在無線通信系統中，由于終端的本地晶振精確度和穩定性的影響，以及在移動過程中的多普勒效應，在基站和終端之間始終存在一定的載波頻率偏差，通常稱為頻偏。頻偏會對終端的無線信號解調性能產生很大影響[1]，為了消除頻偏的影響，自動頻率補償作為頻偏糾正控制的有效方法，已經在高速無線通信系統中得到廣泛應用[2-3]。由于高速無線通信系統中的信號處理必須有很小延時，自動頻偏補償通常以硬件加速邏輯來實現，最常見的頻偏補償算法是查表法[3-4]，這種算法不僅需要消耗大量的存儲單元和乘法器資源，而且補償的精度會受到量化表精度的限制和影響[5]。本文將給出一種采用兩級調整策略的高效自動頻率補償算法，這種自動頻偏補償方案簡單易行，并可有效地節省硬件資源。
1 WCDMA系統的頻偏估計方法
     WCDMA系統中,基站通過CPICH信道發送相位固定的公共導頻符號，終端對解擾解擴后的CPICH信道導頻符號進行相關計算，即可得到終端與基站的頻偏[6-7]。考慮STTD模式對發送圖樣的影響，一般需要提取每個時隙部分的符號，然后通過符號間的相關來消除空間傳輸的影響。假定接收的CPICH符號為S(t),對一個時隙CPICH第１到第8導頻符號進行相關計算,一般有兩種方法[8-9]，如圖1、圖2所示。
 

    這里φ為補償頻偏的相位旋轉量。對于上式的處理實現，如果采用查表算法，則會消耗大量的存儲單元和乘法器資源。一般實際應用中通常以犧牲部分精度為代價來減小資源的消耗。如果采用CORDIC算法，則可以顯著減小資源代價，同時具備實現簡單和精度高的特點，其具體算法[10]如下：

2.2 基于CORDIC算法的頻偏補償方法
    頻偏補償過程中為了克服多徑頻偏的不一致性，可以采用Rake內部指峰各自調整的策略。首先，獲取各徑的頻偏估計值，通過各指峰的符號能量門限的判別，剔出不可靠的頻偏值，然后將有效頻偏值基于其徑的能量加權合并。加權合并后的總的頻偏值采用一階IIR低通濾波器進行濾波處理得到合并頻偏值，對射頻的VCO進行調整，調整后的殘余頻偏由指峰內部再基于2.1節描述的CORDIC算法進行調整，實現Finger內部殘余頻偏的快速糾正,從而實現接收信號整體頻偏的精確補償，基本方法如圖4所示。

3 仿真結果
    為了驗證CORDIC算法的有效性，本文進行了仿真驗證，為保證與實際應用一致，考慮到一般Rake接收系統輸入數據為位寬8 bit，本文也采用了8 bit隨機數輸入測試，CORDIC內部采用11 bit量化位寬，7次迭代。仿真結果證明，由于量化引起的誤差變動在數據的最低兩位，通過7次迭代就可以使估計得到的頻偏誤差小于9.4 Hz，因此可以證明采用較小的代價，就能很好地滿足WCDMA系統的頻偏補償的需求。
　　下面首先對2.1節中的兩種頻偏估計方法進行仿真比較，以選擇性能相對較好的頻偏估計方案。仿真測試環境參數為3GPP Case3信道環境(120 km/h, 參數CPICH_Ec/Ior=-10 dB,SNR=-3 dB),初始頻偏設置600 Hz，結果如圖5所示。

    仿真結果表明，方法2相比方法1具有較高的估計精度，這也是由于方法2相位旋轉量大進行平均的結果。大范圍頻偏估計(方法1)，雖然精度不高，但估計范圍大，適合于頻偏捕獲狀態；小范圍頻偏估計(方法2)精準度高，比較適合于頻偏跟蹤狀態。頻偏捕獲狀態一般由初始小區搜索模塊內部完成?？紤]Rake接收主要針對經歷初始頻偏捕獲及補償后的頻偏跟蹤調整，所以Rake接收機內部采用方法2進行頻偏估計。
     基于CORDIC補償算法的完整自動頻率補償系統調整仿真如圖6~圖9所示,仿真測試環境參數為3GPP case3信道環境(120 km/h,參數CPICH_Ec/Ior=-10 dB, SNR=-3 dB)，初始頻偏設置1 500 Hz，能量門限設置為λ=max{P1,P2,…,PN}/8。

    從以上結果可以看出，基于CORDIC補償算法的頻率補償系統能夠快速地對頻偏進行控制，起到自動調節的作用。采用定點量化的CORDIC的頻偏補償能取得與無精度損失浮點補償方法相當的結果。
    仿真結果表明，該方法能有效地對頻偏進行自動調整控制，簡單易行，且具高效性，是一種切實可行的實現方案。
參考文獻
[1] 程乃平，任寧飛，呂金飛．高動態擴頻信號的載波跟蹤技術研究[J]．電子學報，2003，31(12A)：2147-2150.
[2] 楊小牛，陸安南，金飚譯．寬帶數字接收機[M]．北京：電子工業出版社，2002．
[3] LANK G，REED I． A semicoherent detection and doppler estimation statistic[J]． IEEE Trans on Aerospace and Electronics Systems，1973，9(2)：151-165．
[4] LIU C L，DJEN W S, FEHER K. A low-cost dual-mode non-coherent receiver with robust Frequency-offset compensation[C].Vehicular Technology Conference,1993 IEEE  43,1993:412-415.
[5] 劉凌譯．數字信號處理的FPGA實現[M]．北京：清華大學出版社，2006．
[6] 張嚴, 尤肖虎, 第三代移動通信中的一種新型AFC算法[J]．東南大學學報(英文版)，2000,16(02):
[7] 譚藝枝．WCDMA系統中自動頻偏校正的DSP實現[J]．電腦知識與技術,2007(26).
[8] 張嚴,郭經紅,尤肖虎．一種自適應階距的自動頻率校正算法[J]. 電子學報,2000,28(Z1):70-72.
[9] DOOLEYSR, NANDIAK. Adaptive time delay and frequency estimation for digital signal synchronization in CDMA Systems[EB/OL].[2005-11-10].
[10] Juang Tsobing，Fu Shen，TSAI M Y． Para-CORD IC：parallel CORDIC rotation algorithm [J]．IEEE．2004，51(8)：1515-1524．
[11] 徐國庫，陳禾．基于CORDIC 算法的坐標轉換電路的FPGA實現[J].現在電子技術，2006，29(10)：108-110．