论文研究-WCDMA系统小区搜索过程中频偏估计的研究 .pdf

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WCDMA系统小区搜索过程中频偏估计的研究,郭瑾,,针对WCDMA系统初始小区搜索过程中由于廉价的晶体振荡器引起的频率偏移,本文进行了深入的研究。主要介绍一种基于FFT和在频域内二次�
国科技论文在线 对其作归一化处理,假定 =,并利用下面的公式 式()可以进一步化为: 元 ≠为整数),|<< 上式中,σ是的方差。从中可以知道:信噪比依赖于下面关于N的函数: 丌 给定频偏’选取适当的N值可使γ达到最大,即解扩值有最大的信噪比。 现将式()改写为 (9) 其中: (10 (11) ()=∑ (12) (13) =6+q (14) 在式(11)中, 代表一个被解扩符号的持续时间。注意到复信道系数的相 位包含在随机相位项当中,而且6″和b服从相同的分布,故以后公式中将仍使用日。在 和未知的条件下,检测频偏的似然函数可以写成 ∧ (15) 上式中, )。利用服从高斯分布 将式(15)化为 国科技论文在线 A(日) (16) 由于常数K与频偏无关,可将其忽略。而末知相位服从均匀分布,则上述的条件 似然函数可以衣示成 A()=—∫A() (17) ∑1(x 其中,()是第一类零阶侈正 函数。令′=,而且注意到 ′=(′…')在频率上的离散傅立叶变换为 ∑ 8 对A(O)取自然对数,则得到如下的判决统计 (A() (19) 给定和,利用式(12)可以求得()。于是移动终端只需计算’的DFT, 再利用式(19)便可以很客易地得到判决统计值。最佳M检测器就是在频率范 (是频偏的最人可能值)内找到的估计值以使最人 在 信道下, ,判决统计可进步简化为 前血已提到 ,那么在AWGN信道条件下, 。于是可以简单的认为是 解扩值的 实际上,可以使用点的来代替,以减少运算量(般是的幂次)。对 于有限的值,的精度限制了频偏估计的准确度。对于解扩后的符号周期频率精度 为△ 频偏可用下式表示: A 从式(20)可以知道,判决统计量 表小成: 国科技论文在线 )(对所有均成立) 其中:=((川()…|(为补偿系数,为的K点FT。若可近 似成 再利用(D和I()都是关于x的单调递增函数这一特性,就可得到更简单的次最 优判决统计向量: 而在 信道下,这个次最优式()就是解扩值的 由于算法的精度有限,为了提高频率估计的准硝度,可采用在频域内进行二次插 值的算法对频偏作出估计。 最大检测伯 二次插值由线 信计频偏值 图2二次插值算法说明图 二次插值算法说明图如图2所示,这和算法首先是找到最大判决佔计值以及其相应 的频率,接着确定一条二次曲线 + 若点(--)、()和(++)均在二次曲线上,则在由线上最大值点的频 率为 至此,便完成了载波频偏的估计 算法实现步骤的总结 下血对基于及二次插值的频偏估计算法的只体步骤作一下总结: 根据待估计的频偏的可能大小确定解扩系数(取),对 信号进行 点解扩; 在一个无线帧中选取个解扩值 补()个零,之后对这个值作 的大小决定了频偏估计的分辨率 国科技论文在线 (其中 在频域内作二次插值运算,求岀频偏估计值 基于和二次插值的频偏估计算法的仿真 仿真条件 在本文中,用 和语言对基于和次插值的频偏佔计算法进行了仿真 仿真条件如表所示。 表1仿真参效表(基于FFT和二次插值的频偏估计算法) 符号 含义 频偏(待估计) 200Hz, 1kllz, 2KIlz, 6klIz, 8klIz 信号幅度 1(本文传定) ANK 抽样遮率 3. 84MHz 随机相位 [0,2]均匀分布 解扩系数 200 做FFT的点数 256 △ 频率分辨率 75Hz 表1中N的选取主要是根据式(8)进行确定。而对于FFT的点数K的确定主要是因为 一帧38400个码片解扩后得到192个符号,FFT点数一般为2的幂次。故选取K-256,可使 频偏估计精度达到3.84MHz/200/256=75Hz 仿真结果及分析 在上述仿真条件下, 仿真信号源只是针对 信号,做测试该算法性能之 用。而环境下模拟了实际 系统模型,信号源包括 下行物理信道信号,而 的信号功率占总信号功率的 因此两组仿真曲线标注 的码片信噪比 稍有差别: 仿真所用的 等价到仿真用到的 需要 加。在不同频偏条件下,作出了频偏估计的错误概率与信噪比的关系由线和估计误差 的标准差与信噪比的关系曲线,如图、图、图、图所示。其中信噪比指的是 解扩前的信号噪声功率之比。对 系统来说,小区搜索过程的所有物理信道的码片 信噪比门限为 国科技论文在线 ★dl=200 delt=1kh delt_=2KHz delt = 8KHZ 16 三/NOdB 图4不同频偏条件下频偏估计值的标准差与信噪比的关系曲线(Matεb) AFC in Awgn Channel +delt=200h e delt =1kHz 25 →dt=8k|z 图5不同频偏条件卜,频偏估计误差的标准差与信噪比的关系曲线( Matlab) 图、图是在 环境下针对系统测试模型做出的仿真曲线,统计次数为 次。由图可以看出:频偏为的标准差相对其他频偏佶的标准差较小。这是因为系统 的理论频偏约为因此在选取最优解扩系数时,主要是针对频偏的,因此 频偏下的估计性能是最优的。图是对频偏估计值相对于其真值之间的偏差求均方值所得到 的曲线。这在一定程度上说明了频偏估计值具有很好的稳定度。 国科技论文在线 det_=200Hz -+delt=1KHz -- 10 EC'No(dB 图6不同频偏下,频偏估计值的错误概率(C仿真) 本次仿真认为如果频偏估计值偏离真实值20z则视为错误检洳。由图6可知:错误检 测的概率均随着信噪比Ec∧N0的增加而直线下降,当信噪比为-18dB吋错误概率已经达到 以下(理想情况)。总体而言,采用该算法频偏佔计值的错误概率较小,具有高可靠性。 error st andard variance of delt, Awgn Channel) 4.5 -delt =200Hz delt =1 khz delt=2kHz delt =6khz 3 delt=8kHz 图7不同频偏下,频偏误差的均方值(C仿真) 同样,坏境卜,不同频偏的误差的均方差不超过,说明频率估计值基木上分布在一 定氾围内,波动较小,具有稳定性。 下面再来观察一下表(频偏估计的均值表),频偏估计值的稳定度很高,其估计值与 真实值最大相差大约,佔计频偏的均值基本不随信噪比的变化而有较大改变。 国科技论文在线 表2频偏估计的均值 Ec/NO(dB)200Hz 1 kHz 2kHz 6kHz 16 2051648Hz9946838mz2.0041kz5.999k8.0049kHz 205032Hz994.8456H2.0050kz5.9997kHz8.0048kHz 201.9267Hz99.9006Hz2.0049kz5.997kHz8.007kHz 204.9139Hz95000Hz2.0047kBz5.999XkHz8.0046kHz 8 204.75121z995.10831z2.0046kz5.999Xkb8.0044kz 204.6538Hz995.1889Hz2.0046kz5.9997kHz8.0041kHz 204.6110Hz995.2117H 2.0045k5.9998kHz8.0043kHz 204.6073Hz995.3040Hz2.0045kHz5.999Xkz8.0043kz 2024 204.5508Hz95.2898Hz|2.0045kHz 5.999)7kHz 8.0042kH 204.5213H2998z2.004kz5.9kHz6.0041kH 204.5088H99.9650出z2.004kz5.999kz8.0041kz 结束语 本文主要针对初始小区搜索过程中较大的品体振荡器的频率偏移进行估计。并给出基于 和二次插佰的频偏估计算法,进行算法推导和仿真。对仿真曲线进行深入的理论分析。 该算法的检测性能儿乎不受实际频偏的影响,频偏的精度在以内。具冇很好的稳 定性,其估计性能对信噪比的依赖性不晑。但对于可估频偏有着定的氾围限尙。可估频偏 的范围与实际通信系统的码片速率和解扩点数相关 由于未米移动通信系统可能会因为降低成本而选择更廉价的晶振,而移动通信技术始终 对频率同步冇比较高的要求,所以频偏估计算法的要求会更严格,能够佔计更大范围的频偏 且估计精度又能足够人。这是今后频偏估计算法研究的主要方向 参考文献 吴伟陵牛凯编著,移动通信原理,北京,电子工业出版社, 李文斌, 终端小区搜索过程详解,通信与信息技术 (总第期) L洪波, ()无线接口物理层关键技术仿真中国人民解放军信息程大学硕士学位论文, 年

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