CN101184075A - 频偏补偿方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种频偏补偿方法，包括：根据导频估计终端的频偏；根据终端的频偏为所述终端分组，将可以使用相同频偏补偿值进行补偿的终端分在一组；调度不同组终端，使不同组的终端占用不同时间段的时频资源；为各组终端使用相应的频偏补偿值进行频偏补偿。本发明实施例还公开了一种频偏补偿装置，包括：频偏估计单元，用于根据导频估计终端的频偏；分组单元，用于为所述终端分组；调度单元，用于调度不同组终端，使不同组的终端占用不同时间段的时频资源；补偿单元，用于为各组终端使用相应的频偏补偿值进行频偏补偿。应用本发明实施例可以使补偿频偏过程不需占用下行空口带宽，且能够快速响应频偏变化。

Description

频偏补偿方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种频偏补偿方法及装置。

背景技术

微波存取全球互通(WiMAX，Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess)技术是目前影响力较大的一种宽带无线接入技术，WiMAX系统能够提供移动宽带业务，因此可以应用于在高速铁路上进行无线接入服务。WiMAX系统采用正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)技术，通过基站(BS，base station)调度，使不同终端的数据占用不同的时频资源传输。在发射端各个终端数据映射到不同子载波上，然后采用快速傅立叶逆变换(IFFT，inverse fast Fourier transform)处理将子载波承载的数据变换到时域发射，接收端采用快速傅立叶变换(FFT，fast Fouriertransform)处理将时域信号变换到频域恢复子载波承载的数据，再通过子载波解映射分离各个终端的数据。

在WiMAX技术应用于覆盖高速铁路，为高速铁路上的终端提供接入服务时，由于奔跑在高速铁路上的列车移动速度非常快，列车上的终端相对于基站通常也是处于快速移动状态的，而快速移动会引起终端和基站接收信号产生多普勒频偏。多普勒频偏与终端移动速度和载波频率成正比，例如对于2.5GHz载波频率、430公里/小时时速多普勒频偏高达2kHz。

频偏会造成FFT输出的子载波幅度衰减和子载波之间串扰，及引起信道估计误差。为了减轻频偏的影响，需要进行频偏补偿。

在WiMAX协议中规定的频偏补偿方法是由基站负责计算频偏调整量并下发调整命令，终端响应基站命令调整终端的发射频率。

WiMAX协议中规定了基站可以通过消息下发频率调整量至终端，调整终端的发射频率。协议中规定了终端对频偏的处理，在同步阶段，终端会在允许的频偏范围内锁定到接收到的基站信号，并作为上行发射信号的频率。在正常工作模式下，终端会锁定基站下行信号。基站利用分配给终端的上行突发(Burst)中的导频信号估计频偏，并根据频偏估计结果计算频偏调整量通过消息下发给终端。终端在确定发射频率时，会累积收到的基站发送的频偏调整量，终端将累积频偏调整量加到下行接收频率上作为上行发送频率。

在对现有技术的研究和实践过程中，发明人发现现有技术存在以下问题：

需要基站下发消息，会占用下行空口带宽。

且基站在计算出频偏调整量后，需要等待基站调度器分配可用空口下行资源，等待有可使用空口下行资源时，再将频偏调整量通过消息下发给终端，终端收到该消息后，须经过解调才能获得频偏调整量，接着才能根据频偏调整量调整频偏，这个过程需要消耗不少的时间，因此处理时延大，对频偏变化的响应速度慢。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种频偏补偿方法及装置，可以使补偿频偏过程不需占用下行空口带宽，且能够快速响应频偏变化。

为解决上述技术问题，本发明实施例一方面，提供了一种频偏补偿方法，所述方法包括：

根据导频估计终端的频偏；根据所述终端的频偏为所述终端分组，将可以使用相同频偏补偿值进行补偿的终端分在一组；调度不同组终端，使不同组的终端占用不同时间段的时频资源；为各组终端使用相应的频偏补偿值进行频偏补偿。

另一方面，提供了一种频偏补偿装置，所述装置包括：

频偏估计单元，用于根据导频估计终端的频偏；

分组单元，用于根据所述终端的频偏为所述终端分组，将可以使用相同频偏补偿值进行补偿的终端分在一组；

调度单元，用于调度不同组终端，使不同组的终端占用不同时间段的时频资源；

补偿单元，用于各组终端使用相应的频偏补偿值进行频偏补偿。

由以上技术方案可以看出，由于本发明实施例将频偏相近的终端分为一组，处于同一组内的终端频偏可以使用相同频偏补偿值进行补偿，并将不同的组调度在不同时间段上，占用不同时间段的时频资源，这样在一个时间基站可以使用一个频偏补偿值为一组终端进行频偏补偿，不再需要占用下行空口带宽，节约了无线空口资源，且由于不再需要等待调度下发消息，也不再需要终端解调，相对于现有技术，处理时延减小，对频偏变化的响应速度较快。

附图说明

图1为本发明实施例提供的频偏补偿方法实施例流程图；

图2为本发明实施例提供的将不同组终端调度在不同的上行Zone的分组调度实施例图；

图3为本发明实施例提供的将不同组终端调度在不同的上行帧的分组调度实施例图；

图4为本发明实施例提供的在进行FFT前进行频偏补偿处理的系统结构图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种频偏补偿方法及装置，可以使补偿频偏过程不需占用下行空口带宽，且能够快速响应频偏变化。

由于终端在很多进行高速移动的场景下，都有可能有多个终端以相同速率移动，例如在高速铁路上，处于同一辆列车上的终端相对于同一个基站的移动速度就是相同的，相应产生的多普勒频偏也是大致相同的，本发明实施例提供的频偏补偿方法实施例，通过估算不同终端的多普勒频偏，根据终端的多普勒频偏差别将终端进行分组，调度上行帧时频资源，保证不同组终端占用的时频资源在时间上不重叠，根据分组确定频偏补偿值，在一个时间段为一个分组进行频偏补偿。

为了叙述方便，下文都将以频偏指代多普勒频偏。

本发明实施例提供的频偏补偿方法实施例流程如图1所示：

步骤101、基站根据终端上行信号中的导频估计终端的频偏。

基站计算子载波位置相同、但符号位置不同的导频符号相关值，累积一帧内的导频自相关值得到第n个上行帧第i个激活终端的自相关估计结果r_i(n)，对于第n个上行帧没有分配时频资源的终端r_i(n)＝0。

可以直接通过此自相关估计结果获得该终端频偏的估计结果，记第n个上行帧分配时频资源的终端频偏的估计结果为Δf_i(n)，计算第n个上行帧分配时频资源终端的频偏Δf_i(n)可使用公式表达为：

Δf_i(n)＝k*phase(r_i(n))

其中，k为一常数，其取值由计算相关值时的符号间距确定，phase(r_i(n))为r_i(n)的相位。如果第n个上行帧没有给某终端分配上行资源，则该帧不输出该终端的频偏估计结果。

进一步，可以利用无限冲激响应(IIR，Infinite Impulse Response)滤波器对各帧自相关输出进行滤波处理，以减轻噪声的影响；以对第n个上行帧第i个激活终端的自相关估计结果r_i(n)进行滤波后的结果为R_i(n)，α为滤波系数，滤波公式可记为：

R_i(n)＝(1-α)R_i(n-1)+αr_i(n)

其中滤波系数α的取值为经验值，通常为了计算的方便，提高运算的速度，多采用

或等方便进行移位计算的数值。

此时计算第n个上行帧分配时频资源终端的频偏Δf_i(n)可使用公式表达为：

Δf_i(n)＝k*phase(R_i(n))

其中，k为一常数，其取值由计算相关值时的符号间距确定，phase(R_i(n))为R_i(n)的相位。如果第n个上行帧没有给某终端分配上行资源，则该帧不输出该终端的频偏估计结果。

步骤102、根据终端的频偏估计结果进行分组。

可以预先将可能出现的频偏范围分为N个区间，区间划分的标准为每个区间都可以使用相同频偏补偿值进行补偿，调整频偏，再根据终端频偏估计结果将落在同一频偏区间的终端分为一组。

也可以直接根据终端频偏估计的结果，将频偏相近的终端分为一组，分组的标准为处于同一组内的终端频偏可以使用相同频偏补偿值进行补偿，调整频偏。

当然也可以使用其它分组方法，分组的结果就是使处于同一组内的终端频偏可以使用相同频偏补偿值进行补偿，调整频偏。

举例来说，在使用WiMAX系统为处于高速铁路上的终端提供接入服务时，终端相对于基站的移动状态可以分为三种类别：

第一种、为位于快速离开基站列车上的终端，这一类终端相对基站为离开基站的高速移动状态；

第二种、为位于慢速行驶状态列车上的终端，例如，进站、出站时的列车，这一类终端相对基站的移动速度很低，产生的频偏很小，相应带来的影响也很小，可以不为这一类的终端提供频偏补偿。

第三种、为位于快速接近基站列车上的终端，这一类终端相对基站为接近基站的高速移动状态。

采用预先划分区间法时，根据火车的理论移动速度，可以估算出处于第一种类别的终端产生的频偏应当大于500Hz，处于第二种类别的终端产生的频偏应当位于-500Hz至500Hz，处于这个区间的频偏可以不进行频偏补偿，处于第三种类别的终端产生的频偏应当小于-500Hz。

此时，可以预先将频率范围划分为三个区间：大于500Hz；-500Hz至500Hz；小于-500Hz，基站再根据估算出的终端的频偏估计结果，将频偏大于500Hz的终端分为一组，将频偏位于-500Hz-500Hz之间的分为一组，将频偏小于-500Hz的终端分为一组。

在进行分组时，可以是每帧进行一次终端分组判决，将终端分配到相应的组中，分组判决过程如下：

根据当前帧的终端频偏估计将不需要进行频偏调整的终端标记出来，标记为不判决终端。进一步还可以将有频偏估计结果输出，但是其自相关估计结果R_i(n)模值小于一个门限值的终端标记为不判决终端，这是由于自相关估计结果R_i(n)小于所述门限值则表示信号质量较差，根据该自相关估计结果R_i(n)得到的频偏是不可信的，因此不需要对其进行频偏补偿。

标记的方法为，若当前帧某激活终端没有频偏估计结果输出，则将该终端标记为不判决终端；若当前帧某终端有频偏估计结果输出，但是其自相关估计结果R_i(n)模值小于一个预定的门限值，则将该终端标记为不判决终端。

在第一次分组时，可以先将所有终端都分在不需要进行频偏补偿的组，例如本例中频偏位于-500Hz至500Hz之间的一组，另两组为空，再调整每组内除标记为不判决终端外的其他终端的分组，根据这些终端的频偏估计结果将其分配到对应的频偏区间内。标记为不判决终端的分组不进行改变。

步骤103、调度不同组终端，使不同组的终端占用不同时间段的时频资源。

本发明实施例提供了两种调度的方法：

第一种、将不同组终端调度在不同的上行区域(Zone)。

在WiMAX系统中每一帧可以被分为若干个Zone，将不同组终端调度在不同的上行Zone，以便后续步骤在一个Zone为一个组进行频偏补偿。

将不同组终端调度在不同的上行Zone的分组调度实施例如图2所示：

图中横轴表示时间，纵轴表示子信道，将一个上行帧分为三个Zone，每个Zone中分配同一分组的终端。终端201、终端202、终端203被分在一组，调度在Zone1上，终端204、终端205分在一组，调度在Zone2上，终端206、终端207分在一组，调度在Zone3上。

使用第一种方法，在一帧内就可以完成全部的频偏补偿，响应速度较快，适合终端不太多时使用。

第二种、将不同组终端调度在不同的上行帧，以便后续步骤在一个上行帧为一个组进行频偏补偿。

将不同组终端调度在不同的上行帧的分组调度实施例如图3所示：

图中横轴表示时间，纵轴表示子信道，每个上行帧中分配同一分组的终端，终端301、终端302、终端303被分在一组，调度在帧(Frame)1上，终端304、终端305分在一组，调度在Frame2上，终端306、终端307分在一组，调度在Frame3上。

使用第二种方法，在一帧内只调度一组终端，资源比较充裕，适合在终端数较多时使用。

步骤104、进行频偏补偿。

在进行FFT前进行频偏补偿处理，在进行FFT前进行频偏补偿处理的系统结构如图4所示，包括：

接收机射频单元401，用于接收终端信号；

频偏补偿单元402，用于对终端频偏进行补偿；

快速傅里叶变换单元403，用于使用频率补偿后的数据进行快速傅里叶变换；

频域处理单元404，用于进行频域处理；

频偏估计补偿控制单元405，用于反馈信号给频偏补偿单元402，控制频偏估计补偿结果。

记频偏补偿单元输出的时域信号、频偏补偿结果为y(n)，y(n)可以使用公式表述为：

$y\left(n\right)=x\left(n\right)*e^{j2\mathrm{\π\Δfn}{T}_s}$

其中n为样点索引；x(n)为频偏补偿单元的输入时域信号；Δf为频偏补偿值；T_S为采样周期。

其中频偏补偿值Δf对于不同分组的频偏范围会有不同，以分为大于500Hz、-500Hz至500Hz、小于-500Hz三组为例，大于500Hz组终端对应的频偏补偿值为Δf＝1000Hz，-500Hz至500Hz组终端对应的频偏补偿值为Δf＝0Hz，小于-500Hz组终端对应的频偏补偿值为Δf＝-1000Hz。

以上即为对本发明实施例提供的频偏补偿方法实施例的描述，使用本发明实施例提供的频偏补偿方法实施例，基站将频偏相近的终端分为一组，处于同一组内的终端频偏可以使用相同频偏补偿值进行补偿，并将不同的组调度在不同时间段上，占用不同时间段的时频资源，这样在一个时间基站可以使用一个频偏补偿值为一组终端进行频偏补偿，不再需要占用下行空口带宽，节约了无线空口资源，且由于不再需要等待调度下发消息，也不再需要终端解调，相对于现有技术，处理时延减小，对频偏变化的响应速度较快。

本发明实施例提供的频偏补偿装置实施例，通常位于基站侧，可以由基站担任。

本发明实施例提供的频偏补偿装置实施例包括：

频偏估计单元，用于根据导频估计终端的频偏；

分组单元，用于根据所述终端的频偏为所述终端分组，将可以使用相同频偏补偿值进行补偿的终端分在一组；

调度单元，用于调度不同组终端，使不同组的终端占用不同时间段的时频资源；

补偿单元，用于按照时间顺序为各组终端使用相应的频偏补偿值进行频偏补偿。

其中，频偏估计单元又包括：

第一频偏估计单元，用于根据所述导频自相关值获得所述终端的自相关估计结果，根据所述自相关估计结果获得所述终端的频偏；

或，第二频偏估计单元，用于根据所述导频自相关值获得所述终端的自相关估计结果，使用无限冲激响应滤波器对所述自相关估计结果进行滤波，根据所述滤波后的自相关估计结果获得所述终端的频偏。

其中，分组单元又包括：

区间单元，用于将可能出现的频偏范围分为不同区间，其中，将可以使用相同频偏补偿值进行补偿的频偏范围分为一个区间；

区间分组单元，用于根据所述终端的频偏将落在同一区间的终端分为一组。

其中，区间分组单元又包括：

标记单元，用于将不需要进行频偏调整的终端标记为不判决，

调整单元，用于将全部终端暂时分入不需要进行频偏补偿的组；根据所述终端的频偏，将未标记不判决的终端调整到与其频偏相应的组。

其中，标记单元又包括：

第一标记单元，用于将在所述根据导频估计终端的频偏后，没有频偏估计输出的终端标记为不判决；

或第二标记单元，用于将在所述根据导频估计终端的频偏后，没有频偏估计输出的终端，和有频偏估计结果输出，但是所述自相关估计结果模值小于预定门限值的终端标记为不判决。

其中，调度单元又包括：

区域调度单元，用于将所述不同组终端调度在不同的上行区域；

或，帧调度单元，用于将所述不同组终端调度在不同的上行帧。

本发明实施例提供的频偏补偿装置实施例的运行方式，可参考上文对本发明实施例提供的频偏补偿方法实施例的描述，在此不再重复描述。

通过本发明实施例提供的频偏补偿装置，基站将频偏相近的终端分为一组，处于同一组内的终端频偏可以使用相同频偏补偿值进行补偿，并将不同的组调度在不同时间段上，占用不同时间段的时频资源，这样在一个时间基站可以使用一个频偏补偿值为一组终端进行频偏补偿，不再需要占用下行空口带宽，节约了无线空口资源，且由于不再需要等待调度下发消息，也不再需要终端解调，相对于现有技术，处理时延减小，对频偏变化的响应速度较快。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的一种频偏补偿方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种频偏补偿方法，其特征在于，所述方法包括：

根据导频估计终端的频偏；

根据所述终端的频偏为所述终端分组，将可以使用相同频偏补偿值进行补偿的终端分在一组；

调度不同组终端，使不同组的终端占用不同时间段的时频资源；

为各组终端使用相应的频偏补偿值进行频偏补偿。

2.如权利要求1所述的频偏补偿方法，其特征在于，所述根据导频估计终端的频偏包括：

根据所述导频自相关值获得所述终端的自相关估计结果，根据所述自相关估计结果获得所述终端的频偏；

或，根据所述导频自相关值获得所述终端的自相关估计结果，使用无限冲激响应滤波器对所述自相关估计结果进行滤波，根据所述滤波后的自相关估计结果获得所述终端的频偏。

3.如权利要求1所述的频偏补偿方法，其特征在于，预先将频偏范围分为不同区间，其中，将可以使用相同频偏补偿值进行补偿的频偏范围分为一个区间；

所述根据所述终端的频偏为所述终端分组包括：

根据所述终端的频偏将落在同一区间的终端分为一组。

4.如权利要求3所述的频偏补偿方法，其特征在于，所述根据所述终端的频偏将落在同一区间的终端分为一组包括：

将不需要进行频偏调整的终端标记为不判决，将全部终端先分入不需要进行频偏补偿的组；

根据所述终端的频偏，将未标记为不判决的终端调整到与其频偏相应的组。

5.如权利要求4所述的频偏补偿方法，其特征在于，所述将不需要进行频偏调整的终端标记为不判决包括：

将在所述根据导频估计终端的频偏后，没有频偏估计输出的终端标记为不判决；或

将在所述根据导频估计终端的频偏后，没有频偏估计输出的终端，和有频偏估计结果输出、但是所述自相关估计结果模值小于预定门限值的终端标记为不判决。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的频偏补偿方法，其特征在于，所述调度不同组终端，使不同组的终端占用不同时间段的时频资源包括：

将所述不同组终端调度在不同的上行区域；

或，将所述不同组终端调度在不同的上行帧。

7.一种频偏补偿装置，其特征在于，所述装置包括：

频偏估计单元，用于根据导频估计终端的频偏；

分组单元，用于根据所述终端的频偏为所述终端分组，将可以使用相同频偏补偿值进行补偿的终端分在一组；

调度单元，用于调度不同组终端，使不同组的终端占用不同时间段的时频资源；

补偿单元，用于为各组终端使用相应的频偏补偿值进行频偏补偿。

8.如权利要求7所述的频偏补偿装置，其特征在于，所述频偏估计单元包括：

第一频偏估计单元，用于根据所述导频自相关值获得所述终端的自相关估计结果，根据所述自相关估计结果获得所述终端的频偏；

或，第二频偏估计单元，用于根据所述导频自相关值获得所述终端的自相关估计结果，使用无限冲激响应滤波器对所述自相关估计结果进行滤波，根据所述滤波后的自相关估计结果获得所述终端的频偏。

9.如权利要求7所述的频偏补偿装置，其特征在于，所述分组单元包括：

区间单元，用于将频偏范围分为不同区间，其中，将可以使用相同频偏补偿值进行补偿的频偏范围分为一个区间；

区间分组单元，用于根据所述终端的频偏将落在同一区间的终端分为一组。

10.如权利要求9所述的频偏补偿装置，其特征在于，所述区间分组单元包括：

标记单元，用于将不需要进行频偏调整的终端标记为不判决；

调整单元，用于将全部终端先分入不需要进行频偏补偿的组，根据所述终端的频偏，将未标记为不判决的终端调整到与其频偏相应的组。

11.如权利要求10所述的频偏补偿装置，其特征在于，所述标记单元包括：

第一标记单元，用于将在所述根据导频估计终端的频偏后，没有频偏估计输出的终端标记为不判决；

或第二标记单元，用于将在所述根据导频估计终端的频偏后，没有频偏估计输出的终端，和有频偏估计结果输出、但是所述自相关估计结果模值小于预定门限值的终端标记为不判决。

12.如权利要求7、8、9、10或11所述的频偏补偿装置，其特征在于，所述调度单元包括：

区域调度单元，用于将所述不同组终端调度在不同的上行区域；

或，帧调度单元，用于将所述不同组终端调度在不同的上行帧。

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