在无线通信系统中，由于终端的本地晶振精确度和稳定性的影响，以及在移动过程中的多普勒效应，在基站和终端之间始终存在一定的载波频率偏差，通常称为频偏。频偏会对终端的无线信号解调性能产生很大影响[1]，为了消除频偏的影响，自动频率补偿作为频偏纠正控制的有效方法，已经在高速无线通信系统中得到广泛应用[2-3]。由于高速无线通信系统中的信号处理必须有很小延时，自动频偏补偿通常以硬件加速逻辑来实现，最常见的频偏补偿算法是查表法[3-4]，这种算法不仅需要消耗大量的存储单元和乘法器资源，而且补偿的精度会受到量化表精度的限制和影响[5]。本文将给出一种采用两级调整策略的高效自动频率补偿算法，这种自动频偏补偿方案简单易行，并可有效地节省硬件资源。
1 WCDMA系统的频偏估计方法
     WCDMA系统中,基站通过CPICH信道发送相位固定的公共导频符号，终端对解扰解扩后的CPICH信道导频符号进行相关计算，即可得到终端与基站的频偏[6-7]。考虑STTD模式对发送图样的影响，一般需要提取每个时隙部分的符号，然后通过符号间的相关来消除空间传输的影响。假定接收的CPICH符号为S(t),对一个时隙CPICH第１到第8导频符号进行相关计算,一般有两种方法[8-9]，如图1、图2所示。
 

    这里φ为补偿频偏的相位旋转量。对于上式的处理实现，如果采用查表算法，则会消耗大量的存储单元和乘法器资源。一般实际应用中通常以牺牲部分精度为代价来减小资源的消耗。如果采用CORDIC算法，则可以显著减小资源代价，同时具备实现简单和精度高的特点，其具体算法[10]如下：

2.2 基于CORDIC算法的频偏补偿方法
    频偏补偿过程中为了克服多径频偏的不一致性，可以采用Rake内部指峰各自调整的策略。首先，获取各径的频偏估计值，通过各指峰的符号能量门限的判别，剔出不可靠的频偏值，然后将有效频偏值基于其径的能量加权合并。加权合并后的总的频偏值采用一阶IIR低通滤波器进行滤波处理得到合并频偏值，对射频的VCO进行调整，调整后的残余频偏由指峰内部再基于2.1节描述的CORDIC算法进行调整，实现Finger内部残余频偏的快速纠正,从而实现接收信号整体频偏的精确补偿，基本方法如图4所示。

3 仿真结果
    为了验证CORDIC算法的有效性，本文进行了仿真验证，为保证与实际应用一致，考虑到一般Rake接收系统输入数据为位宽8 bit，本文也采用了8 bit随机数输入测试，CORDIC内部采用11 bit量化位宽，7次迭代。仿真结果证明，由于量化引起的误差变动在数据的最低两位，通过7次迭代就可以使估计得到的频偏误差小于9.4 Hz，因此可以证明采用较小的代价，就能很好地满足WCDMA系统的频偏补偿的需求。
　　下面首先对2.1节中的两种频偏估计方法进行仿真比较，以选择性能相对较好的频偏估计方案。仿真测试环境参数为3GPP Case3信道环境(120 km/h, 参数CPICH_Ec/Ior=-10 dB,SNR=-3 dB),初始频偏设置600 Hz，结果如图5所示。

    仿真结果表明，方法2相比方法1具有较高的估计精度，这也是由于方法2相位旋转量大进行平均的结果。大范围频偏估计(方法1)，虽然精度不高，但估计范围大，适合于频偏捕获状态；小范围频偏估计(方法2)精准度高，比较适合于频偏跟踪状态。频偏捕获状态一般由初始小区搜索模块内部完成。考虑Rake接收主要针对经历初始频偏捕获及补偿后的频偏跟踪调整，所以Rake接收机内部采用方法2进行频偏估计。
     基于CORDIC补偿算法的完整自动频率补偿系统调整仿真如图6~图9所示,仿真测试环境参数为3GPP case3信道环境(120 km/h,参数CPICH_Ec/Ior=-10 dB, SNR=-3 dB)，初始频偏设置1 500 Hz，能量门限设置为λ=max{P1,P2,…,PN}/8。

    从以上结果可以看出，基于CORDIC补偿算法的频率补偿系统能够快速地对频偏进行控制，起到自动调节的作用。采用定点量化的CORDIC的频偏补偿能取得与无精度损失浮点补偿方法相当的结果。
    仿真结果表明，该方法能有效地对频偏进行自动调整控制，简单易行，且具高效性，是一种切实可行的实现方案。
参考文献
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