專利名稱：頻率估測方法與系統的制作方法
技術領域：
本發明有關適用于通訊系統的頻率估測方法與系統，特別是一種有關利用多元線性回歸(multiple linear regression)技術估測頻率的方法。
背景技術：
目前的通訊系統中，信息是以調制技術記錄在載波(carrier signal)上，并且通過信道(channel)傳送出去。調制技術根據要被傳送的數據內容，改變載波一或多個變量(parameters)，例如載波的振幅、頻率、或相位等。在傳送的過程當中，通訊信道難免會因為干擾而將傳送信號的特征改變，通常這樣的信道效應讓原本的信號加上隨機干擾，而隨機干擾一般被稱作加性高斯白噪聲(additive white Gaussian noise；AWGN)。信道效應造成的信號變更可能會讓接收端很難鑒定被傳送的信號。
許多通訊系統都系利用相移鍵控(phase shift keying)技術調制，由于移動單位的本地振蕩器(local oscillator)可能會受到頻率變動的影響，在接收的過程中，必須要準確地分辨接收信號所依據的頻率。接收信號的頻率通常會因為環境的不穩定而隨著時間改變，所以接收端必須要持續估測接收信號的相位與頻率，才能維持傳送端與接收端的同步性。
接收信號中的訓練序列(training sequence)通常是在處理真正的數據之前，用來訓練或調整接收端依據的頻率。因此許多判斷接收信號頻率的技術都是根據訓練序列所達到的。在這些藉由訓練序列來判斷接收頻率的技術當中，線性回歸(linear regression)運算最常被用在頻率的估測上，用來對各輸入碼元的角度、以及碼元之間的相位差做比較與運算。將計算出來的相位差累積而得到相位差總合，再利用線性回歸分析得到頻率估測結果。可是這樣的頻率估測方法有一個最大的缺點，就是當導航信號(pilot signal)出現突發(burst)錯誤時，系統會因為過低的信號噪聲比(signal to noiseratio；SNR)，大幅增加估測值的誤差，因而使系統計算出來的頻率變得非常不可靠。
發明內容
本發明提供一種多元線性回歸(multiple linear regression)的頻率估測方法，即利用選擇不同組合的導航信號，計算出許多個頻率值(也就是線性回歸模型中的“斜率”)。這些頻率值中如有與其它頻率值差太遠的數值，將會被舍棄不用，而剩下的頻率值在平均后得到的平均值即為估測的頻率。本發明的頻率估測方法可以減少噪聲的干擾與影響，也可以成功地改善原有線性回歸頻率估測方法的缺點。
多元線性回歸率估測方法的一個實施例包括檢測載有多個復數(complex)樣本(sample)的頻率校正突發(correction burst；FB)信號，然后計算此FB信號中復數樣本的相位序列(phase sequence)。這個相位序列會根據一種預定的規則，被切分為至少兩個相位分序列(phase subsequence)。分別計算相位序列與各相位分序列的相位誤差，以獲得各相位序列或相位分序列的相位誤差總合，于是通過線性回歸運算，將各相位序列或分序列的線性回歸斜率計算出來。由于這些相位序列或分序列的線性回歸斜率在理論上應該是相同的，因此針對各個線性回歸斜率之間的相似度作檢查。相似的斜率會被當作是有效的估測值，而頻率估測的結果則是由這些有效的估測值平均而得。其它不相似的頻率值則被視為無效的估測值，因此不會被使用在估測頻率值中。
多元線性回歸率估測方法的一個實施例也可以包括將檢測到的頻率校正突發(FB)信號中Z個復數樣本的相位計算出來。計算到的相位于是根據M種組合，重新排成Q組不同的相位分序列，其中Q為數值1到M的累積總合(Q＝1+2+…+M)。例如三種組合的情況下(M＝3)，相位就會被排成六組相位分序列(Q＝1+2+3＝6)。根據第一種排列組合，即M＝1，第一組相位包括所有Z個相位，而第二種排列組合，即M＝2，Z個相位會平均分成兩組相位分序列，在同一組相位分序列中，每一個相位與下一個相位原本在FB信號中相隔兩個樣本距離。同樣地，當M＝3時，Z個相位會被平均分成三組相位分序列。每組相位序列或分序列的相位誤差會被計算并且累積，并且各組相位的線性回歸斜率會根據線性回歸算法計算出來。在理想的系統環境下，無論相位分序列相鄰的相位原本的樣本距離為多少，線性回歸斜率都應該相同，因此，檢查線性回歸斜率之間的相似度可以降低干擾與錯誤位的影響。只有相似的斜率才會被認為是有效的頻率估測值，而這些有效估測值的平均值會被輸出為頻率估測結果。其它不夠類似的斜率就被當作是無效的估測值，而不被包括在頻率估測的考慮中。
為了實現本發明的上述目的，本發明提供了一種頻率估測方法，包括檢測包括多個復數樣本的頻率校正突發信號；從該等復數樣本計算出相位序列；根據預定規則將該相位序列分成多個相位分序列；分別計算該相位序列與各相位分序列的相位誤差，以獲得各相位序列或相位分序列的相位誤差總合；為各相位誤差總合執行線性回歸運算獲取線性回歸斜率；以及從該等線性回歸斜率導出估測頻率。
為了實現本發明的上述目的，本發明還提供了一種頻率估測系統，包括檢測器，檢測包括多個復數樣本的頻率校正突發信號；相位計算單元，從該檢測器檢測到的該等復數樣本計算出相位序列；切分單元，根據預定規則將該相位序列分成多個相位分序列；相位誤差計算單元，分別計算該相位序列與各相位分序列的相位誤差，以獲得各相位序列或相位分序列的相位誤差總合；線性回歸計算單元，為各相位誤差總合執行線性回歸運算獲取線性回歸斜率；以及頻率估測單元，從該線性回歸計算單元輸出的該等線性回歸斜率導出估測頻率。
為了讓本發明的上述和其它目的、特征、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合所附圖示，作詳細說明如下。
第1圖顯示GSM時序幀中各種時隙(time slot)的結構。
第2圖顯示本發明實施例的多元線性回歸頻率估測方法的結構方塊圖。
第3圖為描述本發明實施例的多元線性回歸頻率估測方法的流程圖。
第4圖為描述本發明實施例的多元線性回歸頻率估測方法中選擇相似斜率的流程圖。
標號說明1～GSM時序幀；12～普通突發(NB)；14～頻率校正突發(FB)；16～同步突發(SB)；21～相位計算單元；
222～22M～多工器；231～23Q～相位誤差計算單元；241～24Q～線性回歸計算單元；25～頻率估測單元。
具體實施例方式
本發明的實施例描述一種多元線性回歸頻率估測方法，用來估測無線通訊系統中，傳輸端的載波與接收端的本地頻率參考(local frequencyreference)之間頻率偏移量(offset)。在一個實施例中，無線通訊系統為全球移動通訊系統(Global System for Mobile Communications；GSM)。GSM是時分多址(Time Division Multiple Access；TDMA)的一種應用，其中數據在信道上是以突發方式被傳送，如第1圖中顯示的時序幀結構。一個基本的GSM時序幀1包括八個時隙。第1圖顯示三種突發信號的時序幀結構，包括普通突發(Normal Burst；NB)12、頻率校正突發(frequency correctionburst；FB)14、以及同步突發(synchronization burst；SB)16。GSM時隙的長度等同于傳遞156.25個碼元的時間，第1圖括號中的數值為各構成領域的碼元數目。當系統使用高斯濾波最小頻移鍵控(Gaussian filtered MinimumShift Keying；GMSK)，一個位是以一個碼元表示的。而三個尾位(tail bit；TB)全為邏輯零，被用在信道解碼數據位的卷積解碼(convolutionaldecoding)上。NB 12中間的26位訓練序列被用作執行信道均衡。8.25位的隔離時間(guard period；GP)位于每一個時隙的最后面，由于GP不傳遞任何數據，因此可用來保護于基地臺接收到從移動通訊端傳來的數據突發不會被之前的數據所覆蓋。FB 14包括142個固定位，也可被用來估測頻率。SB 16通常在FB 14之后，用來作同步的工作。
第2圖描述一種多元線性頻率估測系統實施例的結構圖。當檢測到頻率校正突發(FB)信號，并抽樣得到Z個復數樣本之后，相位計算單元21將復數樣本S0～SZ-1反正切(arc tangent)，以計算復數樣本S0～SZ-1的相位A0～AZ-1。計算出來的相位A0～AZ-1被傳送到(M-1)個多工器222～22M，各包括了不同數目的輸出分支。例如多工器222為1∶2多工器，就有兩個輸出分支，而多工器22M為1∶M多工器，就有M個輸出分支。從復數樣本S0～SZ-1就可以得到Q組不同的相位組，Q的值是由1累加到M(即Q＝1+2+…+M)。如果系統只有兩個多工器222與223，即M＝3，總共就會有六(1+2+3)組相位。各個多工器陸續將相位A0～AZ-1切分為特定數量組相位，例如多工器222將相位A0～AZ-1分成兩個組相位，分別為A0，A2，A4，…，AZ-2，以及A1，A3，A5，…，AZ-1。
每一個相位誤差計算單元231～23Q從一個對應的多工器輸出接收一組相位后，計算并累加相位誤差。例如，如果總共有100個復數樣本(Z＝100)，第一組相位A0～A99的相位誤差向量Δ1為[A1-A0-π2,A2-A1-π2,...,A99-A98-π2],]]>而相位累加總合Θ1為
。同樣地，第二組相位A0，A2，A4，…，A98的相位誤差向量Δ2為[A2-A0-π，A4-A2-π，…，A98-A96-π]，而相位累加總合Θ2為
，以此類推。相位誤差計算單元231～23Q產生的這些向量累加總合Θ1～ΘM于是被傳送至其對應的線性回歸計算單元241～24Q作頻率估測。
線性回歸計算單元241～24Q估計頻率偏移造成的各組相位誤差值的斜率。算式(1)為斜率的估計公式。
slope=N×Sxy-Sx×SyN×Sxx-Sx×Sx]]>算式(1)其中，N代表輸入的總數，也就是一個對應相位誤差計算單元231～23Q所計算出來的相位誤差總數，而算式(2)～(5)定義碼元Sx、Sy、Sxy、Sxx。
Sx=Σn=0N-1x(n)]]>算式(2)Sy=Σn=0N-1y(n)]]>算式(3)Sxy=Σn=0N-1x(n)y(n)]]>算式(4)Sxx=Σn=0N-1x2(n)]]>算式(5)其中x(n)為輸入樣本，即相位誤差的索引，而y(n)為相位誤差向量中第n個相位誤差值。
當所有線性回歸計算單元241～24Q計算出斜率后，頻率估測單元25根據絕對差額判斷哪些斜率為相似的斜率值。
第3圖的流程圖描述了多元線性回歸頻率估測方法的一個例子。在進入計算線性回歸斜率的循環之前，先計算輸入復數樣本的相位。M的初始值會依據系統效能需求而被設定，M的值越大，代表估計出來的頻率會越精準，這是因為在頻率估測過程當中，考慮了較多種組合的相位才得到最后頻率估測平均值。相位會被分成M種不同的相位組，各個相位組的相位誤差(即相位差額)被計算并累加起來。各組相位誤差的斜率可以利用線性回歸算法計算出來，并且為了之后的相似度比較而儲存起來。當所有的相位組合都被計算并得到斜率后，將這些斜率比較并選出數值較為相似的斜率，最后利用這些選出的斜率作平均算出估測的頻率值。
從第3圖的流程圖中，選擇相似值的步驟可以藉由第4圖的流程圖作說明。在第4圖中，總共有Q(Q＝1+2+…+M)個斜率被計算出來，這Q個斜率會一一被檢查，并將相近的斜率值選出。相近斜率的數值差距不可以超過一個特定的默認值。如果相近的斜率數量超過斜率總數的三分之二，這些相近斜率值便會被當作是“正確的頻率估測結果”，系統因此會將這些相近斜率值作平均，并將平均值輸出為頻率估測值。其它不那么相似的斜率被認為是受到較大的干擾，而不被考慮在平均上。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視所附的權利要求范圍所界定者為準。
權利要求
1.一種頻率估測方法，包括檢測包括多個復數樣本的頻率校正突發信號；從該等復數樣本計算出相位序列；根據預定規則將該相位序列分成多個相位分序列；分別計算該相位序列與各相位分序列的相位誤差，以獲得各相位序列或相位分序列的相位誤差總合；為各相位誤差總合執行線性回歸運算獲取線性回歸斜率；以及從該等線性回歸斜率導出估測頻率。
2.根據權利要求1所述的頻率估測方法，其中該相位序列中的該等相位是由反正切計算出來的。
3.根據權利要求1所述的頻率估測方法，其中對照N個相位誤差的相位誤差總合，其斜率計算方法為slope=N×Sxy-Sx×SyN×Sxx-Sx×Sx,]]>其中Sx=Σn=0N-1x(n),]]>Sy=Σn=0N-1y(n),]]>Sxx=Σn=0N-1x2(n),]]>x(n)代表該等相位誤差的索引，而y(n)代表第n個相位誤差。
4.根據權利要求1所述的頻率估測方法，其中從該等線性回歸斜率導出該頻率的步驟還包括計算該等線性回歸斜率之間的絕對差值，將對應到絕對差值大于默認值的斜率舍棄，并且將剩余的斜率平均。
5.根據權利要求4所述的頻率估測方法，還包括如果舍棄斜率的數量超過全部斜率數量的預設比例，發送錯誤消息。
6.根據權利要求5所述的頻率估測方法，其中該預設比例為三分之一。
7.根據權利要求1所述的頻率估測方法，其中切分該相位序列還包括選擇M種用來切分該相位序列的方式；以及將該相位序列依據M種方式的一種切分方式(第m種方式)，平均切分為m個相位分序列，其中m可以為整數1到整數M，以獲得Q個相位分序列，Q＝1+2+…+M，因此各相位與同一相位分序列中之后的相位，在原本的相位序列中相隔m個樣本距離。
8.一種頻率估測系統，包括檢測器，檢測包括多個復數樣本的頻率校正突發信號；相位計算單元，從該檢測器檢測到的該等復數樣本計算出相位序列；切分單元，根據預定規則將該相位序列分成多個相位分序列；相位誤差計算單元，分別計算該相位序列與各相位分序列的相位誤差，以獲得各相位序列或相位分序列的相位誤差總合；線性回歸計算單元，為各相位誤差總合執行線性回歸運算獲取線性回歸斜率；以及頻率估測單元，從該線性回歸計算單元輸出的該等線性回歸斜率導出估測頻率。
9.根據權利要求8所述的頻率估測系統，其中該相位誤差計算單元還包括多個子單位，用來并行計算各個相位序列以及相位分序列。
10.根據權利要求8所述的頻率估測系統，其中該線性回歸計算單元還包括多個子單位，用來平行執行各個相位序列以及相位分序列的線性回歸運算。
11.根據權利要求8所述的頻率估測系統，其中該相位計算單元從該等復數樣本，將該相位序列中的該等相位由反正切計算出來。
12.根據權利要求8所述的頻率估測系統，其中該線性回歸計算單元估計對照N個相位誤差的相位誤差總合的斜率，是計算slope=N×Sxy-Sx×SyN×Sxx-Sx×Sx,]]>其中Sx=Σn=0N-1x(n),]]>Sy=Σn=0N-1y(n),]]>Sxx=Σn=0N-1x2(n),]]>x(n)代表該等相位誤差的索引，而y(n)代表第n個相位誤差。
13.根據權利要求8所述的頻率估測系統，其中該頻率估測單元計算該等線性回歸斜率之間的絕對差值，將對應到絕對差值大于默認值的斜率舍棄，并且將剩余的斜率平均。
14.根據權利要求13所述的頻率估測系統，其中該頻率估測單元于舍棄斜率的數量超過全部斜率數量的預設比例時，發送錯誤消息。
15.根據權利要求14所述的頻率估測系統，其中該預設比例為三分之一。
16.根據權利要求8所述的頻率估測系統，其中該切分單元還包括M個多工器，用來產生Q組相位，各個多工器將該相位序列平均切分為m個相位分序列，其中m屬于整數1到整數M，而Q＝1+2+…+M，因此各相位與同一相位分序列中之后的相位，在原本的相位序列中相隔m個樣本距離。
全文摘要
本發明提供一種多元線性回歸頻率估測方法與系統。算出接收信號的相位序列后，根據預設規則將此相位序列分割成許多分序列，再利用線性回歸分析將這些分序列的相位差額以及相位差額的斜率計算出來。最后將對應各個分序列的斜率結合，便可得到一個可靠的估測頻率。
文檔編號H04L27/22GK1722717SQ20051008481
公開日2006年1月18日 申請日期2005年7月14日 優先權日2004年7月14日
發明者楊石陽, 康志偉 申請人:明基電通股份有限公司