CN101594179A - 一种频偏补偿的方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频偏补偿的方法，用于提高信号传输质量，保证在高速场景下业务连续。所述方法为：确定上行信号的实际频率；根据上行信号的规定频率和实际频率，确定上行信号发生的频偏；根据下行信号的规定频率和所述频偏，确定下行信号应采用的频率。本发明还公开了一种用于实现所述方法的装置和系统。

Description

一种频偏补偿的方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是涉及频偏补偿的方法、装置及系统。

背景技术

当发射源与接收体之间存在相对运动时，接收体接收的发射源发射信息的频率与发射源发射信息频率不相同，这种现象称为多普勒效应，接收频率与发射频率之差称为多普勒频偏(doppler shift)。当发射源与接收体之间有相对运动时，接收体接收的信号频率fR与发射源发射频率fT存在多普勒频偏Δf，即Δf＝fR-fT；当接收体与发射源相互靠近时，接收频率fR大于发射频率fT，即：Δf＞0；当接收体与发射源相互远离时，接收频率小于发射频率，即：Δf＜0；若接收体与发射源相互靠近或相互远离的速度为v，则接收体接收信号的多普勒频偏为：Δf＝f·v·cosθ/c，f为接收体接收信号时的频率，θ表示接收体和发射源的连线与地面的夹角，c为声速。可见，多普勒频偏公式与四个参数有关，通过多普勒频偏公式获得频偏的过程比较繁琐。

现有终端采用自动频率控制(Automatic Frequency Control，AFC)的频率控制方案来对抗频偏，即终端根据检测后的数据符号估计出的平均频偏值，相应地提高或降低本振频率。在高速移动环境下(如车速为400Km/h以上)，此时采用现有的AFC控制方案则需要很长的时间才能进入稳定状态，使终端的性能恶化。为了改善高速环境下终端的性能，可以考虑调小AFC的周期和调大步长，使得终端遇到较大幅度的频偏时，终端的本振频率能够较快地跟踪到接收频率上，但较小的AFC周期和较大的调整步长设置，对于速度较为缓慢或者静止场景，终端的本振频率抖动过大，也会影响其性能。可见，采用AFC方案来对抗频偏，终端对频率的控制能力有限，目前无法达到理想的频率控制效果，影响业务数据的传输，可能出现业务中断。

发明内容

本发明实施例提供一种频偏补偿的方法、装置及系统，用于简单有效的实现频率控制，保证业务连续。

一种频偏补偿的方法，包括以下步骤：

确定上行信号的实际频率；

根据上行信号的规定频率和实际频率，确定上行信号发生的频偏；

根据下行信号的规定频率和所述频偏，确定下行信号应采用的频率。

一种用于频偏补偿的装置，包括：

接口模块，用于确定上行信号的实际频率；

第一计算模块，用于根据上行信号的规定频率和接口模块获得的实际频率，确定上行信号发生的频偏；

第二计算模块，用于根据下行信号的规定频率和所述频偏，确定下行信号应采用的频率。

一种用于频偏补偿的系统，包括：

用户设备，用于在指定的频率上发送上行信号；

第一基站，用于获得上行信号的实际频率，根据上行信号的规定频率和接口模块获得的实际频率，确定上行信号发生的频偏，并根据下行信号的规定频率和所述频偏，确定下行信号应采用的频率。

一种用于频偏补偿的系统，包括：

用户设备，用于在指定的频率上发送上行信号；

第一基站，用于确定上行信号的实际频率，根据上行信号的规定频率和接口模块获得的实际频率，确定上行信号发生的频偏，并当用户设备在网络侧网元间切换完成时，将该频偏发送给第二基站；

第二基站，用于根据下行信号的规定频率和所述频偏，确定下行信号应采用的频率。

本发明实施例通过上行信号确定频偏，并据此补偿下行信号可能发生的频偏。该方法实现简单快速并且能够有效的保证业务连续。

附图说明

图1为本发明实施例中频偏的主要方法流程图；

图2为本发明实施例中频偏的详细方法流程图；

图3为本发明实施例中装置的结构图；

图4为本发明实施例中B3G系统的结构图；

图5为本发明实施例中3G系统的结构图；

图6为本发明实施例中B3G系统的详细方法流程图；

图7为本发明实施例中3G系统的详细方法流程图；

图8为本发明实施例中RACH的帧结构示意图；

图9为本发明实施例中FACH的帧结构示意图；

图10为本发明实施例中上行DCH的帧结构示意图；

图11为本发明实施例中下行DCH的帧结构示意图；

图12为本发明实施例中频偏的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例由网络侧根据上行信号计算出频偏，以此来对下行信号进行补偿，快速有效的做出频偏补偿，满足用户的传输质量要求。

参见图1，本实施例中频偏补偿的主要方法流程如下：

步骤101：获得上行信号的实际频率。

步骤102：根据上行信号的规定频率和实际频率，确定上行信号发生的频偏。该规定频率是网络侧指定用户侧使用的频率。

步骤103：根据下行信号的规定频率和所述频偏，确定下行信号应采用的频率。

通过主要方法的描述，对频偏补偿过程有了大概的了解，下面对其实现过程进行详细描述，参见图2所示，具体流程如下：

步骤201：接收上行信号。

步骤202：确定上行信号中多个数据帧的实际频率，该多个数据帧可以是连续的，也可以是离散的。

步骤203：确定多个数据帧的实际频率的平均值。

在步骤202和203中，可以只确定上行信号中一个数据帧的实际频率(尤其是最后一个数据帧的实际频率)，不采用平均值方式，这样在后续步骤中得到的频偏的即时性较好。而根据平均值确定频偏的稳定性较好。下面以平均值为例进行说明。

步骤204：计算上行信号的实际频率的平均值fua与规定频率fup的差值(相当于多普勒频偏)，即Δf＝fua-fup。

步骤205：确定下行信号的规定频率fdp。在时分双工(Time DivisionDuplex，TDD)和频分双工(Frequency Division Duplex，FDD)系统中该下行信号的规定频率都是已知的。

步骤206：根据下行信号的规定频率fdp与所述频偏Δf的差值，确定下行信号应采用的频率fda，即fda＝fdp-Δf。若在步骤204中是Δf＝fup-fua，则此步骤中应为fda＝fdp+Δf。

在fda＝fdp-Δf中，可以进一步增加调整因子α，即fda＝fdp-Δf×α。该α可以使频偏补偿变得更灵活、准确，因为如果用户设备的移动速度变化很快，根据上行信号确定的频偏应用到下行传输时一定存在偏差，这时就可以通过α进行很好的控制。其具体取值可以与多种因素有关，如用户设备的移动方向、信号传输方向和移动速度等。例如，升速时，可以将α设为大于1，减速时，可以将α设为小于1。

上述过程是针对用户设备归属的网络侧网元不变的情况而言。在用户设备进行网络侧网元间切换过程中，存在频偏跳变的情况，负的多普勒频偏会突然变成正的多普勒频偏，则当步骤204中采用Δf＝fua-fup时，此时在步骤206中的计算应为fda＝fdp+Δf，当步骤204中采用Δf＝fua+fup时，此时在步骤206中的计算应为fda＝fdp-Δf。

参见图3，本实施例提供用于实现频偏补偿的装置，其包括接口模块301、第一计算模块302和第二计算模块303。该装置可以具体为基站(Node B)或演进基站(Evolved Node B，eNB)等。

接口模块301用于确定上行信号的实际频率。接口模块301具体用于只确定上行信号中一个数据帧的实际频率(尤其是最后一个数据帧的实际频率)为上行信号的实际频率，或者确定上行信号的多个数据帧的实际频率的平均值为上行信号的实际频率。

第一计算模块302用于根据上行信号的规定频率和实际频率，确定上行信号发生的频偏。第一计算模块302具体用于将上行信号的实际频率与规定频率的差确定为频偏。

第二计算模块303用于根据下行信号的规定频率和所述频偏，确定下行信号应采用的频率。

第二计算模块303包括第一计算单元和第二计算单元。

第一计算单元当用户设备未进行网络侧网元切换或在网络侧网元间切换过程中时，将下行信号的规定频率与频偏的差确定为下行信号应采用的频率。

第二计算单元当用户设备在网络侧网元间切换完成时，将下行信号的规定频率与频偏的和确定为下行信号应采用的频率。

由于所述装置可能为基站或演进基站，导致当用户设备在网络侧网元间切换完成时频偏补偿的过程也不同，首先介绍两种系统。

参见图4，本实施例中不包括无线网络控制器(Radio Network Controller，RNC)的系统，其包括用户设备和演进基站。

用户设备用于在一定的频率上发送上行信号。

源演进基站用于通过用户设备发送的上行信号确定上行信号的实际频率，并根据上行信号的规定频率和实际频率，确定上行信号发生的频偏，以及根据下行信号的规定频率和所述频偏，确定下行信号应采用的频率。当用户设备在网络侧网元间切换完成时，源演进基站将下行信号应采用的频率发送给目标演进基站。

目标演进基站用于根据该下行信号应采用的频率发送下行信号给用户设备。

其中，源演进基站和目标演进基站均包括用于在演进基站和演进基站之间直接传递下行信号应采用的频率的接口。

或者，源演进基站用于通过用户设备发送的上行信号确定上行信号的实际频率，当用户设备在网络侧网元间切换完成时，将上行信号的实际频率发送给目标演进基站。目标演进基站用于根据上行信号的规定频率和实际频率，确定上行信号发生的频偏，以及根据下行信号的规定频率和所述频偏，确定下行信号应采用的频率。

或者，源演进基站用于通过用户设备发送的上行信号确定上行信号的实际频率，根据上行信号的规定频率和实际频率，确定上行信号发生的频偏，当用户设备在网络侧网元间切换完成时，将频偏发送给目标演进基站。目标演进基站用于根据下行信号的规定频率和所述频偏，确定下行信号应采用的频率。

参见图5，本实施例中包括RNC的系统，其包括用户设备、基站和RNC。

用户设备用于在一定的频率上发送上行信号。

源基站用于通过用户设备发送的上行信号确定上行信号的实际频率，并根据上行信号的规定频率和实际频率，确定上行信号发生的频偏，以及根据下行信号的规定频率和所述频偏，确定下行信号应采用的频率。并将下行信号应采用的频率发送给RNC。

RNC用于当用户设备在网络侧网元间切换完成时将来自源基站的下行信号应采用的频率转发给目标基站。

目标基站用于根据该下行信号应采用的频率发送下行信号给用户设备。

或者，源基站用于通过用户设备发送的上行信号确定上行信号的实际频率，当用户设备在网络侧网元间切换完成时，将上行信号的实际频率通过RNC发送给目标基站。目标基站用于根据上行信号的规定频率和实际频率，确定上行信号发生的频偏，以及根据下行信号的规定频率和所述频偏，确定下行信号应采用的频率。

或者，源基站用于通过用户设备发送的上行信号确定上行信号的实际频率，根据上行信号的规定频率和实际频率，确定上行信号发生的频偏，当用户设备在网络侧网元间切换完成时，将频偏通过RNC发送给目标基站。目标基站用于根据下行信号的规定频率和所述频偏，确定下行信号应采用的频率。

下面针对两种系统分别介绍当用户设备在网络侧网元间切换完成时的频偏补偿过程。

参见图6，本实施例中图4所示系统的方法实现流程如下：

步骤601：用户设备向源eNB发送测量报告。

步骤602：源eNB以实际频率接收用户设备发送的测量报告。

步骤603：源eNB根据测量报告确定用户设备需要切换到其它小区。

步骤604：源eNB根据上行的实际频率和规定频率确定频偏。

步骤605：源eNB根据下行的规定频率和频偏确定下行应采用的实际频率。源eNB采用fda＝fdp+Δf，因为在源eNB与目标eNB存在一定距离时会发生频偏跳变的情况，即用户设备从远离源eNB变为靠近目标eNB，cosθ从负数跳变为正数。因此Δf也需要从负数变为正数，故采用fda＝fdp+Δf。

步骤606：源eNB向目标eNB发送小区切换的连接请求，并携带有下行应采用的实际频率。目标eNB至少在第一次向用户设备发送下行信号时采用该下行实际频率。

其中，步骤603-605相对于步骤602是独立的，它们之间没有严格的执行顺序。

源eNB可以将频偏发送给目标eNB，由目标eNB完成步骤605所执行的操作。

参见图7，本实施例中图5所示系统的方法实现流程如下：

步骤701：用户设备向源基站发送测量报告。

步骤702：源基站以实际频率接收用户设备发送的测量报告。

步骤703：源基站根据上行的实际频率和规定频率确定频偏。

步骤704：源基站根据下行的规定频率和频偏确定下行应采用的实际频率。源基站采用fda＝fdp+Δf。

步骤705：源基站向RNC发送测量报告，并携带有确定的下行应采用的实际频率。

步骤706：RNC根据测量报告确定用户设备需要切换到其它小区。

步骤707：RNC向目标基站发送小区切换的连接请求，并携带有下行应采用的实际频率。目标基站至少在第一次向用户设备发送下行信号时采用该下行实际频率。

其中，步骤704中由源基站完成的功能也可由RNC或目标基站实现，则源基站在测量报告中只需携带频偏。

测量报告通过FP帧发送给RNC，FP帧有多种，如RACH、FACH、上行DCH、下行DCH的FP帧结构，具体结构参见图8-图11所示，FP帧中的空闲字段可用于传输与频偏有关的信息，可以携带上行的实际频率和下行应采用的频率，也可以携带频偏，与频偏有关的信息所占有的位数可根据实际应用情况而定。图12为频偏信息字段结构的一个实例，频偏信息字段由两个字节组成，本实施例采用13位表示频偏，即可表示0-8191这个范围，例如0-4094表示频偏为负数，由-4095Hz到-1Hz，4095表示频偏为0，4096-8191表示频偏为正数，由1Hz到4096Hz；其它5位为作为保留位进行预留。

用于实现本发明实施例的软件可以存储于软盘、硬盘、光盘和闪存等存储介质。

本发明实施例通过上行信号确定频偏，并据此补偿下行信号可能发生的频偏。该方法实现简单快速并且行之有效，尤其是适应了用户设备高速移动的场景(如时速120千米以上)。本发明实施例还通过α对频偏作更细致的调整，进一步提高了传输质量。同时，本发明实施例针对用户设备未在网络侧网元间切换及在网络侧网元间切换过程提出了解决方案，使本发明实施例在小区切换过程也同样适用。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (18)

1、一种频偏补偿的方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定上行信号的实际频率；

根据上行信号的规定频率和获得的实际频率，确定上行信号发生的频偏；

根据下行信号的规定频率和所述频偏，确定下行信号应采用的频率。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定上行信号的实际频率包括：将接收到的上行信号中最后一数据帧的实际频率确定为上行信号的实际频率；或者，将接收到的上行信号中多个数据帧的实际频率的平均值确定为上行信号的实际频率。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据上行信号的规定频率和获得的实际频率确定上行信号发生的频偏具体包括：将上行信号的实际频率与规定频率的差确定为频偏。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过频偏因子对所述频偏调整。

5、如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，当用户设备未进行网络侧网元切换时或在网络侧网元间切换过程中，根据下行信号的规定频率和所述频偏确定下行信号应采用的频率具体包括：将下行信号的规定频率与所述频偏的差确定为下行信号应采用的频率。

6、如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，当用户设备在网络侧网元间切换完成时，根据下行信号的规定频率和所述频偏确定下行信号应采用的频率具体包括：将下行信号的规定频率与所述频偏的和确定为下行信号应采用的频率。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

将下行信号应采用的频率发送给用户设备要切换到的目标小区基站，指示目标小区基站根据该频率发送下行信号。

8、一种用于频偏补偿的装置，其特征在于，包括：

接口模块，用于确定上行信号的实际频率；

第一计算模块，用于根据上行信号的规定频率和接口模块获得的实际频率，确定上行信号发生的频偏；

第二计算模块，用于根据下行信号的规定频率和所述频偏，确定下行信号应采用的频率。

9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，接口模块具体用于将接收到的上行信号中最后一数据帧的实际频率确定为上行信号的实际频率；或者，将接收到的上行信号中多个数据帧的实际频率的平均值确定为上行信号的实际频率。

10、如权利要求8所述的装置，其特征在于，第一计算模块，具体用于将上行信号的实际频率与规定频率的差确定为频偏。

11、如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块包括：

第一计算单元，当用户设备未进行网络侧网元切换时或在网络侧网元间切换过程中，将下行信号的规定频率与频偏的差确定为下行信号应采用的频率；

第二计算单元，当用户设备在网络侧网元间切换完成时，将下行信号的规定频率与频偏的和确定为下行信号应采用的频率。

12、一种用于频偏补偿的系统，其特征在于，包括：

用户设备，用于在指定的频率上发送上行信号；

第一基站，用于获得上行信号的实际频率，根据上行信号的规定频率和接口模块获得的实际频率，确定上行信号发生的频偏，并根据下行信号的规定频率和所述频偏，确定下行信号应采用的频率。

13、如权利要求12所述的系统，其特征在于，第一基站为所述用户设备接入的基站；第一基站直接根据用户设备发送的上行信号获得上行信号的实际频率。

14、如权利要求12所述的系统，其特征在于，还包括第二基站；

第一基站还用于当用户设备在网络侧网元间切换完成时，将下行信号应采用的频率发送给第二基站；第二基站用于根据该下行信号应采用的频率发送下行信号给用户设备。

15、如权利要求12所述的系统，其特征在于，还包括第二基站；

第二基站根据用户设备发送的上行信号获得上行信号的实际频率，并当用户设备在网络侧网元间切换完成时，将上行信号的实际频率发送给第一基站。

16、如权利要求14或15所述的系统，其特征在于，还包括无线资源管理器；

无线资源管理器用于当用户设备在网络侧网元间切换完成时，将来自第一基站的与频率调整有关的信息转发给第二基站。

17、一种用于频偏补偿的系统，其特征在于，包括：

用户设备，用于在指定的频率上发送上行信号；

第一基站，用于确定上行信号的实际频率，根据上行信号的规定频率和接口模块获得的实际频率，确定上行信号发生的频偏，并当用户设备在网络侧网元间切换完成时，将该频偏发送给第二基站；

第二基站，用于根据下行信号的规定频率和所述频偏，确定下行信号应采用的频率。

18、如权利要求17所述的系统，其特征在于，还包括无线资源管理器；

无线资源管理器用于将来自第一基站的频偏转发给第二基站。

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