一种基于ZC序列的AFC方法

一种基于ZC序列的AFC方法

王宗谦

(广州海格通信集团股份有限公司)

摘要：在无线通信系统中,晶体振荡器是射频部分必不可少的器件,而且晶体振荡器的精度直接关系到了射频系统的性能。但是由于时间或温度、湿度等环境因素变化,晶体振荡器常常出现老化、衰减的现象,导致其实际输出频率和标称输出频率就会产生偏差,因此引入AFC(AutomaticFrequencyCorrection,自动频率校正)十分必要。

引言

在第三代移动通信系统WCDMA中，导频为周期间歇式的,而且下行载波频率为2111~2117GHz，移动台晶体振荡器的频率稳定度为3PPM，因此频偏最大可达6151kHz，AFC的调整就显得尤为重要，目前常用的几种AFC方法，不能够抗大频偏，且对信噪比要求较高，如GSM中FCCH信道通来实现频率对齐，信噪比要求高，不能充分利用导频信息。本文中的方法可以用于大频偏低信噪比下的始终纠正，但是要求基站可以周期输出固定的ZC序列。

1控制原理

本文方法的目的在于为无线通信中的手机提供自动频率校准功能，减小手机与基站之间的时钟偏差，从而减小系统固有频偏，本文中采用的方法可以抗大频偏，根据相关值峰值判决，对信噪比要求低。

图1给出了AFC调整的原理，手机通过接收基站发送的导频序列估计两者时钟偏差，然后根据偏差调整时钟的晶振频率，多次迭代后可将频偏控制在一个较小的范围。

图AFC原理框图

本方法的使用必须要求时隙/帧有一定周期性，同时时隙/帧的结构中需要使用ZC序列做为导频，ZC序列的导频一方面可以用来进行相关峰检测做AFC粗调，另一方面可以计算系统频偏，根据频偏进行细调。

设Rsym(m)为Rsym循环移位，对应导频的前后缀，m表示向右移动的符号数见式3。

Rsym(m)=

频偏是由本地晶振的偏差和多普勒频偏引起，从以上的公式推导可以看出多普勒频偏实际只影响最大相关峰峰值位置，并不会影响它们之间的间隔，但是时钟偏差会引起频偏和采样偏差，采样偏差影响最大相关峰位置及最大相关峰位置之间的间隔。本方法主要是利用晶振引起的频偏和多普勒频偏的起因不同来进行AFC控制，由于抗频偏能力强，具有自动调节晶振频率功能，能够降低系统中对晶振的要求。

通过相关峰位置间隔调整晶振对信噪比要求低，可以满足大部分系统要求，但是如果调整精度要求很高如晶振偏差要控制在Hz级别，则调整时间较长，为了加快收敛速度可将调整分为以下两个步骤。

步骤1：实时监测相关峰之间的位置偏差，根据相关值峰值偏差值调整手机晶振，如无时钟偏差时，长时间统计的偏差平均值为L(时隙符号数)，若手机时钟频率大于基站时钟频率，则此统计偏差值会大于L，反之会小于L。调整方法：在每个时隙中找出最大相关值位置，用本次最大值位置和上次最大值位置求差分，同时记录差分值为0持续时间，差分值不为0的时候通过DAC电压调整晶振频率，调整步进值大小由差分值为0的持续时间决定，与变化快慢有关，变化快则调整步进大，变化慢调整步进小，差分值为正说明手机时钟过快，为负说明手机时钟过慢，差分值偏移个数代表时钟偏差的大小。步骤1控制精度越高调整时间越长，在将频偏误差缩小到较小的范围(频偏计算不模糊的范围)时，可以用步骤2方法计算频偏再次进行调整。

图1AFC细调门限设定示意图

在满足调整速度的前提下，使得调整的步进尽可能的小，保证晶振的稳定度。

结束语

本文对提供的一种基于ZC序列的AFC方法原理进行了详细介绍，该方法降低了对时钟校准对信噪比的要求，从而可以降低成本，有广泛的应用前景。