CN102036360B - 一种对数据信号的频率偏移进行补偿的方法及装置 - Google Patents

一种对数据信号的频率偏移进行补偿的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了对数据信号的频率偏移的补偿方法及装置,应用于LTE系统,其中所述方法包括:获取每个符号内的所有子载波上的调制符号及其相位偏移,并根据其相位偏移的平均值,估计在当前子帧的每个时隙内除去解调参考信号符号位外每个符号的相位偏移;分别获取在当前子帧的每个时隙内解调参考信号符号位两侧相对位置的两个符号之间的相位偏移的差值,根据所述差值估计当前子帧内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值;根据估计出来的当前子帧内频率偏移引起的符号间的相位偏差对接收到的数据信号按照每个时隙内相对解调参考信号的位置进行补偿。应用本发明可解决LTE上行中频率偏移的问题,并对接收到的数据信号进行相对应的频偏补偿。

Description

一种对数据信号的频率偏移进行补偿的方法及装置
技术领域
本发明涉及3GPP LTE(Long Term Evolution长期演进)技术,尤其涉及一种应用于长期演进系统中上行链路的单载波频分多址SC-FDMA数据信号,对其频率偏移进行补偿的方法,还涉及一种对其频率偏移进行补偿的装置。
背景技术
UE(User Equipment用户设备)端经过调制、预编码和物理映射,然后生成l个连续的SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Divistion MultipleAccess单载波频分多址)信号[d1 d2 … dl]发射出去,接收端接收到的数据信号由于频率偏移Δf的存在跟没有频偏接收到的数据信号在相位上有一定地偏差,数据信号可以表示为
e 1 e 2 . . . e l = A · d 1 · exp ( i · θ ) d 2 · exp ( i · ( θ + Δθ ) ) . . . d l · exp ( i · ( θ + l · Δθ ) ) + n ,
其中,矩阵A称为为系统矩阵,n是高斯白噪。
可以看到相位偏差分为两部分,一部分是所有符号都相同的固定相位偏差θ,另一部分是频偏Δθ的累积。这里的固定相位偏差是以第一个符号为基准,Δθ=2πΔf*T,T=N*TS,TS是最小采样间隔时间,N是相邻符号间的采样点数。
在LTE系统中,一个SC-FDMA符号由许多子载波组成,一个调制符号占用一个子载波符号;加入频偏后的调制符号相对于没有频偏时在星座图中会有相位偏移,这个相位偏移就是频偏造成的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种对数据信号的频率偏移的补偿方法及装置,通过本发明估计出频率偏移,并对接收到的数据信号进行相对应的频偏补偿。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种对数据信号的频率偏移进行补偿的方法,应用于长期演进系统中上行链路的单载波频分多址数据信号,包括:
上行接收端获取每个符号内的所有子载波上的调制符号及其相位偏移,并根据其相位偏移的平均值,估计在当前子帧的每个时隙内除去解调参考信号符号位外每个符号的相位偏移;
所述上行接收端分别获取在当前子帧的每个时隙内解调参考信号符号位两侧相对位置的两个符号之间的相位偏移的差值,根据所述相位偏移的差值估计当前子帧内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值;
所述上行接收端根据估计出来的当前子帧内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值对接收到的数据信号按照每个时隙内相对解调参考信号的位置进行补偿。
进一步的,所述上行接收端获取每个符号内的所有子载波上的调制符号及其相位偏移,并根据其相位偏移的平均值,估计在当前子帧的每个时隙内除去解调参考信号符号位外每个符号的相位偏移的步骤,还包括:根据每个符号内每个子载波上的调制符号及其相应的判决符号,得到每个子载波上的调制符号的相位偏移。
进一步的,所述上行接收端根据当前调制方式的资源表,判定每个符号内每个子载波上的调制符号的实部和虚部的数值大小,并根据其实部和虚部的数值大小得到每个子载波上的调制符号相应的判决符号。
进一步的,所述上行接收端分别获取在当前子帧的每个时隙内解调参考信号符号位两侧相对位置的两个符号之间的相位偏移的差值,根据所述当前子帧内两个符号之间的差值估计当前子帧内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值的步骤,进一步包括:所述上行接收端分别获取在当前子帧的每个时隙内解调参考信号符号位两侧相对位置的两个符号之间的相位偏移的差值,根据所述每个时隙内两个符号之间的差值估计当前时隙内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值;所述上行接收端对当前子帧内每个时隙的符号间的相位偏移差值取平均值,即得到当前子帧内符号的相位偏差;其中,所所述上行接收端分别获取解调参考信号符号位两侧相对位置的两个符号之间的相位偏移的差值,并用所述每个差值分别除以对应的两个符号的编号的差与1的和,然后对所述结果取平均值,即得到当前时隙内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值。
进一步的,所述当前子帧的每个时隙内除去解调参考信号后的每个符号的子载波上的调制符号,是所述上行接收端将接收的数据信号经过快速傅立叶变换、信道估计、信道均衡和解预编码后得到的。
为了解决上述技术问题,本发明还提供了一种对数据信号的频率偏移进行补偿的装置,应用于长期演进系统中上行链路的单载波频分多址数据信号,包括:偏移估计模块及补偿模块;
所述偏移估计模块,用于获取每个符号内的所有子载波上的调制符号及其相位偏移,并根据其相位偏移的平均值,估计在当前子帧的每个时隙内除去解调参考信号符号位外每个符号的相位偏移;还用于分别获取在当前子帧的每个时隙内解调参考信号符号位两侧相对位置的两个符号之间的相位偏移的差值,根据所述当前子帧内两个符号之间的差值估计当前子帧内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值,并通知所述补偿模块;
所述补偿模块,用于根据估计出来的当前子帧内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值对接收到的数据信号按照每个时隙内相对解调参考信号的位置进行补偿。
进一步的,所述偏移估计模块,还用于根据符号内每个子载波上的调制符号及其相应的判决符号,得到每个子载波上的调制符号的相位偏移。
进一步的,所述偏移估计模块,还用于根据当前调制方式的资源表,判定每个符号内每个子载波上的调制符号的实部和虚部的数值大小,并根据其实部和虚部的数值大小得到每个子载波上的调制符号相应的判决符号。
进一步的,所述偏移估计模块,还用于获取在当前子帧的每个时隙内解调参考信号符号位两侧相对位置的两个符号之间的相位偏移的差值,根据所述每个时隙内两个符号之间的差值估计当前时隙内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值,对当前子帧内每个时隙的符号间的相位偏移差值取平均值,即得到当前子帧内符号的相位偏差。
进一步的,所述偏移估计模块,获取解调参考信号符号位两侧相对位置的两个符号之间的相位偏移的差值,并用所述每个差值分别除以对应的两个符号的编号的差与1的和,然后对所述结果取平均值,即得到当前时隙内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值。
进一步的,还包括:接收模块,用于接收输入的数据信号,并发送给所述偏移估计模块和补偿模块;
所述偏移估计模块,还用于将所述接收的数据信号经过快速傅立叶变换、信道估计、信道均衡和解预编码后得到所述当前子帧的每个时隙内除去解调参考信号后的每个符号的子载波上的调制符号。
本发明的有益技术效果:
可解决LTE上行中频率偏移的问题,并对接收到的数据信号进行相对应的频偏补偿。
附图说明
图1为本发明实施例中的方法流程图。
图2为LTE中符号位和子载波的关系示意图。
图3为一个时隙内各符号相对于解调参考信号符号的相位偏移的示意图。
图4为本发明实施例中的装置结构图。
具体实施方式
本发明的核心在于:在当前子帧的每个时隙内,获取除去解调参考信号符号位外每个SC-FDMA符号的相位偏移,所述SC-FDMA符号的相位偏移是所述SC-FDMA符号内的所有子载波上的调制符号的相位偏移的平均值;
在当前子帧的每个时隙内,分别获取解调参考信号符号位两侧相对位置的两个SC-FDMA符号之间的相位偏移的差值,根据所述每两个SC-FDMA符号之间的差值估计当前时隙内频率偏移引起的SC-FDMA符号间的相位偏移差值;
在当前子帧内,对得到的每个时隙的SC-FDMA符号间的相位偏移差值取平均值,即得到当前子帧内SC-FDMA符号的相位偏差。
首先,以一个实施例对本发明的方法进行说明。
参见图1,为本发明的方法流程图,包括以下步骤:
步骤100,首先上行接收端对接收到的数据信号,经过FFT(Fast FourierTransform快速傅立叶变换)、信道估计、信道均衡和解预编码后得到每个子帧内除去解调参考信号后的每个SC-FDMA符号的子载波上的调制符号bk,l
其中,k∈{0,1,...,143}是子载波编号,l是一个子帧每个时隙内中SC-FDMA符号的编号,参见图2;
步骤200,在一个SC-FDMA符号内,根据每个子载波上的调制符号bk,l及其相应的判决符号b′k,l,得到每个子载波上的调制符号的相位偏移;
一个SC-FDMA符号由许多子载波组成,一个调制符号占用一个子载波符号;加入频偏后的调制符号相对于没有频偏时在星座图中会有相位偏移,这个相位偏移就是频偏造成的,因此本发明通过求取每个子载波上调制符号的相位偏移的平均值来确定这个符号的相位偏移;
每个子载波上的调制符号bk,l,根据当前调制方式(可以是四相相移键控信号QPSK)做硬判决,得到每个子载波上的调制符号bk,l相应的判决符号b′k,l,其判决的正确性可以通过大量数据信号的累积在很大程度上得以保证,由此,得到每个子载波上的调制符号的相位偏移为:
∠dk,l=∠(conj(b′k,l)×bk,l)
步骤300,对每个SC-FDMA符号中所有子载波上的调制符号的相位偏移求平均值,所得即每个SC-FDMA符号的相位偏移θl
θ l = Σ k = 0 M sc PUSCH - 1 ∠ d k , l M sc PUSCH .
由此,获取了当前子帧的每个时隙内除去解调参考信号符号位外所有SC-FDMA符号的相位偏移;
步骤400,在当前子帧的每个时隙内,分别计算解调参考信号符号位两侧相对位置的两个SC-FDMA符号之间的相位偏移的差值,根据所述每两个SC-FDMA符号之间的差值估计当前子帧内频率偏移引起的SC-FDMA符号间的相位偏移差值;
首先,参见图2,首先,根据每个时隙内解调参考信号符号位两侧相对位置的两个SC-FDMA符号之间的相位偏移差值Δθ′i,进行如下计算:
Δθ′i=(θk+mk)/(m+1)
其中,θk+m是当前子帧每个时隙内第k+m个SC-FDMA符号的相位偏移值,θk是第k个SC-FDMA符号的相位偏移值;
然后,可以采用两种估计方法:
1)直接对整个子帧内的所有结果求平均值;
如果一个子帧内SC-FDMA符号数是Msymb UL,则当前子帧内共得到
Figure G2009101773877D00062
组相位差值,因此频率偏移引起的当前子帧内SC-FDMA符号间的相位偏移差值Δθ′为:
Figure G2009101773877D00063
2)对当前子帧的每个时隙估计相位偏移差,再根据所有时隙的相位偏移差估计当前子帧的SC-FDMA符号的相位偏差;
在当前时隙内,对两个SC-FDMA符号之间的相位偏移差值Δθ′i求平均值,如果一个子帧内每个时隙的SC-FDMA符号数为Nsymb UL,显然 N symb UL = M symb UL / 2 , 则当前时隙内共得到
Figure G2009101773877D00072
组相位差值,即通过以下公式得到当前时隙内的SC-FDMA符号的相位偏差Δθ′slot1
Figure G2009101773877D00073
一个子帧共包括两个时隙,同理,得到另一个时隙内的SC-FDMA符号的相位偏差Δθ′slot2;因此,再对得到的两个时隙的SC-FDMA符号间的相位偏移差值取平均值,即得到频率偏移引起的当前子帧内SC-FDMA符号间的相位偏移差值Δθ′;
Δθ′=(Δθ′slot1+Δθ′slot2)/2
步骤500,根据估计出来的当前子帧内SC-FDMA符号的相位偏差Δθ′对接收到的数据信号按照每个时隙内相对解调参考信号的位置进行补偿。
以下以一个应用实例对本发明进行说明。可以参见附图1。
以FDD(Frequency Division Duplex频分双工)下normal CP(CyclicPrefix循环前缀)为例,一个子帧内每个时隙的SC-FDMA符号数 N symb UL = 7 , 假设每个SC-FDMA符号中包含 M sc PUSCH = 144 个子载波上的调制符号,调制方式为QPSK(Quadrature Phase Shift Keying四相相移键控信号),具体计算如下:
S1,首先上行接收端对接收到的数据信号,经过FFT、信道估计、信道均衡和解预编码后得到每个子帧内除去解调参考信号后的每个SC-FDMA符号的子载波上的调制符号bk,l
其中,k∈{0,1,...,143}是子载波编号,l是一个子帧的每个时隙内的SC-FDMA符号的编号,参见图2;
S2,提取当前子帧的第一个时隙内,第一个SC-FDMA符号中的某个子载波上的调制符号b1,l,根据QPSK调制的资源表,首先判定该调制符号bk,1的实部和虚部的数值大小:当bk,1的实部大于等于0时,记bit2=1,bk,1的实部小于0时,记bit2=0;当bk,1的虚部大于等于0时,记bit1=1,bk,1的虚部小于0时,记bit1=0。
然后根据得到的bit2和bit1的值通过下表读出相对应的判决数据信号b′k,1,根据该子载波上的调制符号bk,1和判决数据信号b′k,1,即可以得到该子载波上的调制符号的相位偏移∠dk,1=∠(conj(b′k,1)×bk,1)。
Figure G2009101773877D00081
S3,通过S2同样的方法,得到第一个SC-FDMA符号内每个子载波的调制符号的相位偏移,然后,对第一个SC-FDMA符号内所有子载波上的调制符号的相位偏移取平均值,即得到当前第一个SC-FDMA符号的相位偏移:
θ 1 = Σ k = 0 M sc PUSCH - 1 ∠ d k , 1 M sc PUSCH .
S4,按照步骤S2-S3的方法,计算第一个时隙内除去解调参考信号符号位外其他SC-FDMA符号的相位偏移,从而得到第一个时隙内除去解调参考信号符号位外所有SC-FDMA符号的相位偏移;
第一个时隙内除去解调参考信号符号位外,共有Nsymb UL-1个SC-FDMA符号:θ1、θ2、θ3、θ4、θ5和θ6
S5,在第一个时隙内,分别计算解调参考信号符号位两侧相对位置的两个SC-FDMA符号之间的相位偏移的差值,并根据所述每两个SC-FDMA符号之间的差值估计当前时隙内频率偏移引起的SC-FDMA符号间的相位偏移差值;
参见图3所示,在第一个时隙内,解调参考信号符号位处于第1-3个SC-FDMA符号与第4-6个SC-FDMA符号之间。解调参考信号符号位两侧相对位置的SC-FDMA符号如图3所示,共3组SC-FDMA符号,分别为6-1、5-2和4-3;
因此,需要首先计算3组SC-FDMA符号的差值,并得到如下关系:
Δθ1=(θ61)/6;
Δθ2=(θ52)/4;
Δθ3=(θ43)/2:
由此,在第一个时隙内频率偏移引起的SC-FDMA符号间的相位偏移差值Δθ′slot1,即为上述三组结果的平均值:
Δθ′slot1=(Δθ1+Δθ2+Δθ3)/3
S6,同理,按照步骤S2-S5的方法,估计当前子帧内的第二个时隙中频率偏移引起的SC-FDMA符号间的相位偏移差值Δθ′slot2
S7,得到当前子帧内每个时隙的频率偏移引起的SC-FDMA符号间的相位偏移差值后,对当前子帧内所有时隙的频率偏移引起的SC-FDMA符号间的相位偏移差值求平均值,就得到当前子帧内的SC-FDMA符号的相位偏差;
因为当前子帧内共包括2个时隙,所以得到当前子帧内的SC-FDMA符号的相位偏差如下:
Δθ′=(Δθ′slot1+Δθ′slot2)/2
S8,上行接收端根据S7估计出来的当前子帧内的SC-FDMA符号的相位偏差Δθ′,对接收到的数据信号按照每个时隙内相对解调参考信号的位置进行补偿;
补偿如下:
d 1 · exp ( i · ( 3 * Δθ ) ) d 2 · exp ( i · ( 2 * Δθ ) ) d 3 · exp ( i · ( Δθ ) ) d 4 · exp ( i · ( - Δθ ) ) d 5 · exp ( i · ( - 2 * Δθ ) ) d 6 · exp ( i · ( - 3 * Δθ ) )
如图4所示,为对数据信号的频率偏移进行补偿的上行接收装置,包括:偏移估计模块20、接收模块10及补偿模块30;
接收模块10,用于从终端UE接收数据信号,并将接收的数据信号发送给所述偏移估计模块;
偏移估计模块20,用于将所述接收的数据信号经过快速傅立叶变换、信道估计、信道均衡和解预编码后得到所述当前子帧的每个时隙内除去解调参考信号后的每个符号的子载波上的调制符号,并获取其相位偏移,并根据其相位偏移的平均值,估计在当前子帧的每个时隙内除去解调参考信号符号位外每个符号的相位偏移;还用于分别计算在当前子帧的每个时隙内解调参考信号符号位两侧相对位置的两个符号之间的相位偏移的差值,根据所述当前子帧内两个符号之间的差值估计当前子帧内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值,并通知所述补偿模块30;
偏移估计模块20,还用于根据当前调制方式的资源表,判定每个符号内每个子载波上的调制符号的实部和虚部的数值大小,并根据其实部和虚部的数值大小得到每个子载波上的调制符号相应的判决符号;根据符号内每个子载波上的调制符号及其相应的判决符号,得到每个子载波上的调制符号的相位偏移;
偏移估计模块20,还用于计算在当前子帧的每个时隙内解调参考信号符号位两侧相对位置的两个符号之间的相位偏移的差值,并用所述每个差值分别除以对应的两个符号的编号的差与1的和,然后对所述结果取平均值,即得到当前时隙内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值。
补偿模块30,用于根据所述偏移估计模块20估计出来的当前子帧内符号的相位偏差对所述接收模块10接收的数据信号按照每个时隙内相对解调参考信号的位置进行补偿。
其与前述的方法的操作流程对应,不足之处参考上述方法部分的叙述,在此不一一赘述。
上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例,但如前所述,应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述发明构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围,则都应在本发明所附权力要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种对数据信号的频率偏移进行补偿的方法,应用于长期演进系统中上行链路的单载波频分多址数据信号,其特征在于,包括:
上行接收端获取每个符号内的所有子载波上的调制符号及其相位偏移,并根据其相位偏移的平均值,估计在当前子帧的每个时隙内除去解调参考信号符号位外每个符号的相位偏移;
所述上行接收端分别获取在当前子帧的每个时隙内解调参考信号符号位两侧相对位置的两个符号之间的相位偏移的差值,根据所述相位偏移的差值估计当前子帧内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值;
所述上行接收端根据估计出来的当前子帧内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值对接收到的数据信号按照每个时隙内相对解调参考信号的位置进行补偿。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,
所述上行接收端获取每个符号内的所有子载波上的调制符号及其相位偏移,并根据其相位偏移的平均值,估计在当前子帧的每个时隙内除去解调参考信号符号位外每个符号的相位偏移的步骤,还包括:
根据每个符号内每个子载波上的调制符号及其相应的判决符号,得到每个子载波上的调制符号的相位偏移。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,
所述上行接收端根据当前调制方式的资源表,判定每个符号内每个子载波上的调制符号的实部和虚部的数值大小,并根据其实部和虚部的数值大小得到每个子载波上的调制符号相应的判决符号。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,
所述上行接收端分别获取在当前子帧的每个时隙内解调参考信号符号位两侧相对位置的两个符号之间的相位偏移的差值,根据所述当前子帧内两个符号之间的差值估计当前子帧内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值的步骤,进一步包括:
所述上行接收端分别获取在当前子帧的每个时隙内解调参考信号符号位两侧相对位置的两个符号之间的相位偏移的差值,根据所述每个时隙内两个符号之间的差值估计当前时隙内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值;所述上行接收端对当前子帧内每个时隙的符号间的相位偏移差值取平均值,即得到当前子帧内符号的相位偏差。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,进一步包括:
所述上行接收端分别获取解调参考信号符号位两侧相对位置的两个符号之间的相位偏移的差值,并用所述每个差值分别除以对应的两个符号的编号的差与1的和,然后对所述结果取平均值,即得到当前时隙内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,
所述当前子帧的每个时隙内除去解调参考信号后的每个符号的子载波上的调制符号,是所述上行接收端将接收的数据信号经过快速傅立叶变换、信道估计、信道均衡和解预编码后得到的。
7.一种对数据信号的频率偏移进行补偿的装置,应用于长期演进系统中上行链路的单载波频分多址数据信号,其特征在于,包括:偏移估计模块及补偿模块;
所述偏移估计模块,用于获取每个符号内的所有子载波上的调制符号及其相位偏移,并根据其相位偏移的平均值,估计在当前子帧的每个时隙内除去解调参考信号符号位外每个符号的相位偏移;还用于分别获取在当前子帧的每个时隙内解调参考信号符号位两侧相对位置的两个符号之间的相位偏移的差值,根据所述当前子帧内两个符号之间的差值估计当前子帧内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值,并通知所述补偿模块;
所述补偿模块,用于根据估计出来的当前子帧内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值对接收到的数据信号按照每个时隙内相对解调参考信号的位置进行补偿。
8.如权利要求7所述的装置,其特征在于,
所述偏移估计模块,还用于根据符号内每个子载波上的调制符号及其相应的判决符号,得到每个子载波上的调制符号的相位偏移。
9.如权利要求8所述的装置,其特征在于,
所述偏移估计模块,还用于根据当前调制方式的资源表,判定每个符号内每个子载波上的调制符号的实部和虚部的数值大小,并根据其实部和虚部的数值大小得到每个子载波上的调制符号相应的判决符号。
10.如权利要求7所述的装置,其特征在于,
所述偏移估计模块,还用于获取在当前子帧的每个时隙内解调参考信号符号位两侧相对位置的两个符号之间的相位偏移的差值,根据所述每个时隙内两个符号之间的差值估计当前时隙内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值,对当前子帧内每个时隙的符号间的相位偏移差值取平均值,即得到当前子帧内符号的相位偏差。
11.如权利要求10所述的装置,其特征在于,
所述偏移估计模块,获取解调参考信号符号位两侧相对位置的两个符号之间的相位偏移的差值,并用所述每个差值分别除以对应的两个符号的编号的差与1的和,然后对所述结果取平均值,即得到当前时隙内频率偏移引起的符号间的相位偏移差值。
12.如权利要求7所述的装置,其特征在于,还包括:接收模块,用于接收输入的数据信号,并发送给所述偏移估计模块和补偿模块;
所述偏移估计模块,还用于将所述接收的数据信号经过快速傅立叶变换、信道估计、信道均衡和解预编码后得到所述当前子帧的每个时隙内除去解调参考信号后的每个符号的子载波上的调制符号。
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