CN102223335A - 一种时偏估计方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时偏估计方法和装置，所述方法包括：基站接收上行信号后计算多目标用户叠加的导频位频域信道估计值；利用所述多目标用户叠加的导频位频域信道估计值获取由时偏引起的各目标用户子载波相位差对应的复数，并对各复数求相角处理得到各目标用户的子载波相位差；根据所述各目标用户的子载波相位差，计算每个目标用户的时偏估计值。所述装置包括：导频位信道估计模块、子载波相位差获取模块和时偏估计模块。本发明提供的时偏估计方法为系统消除时偏影响，提供了数据支持。

Description

一种时偏估计方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种时偏估计方法和装置。

背景技术

LTE(Long Term Evolution，长期演进)项目是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目，它改进并增强了3G的空中接入技术。与3G相比，LTE更具技术优势，体现在更高的用户数据速率、分组传送、降低系统延迟、系统容量和覆盖的改善以及运营成本的降低等方面。

LTE下行链路采用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)技术，OFDM具有频谱利用率高、抗多径干扰等特点，OFDM系统能够有效地抵抗无线信道带来的影响。LTE上行链路传输方案采用带循环前缀的单载波频分复用多址系统(SC-FDMA，Single Carrier Frequency DivisionMultiple Access)，在上行采用带循环前缀的SC-FDMA传输方案中，使用DFT(Discrete Fourier Transformation，离散傅立叶变换)获得频域信号，然后插入零符号进行频谱搬移，搬移后的信号再通过IFFT(Inverse Fast FourierTransformation，逆傅立叶变换)，可以降低发射终端的峰均功率比。

符号定时的偏差会带来频域的相位旋转，并且会随频域符号累计相位。时域定时偏差会增加OFDM对时延扩展的敏感程度，那么系统所能容忍的时延扩展就会低于其设计值。为了尽量减小这种负面的影响，需要尽量减小时偏。因此就要对时偏进行估计，并修正这个偏差。

协议3GPP TS 36.213：″Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；Physical layer procedures″.中给出了时偏(TA)调整上报的相关内容。基站根据上行接收信号，测量出UE上行同步时偏值，并将这个时偏调整量(TA)下发给UE，UE再根据收到的值调整自己的上发时间，从而实现上行同步过程，因此时偏估计是LTE系统必不可缺的一个部分。

符号定时偏差与子载波相位之间有对应关系，随着定时的变化，子载波上符号相位也会发生相应的变化。样值间隔的定时偏差t₀会在频域相邻两个子载波间产生的相位偏差是：

其中，N是系统采样频率对应的FFT(Fast Fourier Transformation，傅立叶变换)点数。相位偏移会随载波距离线性累计增加，达到一定程度还会产生相位翻转。当占用相同频率资源的用户不止一个时，一般来讲要对用户做信号分离，再依据上述公式，分别对用户的时偏信息进行估计，相应操作较为复杂。

发明内容

基于时偏对基站接收机性能的影响，本发明提供一种时偏估计方法和装置，所述方法为系统消除时偏提供了支持。

具体的，本发明提供的一种时偏估计方法，包括：

基站接收上行信号后计算多目标用户叠加的导频位频域信道估计值；

利用所述多目标用户叠加的导频位频域信道估计值获取由时偏引起的各目标用户子载波相位差对应的复数，并对各复数求相角处理得到各目标用户的子载波相位差；

根据所述各目标用户的子载波相位差，计算每个目标用户的时偏估计值。

本发明提供的方法进一步具有以下特点：

所述由时偏引起的各目标用户子载波相位差对应的复数表达式如下：

其中，为第k+S个子载波的导频位频域信道估计值；

为第k+m-1+S个子载波的导频位频域信道估计值；α_i为目标用户i的循环位移数；m为目标用户的数量；S为子载波间隔因子；k是子载波序号。

所述各目标用户的子载波相位差表达式如下：

其中，为目标用户i的子载波相位差；Q_{i，slot_i，ka}(k)是由时偏引起的目标用户i子载波相位差对应的复数；“angle()”是求角度函数；M为频域信道估计值的长度；m为目标用户的数量；S为子载波间隔因子；k是子载波序号。

本发明所述方法中，根据目标用户的子载波相位差，计算每个目标用户的时偏估计值的计算公式如下：

其中，N为傅立叶变换点数；S为子载波间隔因子，取值偶整数，且小于M-S-m，其中，M为频域信道估计值的长度；m为目标用户的数量；

为目标用户i的子载波相位差；slot_i为时隙序号；ka为天线序号。

本发明所述方法，在利用子载波相位差，计算每个目标用户的时偏估计值后还包括将计算获得的时偏估计值在多个导频位置上和接收天线上求平均的步骤。

本发明还提供一种时偏估计装置，包括：

导频位信道估计模块，用于在接收到上行信号后，计算多目标用户叠加的导频位频域信道估计值；

子载波相位差获取模块，用于利用所述多目标用户叠加的导频位频域信道估计值获取由时偏引起的各目标用户子载波相位差对应的复数，并对各复数求相角处理得到各目标用户的子载波相位差；

时偏估计模块，用于根据所述各目标用户的子载波相位差，计算每个目标用户的时偏估计值。

本发明提供的装置进一步具有以下特点：

所述子载波相位差获取模块中由时偏引起的各目标用户子载波相位差对应的复数表达式如下：

其中，

为第k+S个子载波的导频位频域信道估计值；

为第k+m-1+S个子载波的导频位频域信道估计值；α_i为目标用户i的循环位移数；m为目标用户的数量；S为子载波间隔因子；k是子载波序号。

所述子载波相位差获取模块中各目标用户的子载波相位差表达式如下：

其中，为目标用户i的子载波相位差；Q_{i，slot_i，ka}(k)是由时偏引起的目标用户i子载波相位差对应的复数；“angle()”是求角度函数；M为频域信道估计值的长度；m为目标用户的数量；S为子载波间隔因子；k是子载波序号。

本发明所述装置中，时偏估计模块计算每个目标用户的时偏估计值的计算公式如下：

其中，N为傅立叶变换点数；S为子载波间隔因子，取值偶整数，且小于M-S-m，其中，M为频域信道估计值的长度；m为目标用户的数量；

为目标用户i的子载波相位差；slot_i为时隙序号；ka为天线序号。

本发明所述装置中，时偏估计模块在计算得到每个目标用户的时偏估计值后还将计算获得的时偏估计值在多个导频位置上和接收天线上求平均处理。

本发明有益效果如下：

本发明提供的时偏估计的方法可以有效地估计终端信号到达基站的相对定时偏差，由于采用了多用户叠加的导频位频域信道估计值，该方法可以对多个MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)用户进行时偏估计，并有一定的抗噪能力，在低信噪比工作点下也能获得较准确的估计值。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其它优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的一种时偏估计方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种时偏估计方法流程图；

图3为本发明提供的一种时偏估计装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

基于现有技术中存在的时偏对基站接收机性能的影响，获取时偏值进行时偏消除已经成为必要的操作程序。然而，目前并没有一中简单、易行的时偏估计方法。对此，本发明提供一种时偏估计方法和装置，通过本发明所述方法能够有效地估计终端信号到基站的相对定时偏差，进而为消除时偏提供了准确、有效的数据量。

如图1所示，为本发明提供的一种时偏估计方法的流程图，该方法具体包括以下步骤：

步骤S101、基站接收上行信号后计算多目标用户叠加的导频位频域信道估计值。

步骤S102、利用多目标用户叠加的导频位频域信道估计值获取由时偏引起的各目标用户子载波相位差对应的复数，并对各复数求相角处理得到各目标用户的子载波相位差。

步骤S103、根据获取的各目标用户的子载波相位差，计算每个目标用户的时偏估计值。

采用本发明所述的时偏估计的方法可以有效地估计终端信号到达基站的相对定时偏差，即时偏；该方法由于采用了多用户叠加的导频位频域信道估计值，可以对多个MIMO用户进行时偏估计，并有一定的抗噪能力，在低信噪比工作点下也能获得较准确的估计值。

下面给出本发明一个较佳的实施例，并结合对实施例的描述，进一步给出本发明的技术细节，使其能够更好地说明本发明的提供的方法的具体实现过程。

在进行方法阐述前，首先对本发明用到本领域相关基础知识基站接收机系统方程进行简要说明：

基站接收机系统方程为：

$Y_{\mathrm{slot}\_i,\mathrm{ka}}\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{i,\mathrm{slot}\_i,\mathrm{ka}}\left(k\right)\×X\left(k\right)e^{{\mathrm{j\α}}_{i}k}+N\left(k\right)$

其中，m表示系统中目标用户的数量；α_i是目标用户i的循环移位数；k为子载波序号；Y_{slot_i，ka}(k)是接收频域导频位解调参考符号；是目标用户i的本地频域导频位解调参考符号；H_{i，slot_i，ka}(k)是用户i的信道冲激响应；N(k)是噪声序列。

下面对本发明实施例提供的时偏估计方法进行阐述，如图2所示，具体包括以下步骤：

步骤S201、基站接收上行信号后，调用接收机系统方程，结合接收频域导频位解调参考符号Y_{slot_i，ka}(k)和目标用户i的本地频域导频位解调参考符号计算在时隙slot_i和天线ka上有时偏的目标用户的导频位频域信道估计值；

其中，若系统中存在多个用户时，获取的导频位频域信道估计值为多用户叠加的导频位频域信道估计值。

该步骤中计算有时偏的目标用户的导频位频域信道估计值的计算公式如下：

其中，t₁、t₂、…、t_m表示各个目标用户的时偏值；0≤k≤M-1，M为频域信道估计值的长度。

下面通过几个具体示例来说明该步骤中有时偏的目标用户的导频位频域信道估计值的具体表现形式。

示例1：设系统中只有一个用户，则有：

示例2：设系统中存在2个用户，分别是用户1和用户2，则有：

进一步地，每个子载波对应的两个用户叠加的导频位频域信道估计值为：

步骤S202、基站利用导频位频域信道估计值获取由时偏引起的各目标用户子载波相位差对应的复数，并对各复数求相角处理得到各目标用户的子载波相位差。

其中，获取由时偏引起的各目标用户子载波相位差对应的复数的表达式如下：

对各复数求相角处理获取各目标用户的子载波相位差的获取方式如下：

或者，

其中，

为第k+S个子载波的导频位频域信道估计值；

为第k+m-1+S个子载波的导频位频域信道估计值；α_i为目标用户i的循环位移数；m为目标用户的数量；S为子载波间隔因子；为目标用户i的子载波相位差；“angle()”是求角度函数；M为频域信道估计值的长度。

下面通过几个具体示例来说明利用目标用户的导频位频域信道估计值，计算各目标用户的子载波相位差的具体表现形式。

示例1：设系统中只有一个用户，计算用户的子载波相位差如下：

或者，

示例2：设系统中存在两个用户，两个用户的循环移位相差为π，每个用户的子载波相位差如下：

用户1的子载波相位差：

其中，0≤k≤M-2-S；

或者

用户2的子载波相位差：

其中，0≤k≤M-2-S

或者，

示例3：设系统中存在4个用户，分别是用户1、2、3、4，相邻两用户的循环移位相差为π/2，每个用户的子载波相位差如下：

用户1的子载波相位差：

0≤k≤M-4-S

或者，

用户2的子载波相位差：

0≤k≤M-4-S

或者，

用户3的子载波相位差：

或者，

用户4的子载波相位差：

或者，

步骤S203、利用获取的各个目标用户的子载波相位差进行时偏估计，分别计算各个导频码、各个接收天线上的时偏估计值。

具体计算公式如下：

……

式中，N是FFT点数(在系统有效带宽为20M时，N取值为2048)；t的单位为Ts。

为了提高时偏估计值的准确度，优选地，将获取的多个导频码、天线上的时偏估计值求平均处理。具体为：对多个导频各自算出的时偏估计值求平均，再对接收天线求平均，得到当前子帧的时偏估计值。

具体的计算公式如下：

$\stackrel{\‾}{t_1}=\underset{\mathrm{ka}=1}{\overset{\mathrm{Ka}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{\mathrm{slot}=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\left(t_{1,\mathrm{slot}\_i,\mathrm{ka}}\right);$

$\stackrel{\‾}{t_2}=\underset{\mathrm{ka}=1}{\overset{\mathrm{Ka}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{\mathrm{slot}=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\left(t_{2,\mathrm{slot}\_i,\mathrm{ka}}\right);$

……

$\stackrel{\‾}{t_m}=\underset{\mathrm{ka}=1}{\overset{\mathrm{Ka}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{\mathrm{slot}=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\left(t_{m,\mathrm{slot}\_i,\mathrm{ka}}\right);$

其中，

的单位均为Ts。

例如，当用户为两个时，时偏估计平均值为：

$\stackrel{\‾}{t_1}=\underset{\mathrm{ka}=1}{\overset{\mathrm{Ka}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{\mathrm{slot}=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\left(t_{1,\mathrm{slot}\_i,\mathrm{ka}}\right);$

$\stackrel{\‾}{t_2}=\underset{\mathrm{ka}=1}{\overset{\mathrm{Ka}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{\mathrm{slot}=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\left(t_{2,\mathrm{slot}\_i,\mathrm{ka}}\right).$

当用户为四个时，时偏估计平均值为：

$\stackrel{\‾}{t_1}=\underset{\mathrm{ka}=1}{\overset{\mathrm{Ka}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{\mathrm{slot}=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\left(t_{1,\mathrm{slot}\_i,\mathrm{ka}}\right);$

$\stackrel{\‾}{t_2}=\underset{\mathrm{ka}=1}{\overset{\mathrm{Ka}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{\mathrm{slot}=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\left(t_{2,\mathrm{slot}\_i,\mathrm{ka}}\right);$

$\stackrel{\‾}{t_3}=\underset{\mathrm{ka}=1}{\overset{\mathrm{Ka}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{\mathrm{slot}=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\left(t_{3,\mathrm{slot}\_i,\mathrm{ka}}\right);$

$\stackrel{\‾}{t_4}=\underset{\mathrm{ka}=1}{\overset{\mathrm{Ka}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{\mathrm{slot}=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\left(t_{4,\mathrm{slot}\_i,\mathrm{ka}}\right);$

在获取到时偏估计后即可利用该时偏估计值进行时偏补偿，或者生成同步命令字上报给MAC层，以便MAC层通知用户进行定时调整，实现上行同步。其中，进行时偏补偿的时偏估计值可以为t_{i，slot_i，ka}，但优选为

本发明实施例提供的时偏估计的方法，利用有时偏的多目标用户叠加的导频位频域信道估计值获得了由时偏引起的各目标用户子载波相位差对应的复数，并调用求角度函数得到了每个目标用户的子载波相位差，进而基于定时偏差与子载波相位间存在的线性关系有效地估计出终端信号到达基站的相对定时偏差，该方法不但可以对单用户进行时偏估计，还可以对多个MIMO用户进行时偏估计，当对多个用户进行时偏估计时不需要向现有技术中采用的方式那样对多用户进行信号分离，从一定程度上提高了时偏估计效率；

另外，本发明在获取到时偏估计值后，还对时偏估计值进行求平均处理，在一定程度上增加了时偏估计值的准确度；

再者，本发明提供的方法具有一定的抗噪能力，在低信噪比工作点下也能获得较准确的估计值。

本发明还提供的一种时偏估计装置，该装置为时偏补偿和时偏上报提供了更加准确的测量值，以降低时偏对基站接收机性能的影响。如图3所示，所述装置具体包括：

导频位信道估计模块310，用于在接收到上行信号后，计算多目标用户叠加的导频位频域信道估计值；

子载波相位差获取模块320，用于利用多目标用户叠加的导频位频域信道估计值获取由时偏引起的各目标用户子载波相位差对应的复数，并对各复数求相角处理得到各目标用户的子载波相位差；

时偏估计模块330，用于根据所述各目标用户的子载波相位差，计算每个目标用户的时偏估计值。

其中，子载波相位差获取模块320中由时偏引起的各目标用户子载波相位差对应的复数表达式如下：

式中，为第k+S个子载波的导频位频域信道估计值；

为第k+m-1+S个子载波的导频位频域信道估计值；α_i为目标用户i的循环位移数；m为目标用户的数量；S为子载波间隔因子；k是子载波序号。

子载波相位差获取模块320中各目标用户的子载波相位差表达式如下：

式中，

为目标用户i的子载波相位差；Q_{i，slot_i，ka}(k)是由时偏引起的目标用户i子载波相位差对应的复数；“angle()”是求角度函数；M为频域信道估计值的长度；m为目标用户的数量；S为子载波间隔因子；k是子载波序号。

本发明所述装置中，时偏估计模块330计算每个目标用户的时偏估计值的计算公式如下：

式中，N为傅立叶变换点数；S为子载波间隔因子，取值偶整数，且小于M-S-m，其中，M为频域信道估计值的长度；m为目标用户的数量；

为目标用户i的子载波相位差；slot_i为时隙序号；ka为天线序号。

本发明所提供的装置中，时偏估计模块330在计算得到每个目标用户的时偏估计值后还将计算获得的时偏估计值在多个导频位置上和接收天线上求平均处理。

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 (10)

1.一种时偏估计方法，其特征在于，包括：

基站接收上行信号后计算多目标用户叠加的导频位频域信道估计值；

利用所述多目标用户叠加的导频位频域信道估计值获取由时偏引起的各目标用户子载波相位差对应的复数，并对各复数求相角处理得到各目标用户的子载波相位差；

根据所述各目标用户的子载波相位差，计算每个目标用户的时偏估计值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述由时偏引起的各目标用户子载波相位差对应的复数表达式如下：

其中，

为第k+S个子载波的导频位频域信道估计值；

为第k+m-1+S个子载波的导频位频域信道估计值；α_i为目标用户i的循环位移数；m为目标用户的数量；S为子载波间隔因子；k是子载波序号。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述各目标用户的子载波相位差表达式如下：

其中，

为目标用户i的子载波相位差；Q_{i，slot_i，ka}(k)是由时偏引起的目标用户i子载波相位差对应的复数；“angle()”是求角度函数；M为频域信道估计值的长度；m为目标用户的数量；S为子载波间隔因子；k是子载波序号。

4.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述根据目标用户的子载波相位差，计算每个目标用户的时偏估计值的计算公式如下：

其中，N为傅立叶变换点数；S为子载波间隔因子，取值偶整数，且小于M-S-m，其中，M为频域信道估计值的长度；m为目标用户的数量；

为目标用户i的子载波相位差；slot_i为时隙序号；ka为天线序号。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用子载波相位差，计算每个目标用户的时偏估计值后还包括将计算获得的时偏估计值在多个导频位置上和接收天线上求平均的步骤。

6.一种时偏估计装置，其特征在于，包括：

导频位信道估计模块，用于在接收到上行信号后，计算多目标用户叠加的导频位频域信道估计值；

子载波相位差获取模块，用于利用所述多目标用户叠加的导频位频域信道估计值获取由时偏引起的各目标用户子载波相位差对应的复数，并对各复数求相角处理得到各目标用户的子载波相位差；

时偏估计模块，用于根据所述各目标用户的子载波相位差，计算每个目标用户的时偏估计值。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述子载波相位差获取模块中由时偏引起的各目标用户子载波相位差对应的复数表达式如下：

其中，

为第k+S个子载波的导频位频域信道估计值；

为第k+m-1+S个子载波的导频位频域信道估计值；α_i为目标用户i的循环位移数；m为目标用户的数量；S为子载波间隔因子；k是子载波序号。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述子载波相位差获取模块中各目标用户的子载波相位差表达式如下：

其中，为目标用户i的子载波相位差；Q_{i，slot_i，ka}(k)是由时偏引起的目标用户i子载波相位差对应的复数；“angle()”是求角度函数；M为频域信道估计值的长度；m为目标用户的数量；S为子载波间隔因子；k是子载波序号。

9.如权利要求6或7或8所述的装置，其特征在于，所述时偏估计模块计算每个目标用户的时偏估计值的计算公式如下：

其中，N为傅立叶变换点数；S为子载波间隔因子，取值偶整数，且小于M-S-m，其中，M为频域信道估计值的长度；m为目标用户的数量；

为目标用户i的子载波相位差；slot_i为时隙序号；ka为天线序号。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述时偏估计模块在计算得到每个目标用户的时偏估计值后还将计算获得的时偏估计值在多个导频位置上和接收天线上求平均处理。

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