CN102546485A - 一种频偏估计的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频偏估计的方法，用于简化频偏估计的步骤，提高频偏估计的精度。所述方法包括：通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿；对频偏预补偿后的接收数据进行信道估计和频偏估计，得到当前子帧的第一频偏估计值；利用当前子帧的第一频偏估计值对频偏预补偿后的接收数据进行二次频偏补偿。本发明还公开了用于实现所述方法的装置。

Description

一种频偏估计的方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种频偏估计的方法及装置。

背景技术

在无线通信系统中，对于多载波系统而言，载波频率的偏移会导致信道之间产生干扰。实际应用中，在较为复杂的具有时变性的无线信道中，存在着诸如发射机载波与接收机本地振荡器之间的频率偏差或者快速移动带来的多普勒频移等情况，这都会严重破坏系统子载波之间的正交性，造成干扰。

在LTE(长期演进)系统中采用了OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用)技术，这是一种子载波相互正交的多载波传输技术，它将一个传输带宽较宽的载波分割成多个互相正交的子载波，从而并行传输数据。其具有频谱利用率高、抗多径衰落、实现MIMO(多输入多输出)技术简单等优点。然而，由于OFDM技术的子载波之间相互正交的特性，对频偏更是非常敏感。这就需要做到较为精确的频偏估计，才能有效消除载波间的干扰。

因此，频偏问题成为OFDM技术的核心问题之一，虽然，目前很多通信工程师提出了各种频偏问题解决方法。但是，依然存在较大的残差，尤其是在低性噪比和大频偏的情况下，频偏估计精度相对比较差。例如，一种频偏估计方法流程可以是：频偏估计-频偏补偿，这样虽然操作简单，但频偏估计的精确度却很差。而为了提高频偏估计和补偿精度，现有技术中采用了进行多次频偏估计和频偏补偿的方法，例如，另一种频偏估计方法的流程可以是：信道估计-频偏估计-频偏补偿-信道估计-频偏估计-频偏补偿，或者，为了提高频偏估计的精确度，还会继续进行多次估计及多次补偿。虽然这在一定程度上提高了频偏估计的精确度，但是却大大增加了实现的复杂度和成本。

发明内容

本发明实施例提供一种频偏估计的方法及装置，用于简化频偏估计的步骤，提高频偏估计的精度。

一种频偏估计的方法，包括以下步骤：

通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿；

对频偏预补偿后的接收数据进行信道估计和频偏估计，得到当前子帧的第一频偏估计值；

利用当前子帧的第一频偏估计值对频偏预补偿后的接收数据进行二次频偏补偿。

一种频偏估计的装置，包括：

补偿模块，用于通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿，及利用当前子帧的第一频偏估计值对频偏预补偿后的接收数据进行二次频偏补偿；

估计模块，用于对频偏预补偿后的接收数据进行信道估计和频偏估计，得到当前子帧的第一频偏估计值。

本发明实施例通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿；对用户频偏预补偿后的接收数据进行信道估计和频偏估计，得到当前子帧的第一频偏估计值；利用当前子帧的第一频偏估计值对频偏预补偿后的接收数据进行二次频偏补偿。通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿，缩小了频偏估计的范围。在频偏预补偿之后再进行一次信道估计和频偏估计，再利用得到的第一频偏估计值对接收数据进行二次频偏补偿，使得到的频偏估计值更为准确。通过一次频偏预补偿达到了两次频偏估计和两次频偏补偿的目的，简化了频偏估计的步骤，且在保证频偏估计精度的同时，也给系统链路带来了较大的增益。

附图说明

图1为本发明实施例中频偏估计装置的主要结构图；

图2为本发明实施例中频偏估计装置的详细结构图；

图3为本发明实施例中频偏估计方法的主要流程图；

图4为本发明实施例中当多用户均位于一个组，且只需对部分用户的接收数据进行二次频偏补偿时频偏估计方法的详细流程图；

图5为本发明实施例中当多用户位于两个组时，且需对所有用户的接收数据进行二次频偏补偿时频偏估计方法的详细流程图。

具体实施方式

本发明实施例通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿；对用户频偏预补偿后的接收数据进行信道估计和频偏估计，得到当前子帧的第一频偏估计值；利用当前子帧的第一频偏估计值对频偏预补偿后的接收数据进行二次频偏补偿。通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿，缩小了频偏估计的范围。在频偏预补偿之后再进行一次信道估计和频偏估计，再利用得到的第一频偏估计值对接收数据进行二次频偏补偿，使得到的频偏估计值更为准确。通过一次频偏预补偿达到了两次频偏估计和两次频偏补偿的目的，简化了频偏估计的步骤，且在保证频偏估计精度的同时，也给系统链路带来了较大的增益。

本发明实施例不仅适用于单导频的应用场景，也同样适用于多导频的应用场景。

参见图1，本发明实施例中频偏估计的装置包括补偿模块101及估计模块102。

补偿模块101用于通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿，及利用当前子帧的第一频偏估计值对频偏预补偿后的接收数据进行二次频偏补偿。在本发明实施例中，主要针对时域补偿的情况来加以说明。补偿模块101获取用户前一子帧的频偏估计值，即用户的历史频偏值，利用该历史频偏值在接收端对接收数据进行频偏预补偿。其中，历史频偏值可以是该用户前一子帧的有效的频偏估计值，如果该用户前一子帧的频偏估计值不存在，则历史频偏值可以是该用户最新的有效频偏估计值。最新的有效频偏估计值是指最后获取的该用户的有效频偏估计值，例如，如果该用户前一子帧的频偏估计值不存在，且用户当前子帧也没有频偏估计值，最后获取的是该用户前两个子帧的频偏估计值，且该前两个子帧的频偏估计值有效，则该用户前两个子帧的频偏估计值就是该用户最新的有效频偏估计值。其中，所述有效是指，获得此最新的频偏估计值的时间与当前时间的间隔不能太长，此时间间隔值T为经验值，且进行此历史频偏估计时，信噪比(SNR)不能过低。如果没有历史频偏值，则认为历史频偏值为零。其中，可以在去CP(Cyclic Prefix，循环前缀)之前或去CP之后利用历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿。

一、针对单用户的情况：

利用用户前一子帧的有效的频偏估计值作为历史频偏值。如果在去CP之前利用历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿，则预补偿表达式如下：

$y^{\′}\left(k\right)=y\left(k\right)\exp (-j2\mathrm{\πk}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\Δf}}_{n\_\mathrm{subframe}-1}}}^{\left(u\right)}/{\mathrm{\ΔF}}_s/N_{\mathrm{IFFT}})---\left(1\right)$

其中，y′(k)表示频偏预补偿后接收端的接收数据序列，y(k)表示去CP之前及频偏预补偿之前接收端的接收数据序列，

k表示采样点序号，

表示前一子帧的频偏估计值，即用户的历史频偏值，或表示当前子帧最新的有效历史频偏值，可以统一称为用户的历史频偏值，ΔF_s表示子载波间隔，用于归一化频偏补偿值，N_IFFT表示IFFT(快速傅里叶逆变换)的点数。

利用目标用户前一子帧的有效的频偏估计值作为历史频偏值。如果在去CP之后利用历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿，则去CP后的接收数据的位置序数按照去CP之前的位置序数的顺序进行补偿。其中，接收数据均是指接收端接收到的接收数据。例如，在TDD(时分复用)系统中，CP为普通CP，IFFT点数为2048，根据普通CP的插入方式可以构建如下矩阵M：

$M=\left[\begin{array}{c}(160+(144+N_{\mathrm{IFFT}})\·0),(160+(144+N_{\mathrm{IFFT}})\·0+1),L,(160+N_{\mathrm{IFFT}}-1+(144+N_{\mathrm{IFFT}})\·0)\\ (160+(144+N_{\text{IFFT}})\text{\·1}),(160+(144+N_{\mathrm{IFFT}})\·1+1),L,(160+N_{\mathrm{IFFT}}-1+(144+N_{\mathrm{IFFT}})\·1)\\ M\\ (160+(144+N_{\mathrm{IFFT}})\·13),(160+(144+N_{\mathrm{IFFT}})\·13+1),L,(160+N_{\mathrm{IFFT}}-1+(144+N_{\mathrm{IFFT}})\·13)\end{array}\right]---\left(2\right)$

矩阵M为一个n×N_IFFT的矩阵，其中，n为设定值，例如n可以是14，因为普通CP有14个符号。可以对矩阵M增加频偏预补偿的信息，表达式如下：

$F_{\mathrm{comp}}=M\·(-j\·2\·\mathrm{\π}\·{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\Δf}}_{n\_\mathrm{subframe}-1\_\mathrm{avg}}}}^{\left(u\right)}/{\mathrm{\ΔF}}_s/N_{\mathrm{IFFT}})---\left(3\right)$

其中，矩阵F_comp表示一个包含了频偏预补偿信息的矩阵。可以利用矩阵F_comp及历史频偏值对去CP后的接收数据进行频偏预补偿，表达式如下：

Y′＝F_comp·Y                                         (4)

其中，Y表示去CP后的时域接收数据，Y′表示频偏预补偿后的时域接收数据。

二、针对多用户的情况：

可以根据各用户的历史频偏值，对所有用户进行分组，然后可以利用每个组的所有用户的有效历史频偏值加权平均值作为该组的频偏预补偿值。其中，用户的历史频偏值加权平均值也可称为前一子帧的频偏估计值加权平均值或者最新的有效历史频偏估计值加权平均值。本发明实施例中，均是以在去CP之前进行频偏预补偿为例。因在去CP之前进行频偏预补偿，操作相对简单，且与在去CP之后进行频偏预补偿能够达到的效果相同。

首先，按照各用户历史频偏值的大小对所有用户进行分组，可以将用户分为N组，且N≥1。分组的原则就是针对所有用户的历史频偏值的大小，把历史频偏值相差比较小的用户归为一组。如果所有用户的历史频偏值处于较大的范围之内，可以通过增加用户的分组个数，保证每一个组内的用户的历史频偏值相差较小；相反，如果所有用户的历史频偏值处于一个小范围之内，可以减少分组数目。本发明实施例主要以分为三组来阐述本发明的思想。将某用户的历史频偏值记为

如果一个用户的历史频偏值

位于[f₁，f₂]之间，则将该用户归为组1中的用户，该用户的历史频偏值为组1的一个有效的历史频偏值，记为F₁(u_i)；如果一个用户的历史频偏值

为则将该用户归为组2中的用户，该用户的历史频偏值为组2的一个有效的历史频偏值，记为F₂(u_i)；如果一个用户的历史频偏值

为

则将该用户归为组3中的用户，该用户的历史频偏值为组3的一个有效的历史频偏值，记为F₃(u_i)。其中，f₁可以称为下门限值，f₂可以称为上门限值，且-1000Hz＜f₁＜0，0＜f₂＜1000Hz。在实际操作中，还可以对每组进行调整，保证同一组内80％以上的用户的历史频偏值与该组内所有用户的历史频偏值的均值的差值的绝对值小于f₀Hz，且f₀≤800Hz。

在分组后，对接收数据进行频偏预补偿。和单用户的情况一样，可以在去CP之前对接收数据进行频偏预补偿，也可以在去CP之后对接收数据进行频偏预补偿。本发明实施例中以在去CP之前对接收数据进行频偏预补偿为例。

如果所有用户均位于一组中，即所有用户的历史频偏值均在[f₁，f₂]之间(组1)，或所有用户的历史频偏值均大于f₂(组2)，或所有用户的历史频偏值均小于f₁(组3)，则只对接收数据进行单路频偏预补偿。对该组内的所有用户的历史频偏值求历史频偏值加权平均值，记为f_avg，将该f_avg作为该组所有用户的频偏预补偿值，利用该值对接收数据进行频偏预补偿。频偏预补偿的表达式如下：

y′(k)＝y(k)exp(-j2πkf_avg/ΔF_s/N_IFFT)                     (5)

其中，组1内所有用户的历史频偏值加权平均值为f_avg1，组2内所有用户的历史频偏值加权平均值为f_avg2，组3内所有用户的历史频偏值加权平均值为f_avg3。并且，可以预先设定上门限值及下门限值的具体值，例如将上门限值设为+500Hz，将下门限值设置为-500Hz，如果某用户的历史频偏值高于上门限值，则该用户的历史频偏值属于正大频偏，将该用户划分到组2中，如果某用户的历史频偏值低于下门限值，则该用户的历史频偏值属于负大频偏，将该用户划分到组3中，如果某用户的历史频偏值不高于上门限值且不低于下门限值，则该用户的历史频偏值属于小频偏，将该用户划分到组1中，在实际操作时可以不对组1中的用户进行频偏预补偿。或者，如果计算出某组中所有用户的历史频偏值加权平均值不高于上门限值且不低于下门限值，则确定该组用户的历史频偏值加权平均值较小，可以不对该组用户做频偏预补偿。或者，如果所有用户均位于组1中，即所有用户的历史频偏值均在[f₁，f₂]之间，则可以将该组中所有用户的历史频偏值均看作小频偏，对该组中的接收数据可以进行频偏预补偿，也可以不进行频偏预补偿。

补偿模块101将组1中用户的接收数据划分到支路1中，将组2中用户的接收数据划分到支路2中，将组3中用户的接收数据划分到支路3中。在实际操作时，如果是在时域中进行频偏预补偿，那么每条支路均包括所有用户的接收数据，如果是在频域进行频偏预补偿，那么每一条支路可以只包括划分到该组中的接收数据，分别采用每一组的历史频偏值加权平均值或一个历史频偏值对每一条支路的接收数据进行频偏预补偿；或者可以利用每一个用户的历史频偏值分别对用户数据分离后的每一个用户进行频偏预补偿。。

在时域中对接收数据进行频偏预补偿时，由于在接收端接收到的是所有用户发送的混合时域信号，因此，每一条支路都包含所有用户的接收数据，在每一条支路上进行的频偏预补偿都是对所有用户的接收数据同时根据某一历史频偏值加权平均值或某一历史频偏值进行的频偏预补偿。而当接收数据从时域转换到频域后，可以根据每个用户分配的载波位置，提取出每个用户或所需用户的接收数据。例如，如果将接收数据分为了三条支路，利用组1中用户的历史频偏值加权平均值f_avg1对支路1中用户的接收数据进行频偏预补偿时，只有分配在组1中的所有用户的接收数据进行了正确的频偏预补偿，即分配在组1中的用户的接收数据在支路1中接受频偏预补偿后为频率正确，而对支路1中其它用户的接收数据的频偏预补偿结果是不正确的或者不理想的，即未分配在组1中的用户的接收数据在支路1中接受频偏预补偿后为频偏预补偿结果不正确或不理想的。并且，组1内所有用户的频偏可以确定为属于小频偏，对组1可以不进行频偏预补偿。同理，利用组2中用户的历史频偏值加权平均值f_avg2对支路2中所有用户的接收数据进行频偏预补偿时，只有分配在组2中的所有用户的接收数据进行了正确地频偏预补偿，同样支路2中除组2的其它用户的频偏预补偿结果是不正确的或者是不理想的；利用组3中用户的历史频偏值加权平均值f_avg3对支路3中用户的接收数据进行频偏预补偿时，只有在组3中的所有用户的接收数据进行了正确地频偏预补偿，而支路3中的其他用户的接收数据的频偏预补偿结果是不正确的或者是不理想的。或者，如果无需获得所有频率正确的接收数据，或需要获得的用户已确定位于哪一组中，即需要获得的接收数据已确定位于哪一条支路中，则在进行频偏预补偿时，也可以只针对选定的支路进行频偏预补偿。例如，将所有用户的接收数据分为了三组，则三组各对应一条支路。可以只选择对该三条支路的任意子集进行频偏预补偿，或者选择对需要获得的接收数据所在的支路进行频偏预补偿。

在频域中对接收数据进行频偏预补偿时，则也可以每组对应一条支路，而每条支路中只包含该组中用户的接收数据，而并非包含所有用户的接收数据，在进行频偏预补偿时，根据每组中用户不同的历史频偏值加权平均值分别对每条支路进行频偏预补偿。或者不对用户进行分组，分别利用每一个用户的历史频偏值对其进行频偏频域预补偿。

如果一部分用户位于组1内、另一部分用户位于组2内，由于组1内的用户均可以看作是小频偏，可以不对该组进行频偏预补偿，因此将接收数据分为两条支路，将组1中用户的接收数据分到支路1中，将组2中用户的接收数据分到支路2中。对组1内所有用户的历史频偏值求历史频偏值加权平均值，记为f_avg1，对组2内所有用户的历史频偏值求历史频偏值加权平均值，记为f_avg2，其中，可以根据f_avg1对支路1中的接收数据进行补偿，或者，因组1中的用户均属于小频偏，也可以不对支路1中的接收数据做频偏预补偿，只对支路2中的接收数据进行频偏预补偿。如果选择对支路1中的接收数据进行频偏补偿，则利用组1内用户的历史频偏值加权平均值f_avg1对组1中的接收数据进行频偏预补偿，表达式如下：

y₁′(k)＝y(k)exp(-j2πkf_avg1/ΔF_s/N_IFFT)                  (6)

其中，y₁′(k)表示频偏预补偿后支路1中的接收数据序列。利用组2内用户的历史频偏值加权平均值f_avg2对组2中的接收数据进行频偏预补偿，表达式如下：

y₂′(k)＝y(k)exp(-j2πkf_avg2/ΔF_s/N_IFFT)                  (7)

其中，y₂′(k)表示频偏预补偿后支路2中的接收数据序列。或者一部分用户位于组1内、另一部分用户位于组3内，则情况与一部分用户位于组1内、另一部分用户位于组2内相同，因此将接收数据分为两路，其中一路不做频偏预补偿，只对另一路接收数据进行频偏预补偿。此时组3内所有用户的历史频偏值记为f_avg3，利用该历史频偏值加权平均值f_avg2对组3中的接收数据进行频偏预补偿，表达式如下：

y′₃(k)＝y(k)exp(-j2πkf_avg3/ΔF_s/N_IFFT)                   (8)

其中，y₃′(k)表示频偏预补偿后支路3中的接收数据序列。如果一部分用户位于组2内、另一部分用户位于组3内，对组2和组3内的所有用户都需进行频偏预补偿。即在此种情况下，对接收数据分两路进行处理，对两路接收数据分别进行频偏预补偿。对组2内所有用户的历史频偏值求历史频偏值加权平均值，记为f_avg2，利用该历史频偏值加权平均值f_avg2对组2中的接收数据进行频偏预补偿，表达式为公式(7)，对组3内所有用户的历史频偏值求历史频偏值加权平均值，记为f_avg3，利用该历史频偏值加权平均值f_avg3对组3中的接收数据进行频偏预补偿，表达式为公式(8)。

如果所有用户分别位于三个组内，则对组1内的用户可以不做频偏预补偿，对组2、组3内的用户分别进行频偏预补偿。即在此情况下，对接收数据分三路进行处理，其中一路不进行频偏预补偿，对其余两路分别进行频偏预补偿，对其余两路的操作方式与一部分用户位于组2内、另一部分用户位于组3内时的此种方式相同。

可以看出，无论是单用户或多用户，在去CP之前进行频偏预补偿的表达式均可以表示如下：

y′(k)＝y(k)exp(-j2πkx/ΔF_s/N_IFFT)                      (9)

其中，如果是单用户，则x表示前一子帧的频偏估计值，或该用户最新的有效历史频偏估计值，即该用户的历史频偏值，如果是多用户，则x表示前一子帧的频偏估计值加权平均值，或最新的有效历史频偏估计值加权平均值，即该用户所在的组中所有用户的历史频偏值加权平均值。所要进行频偏预补偿的是哪一组，则x为该组所有用户的历史频偏值加权平均值。其中，前一子帧的频偏估计值及最新的有效历史频偏估计值统称为用户的历史频偏值，前一子帧的频偏估计值加权平均值及最新的有效历史频偏估计值加权平均值统称为历史频偏值加权平均值。

补偿模块101利用当前子帧的第一频偏估计值对频偏预补偿后的接收数据进行二次频偏补偿。二次频偏补偿的方法可以与频偏预补偿的方法一样，也可以选择其它方法。利用每一个用户当前子帧的第一频偏估计值对该用户的接收数据进行二次频偏补偿时，可以选择在频域内进行，也可以选择在时域内进行，或者可以部分在时域内进行、部分在频域内进行。在进行二次频偏补偿时，可以将当前子帧的第一频偏估计值进行滤波后得到当前子帧的频偏补偿值，记为：P₁·ΔΔf^(u)，其中，p₁为滤波因子，且0≤p₁≤1。可以将当前子帧的第一频偏估计值与该用户的历史频偏值进行迭加，或将当前子帧的第一频偏估计值与该用户所在的组中所有用户的历史频偏值加权平均值进行迭加，得到当前子帧的第二频偏估计值，即当前子帧的实际频偏估计值，或者将滤波后得到的当前子帧的频偏补偿值与该用户的历史频偏值进行迭加，或将滤波后得到的当前子帧的频偏补偿值该用户所在的组中所有用户的历史频偏值加权平均值相迭加，得到该用户当前子帧的第二频偏估计值。因为是对频偏预补偿后的接收数据进行频偏估计，即相当于对残余频偏值进行的频偏估计，最后选择将当前子帧的第一频偏估计值与该用户的历史频偏值迭加，或将当前子帧的第一频偏估计值与该用户所在的组中所有用户的历史频偏值加权平均值迭加得到当前子帧的第二频偏估计值，或者将当前子帧的频偏补偿值与该用户的历史频偏值迭加，或将当前子帧的频偏补偿值与该用户所在的组中所有用户的历史频偏值加权平均值相迭加得到当前子帧的第二频偏估计值，就会使得到的当前子帧的第二频偏估计值更加接近实际的频偏值。当选择在时域内进行时，迭加过程的表达式如下：

${\stackrel{\‾}{{\mathrm{\Δf}}_{n\_\mathrm{subframe}}}}^{\left(u\right)}={\stackrel{\‾}{{\mathrm{\Δf}}_{n\_\mathrm{subframe}-1}}}^{\left(u\right)}+p_2{\mathrm{\Δ\Δf}}^{\left(u\right)}---\left(10\right)$

其中，

表示用户当前子帧的第二频偏估计值，并且可以将该值作为该用户下一子帧的频偏预补偿值，即该用户下一子帧的历史频偏值，

表示用户的历史频偏值，或可以表示该用户所在的组中所有用户的历史频偏值加权平均值，p₂表示滤波因子，且0≤p₂≤1。如果没有对当前子帧的第一频偏估计值进行滤波，则p₂的值为1。

估计模块102用于对频偏预补偿后的接收数据进行信道估计和频偏估计，得到当前子帧的第一频偏估计值。估计模块102可以采用LS(Least Square，最小二乘)、时域相关等方法对频偏预补偿后的接收数据进行信道估计，得到信道估计值。无论采用哪种信道估计的方法，针对频偏预补偿后的接收数据进行信道估计，都会在一定程度上提高信道估计的精度。估计模块102可以采用各种导频序列时域方法或频域方法，或者通过CP进行盲估计来进行频偏估计，此过程可以看作是频偏的精估计。此时得到的频偏估计值可以称为当前子帧的第一频偏估计值，可以记为ΔΔf^(u)。

参见图2，所述装置还可以包括处理模块103及存储模块104。

处理模块103用于进行用户分离，提取频率正确的用户的接收数据。处理模块103可以在频域进行用户分离，即在支路上将各用户的接收数据进行分离。如果是多用户的情况，则在补偿模块101对每组接收数据进行频偏预补偿后，需处理模块103对多用户进行用户分离并提取。其中，如果共分为支路2和支路3两条支路，采用组2中所有用户的历史频偏值加权平均值对支路2进行频偏预补偿，在支路2中分离出每个用户，如果用户1被分到支路2，则该用户1的接收数据在支路2中即为频偏预补偿正确或者理想，而其接收数据在支路3中即为频偏预补偿错误或者不理想。继续采用组3中所有用户的历史频偏值加权平均值对支路3进行频偏预补偿后，处理模块103在两条支路上分别确定及提取频率正确的用户的接收数据，则可以在支路2中将该用户1提取出来，而在支路3中则不对其进行提取。其中，对支路2和支路3的频偏预补偿顺序可以任意。处理模块103在支路2及支路3中分别提取出所有频率正确的用户的接收数据后，将提取出的所有频率正确的用户频偏预补偿后的接收数据送入估计模块102，以供估计模块102进行信道估计。或者，如果只需对部分用户进行最后的二次频偏补偿，则处理模块103也可以在支路2及支路3上选择提取需要提取的频率正确的用户的接收数据，并将该提取出的频率正确的用户的接收数据送入估计模块102，以供估计模块102进行信道估计。或者，如果补偿模块101只针对选定的支路进行了频偏预补偿，例如，所有用户的接收数据位于三条支路中，而补偿模块101只对支路2做了频偏预补偿，则处理模块103可以提取出支路2中所有频率正确的用户的接收数据，也可以在支路2频率正确的用户的接收数据中进行选择提取。如果补偿模块101在将所有用户的接收数据进行分组时，将每组对应一条支路，而每条支路中只包含该组中用户的接收数据，而并非包含所有用户的接收数据，在进行频偏预补偿时，根据每组中用户不同的历史频偏值加权平均值分别对每条支路进行频偏预补偿，则处理模块103可以从每条支路中分别提取出所有频率正确的用户的接收数据，或者也可以根据需要进行提取。

存储模块104用于存储用户的历史频偏值。当需对某用户进行频偏预补偿时，补偿模块101可以从存储模块104中获取存储的该用户的历史频偏值。当得到当前子帧的第一频偏估计值后，可以将该用户当前子帧的第一频偏估计值与该用户历史频偏值进行迭加，或将该用户当前子帧的第一频偏估计值与该用户所在的组中所有用户的历史频偏值加权平均值进行迭加，得到当前子帧的第二频偏估计值，或者将该用户当前子帧的频偏补偿值与该用户的历史频偏值相迭加，或将该用户当前子帧的频偏补偿值与该用户所在的组中所有用户的历史频偏值加权平均值相迭加，得到该用户当前子帧的第二频偏估计值，并将得到的当前子帧的第二频偏估计值存储到存储模块104中，以作为该用户下一子帧的历史频偏值。

下面通过具体流程来介绍频偏估计的方法。

参见图3，本发明实施例中频偏估计的主要方法流程如下：

步骤301：通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿。

步骤302：对频偏预补偿后的接收数据进行信道估计和频偏估计，得到当前子帧的第一频偏估计值。

步骤303：利用当前子帧的第一频偏估计值对频偏预补偿后的接收数据进行二次频偏补偿。其中，可以利用当前子帧的第一频偏估计值分别对每一个用户频偏预补偿后的接收数据进行二次频偏补偿。

参见图4，本发明实施例中，当多用户均位于一个组，且只需对部分用户的接收数据进行二次频偏补偿时，频偏估计的详细方法流程如下：

步骤401：根据各用户的历史频偏值，对所有用户进行分组。本发明实施例中，所有用户的历史频偏值均大于f₂，即所有用户均位于组2中。

步骤402：对接收数据进行频偏预补偿。可以在去CP之前进行频偏预补偿，也可以在去CP之后进行频偏预补偿。因所有用户均位于组2中，因此只需对接收数据进行单路的频偏预补偿。频偏预补偿表达式为公式(7)。如果所有用户均位于组3中，则只需对接收数据进行单路的频偏预补偿。频偏预补偿表达式为公式(8)，如果所有用户均位于组1中，则无需对接收数据进行频偏预补偿，或者利用所有用户的历史频偏值加权平均值对接收数据进行频偏预补偿。

步骤403：对用户进行分离，在频率正确的用户中选择相应用户。在频域对用户进行分离，例如，根据历史频偏值，在支路2中选择了用户2及用户3。根据需要在频率正确的用户中选择相应用户的接收数据。

步骤404：对该用户2及用户3频偏预补偿后的接收数据进行信道估计，得到信道估计值。

步骤405：进行频偏估计，得到当前子帧的第一频偏估计值。此次的频偏估计可以看作频偏的精估计。

步骤406：根据用户当前子帧的第一频偏估计值对该用户频偏预补偿后的接收数据进行二次频偏补偿。

步骤407：对用户当前子帧的第一频偏估计值进行滤波，得到该用户当前子帧的频偏补偿值。或者也可以不对用户当前子帧的第一频偏估计值进行滤波操作。

步骤408：根据当前子帧的频偏补偿值与组2中所有用户的历史频偏值加权平均值得到当前子帧的第二频偏估计值。可以根据公式(10)将当前子帧的频偏补偿值与组2中所有用户的历史频偏值加权平均值进行迭加，得到当前子帧的第二频偏估计值，或者将当前子帧的第一频偏估计值与组2中所有用户的历史频偏值加权平均值进行迭加，得到当前子帧的第二频偏估计值。所述得到的当前子帧的第二频偏估计值即可以作为该用户下一子帧的历史频偏值。

参见图5，本发明实施例中当多用户位于两个组，且需对所有用户的接收数据进行二次频偏补偿时，频偏估计的详细方法流程如下：

步骤501：根据各用户的历史频偏值，对所有用户进行分组。本发明实施例中，一部分用户的历史频偏值均大于f₂，即一部分用户位于组2中。另一部分用户的历史频偏值小于f_avg3，即另一部分用户位于组3中。

步骤502：分别求组2及组3中所有用户的历史频偏值的历史频偏值加权平均值。其中，组2中所有用户的历史频偏值加权平均值记为f_avg2，组3中所有用户的历史频偏值加权平均值记为f_avg3。

步骤503：根据分组情况，将接收数据分为支路2和支路3。将组2中用户的接收数据分到支路2中，将组3中用户的接收数据分到支路3中。如果步骤501中所有用户分别位于三个组中，则将接收数据分为支路1、支路2和支路3。

步骤504：采用f_avg2对支路2中的接收数据做频偏预补偿，采用f_avg3对支路3中的接收数据进行频偏预补偿。其中，支路2中接收数据的频偏预补偿表达式为公式(7)，支路3中的接收数据的频偏预补偿表达式为公式(8)。如果步骤503中将接收数据分为三个支路，依然只对支路2及支路3做频偏预补偿，对支路1可以不做频偏预补偿。

步骤505：在两条支路中提取所有频率正确的用户。

步骤506：对提取出的频率正确的用户的接收数据进行信道估计，得到信道估计值。

步骤507：对频偏预补偿正确的用户接收数据进行频偏估计，得到当前子帧的第一频偏估计值。此次频偏估计可以看作频偏精估计。

步骤508：利用当前子帧的第一频偏估计值对频偏预补偿后的接收数据进行二次频偏补偿。其中，可以分别对每一个频偏预补偿后的用户进行二次频偏补偿。

步骤509：根据当前子帧的第一频偏估计值与该用户所在的组中所有用户的历史频偏值加权平均值得到当前子帧的第二频偏估计值。如果该用户位于组2中，则根据当前子帧的第一频偏估计值与组2中所有用户的历史频偏值加权平均值得到当前子帧的第二频偏估计值，如果该用户位于组3中，则根据当前子帧的第一频偏估计值与组3中所有用户的历史频偏值加权平均值得到当前子帧的第二频偏估计值。可以将当前子帧的第一频偏估计值与该用户的历史频偏值进行迭加，或者将当前子帧的第一频偏估计值与该用户所在的组中所有用户的历史频偏值加权平均值进行迭加，得到当前子帧的第二频偏估计值。所述得到的当前子帧的第二频偏估计值即可以作为该用户下一子帧的历史频偏值。或者将当前子帧的第一频偏估计值进行滤波，得到当前子帧的频偏补偿值，根据公式(10)将当前子帧的频偏补偿值与该用户的历史频偏值进行迭加，或者将当前子帧的频偏补偿值与该用户所在的组中所有用户的历史频偏值加权平均值进行迭加，得到当前子帧的第二频偏估计值。

本发明实施例通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿；对频偏预补偿后的接收数据进行信道估计和频偏估计，得到当前子帧的第一频偏估计值；利用当前子帧的第一频偏估计值对频偏预补偿后的接收数据进行二次频偏补偿。因为信道估计精确度和频偏估计的剩余残差，与存在的频偏值有很大关系，因此，通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿，预先补偿掉一部分频偏值，这样就降低了频偏对信道估计和频偏估计的影响，也缩小了频偏估计的范围，并且比进行一次频偏估计及一次频偏补偿的操作提高了频偏估计的精确度。在频偏预补偿之后再进行一次信道估计和频偏估计，再利用得到的第一频偏估计值对接收数据进行二次频偏补偿，使得到的频偏估计值更为准确，提高了频偏估计的精确度。对频偏预补偿后的接收数据进行信道估计，在一定程度上也提高了信道估计的精确度。通过一次频偏预补偿达到了两次频偏估计和两次频偏补偿的目的，简化了频偏估计的步骤，且在保证频偏估计精度的同时，也给系统链路性能带来了较大的增益。可以在去CP之后或去CP之前对接收数据进行频偏预补偿，选择方便。本发明实施例主要采用在去CP之前对接收数据进行频偏预补偿的方式，操作相对简单。在多用户情况下，如果有用户的历史频偏值均属于小频偏，可以不对其进行频偏预补偿，简化了操作步骤。可以在对频偏预补偿后的接收数据进行二次频偏补偿后，将当前子帧的第一频偏估计值与该用户的历史频偏值进行迭加，或者将当前子帧的第一频偏估计值与该用户所在的组中所有用户的历史频偏值加权平均值进行迭加，得到当前子帧的第二频偏估计值，可以作为下一子帧的历史频偏值，因为是对频偏预补偿后的接收数据进行频偏估计，相当于对残余频偏值进行估计，这样进行迭加后，该值会更加接近实际的频偏值。还可以将当前子帧的第一频偏估计值进行滤波后，得到当前子帧的频偏补偿值，将该当前子帧的频偏补偿值与该用户的历史频偏值进行迭加，或将该当前子帧的频偏补偿值与该用户所在的组中所有用户的历史频偏值加权平均值进行迭加，逐步缩小频偏估计的范围，以提高频偏估计的精度。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程接收数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程接收数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程接收数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程接收数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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 (22)

1.一种频偏估计的方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿；

对频偏预补偿后的接收数据进行信道估计和频偏估计，得到当前子帧的第一频偏估计值；

利用当前子帧的第一频偏估计值对频偏预补偿后的接收数据进行二次频偏补偿。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述历史频偏值为前一子帧的频偏估计值或者最新的有效历史频偏估计值。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿的步骤包括：采用快速傅里叶逆变换IFFT的原理，通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，采用快速傅里叶逆变换IFFT的原理，通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿的步骤包括：

在去循环前缀CP之前，利用公式：y′(k)＝y(k)exp(-j2πkx/ΔF_s/N_IFFT)对接收数据进行频偏预补偿；其中，y′(k)表示频偏预补偿后接收端的接收数据序列，y(k)表示去循环前缀CP之前及频偏预补偿之前接收端的接收数据序列，

k表示采样点序号，x表示前一子帧的频偏估计值，或前一子帧的频偏估计值加权平均值，或最新的有效历史频偏估计值，或最新的有效历史频偏估计值加权平均值，ΔF_s表示子载波间隔，用于归一化频偏补偿值，N_IFFT表示快速傅里叶逆变换IFFT的点数。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿的步骤包括：单用户时，所述公式中的x表示用户前一子帧的频偏估计值或者最新的有效历史频偏估计值。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿之前还包括步骤：多用户时，根据用户历史频偏值对用户进行分组，当有用户历史频偏值不小于下门限值且不大于上门限值，则将该用户划分到组1内；当有用户历史频偏值大于上门限值，则将该用户划分到组2内；当有用户历史频偏值小于下门限值，则将该用户划分到组3内；根据组1内所有用户历史频偏值，获得组1内所有用户历史频偏值加权平均值f_avg1；根据组2内所有用户历史频偏值，获得组2内所有用户历史频偏值加权平均值f_avg2；根据组3内所有用户历史频偏值，获得组3内所有用户历史频偏值加权平均值f_avg3。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿的步骤包括：将每组对应一条支路，每条支路都包含所有用户的接收数据；根据组2内所有用户历史频偏值加权平均值f_avg2对支路2中的接收数据进行频偏预补偿时，所述公式中的x为所述f_avg2；根据组3内所有用户历史频偏值加权平均值f_avg3对支路3中的接收数据进行频偏预补偿时，所述公式中的x为所述f_avg3。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿的步骤包括：根据组1内所有用户历史频偏值加权平均值f_avg1对支路1中的接收数据进行频偏预补偿，或者，不对支路1中的接收数据进行频偏预补偿。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在对频偏预补偿后的接收数据进行信道估计和频偏估计，得到当前子帧的第一频偏估计值之前还包括步骤：在每条支路中，确定频率正确的用户接收数据；在支路上进行各用户接收数据的分离，提取该支路中频率正确的用户接收数据；

对频偏预补偿后的接收数据进行信道估计和频偏估计，得到当前子帧的第一频偏估计值的步骤包括：对提取的频率正确的用户接收数据进行信道估计和频偏估计，得到该用户当前子帧的第一频偏估计值。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在利用当前子帧的第一频偏估计值对接收数据进行二次频偏补偿之后还包括步骤：对当前子帧的第一频偏估计值进行滤波，得到当前子帧的频偏补偿值；

将当前子帧的第一频偏估计值与该用户的历史频偏值迭加，或者将当前子帧的第一频偏估计值与该用户所在的组中所有用户的历史频偏值加权平均值迭加，得到当前子帧的第二频偏估计值；或者将当前子帧的频偏补偿值与该用户的历史频偏值迭加，或者将当前子帧的频偏补偿值与该用户所在的组中所有用户的历史频偏值加权平均值迭加，得到当前子帧的第二频偏估计值。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿的步骤包括：在去循环前缀CP之后，构建包含频偏预补偿信息的矩阵，通过该包含频偏预补偿信息的矩阵及用户历史频偏值，对接收数据进行频偏预补偿。

12.一种频偏估计的装置，其特征在于，包括：

补偿模块，用于通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿，及利用当前子帧的第一频偏估计值对频偏预补偿后的接收数据进行二次频偏补偿；

估计模块，用于对频偏预补偿后的接收数据进行信道估计和频偏估计，得到当前子帧的第一频偏估计值。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述历史频偏值为前一子帧的频偏估计值或者最新的有效历史频偏估计值。

14.如权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述补偿模块还用于采用快速傅里叶逆变换IFFT的原理，通过历史频偏值对接收数据进行频偏预补偿。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述补偿模块还用于在去循环前缀CP之前，利用公式：y′(k)＝y(k)exp(-j2πkx/ΔF_s/N_IFFT)对接收数据进行频偏预补偿；其中，y′(k)表示频偏预补偿后接收端的接收数据序列，y(k)表示去循环前缀CP之前及频偏预补偿之前接收端的接收数据序列，

k表示采样点序号，x表示前一子帧的频偏估计值，或前一子帧的频偏估计值加权平均值，或最新的有效历史频偏估计值，或最新的有效历史频偏估计值加权平均值，ΔF_s表示子载波间隔，用于归一化频偏补偿值，N_IFFT表示快速傅里叶逆变换IFFT的点数。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，单用户时，所述公式中的x表示用户前一子帧的频偏估计值或者最新的有效历史频偏估计值。

17.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述补偿模块还用于多用户时，根据用户历史频偏值对用户进行分组，当有用户历史频偏值不小于下门限值且不大于上门限值，则将该用户划分到组1内；当有用户历史频偏值大于上门限值，则将该用户划分到组2内；当有用户历史频偏值小于下门限值，则将该用户划分到组3内；根据组1内所有用户历史频偏值，获得组1内所有用户历史频偏值加权平均值f_avg1；根据组2内所有用户历史频偏值，获得组2内所有用户历史频偏值加权平均值f_avg2；根据组3内所有用户历史频偏值，获得组3内所有用户历史频偏值加权平均值f_avg3。

18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述补偿模块还用于将每组对应一条支路，每条支路都包含所有用户的接收数据；根据组2内所有用户历史频偏值加权平均值f_avg2对支路2中的接收数据进行频偏预补偿时，所述公式中的x为所述f_avg2；根据组3内所有用户历史频偏值加权平均值f_avg3对支路3中的接收数据进行频偏预补偿时，所述公式中的x为所述f_avg3。

19.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述补偿模块还用于根据组1内所有用户历史频偏值加权平均值f_avg1对支路1中的接收数据进行频偏预补偿，或者，不对支路1中的接收数据进行频偏预补偿。

20.如权利要求18或19所述的装置，其特征在于，还包括：处理模块，在每条支路中，确定频率正确的用户接收数据；在支路上进行各用户接收数据的分离，提取该支路中频率正确的用户接收数据；及对提取的频率正确的用户接收数据进行信道估计和频偏估计，得到该用户当前子帧的第一频偏估计值。

21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述补偿模块还用于对当前子帧的第一频偏估计值进行滤波，得到当前子帧的频偏补偿值；及将当前子帧的第一频偏估计值与该用户的历史频偏值迭加，或者将当前子帧的第一频偏估计值与该用户所在的组中所有用户的历史频偏值加权平均值迭加，得到当前子帧的第二频偏估计值；或者将当前子帧的频偏补偿值与该用户的历史频偏值迭加，或者将当前子帧的频偏补偿值与该用户所在的组中所有用户的历史频偏值加权平均值迭加，得到当前子帧的第二频偏估计值。

22.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述补偿模块还用于在去循环前缀CP之后，构建包含频偏预补偿信息的矩阵，通过该包含频偏预补偿信息的矩阵及用户历史频偏值，对接收数据进行频偏预补偿。

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