CN106878213B - 一种lte上行频偏估计的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种LTE系统中的上行频谱估计方法，包括：对于任一用户在接入时，计算两个参考信号间的相位差值，并对该相位差值进行三种修正后分别计算对应的频偏值，利用计算得到的三个频偏值分别进行频域补偿和解码，在连续n个子帧信号解码正确后，对解码正确时对应的修正值进行平滑，根据平滑结果进行后续子帧的频偏估计。应用本申请，能够保证频偏估计的准确性，并适用于多用户场景。

Description

一种LTE上行频偏估计的方法

技术领域

本申请涉及通信系统中的传输技术，特别涉及一种LTE上行频偏估计的方法。

背景技术

高速运动中，多普勒频移会导致基站和终端相干解调性能降低。由于多普勒频移的存在，在LTE上行通信系统中引入了RS参考信号序列，可以在接收机中利用频域 RS符号进行频偏估计，频偏准确度决定了频偏补偿的效果，直接影响到接收机的工作性能。

多普勒效应对基站的影响较大，有效的频偏估计和补偿能够改善多普勒效应带来的影响，提高系统解调性能。

图1给出了未补偿频偏时的星座图，图2给出了用初始频偏补偿措施下的星座图；图3给出了初始频偏减2π修正后的星座效果图；图4给出了初始频偏加2 π修正后的星座效果图。图4星座点清晰完整，能够进行正确解码。由上述4个图可见，频偏估计及其准确性对系统的解调性能影响很大。

高速场景下，一般有以下几种频偏估计方法：

一、时域可以利用每个OFDM符号的144点CP和CP对应的符号尾部的数据部分来进行相关运算，得到一个符号对应的频偏值，但是由于信道受噪声等的影响，分析数据量少，所求精度较低，一般作为粗频偏估计；

二、频域可以利用RS导频符号做频偏估计，RS符号点数较多，所求频偏精度较高，而所求频偏范围受RS符号间隔点数制约，最大只能估计1kHz的频偏，一般作为细频偏估计。当频偏超过1kHz，需要对RS结果进行修正，一般采用上述第一点中利用CP进行的粗频偏对细频偏进行修正。

但是用CP做频偏估计复杂度高，且多用户情况下，多用户的信号在CP处迭加，无法区分不同用户，因此多用户情况下不能较好反映每个用户的频偏值；其它相关方法都是围绕CP和/或RS频偏估计基础上所做的改进。

发明内容

本申请提供一种LTE系统中的频偏估计方法，能够在单用户和多用户的场景下，提高频偏估计的准确性。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

一种LTE上行频谱估计的方法，包括：

a、任一用户接入时，从起始子帧起，对每个子帧执行步骤b，直到连续n个子帧的数据信号解码正确，执行步骤c；

b、接收当前子帧上的两个上行参考信号，根据接收的两个上行参考信号计算该两个参考信号间的相位差值△φ_s7，并计算相位差值△φ_s7分别与三个修正值0、2π和 -2π之和，根据计算结果确定对应的每根天线间的频偏值delta_f、delta_f1和delta_f2；利用delta_f、delta_f1和delta_f2分别对本帧接收的数据信号进行频域补偿和解码；

c、对所述n个连续子帧解码正确时对应的修正值进行平滑操作得到修正值w；

d、对后续子帧，接收上行参考信号，确定两个参考信号间的相位差值，并根据所述修正值w对该相位差值进行修正，利用修正后的相位差值计算每根天线间的频偏f'，用于频域补偿和解码；

其中，当w＝0时，不修正相位差值，当w>0时，通过+2π修正相位差值，当w<0 时，通过-2π修正相位差值；n为预设的正整数。

较佳地，在步骤c中进一步包括：对所述n个连续子帧解码正确时对应的频偏值进行平滑操作，得到频偏f；

在步骤d中计算所述频偏f'之后，该方法进一步包括：若|f'-f|大于预设的detf，或者，连续m个子帧解码失败，则将下一子帧作为当前子帧，返回执行步骤b，否则，返回执行步骤d；

其中，m为预设的正整数。

较佳地，所述根据接收的两个上行参考信号计算该两个参考信号间的相位差值包括：

根据接收的两个上行参考信号计算该两个参考信号的频域信道估计结果 h_{1_1},h_{1_2},..., h_{1_K}和h_{2_1},h_{2_2},...,h_{2_K}，计算两个参考信号间的相位差值其 中，(·)*表示取共轭，angle()表示对复数值求角度，K表示频域冲激响应的向量长度。

较佳地，所述根据两个参考信号间的相位差值计算每根天线间的频偏值包括：

其中，D为相邻两个OFDM符号间隔的样点数，T_S为采样间隔时间。

由上述技术方案可见，本申请中，对于任一用户在接入时，计算两个参考信号间的相位差值，并对该相位差值进行三种修正后分别计算对应的频偏值，利用计算得到的三个频偏值分别进行频域补偿和解码，在连续n个子帧信号解码正确后，对解码正确时对应的修正值进行平滑，根据平滑结果进行后续子帧的频偏估计。通过上述对频偏进行的三种修正，保证频偏估计的准确性。同时，由于仅使用RS进行频偏估计，因此能够同时适用于单用户和多用户的频偏估计。

附图说明

图1为未补偿频偏时的星座图；

图2为利用初始频偏补偿措施下的星座图；

图3为初始频偏减2π修正后的星座效果图；

图4为初始频偏加2π修正后的星座效果图；

图5为本申请中频偏估计方法的流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请做进一步详细说明。

在背景技术给出的频偏估计方法中，单独使用参考信号(RS)进行频偏估计时，估计结果不准确；但是利用CP进行频偏估计，虽然能够提高频偏估计的准确性，但是不适用于多用户的情况。本申请中提供一种频偏估计方式，利用RS进行频偏估计，在估计过程中上行采用3组频偏值对同一子帧数据进行频域补偿，通过加2π、减2π的频偏修正保证了频偏估计的准确有效性，同时，由于仅利用RS 进行频偏估计，因此同时适用于单用户和多用户场景，在高速移动情况下有良好表现。

下面对本申请进行详细描述。图5为本申请中频偏估计方法的流程图。如图5 所示，该方法包括：

步骤501，任一用户接入时，将起始子帧作为当前子帧，执行步骤502 及其后续步骤。

步骤502，接收当前子帧的信号，并计算当前子帧上的两个上行RS间的相位差。

在LTE系统中，一个上行子帧上传输2个上行RS。根据接收的上行RS信号计算二者间的相位差可以采用现有方式，具体可以为：

1、根据接收的上行RS进行频域信道估计，得到频域信道估计结果。假设LTE 上行2个RS符号的频域信道估计结果记为FreChanLs1和FreChanLs2；

2、根据信道估计结果计算当前子帧每一根接收天线上2个RS符号间的相位差值：其中，h_{1_1},h_{1_2},...,h_{1_K}和 h_{2_1},h_{2_2},...,h_{2_K}分别 为当前子帧中第一个RS和第二个RS的频域冲激响应向量，也就是前述的FreChanLs1和 FreChanLs2，(·)*表示取共轭，angle()表示对复数值求角度，K表示频域冲激响应的向量 长度。具体地，h_{1_1},h_{1_2},...,h_{1_K}和 h_{2_1},h_{2_2},...,h_{2_K}中的每个元素都是复数，进行相乘和 求和的操作后，结果仍然是一个复数。更简单地，可以通过matlab的函数表示上述求相位差 值的操作为：△φ_s7＝angle(sum(FreChanLs1.*FreChanLs2'.')， FreChanLs1.* FreChanLs2'.'表示这两个向量的共轭点乘。

步骤503，对步骤502计算得到的相位差利用三个修正值0、2π和-2π分别进行修正，并根据修正结果确定2个OFDM符号对应的每根天线间的频偏值。

修正方式具体为：将相位差与修正值求和，得到修正后的相位差为△φ、△φ1和△φ2。

根据三个修正结果分别计算对应的三个频偏值，具体地，修正结果是2个RS 符号 间的相位差，首先，由该相位差计算平均到相邻2个OFDM符号间的相位差，由于2个RS符号间 有7个OFDM符号，因此根据三个修正结果计算出的两个 OFDM符号间的相位差分别为△φ＝ △φ_s7/7，△φ1＝(△φ_s7+2π)/7和△φ2＝(△φ_s7-2π)/7；然后，计算每根天线对应的 频偏值分别为和

步骤504，以delta_f、delta_f1和delta_f2分别对当前子帧的数据信号进行频域补偿和解码。

步骤505，判断是否有一个频偏值进行频域补偿后解码正确，若有，则记录解码正确时对应的频偏值，并执行步骤506及其后续步骤，否则，将下一子帧作为当前子帧返回步骤502。

如果当前子帧的三个频偏值都解码失败，则返回步骤502，对下一子帧仍然计算三种频偏进行频域补偿及解码。

步骤506，判断是否有连续n个子帧解码正确，若是，则执行步骤507，否则，将下一子帧作为当前子帧返回步骤502。

如果连续解码正确的子帧不到n个，则返回步骤502，对下一子帧仍然计算三种频偏进行频域补偿及解码。

步骤507，对连续n个解码正确的子帧对应的修正值进行平滑操作，得到修正值w。

这里的平滑操作可以采用各种现有的方式，例如：平均或加权平均等。

步骤508，对后续子帧，根据修正值w计算频偏值f' ，用于对子帧接收的数据符号进行频域补偿和解码。

在本步骤中计算频偏值的方式与前述步骤502到503的方式相同，区别在于本步骤中仅利用一个修正值w计算一个频偏值，同时，根据修正值进行修正的方式也有所差别。其中，本步骤中根据修正值w进行修正的方式为：w＝0时不修正， w>0时用2π修正、w<0时用-2π修正。

至此，本申请中最基本的频偏估计方法结束。在上述最基本的流程中，用户在初始接入时，使用三种频偏值分别进行频域补偿和解码，以找到最趋近于真实频偏的频偏值，提高频偏估计的准确性，再利用该频偏值进行后续子帧的频域补偿和解码。以下将这种计算三种频偏并利用其进行频域补偿和解码从而确定出最终频偏的方式称为3次频偏补偿的策略。

考虑到在数据传输过程中，频偏值可能会发生变化，因此在上述最基本的频偏估计方法的基础上，优选地，还可以增加如下处理，从而能够适应频偏的实时变化，进一步提高频偏估计的准确性：

在步骤507中进一步包括，对连续n个解码正确的子帧对应的频偏值进行平滑操作，得到频偏值f；

在步骤508之后进一步包括步骤509：判断|f'-f|是否超出预设的阈值detf，或者，是否有连续m个子帧解码错误，满足这两种情况之一，则将下一子帧作为当前子帧，返回执行步骤502及其后续步骤，否则执行步骤508。

通过上述处理，在频偏发生变化时，及时重新进行3次频偏补偿的策略，以针对当前信道环境计算出准确的频偏估计值。其中，确定频偏发生变化的方式可以为上述步骤509两种中的一种，即|f'-f|超出设定阈值或连续m个子帧解码错误。

加入上述步骤507中计算平滑后的频偏值和步骤509的操作后，就不仅在UE 初始接入时才启动3次频偏补偿的策略，在连续m个子帧解码错误或者满足既定预设条件时，也需要启动3次频偏补偿的策略。同时，用户还可以根据需求在不同阶段采用不同的n、m值。这样既保证了系统性能，又确保了数据处理的时间。

由上述本申请的具体实现可见，在LTE通信系统中，通过修正RS符号间频偏的方式提高高速移动条件下的频偏估计精度；通过合理的采用3次频偏补偿的机制提高上行业务性能，确保了数据处理能力。同时，本申请由于仅使用RS进行频偏估计，因此，可以区分出不同用户。对于不同用户，可以分别执行上述图5 的流程，即可以估计出相应用户的频偏，同时适用于单用户和多用户的场景，可以广泛地应用于LTE移动通信系统接收端及其它类似高速移动环境的通信系统中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种LTE上行频谱估计的方法，其特征在于，包括：

a、任一用户接入时，从起始子帧起，对每个子帧执行步骤b，直到连续n个子帧的数据信号解码正确，执行步骤c；

b、接收当前子帧上的两个上行参考信号，根据接收的两个上行参考信号计算该两个参考信号间的相位差值△φ_s7，并计算相位差值△φ_s7分别与三个修正值0、2π和-2π之和，根据计算结果确定对应的每根天线间的频偏值delta_f、delta_f1和delta_f2；利用delta_f、delta_f1和delta_f2分别对本帧接收的数据信号进行频域补偿和解码；

c、对所述n个连续子帧解码正确时对应的修正值进行平滑操作得到修正值w；

d、对后续子帧，接收上行参考信号，确定两个参考信号间的相位差值，并根据所述修正值w对该相位差值进行修正，利用修正后的相位差值计算每根天线间的频偏f'，用于频域补偿和解码；

其中，当w＝0时，不修正相位差值，当w>0时，通过+2π修正相位差值，当w<0时，通过-2π修正相位差值；n为预设的正整数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c中进一步包括：对所述n个连续子帧解码正确时对应的频偏值进行平滑操作，得到频偏f；

在步骤d中计算所述频偏f'之后，该方法进一步包括：若|f'-f|大于预设的detf，或者，连续m个子帧解码失败，则将下一子帧作为当前子帧，返回执行步骤b，否则，返回执行步骤d；

其中，m为预设的正整数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据接收的两个上行参考信号计算该两个参考信号间的相位差值包括：

根据接收的两个上行参考信号计算该两个参考信号的频域信道估计结果h_{1_1},h_{1_2},...,h_{1_K}和h_{2_1},h_{2_2},...,h_{2_K}，计算两个参考信号间的相位差值其中，*表示取共轭，angle()表示对复数值求角度，K表示频域冲激响应的向量长度。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据两个参考信号间的相位差值计算每根天线间的频偏值包括：

其中，D为相邻两个OFDM符号间隔的样点数，T_S为采样间隔时间。