CN106487735A - 一种频偏估计方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种频偏估计方法及装置，所述方法包括：对目标用户的信道估计值和非目标用户的信道估计值进行重构，得到目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值；利用目标用户所占子载波的频域数据及相邻的非目标用户所占子载波的频域数据、目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值，计算已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据；利用所述消除干扰的目标用户的本地导频及频域接收数据，确定频偏估计值。本发明在测量过程中有效的利用相邻子载波上泄漏过来的频域数据进行频偏测量，保证了梳妆分布或非连续分布情况下的单符号导频的频偏估计性能，并通过消除或消减用户间干扰，提升了频偏测量精度。

Description

一种频偏估计方法及装置
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及一种频偏估计方法及装置。
背景技术
新一代的移动通信系统要求具备高速率、高频谱效率、大容量的多媒体数据传输能力。在无线环境下高速数据传输会产生严重的频率选择性衰落，而正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术由于其突出的优点脱颖而出，成为瞩目的焦点。
OFDM是一种子载波相互正交的多载波传输技术，它将一个较宽的传输带宽分割成互相正交的多个子载波用于并行传输数据。其具有频谱利用率高、抗多径衰落、实现多入多出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术简单等优点。然而，由于OFDM技术要求子载波之间相互正交的特性，对频偏非常敏感。
OFDM技术中，时偏的存在会造成符号间干扰(Inter-Symbol Interference，ISI)，从而对频偏估计的精度造成影响。虽然，由于OFDM引入了循环前缀的概念，在一定程度上抑制了时偏对它的影响，但是需要保证时偏不能过大，否则，数据也将受到严重的干扰，造成性能的损失。
可见，同步问题是OFDM技术核心问题之一，数十年来很多通信工程师提出了各种同步的解决方法。如果继续沿用连续导频符号的频偏估计方法对梳妆导频符号进行频偏估计，估计精度损失比较大。但对于如何利用梳妆分布等非连续分布的导频符号进行频偏估计，且保证相对于连续分布的导频符号没有损失，没有针对性的文献进行描述。
发明内容
本发明的目的在于提供一种频偏估计方法及装置，能更好地解决利用梳妆分布等非连续分布导频符号进行频偏估计的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种频偏估计方法，包括：
对目标用户的信道估计值和非目标用户的信道估计值进行重构，得到目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值；
利用目标用户所占子载波的频域数据及相邻的非目标用户所占子载波的频域数据、目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值，计算已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据；
利用所述消除干扰的目标用户的本地导频及频域接收数据，确定频偏估计值。
优选地，所述对目标用户的信道估计值和非目标用户的信道估计值进行重构，得到目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值的步骤包括：
在所述目标用户所占用的资源块中，利用所述目标用户的信道估计值，计算相邻的非目标用户所占资源的信道估计值，并利用所述目标用户的信道估计值和所述相邻的非目标用户所占资源的信道估计值，确定所述目标用户的重构信道估计值；
在所述非目标用户所占用的资源块中，利用所述非目标用户的信道估计值，计算与所述非目标用户相邻的其他用户所占资源的信道估计值，并利用所述非目标用户的信道估计值和所述其他用户所占资源的信道估计值，确定所述非目标用户的重构信道估计值。
优选地，所述计算已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据的步骤包括：
当所述目标用户的信道与所述非目标用户的信道之间正交或弱相关时，将所述目标用户的频域数据与目标用户的重构信道估计值进行共轭相关运算，得到已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据。
优选地，所述计算已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据的步骤包括：
当所述目标用户和所述非目标用户为梳分用户且两者信道之间强相关时，利用所述梳分用户的重构信道估计值，消除所述梳分用户在目标用户的相邻子载波上的干扰数据，得到已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据；
或者，当所述目标用户与所述非目标用户为码分用户且两者信道之间强相关时，利用最小均方误差算法或迫零算法，对目标用户所占子载波的频域数据及相邻的非目标用户所占子载波的频域数据、目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值进行处理，得到目标用户所占子载波的频域接收数据和目标用户在相邻非目标用户所占子载波上泄露的频域接收数据。
优选地，所述计算已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据的步骤还包括：
利用所述目标用户的重构信道估计值和所述非目标用户的重构信道估计值，计算正交化因子，并利用所述正交化因子，对所述非目标用户的信道进行正交化处理，使所述目标用户的信道与所述非目标用户的信道之间正交，从而消除所述非目标用户的频域数据在发送期间对目标用户的相邻子载波的干扰。
优选地，所述利用所述消除干扰的目标用户的本地导频及频域接收数据，确定频偏估计值的步骤包括：
对所述目标用户的本地导频进行重构，得到重构本地导频序列；
对所述已消除干扰的目标用户的本地导频及频域接收数据和所述重构本地导频序列分别进行频时变换，得到本地导频的时域接收数据和时域数据序列；
利用所得到的本地导频的时域接收数据和时域数据序列进行频偏测量，得到频偏估计值。
优选地，所述利用所述消除干扰的目标用户的本地导频及频域接收数据，确定频偏估计值的步骤还包括：
对所述目标用户的本地母码序列进行重构，得到重构本地母码序列；
对所述重构本地母码序列进行频时变换和循环移位操作，得到本地导频的时域数据序列。
优选地，所述利用所得到的本地导频的时域接收数据和时域数据序列进行频偏测量，得到频偏估计值的步骤包括：
将所述本地导频的时域接收数据和时域数据序列进行共轭相关运算，得到域的相位序列，并利用所述时域的相位序列，确定频偏估计值。
根据本发明的另一方面，提供了一种频偏估计装置，包括：
重构模块，用于对目标用户的信道估计值和非目标用户的信道估计值进行重构，得到目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值；
干扰消除模块，用于利用目标用户所占子载波的频域数据及相邻的非目标用户所占子载波的频域数据、目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值，计算已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据；
频偏估计模块，用于利用所述已消除干扰的目标用户的本地导频及频域接收数据，确定频偏估计值。
优选地，所述重构模块包括：
第一重构子模块，用于在所述目标用户所占用的资源块中，利用所述目标用户的信道估计值，计算相邻的非目标用户所占资源的信道估计值，并利用所述目标用户的信道估计值和所述相邻的非目标用户所占资源的信道估计值，确定所述目标用户的重构信道估计值；
第二重构子模块，用于在所述非目标用户所占用的资源块中，利用所述非目标用户的信道估计值，计算与所述非目标用户相邻的其他用户所占资源的信道估计值，并利用所述非目标用户的信道估计值和所述其他用户所占资源的信道估计值，确定所述非目标用户的重构信道估计值。
优选地，所述干扰消除模块在所述目标用户的信道与所述非目标用户的信道之间正交或弱相关时，将所述目标用户的频域数据与目标用户的重构信道估计值进行共轭相关运算，得到已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据。
优选地，所述干扰消除模块在所述目标用户和所述非目标用户为梳分用户且两者信道之间强相关时，利用所述梳分用户的重构信道估计值，消除所述梳分用户在目标用户的相邻子载波上的干扰数据，得到已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据，或者，在所述目标用户与所述非目标用户为码分用户且两者信道之间强相关时，利用最小均方误差算法或迫零算法，对目标用户所占子载波的频域数据及相邻的非目标用户所占子载波的频域数据、目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值进行处理，得到目标用户所占子载波的频域接收数据和目标用户在相邻非目标用户所占子载波上泄露的频域接收数据。
优选地，所述干扰消除模块利用所述目标用户的重构信道估计值和所述非目标用户的重构信道估计值，计算正交化因子，并利用所述正交化因子，对所述非目标用户的信道进行正交化处理，使所述目标用户的信道与所述非目标用户的信道之间正交，从而消除所述非目标用户的频域数据在发送期间对目标用户的相邻子载波的干扰。
优选地，所述频偏估计模块对所述目标用户的本地导频进行重构，得到重构本地导频序列，并对所述已消除干扰的目标用户的本地导频及频域接收数据和所述重构本地导频序列分别进行频时变换，得到本地导频的时域接收数据和时域数据序列，利用所得到的本地导频的时域接收数据和时域数据序列进行频偏测量，得到频偏估计值。
优选地，所述频偏估计模块对所述目标用户的本地母码序列进行重构，得到重构本地母码序列，并对所述重构本地母码序列进行频时变换和循环移位操作，得到本地导频的时域数据序列。
优选地，所述频偏估计模块将所述本地导频的时域接收数据和时域数据序列进行共轭相关运算，得到时域的相位序列，并利用所述时域的相位序列，确定频偏估计值。
与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
1、本发明利用梳妆分布等非连续分布的导频符号进行频偏测量，在测量过程中有效的利用相邻子载波上泄漏过来的频域数据进行频偏测量，很好地保证了导频符号非连续分布情况下的频偏估计性能；
2、本发明通过消除或者消减用户间的干扰，提升了目标用户的频偏测量精度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的频偏估计方法原理框图；
图2是本发明实施例提供的频偏估计装置框图；
图3是本发明实施例提供的频分用户的频偏估计处理流程图；
图4是本发明实施例提供的用户间强相关的频偏估计处理流程图；
图5是本发明实施例提供的梳分用户的第一资源映射图；
图6是本发明实施例提供的频分用户的第二资源映射图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明实施例提供的频偏估计方法原理框图，本发明主要针对梳妆分布等非连续分布情况下利用单符号导频进行频偏估计，该方法不仅仅适用于下行的频偏测量，同时也适用于上行的频偏测量。本发明在进行频偏估计过程中，不仅仅利用目标子载波上的频偏信息，同时也利用了在相邻子载波上泄漏的频偏信息进行频偏估计，能够大大提升梳妆分布或者非连续分布情况下的单符号的频偏估计精度。如图1所示，具体发明内容包括如下：
步骤S101：目标用户的导频频域数据(以下简称频域数据)的提取，用Y表示提取出来的该目标用户的频域数据。
在提取目标用户的频域数据的过程中，需要把相邻子载波上非目标用户的频域数据同时也提取出来。
在提取过程中，如果该目标用户的两两子载波间隔比较大，在实际提取过程中可以只提取该目标用户子载波相邻L个非目标用户的子载波数据，本发明对此不做限制，考虑到实现复杂度L的最大取值为3。
步骤S102：信道估计值的重构，重构后的信道估计值用H表示。
利用梳妆分布等非连续分布导频符号，结合业内成熟的最小二乘算法(LeastSquare，LS)或迫零算法(Zero Forcing，ZF)等算法，获取目标用户所占子载波(即目标子载波)的信道估计值。
在频偏估计的过程中，除了需要利用目标子载波的相邻非目标用户子载波的数据，同时需要获取对应的信道估计值。
考虑到信道频选特性的变化相对比较连续或者比较缓慢，因此，在实际实现中可以利用该目标用户的目标子载波的信道估计值平推获取相邻非目标用户资源上的信道估计值，例如，通过平推，相邻非目标用户资源上的信道估计值确定为目标用户的目标子载波的信道估计值；或者可以采用该目标用户的两两子载波插值的方式获取非目标用户资源上的信道估计值，例如，通过插值，相邻非目标用户资源上的信道估计值确定为目标用户占用的两个子载波所对应的两个信道估计值之间的任意值。对此，采用什么方式获取非目标用户资源数据上的信道估计值，本发明不作限制，优选两两子载波间隔为如图5所示的1个子载波，例如探测参考信号(Sounding Reference Signal，SRS)的资源分布方式，可以采用平推的方式获取相邻非目标用户资源上的信道估计值；当间隔为如图6所示的2个子载波时，对应的信道估计可以通过该目标用户相邻的子载波上的数据以平推的方式获取；当间隔大于2个子载波时，可以通过该目标用户的两个子载波上的数据以插值的方式获取非目标用户数据位上的信道估计值。
需要说明的是，如果在实际应用过程中，数据上存在码分用户，或者相邻的频域数据上存在其他用户的数据，为了避免用户间的干扰，码分用户至少需要保证用户间的导频是正交的，这样才能保证获取准确的信道估计值。
步骤S103：利用步骤S101和步骤S102获取的该目标用户的频域数据和信道估计值，进行两两之间的相关运算计算接收到的本地导频数据(即本地导频的频域接收数据)。
需要说明的是，如果目标用户所占用的资源上没有码分用户，或者相邻的子载波上也没有分配给其他用户，或者没有发其他信道数据，这种情况下，获取目标用户的本地导频的频域接收数据的计算方式比较简单，即直接利用步骤S101获取的频域数据和步骤S102重构的信道估计值进行相关运算；如果目标用户所占的资源上有码分用户等其它用户的情况，除了要保证码分用户之间的导频码的正交性，同时需要保证码分用户之间的信道弱相关；如果目标用户所占的资源块上存在其他梳分用户，同样需要保证梳分用户之间的导频正交性和梳分用户之间的信道的弱相关，其中，所述梳分用户指导频符号满足梳妆分布的用户，所述梳妆分布的导频符号在频域方向等间隔映射，而非连续映射，如图5所示。为了便于对本发明的思想的描述，本步骤主要分以下四种情况处理：
第一种情况，目标用户所占用资源块上没有其他码分用户和梳分用户。
在这种情况下，如下处理比较简单，不需要考虑用户间的干扰消除。假设步骤S102重构的信道估计值H和提取出来的目标用户的频域数据Y，所述目标用户的频域数据Y包括每个子载波上相邻的非目标用户的L个子载波的数据，该数据包含本用户所占子载波上泄漏过来的内部载波干扰(Inter CarrierInterference，ICI)能量和噪声干扰能量，也就是说，由于用户导频符号频域上是非连续分布的，其中间隔的有非目标用户所占资源，这里非目标用户所占资源即为L。利用如上重构的信道估计值H和提取出来的频域数据Y进行共轭相关计算，从而计算得到本地导频的频域接收数据，即
第二种情况，目标用户所占资源块上只有梳分用户，但是没有调度码分用户。
在这种情况下，需要考虑用户间的干扰消除。如果梳分用户的信道之间满足正交或弱相关，那么处理的时候相对比较简单，直接用提取出来的目标用户的频域数据和重构的目标用户的信道估计值进行共轭相关，由于两用户的信道是正交的或者弱相关，能够减弱或消除梳分用户对目标用户的干扰；如果梳分用户的信道之间不能保证正交或者弱相关，则利用两用户的导频码的正交性进行干扰消除，比如假设目标用户相邻子载波上的频域数据表示为Y1＝αH1X1+βH2X2，其中X1表示目标用户的本地导频频域数据，X2表示梳分用户的本地导频频域数据，α和β表示因为信道或者采样偏移等导致的功率衰减因子，Y1表示的是目标用户某一相邻子载波上的频域数据，该子载波为梳分用户所占的资源。因此，针对这种情况下，首先获取梳分用户的信道估计值，信道估计的计算方法可以用时域方法，也可以用频域方法，在此不做详细说明。由于两用户之间的本地导频序列是正交的，在信道估计的过程中能够消除另外一个用户对目标用户的干扰。以上述描述过程中所提供的公式为例，利用计算得到的梳分用的信道估计消除该用户对目标用户的干扰，即对目标用户的相邻子载波上的数据进行干扰消除利用如此操作消除目标用户相邻子载波上的干扰数据，得到消除干扰后的频域数据，也就是目标用户在该子载波上的泄漏能量。本发明相对于传统的梳分的频偏计算的方法所不同的地方就是在估计的时候利用泄漏在非目标用户子载波上的数据进行频偏估计，即将相邻的非目标用户的频域数据参与到目标用户的频偏估计过程中，本步骤利用干扰消除后的频域数据和信道估计值进行共轭相关运算，从而获取本地导频的频域接收数据。另外，对于这种情况，也可以采用最小均方误差算法(Minimum Mean Square Error，MMSE)或者ZF等干扰消除的方法，同时获取目标用户在本载波上的频域数据和泄漏到相邻子载波的频域数据，通过这种方法能够有效的消除梳分用户对目标用户的干扰，但是实现复杂度比较大，在本配置下不作优选方案。
另外，在两个用户之间的信道不满足正交或者弱相关的情况下，还可以采用Gram-Schmidt正交化的思路对两个用户的信道进行正交化，对发端用户的信道进行正交化处理。该思路主要用于时分双工(Time Division Duplex，TDD)制式，主要考虑TDD模式下上下行信道是对称的，利用上行获取的信道信息，计算两个用户信道正交化的向量，即正交化因子w，基于前面所构建的信道模型中对目标用户和梳妆用户的信道估计值分别定义为H1和H2，则其中，然后利用正交化因子w，对梳分用户的信道进行正交化处理，即利用该因子对该用户的信道在发端进行正交化预处理，即在发端在频域数据上左乘以正交化因子w。
第三种情况，在目标用户所占的资源块上，没有调度梳分用户，但存在码分用户。
针对这种情况下的处理，如果码分用户之间的信道是正交或者弱相关，在这种情况下的处理相对比较简单，直接利用步骤S101的目标用户的频域数据与步骤S102的目标用户的信道估计值进行共轭相关运算，由于信道之间是正交的或者是弱相关，此操作能够减弱或者消除码分用户对目标用户的干扰；如果码分用户间的信道不满足正交或者弱相关的特点，这种情况下，如果采用上述方法会对最终估计的性能有影响。针对这种情况下，可以采用两种思路进行解决，其一，忽略用户间干扰的影响，直接利用前面步骤S101的频域数据和骤S102的信道估计值进行频偏估计，该方法优点是处理比较简单，缺点就是存在码分用户对目标用户的干扰，影响最终的测量精度；其二，需要考虑码分用户间的干扰消除，消除方法可以采用MMSE或ZF等方法，用前面所述步骤S101提取出来的频域数据和步骤S102的信道估计结果进行干扰消除，从而获取对应的数据。假设两个码分用户的配置下，目标用户所占的子载波上的接收数据表示为相邻非目标用户所占资源上的接收数据这时可以利用干扰消除的方法计算得到目标用户所占资源上对应子载波上的频域数据和其相邻非目标用户子载波上目标用户泄漏的数据能量，以采用ZF为例分别计算得到和由于对于每个用户都包含相邻若干个子载波的能量泄漏，泄漏的能量大小与子载波间隔和采样偏移有关，在通常的情况下只考虑相邻的M个子载波进行干扰消除。除此之外，本发明提出了另外一种解决思路就是对码分两用户之间的信道进行正交化处理，处理方法参见第二种情况下，在此不再进行赘述。
对于码分用户，也可以从调度的角度来消弱用户间的干扰，从而降低低层的处理复杂度，即在调度的时候需要保证码分的两用户的频率偏移是同方向的或者两用户的频偏偏移的差异很小。在具体计算的时候，由于码分用户之间的的导频数据存在一个固定的相位偏移，把该相位偏移转移到信道估计值中进行计算目标用户的本地导频的接收频域数据，即这种计算方式不需要关注两个用户之间的信道正交性，只要保证码分的两个用户的频率偏移值差异很小，其中α为码分用户相对于目标用户的循环移位因子。
第四种情况，在目标用户所占的资源块上，不仅有梳分用户，也存在码分用户。
针对这种情况，如果目标用户与梳分和码分用户之间的信道是正交的或者是弱相关。在这种情况下的处理相对比较简单，直接利用前面步骤S101的目标用户的频域数据(包括相邻资源上的频域数据)与步骤S102的目标用户的信道估计值进行共轭相关运算，由于两用户的信道是正交的或者是弱相关，在如上操作下能够消除码分或者梳分用户的干扰；如果目标用户与梳分或者码分用户之间的信道是正交的或者是弱相关的，而与另一用户的信道是较强相关，这种情况下的处理方法参考第二种情况或者第三种情况的处理方式；如果目标用户与梳分和码分用户之间的信道都是较强相关的，针对这种情况下，可以采用三种思路进行解决，其一，不考虑目标用户与梳分用户或者码分用户之间的干扰，直接利用目标所占的资源上的频域数据和对应的信道估计值进行共轭相关运算。需要说明的是所采用的频域数据与前面所述的频域数据的提取方法有所不同，只提取目标用户所占的资源上的频域数据，不考虑泄漏的数据能量，该方法测量的精度偏低，会受到码分和梳分用户的干扰，估计精度会受用户间干扰影响。其二，不考虑梳分用户对目标用户的影响，在实现过程中，利用计算得到的梳分用户的信道估计值和本地导频数据，对目标用户的相邻子载波上的梳分用户的数据进行消除，从而获取目标用户与码分用户的对相邻子载波的梳分用户的数据泄露能量。对于码分用户的处理具体方法就可以参考第三种情况的处理方式，在此不再赘述。其三，考虑码分和梳分用户的干扰消除，对于该情况首先可以采用Gram-Schimdt正交化的方法，使得码分用户和梳分用户与目标用户的信道正交，然后利用常规的思路获取目标用户的本地导频的频域接收数据。
步骤S104：对目标用户的本地导频序列进行重构。
需要说明的是，可以采用两种思路进行处理。其一，直接对目标用户的本地导频序列进行重构，其二，对目标用户所对应的母码序列进行重构。
此过程相对比较简单，重构后的本地导频序列或者本地母码序列的长度与前面重构后的频域数据的长度是相同的，其中非目标用户所占的子载波上所对应的导频序列或者母码序列为0。
步骤S105：对前面计算得到的本地导频的频域接收数据和重构的本地导频序列/本地母码序列进行频时变换。
在变换的过程中可以采用离散傅里叶逆变换(Inverse Discrete FourierTransform，IDFT)变换，也可以采用快速傅里叶逆变换(Inversefast Fourier transform，IFFT)变换，或者其他频时变换，在此不做限制。
需要说明的是，如果步骤S104所采用的是本地母码序列，则变换到时域的时候，根据该用户对应的循环移位恢复成该用户的导频所对应的时域序列。
步骤S106：利用前面所计算得到的本地导频序列/本地母码序列对应的时域序列和频域接收数据对应的时域序列，进行频偏测量。
该步骤主要利用频偏在时域会产生线性相位的特点进行计算，在实现的过程中可以采用两两点之间的相位差或者前半部分和后半部分的相位差或者把相位序列分成若干个小段，然后计算两两小段之间的相位差。最后，基于以上描述的相位差，获取最终的频偏估计值。由于此过程不属于本发明的主要思想点，在此不做详细描述。
以下两个实施例以SRS为例，对本发明进行进一步说明。
实施例一
本实施例中，只有频分用户，没有梳分用户和码分用户。由于SRS的资源分布是梳妆分布，且如图6所示，频分用户的两个子载波间隔L＝2,在如下过程中，以SRS的分配资源位24RB，其中有效资源为12RB，具体实现过程描述如下：
步骤一：目标用户的频域数据的提取。
需要说明的是，如果接收到的数据为时域数据，首先需要变换导频频域，对于时频变化是长期演进(Long Term Evolution,LTE)常见的处理，在此不做详细描述。在进行目标用户的频域数据的提取过程中，不仅仅要提取目标用户的所占的子载波的数据，同时也要提取出相邻子载波上(非目标用户所占用的子载波数据)的频域数据,提取出来的频域数据用Yk表示，其中k为子载波索引，k＝0,1,…,287。
步骤二：目标用户的信道估计的重构。
如果没有获取到该目标用户的信道估计值，则首先需要进行该目标用户的信道估计值的计算，计算方法可以采用时域方法，也可以采用频域方法，至于采用什么方法本发明不做限制；如果获取到该目标用户的信道估计值，则需要利用估计的信道估计值进行信道估计的重构。重构的主要思路是对目标用户所占的资源块中，非目标用户所占用的资源上的信道估计值通过相邻的目标用户子载波所对应的信道估计平推得到，考虑到信道频选变换不会很快，建议采用平推的方式，但不局限于此方式，可以采用线性插值或者非线性插值而得到。本实施例以平推的方式来重构非目标用户所占资源上的信道估计值，假设目标用户的信道估计值Hk，其中k＝0,1,…,143，则重构后的信道估计值表示为具体地说，如果目标用户的导频符号是梳妆分布，其对应的频域资源位置上的信道估计值就是目标用户的目标子载波上的信道估计值Hk，其每个子载波上相邻的且没有分配给目标用户的资源上的信道估计值就是非目标用户资源数据上的信道估计值，而对于重构后的信道估计值由前两者构成，即中包含Hk。
步骤三：本地导频的频域接收数据的计算。
此过程的计算，为直接利用前面提取的频域数据和重构好的该目标用户的信道估计值进行共轭相乘，从而消除所接收到的数据的信道影响，即计算得到的本地导频的频域接收数据，表示为
需要说明的是，在导频非连续分布的情况下，目标用户所占的资源块上不仅仅包括目标用户的资源，还包括空闲资源，甚至其他用户的资源，因此目标用户的重构后的信道估计值的个数要大于目标用户实际占用的子载波个数。
步骤四：对目标用户的本地导频序列进行重构。
需要说明的是，可以采用两种思路进行处理，其一，直接对目标用户的导频序列进行重构，其二，对目标用户所对应的母码序列进行重构。此过程相对比较简单，重构后的本地导频序列或者母码序列的长度与前面重构后的频域数据的长度是相同的，其中非目标用户所占的子载波上所对应的导频序列值或者母码序列值为0。本实施例对目标用户的本地导频序列进行重构为例，本地导频序列用Xk表示，其中k＝0,1,…,143，则重构后的本地导频序列表示为即其中k＝0,1,…,143。
步骤五：对前面计算得到的本地导频的频域接收数据和重构的本地导频序列进行频时变换。
在变换的过程中可以采用IDFT变换，也可以采用IFFT变换，或者其他方法的频时变换，本实施例以采用IFFT方式进行频时变换。由于前面重构后的数据长度为288，但是IFFT变换的长度为2n，则首选需要对前面的本地导频序列和计算得到的本地导频的频域接收数据的尾部进行插零处理，满足长度为2n，即首先对两个频域数据插224个零，然后对插零后的频域数据进行IFFT变换，从而获取到本地导频序列对应的的时域序列Txn(即本地导频的时域数据序列)，本地导频的频域接收数据对应的时域数据Rxn(即本地导频的时域接收数据)，其中n＝0,1,…,511。
步骤六，利用前面计算得到的本地导频的时域数据序列Txn和时域接收数据Rxn进行频偏测量。
该步骤主要是利用频偏在时域会产生线性相位的特点进行计算，在实现的过程中可以采用两两点之间的相位差或者前半部分和后半部分的相位差或者把相位序列分成若干个小段，然后计算两两小段之间的相位差。最后，基于以上描述的相位差从而获取最终的频偏估计值。具体过程如下：
子步骤一：利用前面计算得到的本地导频的时域数据序列Txn和本地导频的时域接收数据Rxn进行共轭相关运算，从而获取由于频偏导致的相位序列WR,即WRn＝Txn×(Rxn)* n＝0,1,…,511。
子步骤二：利用频偏产生的相位在时域是线性的关系进行频偏估计，在具体估计的时候可以采用两两相邻的样点进行频偏估计，也可以采用等间隔或者不间隔的方式进行频偏估计，具体采用哪种方法本发明不做限制。另外，在计算频偏时，可以对相位序列进行截取操作，即可以利用其中部分的相位序列进行频偏估计，在此不做限制。下面的描述采用全部相位序列进行频偏估计，实施例如下，采用前半部分和后半部分的相位差进行频偏估计，即其中，Δf为子载波间隔的大小；0≤k≤L1/2；L1＝512。
实施例二
本实施例中，存在码分用户，不存在频分用户。本实施例通过调度的方式保证目标用户和码分用户之间的频率偏移值相同，并假设两个用户之间导频序列的循环移位差异为π。
步骤一：目标用户的频域数据的提取。
需要说明的是，如果接收到的数据为时域数据，首先需要变换导频频域，对于时频变化是LTE常见的处理，在此不做详细描述。在进行目标用户的频域数据的提取过程中，不仅仅要提取目标用户的所占的子载波的数据，同时也要提取出相邻子载波上(非目标用户所占用的子载波数据)的频域数据,提取出来的频域数据用Yk表示，其中k＝0,1,…,287。
步骤二：目标用户的信道估计的重构。
如果没有获取到该目标用户的信道估计值，则首先需要进行该目标用户的信道估计值的计算，计算方法可以采用时域方法，也可以采用频域方法，至于采用什么方法本发明不做限制；如果获取到该目标用户的信道估计值，则需要利用估计的信道估计值进行信道估计的重构。重构的主要思路是对目标用户所占的资源块中，非目标用户所占用的资源上的信道估计值通过相邻的目标用户子载波所对应的信道估计平推得到，考虑到信道频选变换不会很快，建议采用平推的方式，但不局限于此方法，可以采用线性插值或者非线性插值而得到。本实施例以平推的方式来重构非目标用户所占资源上的信道估计值，假设目标用户的信道估计值其中k＝0,1,…,143，则重构后的信道估计值表示为
同样，需要获取码分用户的信道估计值，采用方法同目标用户一样，可以采用时域方法，也可以采用频域方法，具体采用哪种方法在此不做限制，假设码分用户的信道估计值其中k＝0,1,…,143，则重构后的信道估计值表示为
步骤三：本地导频接收的频域数据(即本地导频的频域接收数据)的计算。
此过程的计算，需要考虑码分用户之间的干扰消除，即计算得到的本地导频的频域接收数据表示为k＝0,1,…,287，其中，α是相对于的循环移位，也就是用户2相对于用户1的导频循环移位。
步骤四：对目标用户的本地导频序列进行重构。
需要说明的是，可以采用两种思路进行处理，其一，直接对目标用户的导频序列进行重构，其二，对目标用户所对应的母码序列进行重构。此过程相对比较简单，重构后的本地导频序列或者母码序列的长度与前面重构后的频域数据的长度是相同的，其中非目标用户所占的子载波上所对应的导频序列值或者母码序列值为0。本实施例以对目标用户的本地导频序列进行重构为例，本地导频序列用Xk表示，其中k＝0,1,…,143，则重构后本地导频序列表示为即其中k＝0,1,…，143。
步骤五：对前面计算得到的本地导频的频域接收数据和重构的本地导频序列进行频时变换。
在变换的过程中可以采用IDFT变换，也可以采用IFFT变换，或者其他方法的频时变换，本实施例以采用IFFT方式进行频时变换。由于前面重构后的数据长度为288，但是IFFT变换的长度为2n，则首选需要对如上的本地导频的频域数据(即本地导频序列)和计算得到的本地导频的频域接收数据的尾部进行插零处理，满足长度为2n，即首先对两个频域数据插224个零，然后对插零后的频域数据进行IFFT变换，从而获取到本地导频的时域数据序列Txn，本地导频的时域接收数据Rxn，其中n＝0,1,…,511。
步骤六：利用前面计算得到的本地导频的时域数据序列Txn和时域接收数据Rxn进行频偏测量。
该步骤主要是利用频偏在时域会产生线性相位的特点进行计算，在实现的过程中可以采用两两点之间的相位差或者前半部分和后半部分的相位差或者把相位序列分成若干个小段，然后计算两两小段之间的相位差。最后，基于以上描述的相位差从而获取最终的频偏估计值。具体过程如下：
子步骤一：利用前面计算得到的本地导频的时域数据序列Txn和本地导频的时域接收数据Rxn进行共轭相关运算，从而获取由于频偏导致的相位序列WR,即WRn＝Txn×(Rxn)* n＝0,1,…,511。
子步骤二：利用频偏产生的相位在时域是线性的关系进行频偏估计，在具体估计的时候可以采用两两相邻的样点进行频偏估计，也可以采用等间隔或者不间隔的方式进行频偏估计，具体采用哪种方法本发明不做限制。另外，在计算频偏时，可以对相位序列进行截取操作，即可以利用其中部分的相位序列进行频偏估计，在此不做限制。下面的描述采用全部相位序列进行频偏估计，实施例如下，采用前半部分和后半部分的相位差进行频偏估计，即其中，Δf为子载波间隔的大小；0≤k≤L1/2；L1＝512。
图2是本发明实施例提供的频偏估计装置框图，如图2所示，包括：重构模块10、干扰消除模块20和频偏估计模块30。
重构模块10用于对目标用户的信道估计值和非目标用户的信道估计值进行重构，得到目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值。具体地说，所述重构模块10包括第一重构子模块和第二重构子模块，其中，第一重构子模块用于在所述目标用户所占用的资源块中，利用所述目标用户的信道估计值，计算相邻的非目标用户所占资源的信道估计值，并利用所述目标用户的信道估计值和所述相邻的非目标用户所占资源的信道估计值，确定所述目标用户的重构信道估计值；第二重构子模块用于在所述非目标用户所占用的资源块中，利用所述非目标用户的信道估计值，计算与所述非目标用户相邻的其他用户所占资源的信道估计值，并利用所述非目标用户的信道估计值和所述其他用户所占资源的信道估计值，确定所述非目标用户的重构信道估计值。第一重构子模块和第二重构子模块的具体重构处理步骤可以参考图1的步骤S102即其实施例一的步骤二和实施例二的步骤二，在此不再赘述。
干扰消除模块20用于利用目标用户所占子载波的频域数据及相邻的非目标用户所占子载波的频域数据、目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值，计算已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据。具体地说，可以按照以下几种方式进行干扰消除：1、若所述目标用户的信道与所述非目标用户的信道之间正交或弱相关，则干扰消除模块20在将所述目标用户的频域数据与目标用户的重构信道估计值进行共轭相关运算，得到已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据；2、若所述目标用户和所述非目标用户为梳分用户且两者信道之间强相关，则干扰消除模块20利用所述梳分用户的重构信道估计值，消除所述梳分用户在目标用户的相邻子载波上的干扰数据，得到已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据；3、若所述目标用户与所述非目标用户为码分用户且两者信道之间强相关，则干扰消除模块20利用最小均方误差算法或迫零算法，对目标用户所占子载波的频域数据及相邻的非目标用户所占子载波的频域数据、目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值进行处理，得到目标用户所占子载波的频域接收数据和目标用户在相邻非目标用户所占子载波上泄露的频域接收数据；4、除上述几种情况外，干扰消除模块20还可以利用所述目标用户的重构信道估计值和所述非目标用户的重构信道估计值，计算正交化因子，并利用所述正交化因子，对所述非目标用户的信道进行正交化处理，使所述目标用户的信道与所述非目标用户的信道之间正交，从而消除所述非目标用户的频域数据在发送期间对目标用户的相邻子载波的干扰。也就是说，干扰消除模块20首先需要按照图1的步骤S101即其实施例一的步骤一和实施例二的步骤一提取相关的频域数据，然后利用所提取的频域数据和重构模块10计算的重构信道估计值，按照图1的步骤S103处理，得到消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据。
频偏估计模块30用于利用所述已消除干扰的目标用户的本地导频及频域接收数据，确定频偏估计值。具体地说，频偏估计模块30对所述目标用户的本地导频进行重构，得到重构本地导频序列，并对所述已消除干扰的目标用户的本地导频及频域接收数据和所述重构本地导频序列分别进行频时变换，得到本地导频的时域接收数据和时域数据序列，然后将所述本地导频的时域接收数据和时域数据序列进行共轭相关运算，得到时域的相位序列，并利用所述时域的相位序列，确定频偏估计值。其中，本地导频的时域数据序列还可以通过以下方式获取：对所述目标用户的本地母码序列进行重构，得到重构本地母码序列，并对所述重构本地母码序列进行频时变换和循环移位操作，得到本地导频的时域数据序列。也就是说，频偏估计模块30利用所述消除干扰的目标用户的本地导频及频域接收数据依次执行图1的步骤S104至步骤S106，从而确定频偏估计值。
图3是本发明实施例提供的频分用户的频偏估计处理流程图，如图3所示，步骤包括：
步骤S201：提取频域数据。
所提取的频域数据包括目标用户所占子载波的频域数据和相邻子载波上非目标用户所占子载波的频域数据。
步骤S202：信道估计。
如果没有获取到该目标用户的信道估计值，则首先需要利用导频符号进行该目标用户的信道估计值的计算，计算方法可以采用时域方法，也可以采用频域方法，至于采用什么方法本发明不做限制。
同样地，如果有码分用户等其它用户，也需要进行信道估计，得到码分用户等其它用户的信道估计值。
步骤S203：信道估计值重构。
利用目标用户的信道估计值进行信道估计值重构，得到目标用户的重构的信道估计值。
同样地，如果有码分用户等其它用户，也需要进行信道估计值重构，得到码分用户等其它用户的重构的信道估计值。
需要注意的是，由于导频符号非连续分布，因此重构的信道估计值的个数要大于目标用户实际占用的子载波个数。
步骤S204：从步骤S201中，提取相应资源块上的频域数据，以供步骤S205的计算。
步骤S205：导频接收频域数据获取，即计算本地导频的频域接收数据，根据情况不同，可以参考图1中步骤S103给出的四种情况处理。
步骤S206：导频接收频域数据的频时变换，即将频域接收数据变换为时域接收数据。
步骤S207：对本地母码序列进行重构，得到重构后的本地母码序列。
步骤S208：对重构后的本地母码序列进行频时变换，得到相应数据序列，以供步骤S209的计算。
步骤S209：利用步骤S206和步骤S208的计算结果，计算时域的相位序列。
步骤S210：利用所述时域的相位序列，对频偏值进行计算。
图4是本发明实施例提供的用户间强相关的频偏估计处理流程图，如图4所示，步骤包括：
步骤S301：在两个用户之间的信道不满足正交或者弱相关的情况下(即两个用户强相关)，利用上行获取的信道信息，计算两个用户的信道正交化因子。
步骤S302：利用所述信道正交化因子，对两个用户的信道进行正交化处理，即发端在频域数据上左乘以正交化因子。
步骤S303：发端发送所述正交化处理之后的频域数据。
步骤S304：提取频域数据。
所提取的频域数据包括目标用户所占子载波的频域数据和相邻子载波上非目标用户所占子载波的频域数据。
步骤S305：信道估计。
如果没有获取到该目标用户的信道估计值，则首先需要进行该目标用户的信道估计值的计算，计算方法可以采用时域方法，也可以采用频域方法，至于采用什么方法本发明不做限制。
同样地，如果有码分用户等其它用户，也需要进行信道估计，得到码分用户等其它用户的信道估计值。
步骤S306：信道估计值重构。
利用目标用户的信道估计值进行信道估计值重构，得到目标用户的重构的信道估计值。
同样地，如果有码分用户等其它用户，也需要进行信道估计值重构，得到码分用户等其它用户的重构的信道估计值。
步骤S307：从步骤S304中，提取相应资源块上的频域数据，以供步骤S308的计算。
步骤S308：导频接收频域数据获取，即计算本地导频的频域接收数据，根据情况不同，可以参考图1中步骤S103给出的四种情况处理。
步骤S309：导频接收频域数据的频时变换，即将频域接收数据变换为时域接收数据。
步骤S310：对本地母码序列进行重构，得到重构后的本地母码序列。
步骤S311：对重构后的本地母码序列进行频时变换，得到相应数据序列，以供步骤S312的计算。
步骤S312：利用步骤S309和步骤S311的计算结果，计算时域的相位序列。
步骤S313：利用所述时域的相位序列，对频偏值进行计算。
本发明针对无线通讯领域中OFDM技术的同步问题给出了采用单符号进行频偏估计的方法及装置，适用于OFDM系统。
本发明在频偏估计过程中，能够有效进行用户间的干扰消除，从而保证资源是非连续分布的用户的频偏测量精度。
根据本发明公开的技术方案，任何具有信号处理，通信等知识背景的工程师，都可以根据本发明设计相应的装置，所作的任何修改、等同替换、改进等，其均应包含在本发明的思想和范围内。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种频偏估计方法，其特征在于，包括：
对目标用户的信道估计值和非目标用户的信道估计值进行重构，得到目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值；
利用目标用户所占子载波的频域数据及相邻的非目标用户所占子载波的频域数据、目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值，计算已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据；
利用所述已消除干扰的目标用户的本地导频及频域接收数据，确定频偏估计值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对目标用户的信道估计值和非目标用户的信道估计值进行重构，得到目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值的步骤包括：
在所述目标用户所占用的资源块中，利用所述目标用户的信道估计值，计算相邻的非目标用户所占资源的信道估计值，并利用所述目标用户的信道估计值和所述相邻的非目标用户所占资源的信道估计值，确定所述目标用户的重构信道估计值；
在所述非目标用户所占用的资源块中，利用所述非目标用户的信道估计值，计算与所述非目标用户相邻的其他用户所占资源的信道估计值，并利用所述非目标用户的信道估计值和所述其他用户所占资源的信道估计值，确定所述非目标用户的重构信道估计值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据的步骤包括：
当所述目标用户的信道与所述非目标用户的信道之间正交或弱相关时，将所述目标用户的频域数据与目标用户的重构信道估计值进行共轭相关运算，得到已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据的步骤包括：
当所述目标用户和所述非目标用户为梳分用户且两者信道之间强相关时，利用所述梳分用户的重构信道估计值，消除所述梳分用户在目标用户的相邻子载波上的干扰数据，得到已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据；或者，
当所述目标用户与所述非目标用户为码分用户且两者信道之间强相关时，利用最小均方误差算法算法或迫零算法，对目标用户所占子载波的频域数据及相邻的非目标用户所占子载波的频域数据、目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值进行处理，得到目标用户所占子载波的频域接收数据和目标用户在相邻非目标用户所占子载波上泄露的频域接收数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据的步骤还包括：
利用所述目标用户的重构信道估计值和所述非目标用户的重构信道估计值，计算正交化因子，并利用所述正交化因子，对所述非目标用户的信道进行正交化处理，使所述目标用户的信道与所述非目标用户的信道之间正交，从而消除所述非目标用户的频域数据在发送期间对目标用户的相邻子载波的干扰。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述消除干扰的目标用户的本地导频及频域接收数据，确定频偏估计值的步骤包括：
对所述目标用户的本地导频进行重构，得到重构本地导频序列；
对所述已消除干扰的目标用户的本地导频及频域接收数据和所述重构本地导频序列分别进行频时变换，得到本地导频的时域接收数据和时域数据序列；
利用所得到的本地导频的时域接收数据和时域数据序列进行频偏测量，得到频偏估计值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用所述消除干扰的目标用户的本地导频及频域接收数据，确定频偏估计值的步骤还包括：
对所述目标用户的本地母码序列进行重构，得到重构本地母码序列；
对所述重构本地母码序列进行频时变换和循环移位操作，得到本地导频的时域数据序列。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述利用所得到的本地导频的时域接收数据和时域数据序列进行频偏测量，得到频偏估计值的步骤包括：
将所述本地导频的时域接收数据和时域数据序列进行共轭相关运算，得到时域的相位序列，并利用所述时域的相位序列，确定频偏估计值。
9.一种频偏估计装置，其特征在于，包括：
重构模块，用于对目标用户的信道估计值和非目标用户的信道估计值进行重构，得到目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值；
干扰消除模块，用于利用目标用户所占子载波的频域数据及相邻的非目标用户所占子载波的频域数据、目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值，计算已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据；
频偏估计模块，用于利用所述已消除干扰的目标用户的本地导频及频域接收数据，确定频偏估计值。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述重构模块包括：
第一重构子模块，用于在所述目标用户所占用的资源块中，利用所述目标用户的信道估计值，计算相邻的非目标用户所占资源的信道估计值，并利用所述目标用户的信道估计值和所述相邻的非目标用户所占资源的信道估计值，确定所述目标用户的重构信道估计值；
第二重构子模块，用于在所述非目标用户所占用的资源块中，利用所述非目标用户的信道估计值，计算与所述非目标用户相邻的其他用户所占资源的信道估计值，并利用所述非目标用户的信道估计值和所述其他用户所占资源的信道估计值，确定所述非目标用户的重构信道估计值。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述干扰消除模块在所述目标用户的信道与所述非目标用户的信道之间正交或弱相关时，将所述目标用户的频域数据与目标用户的重构信道估计值进行共轭相关运算，得到已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述干扰消除模块在所述目标用户和所述非目标用户为梳分用户且两者信道之间强相关时，利用所述梳分用户的重构信道估计值，消除所述梳分用户在目标用户的相邻子载波上的干扰数据，得到已消除干扰的目标用户的本地导频的频域接收数据，或者，在所述目标用户与所述非目标用户为码分用户且两者信道之间强相关时，利用最小均方误差算法或迫零算法，对目标用户所占子载波的频域数据及相邻的非目标用户所占子载波的频域数据、目标用户的重构信道估计值和非目标用户的重构信道估计值进行处理，得到目标用户所占子载波的频域接收数据和目标用户在相邻非目标用户所占子载波上泄露的频域接收数据。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述干扰消除模块利用所述目标用户的重构信道估计值和所述非目标用户的重构信道估计值，计算正交化因子，并利用所述正交化因子，对所述非目标用户的信道进行正交化处理，使所述目标用户的信道与所述非目标用户的信道之间正交，从而消除所述非目标用户的频域数据在发送期间对目标用户的相邻子载波的干扰。
14.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述频偏估计模块对所述目标用户的本地导频进行重构，得到重构本地导频序列，并对所述已消除干扰的目标用户的本地导频及频域接收数据和所述重构本地导频序列分别进行频时变换，得到本地导频的时域接收数据和时域数据序列，利用所得到的本地导频的时域接收数据和时域数据序列进行频偏测量，得到频偏估计值。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述频偏估计模块对所述目标用户的本地母码序列进行重构，得到重构本地母码序列，并对所述重构本地母码序列进行频时变换和循环移位操作，得到本地导频的时域数据序列。
16.根据权利要求14或15所述的装置，其特征在于，所述频偏估计模块将所述本地导频的时域接收数据和时域数据序列进行共轭相关运算，得到时域的相位序列，并利用所述时域的相位序列，确定频偏估计值。
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