CN102752243B

CN102752243B - 一种支持lte系统高速场景的频偏估计的方法

Info

Publication number: CN102752243B
Application number: CN201210254047.1A
Authority: CN
Inventors: 李洋; 邱石
Original assignee: Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications Co Ltd
Current assignee: Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications Co Ltd
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: CN102752243A

Abstract

本发明涉及一种支持LTE高速场景上行频偏估计的方法，包括由基站统计各个用户的PUSCH信号的CRC出错次数；当某个用户的CRC的出错次数大于次数N时，所述基站发起一次当用户的调度；基站根据PUSCH信号的特性来确定所述基站与UE之间频偏值的符号；根据频偏值的符号，所述基站对接收到的PUSCH信号进行频偏值的预补偿；所述基站采用传统的频偏估计方法对PUSCH信号进行频偏估计；所述基站根据频偏预补偿的值和传统方法的频偏估计结果一起计算得到最终估计的频偏值。

Description

一种支持LTE系统高速场景的频偏估计的方法

技术领域

本发明涉及到宽带无线通信系统，更具体地，本发明是针对第三代移动通信长期演进（FDD-LTE）上行接收系统中的一种适用于高速场景下的频偏估计方法。

背景技术

随着第三代移动通信系统在全球范围内，尤其是在中国的部署和运营，用户对移动通信系统的需求与日俱增。在这种背景下，第三代移动通信系统的演进技术——LTE已经逐渐成为移动通信业界关注的焦点。

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplex，正交频分复用）技术是LTE（Long TermEvolution，长期演进）系统的一个关键技术，具有频谱利用率高，抵抗多径干扰能力强等优点；但是对频偏相对比较敏感，即使较小的频偏也可能使OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏，从而使通信质量受到较大的影响，导致系统性能大幅度下降。传统的频偏估计方法已经不能适用于高速场景，因此，如何在高速场景下快速的、准确的进行频偏估计成为了影响系统性能的关键。

在高速场景下，传统频偏估计的实现方式如下：

当UE（User Equipment，用户设备）接入基站后，频偏估计的实现方式是，通过测量上行PUSCH（Physical Uplink Shared Channel，物理上行共享信道）的DMRS（DemodulationReference Signal，解调参考信号）的相位差来估计eNodeB（LTE系统的基站）和UE之间的频偏差值。但是基于DMRS的频偏估计方式，频偏估计的范围较小，当频偏较大时，会导致频偏估计出错，即PUSCH的CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验）连续出错。所以在高速场景下，如何准确的进行频偏估计成为了关键。

针对现有的频偏估计方法，在频偏值的绝对值大于1000Hz时，不能准确的进行频偏估计以至于影响系统性能的问题，本领域亟待提供新的技术方案。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种支持LTE系统高速场景的频偏估计的方法，从而解决了高速场景下的频偏估计的问题。

本发明的技术方案为一种支持LTE系统高速场景的频偏估计的方法，基站采用差分相位法对各个用户设备的PUSCH信号进行频偏估计，并进行循环冗余校验，所述PUSCH信号为物理上行共享信道信号的解调参考信号；基站统计各个用户设备的物理上行共享信道的循环冗余校验出错的次数，并执行以下步骤：

步骤1，当统计出某用户设备X的PUSCH信号的循环冗余校验出错的次数达到预设次数阈值时，发起一次对用户设备X的单用户调度，得到当前用户设备X的PUSCH信号；

步骤2，根据步骤1所得用户设备X的PUSCH信号的循环前缀和正交频分复用符号，确定基站与用户设备X之间的频偏值的符号；

步骤3，根据步骤2所得频偏值的符号，得到频偏预补偿的值；并根据频偏预补偿的值对步骤1所得用户设备X的PUSCH信号进行频偏值的预补偿，得到用户设备X预补偿后的PUSCH信号；

步骤4，采用差分相位法对步骤3所得用户设备X的预补偿后的PUSCH信号进行频偏估计，得到频偏估计的值；

步骤5，将步骤3所得频偏预补偿的值和步骤4所得频偏估计的值相加，得到最终估计的频偏值。

而且，步骤3中，频偏值的预补偿根据预设的基站预补偿频偏值fn实现，实现方式如下，如果频偏值的符号为负号，则设定频偏预补偿的值为fn；如果频偏值的符号为正号，则设定频偏预补偿的值为-fn；

将频偏预补偿的值转换为相位值，再用相位值对对步骤1所得用户设备X的PUSCH信号的的频域信号做卷积，得到用户设备X预补偿后的PUSCH信号。

而且，步骤2中，确定基站与用户设备X之间的频偏值的符号实现方式如下，

设发射的一个正交频分复用符号x_k表示为：

x_{k} = Σ_{n = 0}^{N - 1} X_{n} e^{j 2 πnk / N}

其中，x_k为发射的OFDM信号的时域信号，X_n为发射的OFDM信号的频域信号，N为OFDM信号所包含的总的子载波的个数，k标示时域信号的第几个点，n标示频域信号的第几个子载波，j标示复数；所述OFDM信号为正交频分复用信号；

设循环前缀之后的符号g_k表示为：

g_{k} = \{\begin{matrix} x_{N - L + k} & k \leq L \\ x_{k - L} & L < k \leq N + L \end{matrix}

其中，L是循环前缀的长度；

则接收的相应正交频分复用符号y_k表示为：

y_{k} = e^{j 2 πkϵ / N} Σ_{p = 0}^{P - 1} h_{p} g_{k - τ_{p}} + w_{n}

其中，w_n为高斯噪声的时域信号，ε为归一化的频偏值，P是径的个数，τ_p和h_p是径p的时延和增益系数，p的取值为0，1…P；

采用以下数学公式计算变量U：

U = Σ_{k = 0}^{L - 1} y_{k + N} y_{k}^{*}

其中，是y_k的共轭，U值的符号为基站与用户设备X之间的频偏值的符号本发明对循环冗余校验出错的用户设备发起一次单用户的调度，然后利用PUSCH信号的特性估计出大于1000Hz的频偏值，这一点是异于传统的频偏单元，因此这种设备能够完成高速场景下准确的频偏估计，进而提高了系统性能。本发明技术方案适用于高速场景，高速场景一般为高铁场景或者飞机场景，根据协议36.101中高速场景的移动速度一般为300KM/h；并且向下兼容，也适用于低速的场景。

附图说明

图1是本发明实施例的流程图。

图2是本发明实施例的PUSCH信号帧结构的时序信息示意图。

具体实施方式

本发明技术方案可以采用软件技术实现自动运行流程，也可以采用模块化设计实现为装置。为了更清楚地说明本发明技术方案，以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。

本实施例中，采用的是高铁场景下的20M带宽下、普通CP的LTE系统。

如图1所示，本发明是在采用传统的频偏估计方法对PUSCH信号进行频偏估计的基础上进行改进，即基站采用差分相位法对各个用户设备的物理上行共享信道信号的解调参考信号进行频偏估计，并进行循环冗余校验。实施例通过基站统计各个用户设备的物理上行共享信道的循环冗余校验出错的次数，可以基于基站物理层实现统计：基站对处于连接的UE预留计数器，如果有新连接的UE，则新分配一个新的计数器给该UE，如果该UE断开连接，则消除此UE的计数器。

对于任一设备用户，每当循环冗余校验出错时，计数器记录的CRC错误次数加1，并判断是否大于N，若否则返回继续统计，是则由基站执行以下操作：

步骤1，当统计出某用户设备X的PUSCH信号的循环冗余校验出错的次数达到预设次数阈值时，发起一次对用户设备X的单用户调度，得到当前用户设备X的PUSCH信号。

具体实施时，可以通过基站物理层向MAC调度器发起一个触发，对用户设备X发起一次单用户的调度。即当统计到某个UE的PUSCH的CRC错误次数大于N时，N为一定的门限值，此时向MAC调度器发起一个触发。如果有多个UE的CRC同时到达N时，则按照其先后顺序来排序。

基站针对某UE发起一次单独的调度时，可以将所有的其他的UE都屏蔽，只发此UE的数据。

步骤2，根据步骤1所得用户设备X的PUSCH信号的循环前缀和正交频分复用符号，确定基站与用户设备X之间的频偏值的符号。

此时接收端只有单用户的信号，于是利用接收到的PUSCH的特性，估计频偏值的符号。基站是通过PUSCH的CP和OFDM符号的信息来获得频偏差值的符号，这里只是获取频偏值的符号，并不利用CP和OFDM估计频偏值。

图2为接收到的PUSCH信号的帧结构的时序信息，其中#0，#1，#2，…#13代表的是接收的PUSCH信号的OFDM符号的序号，1,2208，…，28528代表的是PUSCH时域信号的时序，CP代表PUSCH信号的循环前缀。此时只需要按照时序结构获取PUSCH信号的CP段。截取接收到的PUSCH信号的CP具体实现方式可以是：基站接收到该UE发送的PUSCH信号，根据同步信息，找到PUSCH信号的起始位置，然后就可以截取CP。由于本发明实施例是以20M，普通CP为实施例，截取1到160个点，剩下采样点的根据PUSCH帧结构的时序信息依次类推。

实施例是利用CP和OFDM符号的相位差来获得频偏值的符号。具体实现方式可以是：

假如发射的一个OFDM符号x_k可以使用如下数学公式表示：

x_{k} = Σ_{n = 0}^{N - 1} X_{n} e^{j 2 πnk / N}

其中，x_k为发射的OFDM信号的时域信号，X_n为发射的OFDM信号的频域信号，N为OFDM信号所包含的总的子载波的个数，k表示为时域信号的第几个点，n表示为频域信号的第几个子载波，j表示为复数。

假如循环前缀之后的符号g_k表示为：

g_{k} = \{\begin{matrix} x_{N - L + k} & k \leq L \\ x_{k - L} & L < k \leq N + L \end{matrix}

这里的L就是CP的长度。

于是相应接收到PUSCH信号的一个OFDM信号y_k可以表示为：

y_{k} = e^{j 2 πkϵ / N} Σ_{p = 0}^{P - 1} h_{p} g_{k - τ_{p}} + w_{n}

其中，w_n为高斯噪声的时域信号，ε为归一化的频偏值，P是径的个数，τ_p和h_p是径p的时延和增益系数，p的取值为0，1…P。

采用以下数学公式计算变量U：

U = Σ_{k = 0}^{L - 1} y_{k + N} y_{k}^{*}

其中，是y_k的共轭，U值的符号为基站与用户设备X之间的频偏值的符号

步骤3，根据步骤2所得频偏值的符号，得到频偏预补偿的值；并根据频偏预补偿的值对步骤1所得用户设备X的PUSCH信号进行频偏值的预补偿，得到用户设备X预补偿后的PUSCH信号。

实施例中，频偏值的预补偿根据预设的基站预补偿频偏值fn实现。具体实施时，基站预补偿频偏值fn是基站本身预先设定的，并不依赖于其他的因素。

如果频偏值的符号为负号，则设定频偏预补偿的值为fn；如果频偏值的符号为正号，则设定频偏预补偿的值为-fn。频偏预补偿的值应该与频偏估计的符号相反。

进行频偏值的预补偿的实现方式包括将频偏预补偿的值转换为相位值，再对接收到的物理上行共享信道信号的解调参考信号的频域信号做卷积。其中，频偏预补偿的值可根据公式e^j2π△ft转换为相位值，△f为LTE系统的子载波个数，t为归一化的时间。

步骤4，采用差分相位法对步骤3所得用户设备X的预补偿后的PUSCH信号进行频偏估计，得到频偏估计的值。

本步骤是采用传统的频偏估计方法对PUSCH信号进行频偏估计，即利用DMRS的两列符号的相位差值来估计频偏值，本发明对现有技术不予赘述。此处PUSCH信号是单用户的调度所得结果。

由于估计的得到的相位差值的范围在-π到π，根据相位值转换为频偏值的公式e^j2π△ft，传统的频偏估计方法可以转换为频偏值的范围在-1000Hz到1000Hz。

步骤5，将步骤3所得频偏预补偿的值和步骤4所得频偏估计的值相加，得到最终估计的频偏值，即本发明所求最终结果。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种支持LTE系统高速场景的频偏估计的方法，基站采用差分相位法对各个用户设备的PUSCH信号进行频偏估计，并进行循环冗余校验，所述PUSCH信号为物理上行共享信道信号的解调参考信号；其特征在于：基站统计各个用户设备的物理上行共享信道的循环冗余校验出错的次数，并执行以下步骤：

步骤3，根据步骤2所得频偏值的符号，得到频偏预补偿的值；并根据频偏预补偿的值对步骤1所得用户设备X的PUSCH信号进行频偏值的预补偿，得到用户设备X预补偿后的PUSCH信号；频偏值的预补偿根据预设的基站预补偿频偏值fn实现，实现方式如下，

如果频偏值的符号为负号，则设定频偏预补偿的值为fn；如果频偏值的符号为正号，则设定频偏预补偿的值为-fn；

将频偏预补偿的值转换为相位值，再用相位值对对步骤1所得用户设备X的PUSCH信号的的频域信号做卷积，得到用户设备X预补偿后的PUSCH信号；

2.根据权利要求1所述支持LTE系统高速场景的频偏估计的方法，其特征在于：步骤2中，确定基站与用户设备X之间的频偏值的符号实现方式如下，

设发射的一个正交频分复用符号x_k表示为：

x_{k} = Σ_{n = 0}^{N - 1} X_{n} e^{j 2 πnk / N}

设循环前缀之后的符号g_k表示为：

g_{k} = \{\begin{matrix} x_{N - L + k} & k \leq L \\ x_{k - L} & L < k \leq N + L \end{matrix}

其中，L是循环前缀的长度；

则接收的相应正交频分复用符号y_k表示为：

y_{k} = e^{j 2 πkϵ / N} Σ_{p = 0}^{P - 1} h_{p} g_{k - τ_{p}} + w_{n}

采用以下数学公式计算变量U：

U = Σ_{k = 0}^{L - 1} y_{k + N} y_{k}^{*}

其中，是y_k的共轭，U值的符号为基站与用户设备X之间的频偏值的符号。