠正的整合也是对这四个步骤的整合，以下分别详细说明。
[0092] 对于重构参考信号：在三次频率偏移纠正的过程中，对于参考信号的重构都是利用信道因子和待重构数据进行卷积计算。首先输入信道因子0～6，如果是解调前处理和解调预处理过程中的自动频率控制，则根据信道因子的长度来输入，不足的部分补零；对于解调预处理之后的自动频率控制，根据调制的方式确定输入的信道因子，例如对于低阶调制，信道因子0～2有效，其余为零；对于高阶调制，信道因子0～3有效，其余为零。然后输入待重构数据，如果是解调前处理和解调预处理过程中的自动频率控制，则输入待重构数据为训练序列的低7位；对于解调预处理后的自动频率控制，则输入尾比特符号。
[0093] 对于计算差频信号：对于解调前处理、解调预处理过程中以及解调预处理后的自动频率控制，都将各自重构的参考信号的共轭与待解调数据相乘，即可得到各自的差频信号。
[0094] 对于计算频率偏移值：为了使得解调预处理后与解调前处理、解调预处理过程中的计算频率偏移值的步骤整合，需要利用如下公式计算解调预处理后的频率偏移值：
[0095] 式子(17)2
[0096] 其中K’为|t|/K，x1为第一差频信号，x2为第二差频信号，K为半个时隙里需要参与解调的数据量。上述式子(16)的推导过程是基于重建信号有共同的模平方值，而且经过前面两次自动频率控制之后残留的频偏值较小，这样由于三角函数的特性可以完成上述的等式。
[0097] 对于纠偏：解调前处理、解调预处理过程中以及解调预处理后的自动频率控制在利用各自计算得到的频率偏移值在进行纠偏的过程都是一样的。
[0098] 本领域技术人员可对上述实施例的纠偏处理过程，特别是对图4的序列结构和相应计算公式、算法进行适应性调整，以使得纠偏过程可适用于除GSM网络外的其它通信网络中。无论这种调整如何，采用通信信号的导频段代替训练序列段进行第3次纠偏都可达到比只进行2次纠偏更佳的处理效果。
[0099] 本发明实施例还相应提供一种频率控制的装置，如图5所示，该装置包括两次频偏纠正单元501、第三频率纠偏信号获取单元502以及第三频偏纠正单元503。
[0100] 其中，两次频偏纠正单元501用于根据待解调数据中的训练序列段，对待解调数据进行两次频偏纠正；
[0101] 第三频率纠偏信号获取单元502用于利用所述待解调数据中的导频段和第二次频偏纠正后输出的信号，获取待解调数据的第三次频率纠偏信号；
[0102] 第三频偏纠正单元503用于根据第三次频率纠偏信号对第二次频偏纠正后输出的信号进行第三次频偏纠正。
[0103] 另外，所述待解调数据中的导频段可以包括：一个突发脉冲序列时隙的尾比特区域数据段。
[0104] 第三频率纠偏信号获取单元502可以包括重构参考值单元5021、差频信号计算单元5022以及频率纠偏信号计算单元5023。其中，重构参考值单元5021用于构建所述导频段的参考值；差频信号计算单元5022用于根据所述导频段的参考值和第二次频偏纠正后输出的信号计算差频信号；频率纠偏信号计算单元5023用于根据差频信号计算单元5022计算得到的差频信号，得到第三次频率纠偏信号。
[0105] 具体地，如图6所示，重构参考值单元5021可以包括：第一重构参考值计算单元50211和第二重构参考值计算单元50212。其中，第一重构参考值计算单元50211用于利用下式计算前半时隙导频段的第一个比特符号的重建参考值
[0106] (式子18)
[0107] 第二重构参考值计算单元50212用于利用下式计算后半时隙导频段的第一个比特符号的重建参考值
[0108] (式子19)
[0109] 其中，tl为前半时隙的导频段的第l个比特符号，tTB_Len-1-l为后半时隙的导频段的第TB_Len-1-l个比特符号，TB_Len为导频段的长度， 为前半时隙的信道因子， 为后半时隙的信道因子；
[0110] 如图7所示，差频信号计算单元5022可以包括第一差频信号计算单元50221和第二差频信号计算单元50222。其中，第一差频信号计算单元50221用于计算前半时隙的第二次频偏纠正后输出的信号的共轭与所述前半时隙导频段的第一个比特符号的重建参考值的乘积，再乘以第一长度，得到第一差频信号；第二差频信号计算单元50222用于计算后半时隙的第二次频偏纠正后输出的信号与所述后半时隙导频段的第一个比特符号的重建参考值的乘积，再乘以第一长度，得到第二差频信号。这里，第一长度为训练序列段的长度与数据段的长度和导频段的长度之和再减一。
[0111] 频率纠偏信号计算单元5023具体可以采用下式计算第三次纠偏信号2πΔfTs：
[0112] (式子20)
[0113] 从而得到第三次频率纠偏信号，其中，K为半个时隙里需要参与解调的数据量，x1为所述第一差频信号，x2为所述第二差频信号，rmax为前半时隙的第二次频偏纠正后输出的信号，rmin为后半时隙的第二次频偏纠正后输出的信号。
[0114] 另外，第三频偏纠正单元503可以具体采用如下方式对第二次频偏纠正后输出的信号进行纠偏：即对第二次频偏纠正后输出的信号乘以
[0115] 本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的
硬件完成，所述的程序可以存储于一计算机可读存储介质中，例如只读
存储器(简称ROM)、
随机存取存储器(简称RAM)、磁盘、光盘等。
[0116] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种
修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
