CN106161321A - 一种天线失效补偿的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种天线失效补偿的方法，包括：对接收到的导频符号进行信道估计，获得信道估计值；基于所述信道估计值，获得每根天线的噪声能量；基于所述噪声能量，对频偏估计值进行校正；基于校正后的频偏估计值进行频偏补偿。本发明实施例还提供一种天线失效补偿装置。

Description

一种天线失效补偿的方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种天线失效补偿的方法及装置。

背景技术

长期演进LTE(LTE，Long Term Evolution)是由第三代合作伙伴计划(3GPP，The 3rd Generation Partnership Project)组织制定的通用移动通信系统(UMTS，Universal Mobile Telecommunications System)技术标准的长期演进结果。正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术作为一种具有较高的频谱利用效率和良好的抗多径性能的高速传输技术引起了广泛的关注。多天线技术是LTE系统的核心技术之一，结合OFDM技术可以很好地实现多维信号的联合处理和调度，大幅提升系统的灵活性和传输效率。LTE系统峰值速率和平均吞吐量等都能得到大幅度的提升。天线分集、波束赋型、空间复用等多天线技术已经在LTE系统中得到了广泛的应用。

随着LTE系统天线数目的增加，天线失效的概率也随着增加。当天线出现失效现象的时候，系统性能会出现严重的下降。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种天线失效补偿的方法及装置，使得在天线出现失效现象的时候，对系统性能进行补偿，提高无线通信系统的性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种天线失效补偿的方法，应用于正交频分复用OFDM系统中，包括：基于每根天线的噪声能量，对频偏估计值进行校正；基于校正后的频偏估计值，获得符号间频偏补偿相位和符号内频偏补偿相位；基于所述符号间频偏补偿相位及所述符号内频偏补偿相位进行频偏补偿。

进一步地，在所述基于每根天线的噪声能量，对频偏估计值进行校正之前，所述方法还包括：对接收到的导频符号进行信道估计，获得信道估计值；基于所述信道估计值，获得所述频偏估计值以及所述噪声能量。

进一步地，所述基于所述信道估计值，获得所述频偏估计值以及所述噪声能量，包括：对所述信道估计值进行滤波，并基于所述滤波前的信道估计值以及所述滤波后的信道估计值，获得所述噪声能量；根据所述信道估计值，计算所述天线的相位差，并基于所述相位差，获得所述频偏估计值。

进一步地，所述基于天线的噪声能量，对频偏估计值进行校正具体由以下公式获得：

$\mathrm{\Δ}{f}_{\mathrm{adjust}}=\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{adjust}}}{2\mathrm{\π}\×0.5\×{10}^{-3}}$

其中，Δf_adjust为校正后的频偏估计值，Δφ_adjust为校正后的相位差；其中， $\mathrm{\Δ}{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{adjust}}=\mathrm{angle}(\underset{{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}}=0}{\overset{{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}}-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{P}_{{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}}}/{\mathrm{NI}}_{{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}}}),\mathrm{\Δ}{P}_{{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}}}=\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}H(k,{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}},1)\×\mathrm{conj}\left(H(k,{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}},0)\right),$ 为所述噪声能量，H(k,ka_Rx,i)为所述信道估计值，k为载波索引序号，ka_Rx为天线索引序号，i为时隙索引序号，M为载波个数。

进一步地，所述基于校正后的频偏值，获得符号间频偏补偿相位，包括：对于常规循环前缀CP，所述符号间频偏补偿相位对于扩展CP，所述符号间频偏补偿相位其中，Δf_adjust为校正后的频偏估计值，k为载波索引序号，i为时隙索引序号，1data为符号间操作。

进一步地，所述基于校正后的频偏估计值，获得符号内频偏补偿相位具体由以下公式获得：

${\mathrm{\θ}}_{2\mathrm{data},i,l}\left(k\right)=\mathrm{\Δ}{f}_{\mathrm{adjust}}\×(\frac{1}{15}-\frac{k}{7.5\×M})$

其中，θ_2data,i,l(k)为符号内频偏补偿相位，Δf_adjust为校正后的频偏估计值，k为载波索引序号，l是符号索引序号，i为时隙索引序号，M为载波个数，2data为符号内操作。

进一步地，所述基于所述符号间频偏补偿相位及所述符号内频偏补偿相位进行频偏补偿，包括：基于所述符号间频偏补偿相位及所述符号内频偏补偿相位，确定频偏补偿因子其中，θ_1data,l(k)为符号间频偏补偿相位，θ_2data,i,l(k)为符号内频偏补偿相位，k为载波索引序号，l是符号索引序号。

第二方面，本发明实施例提供一种天线失效补偿装置，应用于正交频分OFDM系统中，包括：校正模块，用于基于每根天线的噪声能量，对频偏估计值进行校正；第一获得模块，用于基于校正后的频偏估计值，获得符号间频偏补偿相位和符号内频偏补偿相位；补偿模块，用于基于所述符号间频偏补偿相位及所述符号内频偏补偿相位进行频偏补偿。

进一步地，所述装置，还包括：信道估计模块，用于在所述校正模块对所述频偏估计值进行校正之前，对接收到的导频符号进行信道估计，获得信道估计值；第二获得模块，用于基于所述信道估计值，获得所述频偏估计值以及所述噪声能量。

进一步地，所述基于所述信道估计值，获得所述频偏估计值以及所述噪声能量，包括：对所述信道估计值进行滤波，并基于所述滤波前的信道估计值以及所述滤波后的信道估计值，获得所述噪声能量；根据所述信道估计值，计算所述天线的相位差，并基于所述相位差，获得所述频偏估计值。

本发明实施例所提供的天线失效补偿的方法及装置中，首先利用每根天线的噪声能量对频偏进行校正，然后利用校正之后的频偏获得符号间频偏补偿相位和符号内频偏补偿相位，接着，通过符号间频偏补偿相位和符号内频偏补偿相位进行频偏补偿，如此，在天线出现失效现象的时候，能够对系统性能进行补偿，提高无线通信系统的性能。

附图说明

图1为本发明实施例中的OFDM系统的系统架构示意图；

图2为本发明实施例中的天线失效补偿的方法流程示意图；

图3为本发明实施例中的两根天线均正常时系统性能的示意图；

图4为本发明实施例中的两根天线中一根正常一根失效时系统性能的示意图；

图5为本发明实施例中的天线失效补偿装置的结构示意图。

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。

本发明实施例提供一种OFDM系统，图1为本发明实施例中的OFDM系统的系统架构示意图，参见图1所示，该系统为两发两收的通信系统，即基站(Node B)使用两根天线接收用户设备(UE，User Equipment)的信号，这样就会存在两根天线中的一根天线失效的话，两根天线接收到数据的信噪比不平衡，噪声能量相差很大，导致系统性能出现严重的下降。

为了解决该问题，本发明实施例提供一种天线失效补偿的方法，应用于上述OFDM系统。图2为本发明实施例中的天线失效补偿的方法流程示意图，参见图2所示，该方法包括：

S201：对接收到的导频符号进行信道估计，获得信道估计值；

S202：基于信道估计值，获得每根天线的噪声能量；

具体来说，首先，对通过S201获得的信道估计值进行滤波，得到滤波后的信道估计值，然后，再基于滤波前的信道估计值，即S201中获得信道估计值，以及滤波后的信道估计值，获得噪声能量。

在实际应用中，通过滤波前的信道估计值与滤波后的信道估计值之差来获得每根天线的噪声能量。进一步地，上述对信道估计值进行滤波，可以采用最小均方误差(MMSE，Minimum Mean Square Error)滤波方法或者快速傅里叶变换(FFT，Fast Fourier Transformation)滤波方法，当然，还可以是其他滤波方法，本发明不做具体限定。

例如，通过S201获得信道估计值H(k,ka_Rx,i)，对信道估计值进行滤波，获得滤波后的信道估计值H'(k,ka_Rx,i)，然后，将滤波前的信道估计值与滤波后的信道估计值做差，获得噪声能量其中，k为载波索引序号，ka_Rx为天线索引序号，i为时隙索引序号。

S203：基于噪声能量，对频偏估计值进行校正；

在实际应用中，可以采用公式(1)来对频偏估计值进行校正。

$\mathrm{\Δ}{f}_{\mathrm{adjust}}=\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{adjust}}}{2\mathrm{\π}\×\mathrm{\Δt}}---\left(1\right)$

其中，Δf_adjust为校正后的频偏估计值，Δφ_adjust为校正后的相位差， $\mathrm{\Δ}{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{adjust}}=\mathrm{angle}(\underset{{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}}=0}{\overset{{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}}-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{P}_{{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}}}/{\mathrm{NI}}_{{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}}}),\mathrm{\Δ}{P}_{{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}}}=\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}H(k,{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}},1)\×\mathrm{conj}\left(H(k,{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}},0)\right),$ 为时隙之间信道估计的相关值，Δt为时隙之间的时间间隔，M为载波个数。

较优地，在LTE中的OFDM系统来说，Δt＝0.5×10^-3。当然，对于其他无线通信网络中的OFDM系统来说，Δt还可以为其他取值，以实际为准，本发明不做具体限定。

S204：基于校正后的频偏估计值进行频偏补偿。

具体来说，在S203获得校正后的频偏估计值之后，基于校正后的频偏估计值，分别获得符号间频偏补偿相位和符号内频偏补偿相位，然后，基于符号间频偏补偿相位和符号内频偏补偿相位进行频偏补偿。

在实际应用中，对于常规循环前缀(CP，Cyclic Prefix)，可以通过公式(2)获得符号间频偏补偿相位；对于扩展CP，可以通过公式(3)获得符号间频偏补偿相位。

${\mathrm{\θ}}_{1\mathrm{data},l}\left(k\right)=\mathrm{\Δ}{f}_{\mathrm{adjust}}\×\frac{3-l}{7}---\left(2\right)$

${\mathrm{\θ}}_{1\mathrm{data},l}\left(k\right)=\mathrm{\Δ}{f}_{\mathrm{adjust}}\×\frac{2-l}{6}---\left(3\right)$

其中，1data为符号间操作。

进一步地，可以通过公式(4)获得符号内频偏补偿相位。

${\mathrm{\θ}}_{2\mathrm{data},i,l}\left(k\right)=\mathrm{\Δ}{f}_{\mathrm{adjust}}\×(\frac{1}{15}-\frac{k}{7.5\×M})---\left(4\right)$

其中，θ_2data,i,l(k)为符号内频偏补偿相位，2data为符号内操作。

那么，在获得符号间频偏补偿相位和符号内频偏补偿相位之后，基于符号间频偏补偿相位和符号内频偏补偿相位确定频偏补偿因子并根据频偏补偿因子进行频偏补偿。

下面通过具体实例来对上述天线失效补偿的方法流程进行说明。

实施例一：

假设OFDM系统中两根天线均为正常，系统频偏为0Hz。

步骤1：Node B分别对两根天线接收到的导频符号进行信道估计，得到第一根天线两个时隙的信道估计值为H(k,0,0)和H(k,0,1)，第二根天线两个时隙的信道估计值为H(k,1,0)和H(k,1,1)；

步骤2：Node B计算两根天线的相位差，并根据相位差计算频偏估计值为10Hz；

步骤3：Node B分别对两根天线的信道估计值进行MMSE滤波；

步骤4：Node B通过滤波前后的信道估计值计算两根天线的噪声能量NI₀＝10000和NI₁＝12000；

步骤5：Node B利用每根天线的噪声能量对频偏进行校正，得到校正后的频偏估计值为8Hz。

步骤6：Node B利用校正之后的频偏估计值进行频偏补偿。

图3为本发明实施例中的两根天线均正常时系统性能的示意图，参见图3所示，可以很明显的看出，在两根天线正常时，本发明实施例所提供的天线失效补偿方法对系统的性能不会带来负面的影响。

实施例二：

假设OFDM系统中一根天线正常一根天线失效的时候，系统频偏为0Hz。

步骤1：Node B分别对两根天线接收到的导频符号进行信道估计，得到第一根天线两个时隙的信道估计值为H(k,0,0)和H(k,0,1)，第二根天线两个时隙的信道估计值为H(k,1,0)和H(k,1,1)；

步骤2：Node B计算两根天线的相位差，并根据相位差计算得到频偏估计值为200Hz；

步骤3：Node B分别对两根天线的信道估计值进行MMSE滤波；

步骤4：Node B通过滤波前后的信道估计值计算两根天线的噪声能量NI₀＝8000和NI₁＝300000；

步骤5：Node B利用每根天线的噪声能量对频偏进行校正，得到校正后的频频点估计值为15Hz；

步骤6：Node B利用校正之后的频偏估计值进行频偏补偿。

图4为本发明实施例中的两根天线中一根正常一根失效时系统性能的示意图，参见图4所示，可以很明显的看出，在两根天线一根正常一根失效时，本发明实施例所提供的天线失效补偿的方法可以很大程度的提高天线失效情况下系统的性能。

由上述可知，由于先利用每根天线的噪声能量对频偏进行校正，然后利用校正之后的频偏获得符号间频偏补偿相位和符号内频偏补偿相位，接着，通过符号间频偏补偿相位和符号内频偏补偿相位进行频偏补偿，如此，在天线出现失效现象的时候，能够对系统性能进行补偿，提高无线通信系统的性能。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种天线失效补偿装置，可以执行上述一个或者多个实施例所述的天线失效补偿的方法。

图5为本发明实施例中的天线失效补偿装置的结构示意图，参见图5所示，该装置包括：估计模块51，用于对接收到的导频符号进行信道估计，获得信道估计值；获得模块52，用于基于信道估计值，获得每根天线的噪声能量；校正模块53，用于基于噪声能量，对频偏估计值进行校正；补偿模块54，基于校正后的频偏估计值进行频偏补偿。

进一步地，获得模块52，具体包括：滤波子模块，用于对信道估计值进行滤波；获得子模块，用于基于滤波前的信道估计值以及滤波后的信道估计值，获得噪声能量。

进一步地，补偿模块54，具体用于基于校正后的频偏估计值，获得符号间频偏补偿相位和符号内频偏补偿相位；基于符号间频偏补偿相位和符号内频偏补偿相位进行频偏补偿。

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，本发明可采用硬件实施例、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。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种天线失效补偿的方法，其特征在于，包括：

对接收到的导频符号进行信道估计，获得信道估计值；

基于所述信道估计值，获得每根天线的噪声能量；

基于所述噪声能量，对频偏估计值进行校正；

基于校正后的频偏估计值进行频偏补偿。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述信道估计值，获得每根天线的噪声能量，包括：

对所述信道估计值进行滤波；

基于滤波前的信道估计值以及滤波后的信道估计值，获得所述噪声能量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于天线的噪声能量，对频偏估计值进行校正具体由以下公式获得：

${\mathrm{\Δf}}_{\mathrm{adjust}}=\frac{{\mathrm{\Δ\φ}}_{\mathrm{adjust}}}{2\mathrm{\π}\×\mathrm{\Δt}}$

其中，Δf_adjust为校正后的频偏估计值，Δφ_adjust为校正后的相位差；其中， ${\mathrm{\Δ\φ}}_{\mathrm{adjust}}=\mathrm{angle}(\underset{{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}}=0}{\overset{{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔP}}_{{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}}}/{\mathrm{NI}}_{{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}}}),$ ${\mathrm{\ΔP}}_{{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}}}=\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}H(k,{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}},1)\×\mathrm{conj}\left(H(k,{\mathrm{ka}}_{\mathrm{Rx}},0)\right),$ 为所述噪声能量，H(k,ka_Rx,i)为所述信道估计值，k为载波索引序号，ka_Rx为天线索引序号，i为时隙索引序号，M为载波个数，Δt为时隙之间的时间间隔。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于校正后的频偏估计值进行频偏补偿，包括：

基于所述校正后的频偏估计值，获得符号间频偏补偿相位和符号内频偏补偿相位；

基于所述符号间频偏补偿相位和所述符号内频偏补偿相位进行频偏补偿。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于校正后的频偏值，获得符号间频偏补偿相位，包括：

对于常规循环前缀CP，所述符号间频偏补偿相位

对于扩展CP，所述符号间频偏补偿相位

其中，Δf_adjust为校正后的频偏估计值，k为载波索引序号，i为时隙索引序号，1data为符号间操作。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于校正后的频偏估计值，获得符号内频偏补偿相位具体由以下公式获得：

${\mathrm{\θ}}_{2\mathrm{data},i,l}\left(k\right)={\mathrm{\Δf}}_{\mathrm{adjust}}\×(\frac{1}{15}-\frac{k}{7.5\×M})$

其中，θ_2data,i,l(k)为符号内频偏补偿相位，Δf_adjust为校正后的频偏估计值，k为载波索引序号，l是符号索引序号，i为时隙索引序号，M为载波个数，2data为符号内操作。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述符号间频偏补偿相位和所述符号内频偏补偿相位进行频偏补偿，包括：

基于所述符号间频偏补偿相位及所述符号内频偏补偿相位，确定频偏补偿因子其中，θ_1data,l(k)为所述符号间频偏补偿相位，θ_2data,i,l(k)为所述符号内频偏补偿相位，k为载波索引序号，l是符号索引序号，i为时隙索引序号。

8.一种天线失效补偿装置，其特征在于，包括：

估计模块，用于对接收到的导频符号进行信道估计，获得信道估计值；

获得模块，用于基于所述信道估计值，获得每根天线的噪声能量；

校正模块，用于基于所述噪声能量，对频偏估计值进行校正；

补偿模块，基于校正后的频偏估计值进行频偏补偿。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述获得模块，具体包括：

滤波子模块，用于对所述信道估计值进行滤波；

获得子模块，用于基于滤波前的信道估计值以及滤波后的信道估计值，获得所述噪声能量。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述补偿模块，具体用于基于所述校正后的频偏估计值，获得符号间频偏补偿相位和符号内频偏补偿相位；基于所述符号间频偏补偿相位和所述符号内频偏补偿相位进行频偏补偿。