CN107819716A - 一种基于频域的频偏补偿方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于频域的频偏补偿方法及设备，用于在频域对信号直接进行频偏补偿。该方法包括：计算频偏估计值Δfx；其中，Δfx用于表征第x个用户设备发送的信号的频偏估计值，且x为整数；根据所述频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,u；其中，Ex,u用于表征所述第x个用户设备发送的信号中第u个子载波承载的数据的频偏补偿系数，且0≤u≤N‑1，N为用于表征通信系统中子载波的总数量；根据所述第x个用户设备发送的信号与所述第一频偏补偿系数Ex,u进行卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种基于频域的频偏补偿方法及设备。
背景技术
目前，在正交频分多址(Orthogonal Frequency Division MultipleAccess，OFDMA)通信系统中，将通信带宽分为多个子信道，每个子信道包括多个子载波，然后以子信道为资源单位分配给多个用户设备，这样则可以实现多个用户设备的同时通信，且通过子载波之间的正交性，实现了子载波的高度重叠，大大提升了频谱利用率，因而，OFDMA通信系统被广泛应用。
但是，在实际应用过程中，不可避免的会遇到子载波偏移(Carrier FrequencyOffsets，CFO)的情况，例如发送端与接收端之间的本振(Local Oscillator，LO)频率偏差，发送端处于移动状态中产生的多普勒频移等造成的CFO，而这都会破坏子载波之间的正交性，造成载波间干扰(Inter-Carrier Interference，ICI)，使得接收端接收到信号后解码错误。因此，为了保证通信过程的正常进行，需要准确估计信号发送过程中的CFO，并进行对应的补偿。
目前，针对CFO补偿，或称频偏补偿的方法通常包括基于时域的相位补偿法和基于频域的插值补偿法。其中，基于时域的相位补偿法是将频偏估计值转换成相位，并且反馈给复数乘法器，然后在下一次接收信号的时候进行相位补偿，即使用本次的频偏估计值来补偿下一次的频偏，由于该方法存在反馈环路，因此延迟较高；而基于频域的插值补偿法是指利用频偏估计值在接收的信号频域中进行插值运算，以达到消除ICI的目的，但该方法的精度与插值运算所采用的抽头数量相关，其中，若抽头数量较小，插值运算的精度则很低，但若是抽头数量很多，则插值运算的复杂度很高。
发明内容
本发明实施例提供一种基于频域的频偏补偿方法及设备，用于在频域对信号直接进行频偏补偿。
第一方面，提供一种基于频域的频偏补偿方法，该方法包括：
计算频偏估计值Δfx；其中，Δfx用于表征第x个用户设备发送的信号的频偏估计值，且x为整数；
根据所述频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,u；其中，Ex,u用于表征所述第x个用户设备发送的信号中第u个子载波承载的数据的频偏补偿系数，且0≤u≤N-1，N为用于表征通信系统中子载波的总数量；
根据所述第x个用户设备发送的信号与所述第一频偏补偿系数Ex,u进行卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号。
在一种可选的实现方式中，所述计算频偏估计值Δfx，包括：
根据所述第x个用户设备发送的信号中同一导频子载波承载的两个OFDM符号的数据计算所述频偏估计值Δfx。
在一种可选的实现方式中，根据所述频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,u，包括：
根据所述频偏估计值Δfx利用第一频偏补偿系数计算公式计算第一频偏补偿系数Ex,u，所述第一频偏补偿系数计算公式为
在一种可选的实现方式中，
在根据所述频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,u之后，所述方法还包括：
利用循环前缀相位补偿公式在所述第一频偏补偿系数Ex,u中增加对所述第x个用户设备发送的信号包括的循环前缀相位的补偿，得到第二频偏补偿系数Ex,u,k；所述循环前缀相位补偿公式为
其中，Ex,u,k用于表征所述第x个用户设备发送的信号中第k个OFDM符号的第u个子载波承载的数据的频偏补偿系数；用于表征所述信号中第k个OFDM符号的相位值，且0≤k≤K-1，K为所述第x个用户设备发送的信号包括的OFDM符号的数量；NG为所述循环前缀的长度；
则所述根据所述第x个用户设备发送的信号与所述第一频偏补偿系数Ex,u的卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号，包括：
根据所述第x个用户设备发送的信号与所述第二频偏补偿系数Ex,u,k的卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号。
在一种可选的实现方式中，根据所述第x个用户设备发送的信号与所述第二频偏补偿系数Ex,u,k进行卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号，包括：
将所述第x个用户设备发送的信号与所述第二频偏补偿系数Ex,u,k的卷积，映射为快速傅里叶变换后的所述第x个用户设备发送的信号与快速傅里叶变换后的所述第二频偏补偿系数Ex,u,k的乘积，并将所述乘积确定为所述卷积运算的结果；
根据所述卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行所述频偏补偿后的信号。
第二方面，提供一种基于频域的频偏补偿设备，该设备包括：
计算单元，用于计算频偏估计值Δfx；其中，Δfx用于表征第x个用户设备发送的信号的频偏估计值，且x为整数；并根据所述频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,u；其中，Ex,u用于表征所述第x个用户设备发送的信号中第u个子载波承载的数据的频偏补偿系数，且0≤u≤N-1，N为用于表征通信系统中子载波的总数量；
确定单元，用于根据所述第x个用户设备发送的信号与所述第一频偏补偿系数Ex,u进行卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号。
在一种可选的实现方式中，所述计算单元计算频偏估计值Δfx，包括：
所述计算单元根据所述第x个用户设备发送的信号中同一导频子载波承载的两个OFDM符号的数据计算所述频偏估计值Δfx。
在一种可选的实现方式中，所述计算单元根据所述频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,u，包括：
所述计算单元根据所述频偏估计值Δfx利用第一频偏补偿系数计算公式计算第一频偏补偿系数Ex,u，所述第一频偏补偿系数计算公式为
在一种可选的实现方式中，所述设备还包括循环前缀相位补偿单元；
所述循环前缀相位补偿单元，用于在所述计算单元根据所述频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,u之后，利用循环前缀相位补偿公式在所述第一频偏补偿系数Ex,u中增加对所述第x个用户设备发送的信号包括的循环前缀相位的补偿，得到第二频偏补偿系数Ex,u,k；所述循环前缀相位补偿公式为
其中，Ex,u,k用于表征所述第x个用户设备发送的信号中第k个OFDM符号的第u个子载波承载的数据的频偏补偿系数；用于表征所述第x个用户设备发送的信号中第k个OFDM符号的相位值，且1≤k≤K，K为所述第x个用户设备发送的信号包括的OFDM符号的数量；NG为所述循环前缀的长度；
则所述确定单元根据所述第x个用户设备发送的信号与所述第一频偏补偿系数Ex,u的卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号，包括：
所述确定单元根据所述第x个用户设备发送的信号与所述第二频偏补偿系数Ex,u,k的卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号。
在一种可选的实现方式中，所述确定单元根据所述第x个用户设备发送的信号与所述第二频偏补偿系数Ex,u,k进行卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号，包括：
所述确定单元将所述第x个用户设备发送的信号与所述第二频偏补偿系数Ex,u,k的卷积映射为快速傅里叶变换后的所述第x个用户设备发送的信号与快速傅里叶变换后的所述第二频偏补偿系数Ex,u,k的乘积，并将所述乘积确定为所述卷积运算的结果；根据所述卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号。
第三方面，提供一种计算机装置，其特征在于，所述装置包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如第一方面提供的基于频域的频偏补偿方法的步骤。
第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面提供的基于频域的频偏补偿方法的步骤。
在本发明实施例中，在获取用户设备发送的信号的频偏估计值Δfx，并根据频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,u之后，则能够通过将接收到的信号与第一频偏补偿系数Ex,u进行卷积运算，进而确定进行补偿后的信号。其中，本发明实施例能够在频域获取频偏估计值Δfx之后，直接在频域对信号进行频偏补偿，即不需要向基于时域的频偏补偿方法中那样还需要将频域获取的频偏估计值Δfx转化到时域进行补偿，即能够减小频偏补偿的时延；并且本发明实施例还通过卷积运算来进行补偿，相对减少计算的复杂度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于频域的频偏补偿方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的通信系统系统中子载波分布示意图；
图3为本发明实施例提供的用户设备的数据生成和发送流程；
图4为本发明实施例提供的频偏补偿过程的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的频偏补偿方法进行仿真验证的频偏估计值数据图；
图6为本发明实施例提供的频偏补偿方法进行仿真验证的频偏估计误差值数据图；
图7为本发明实施例提供的未采用频偏补偿和采用本发明实施例的频偏补偿方法进行频偏补偿的误包率对比图；
图8为本发明实施例提供的基于频域的频偏补偿设备的一种结构示意图；
图9为本发明实施例提供的计算机装置的一种结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
以下，对本发明实施例中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解。
用户设备，是指向用户提供语音和/或数据连通性的设备，例如可以包括具有无线连接功能的手持式设备、或连接到无线调制解调器的处理设备。该用户设备可以经无线接入网(Radio Access Network，RAN)与核心网进行通信，与RAN交换语音和/或数据。该用户设备可以包括UE、无线终端设备、移动终端设备、订户单元(Subscriber Unit)、订户站(Subscriber Station)，移动站(Mobile Station)、移动台(Mobile)、远程站(RemoteStation)、接入点(Access Point，AP)、远程终端设备(Remote Terminal)、接入终端设备(Access Terminal)、用户终端设备(User Terminal)、用户代理(User Agent)、或用户装备(User Device)等。例如，可以包括移动电话(或称为“蜂窝”电话)，具有移动终端设备的计算机，便携式、袖珍式、手持式、计算机内置的或者车载的移动装置。例如，个人通信业务(Personal Communication Service，PCS)电话、无绳电话、会话发起协议(SIP)话机、无线本地环路(Wireless Local Loop，WLL)站、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、智能穿戴式设备等设备。
基站，是指接入网中在空中接口上通过一个或多个小区与无线终端设备通信的设备。基站可用于将收到的空中帧与网络协议(Internet Protocol，IP)分组进行相互转换，作为用户设备与接入网的其余部分之间的路由器，其中接入网的其余部分可包括IP网络。基站还可协调对空中接口的属性管理。例如，基站可以包括长期演进(Long TermEvolution，LTE)系统或演进的LTE系统(LTE-Advanced，LTE-A)中的演进型基站(eNB或e-NodeB，evolutional Node B)，或者也可以包括5G系统中的下一代节点B(next generationnode B，gNB)，本发明实施例并不限定。
下面介绍本发明实施例的技术背景。
目前，在正交频分多址(Orthogonal Frequency Division MultipleAccess，OFDMA)通信系统中，不可避免的会遇到子载波偏移(Carrier Frequency Offsets，CFO)的情况，例如发送端与接收端之间的本振(Local Oscillator，LO)频率偏差，发送端处于移动状态中产生的多普勒频移等造成的CFO，而这都会破坏子载波之间的正交性，造成载波间干扰(Inter-Carrier Interference，ICI)，使得接收端接收到信号后解码错误。因此，为了保证通信过程的正常进行，需要准确估计信号发送过程中的CFO，并进行对应的补偿。
目前，针对CFO补偿，或称频偏补偿的方法通常包括基于时域的相位补偿法和基于频域的插值补偿法。其中，基于时域的相位补偿法是将频偏估计值转换成相位，并且反馈给复数乘法器，然后在下一次接收信号的时候进行相位补偿，即使用本次的频偏估计值来补偿下一次的频偏，由于该方法存在反馈环路，因此延迟较高；而基于频域的插值补偿法是指利用频偏估计值在接收的信号频域中进行插值运算，以达到消除ICI的目的，但该方法的精度与插值运算所采用的抽头数量相关，其中，若抽头数量较小，插值运算的精度则很低，但若是抽头数量很多，则插值运算的复杂度很高。
鉴于此，本发明实施例提供一种基于频域的频偏补偿方法，在该方法中，在获取用户设备发送的信号的频偏估计值Δfx，并根据频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,m之后，则能够通过将接收到的信号与第一频偏补偿系数Ex,m进行卷积运算，进而确定进行补偿后的信号。其中，本发明实施例能够在频域获取频偏估计值Δfx之后，直接在频域对信号进行频偏补偿，即不需要向基于时域的频偏补偿方法中那样还需要将频域获取的频偏估计值Δfx转化到时域进行补偿，即能够减小频偏补偿的时延；并且本发明实施例还通过卷积运算来进行补偿，相对减少计算的复杂度。
下面结合附图介绍本发明实施例提供的技术方案。
请参见图1，本发明一实施例提供一种基于频域的频偏补偿方法，该方法可以通过本发明实施例提供基于频域的频偏补偿设备来实现，基于频域的频偏补偿设备可以通过基站或者用户设备等来实现。
本发明实施例提供的方法可以应用于通信系统中的信号接收端，该通信系统例如可以为OFDMA通信系统，因此在对本发明实施例提供的方法进行详细的描述之前，下面将对本发明实施例的通信系统进行描述。
其中，本发明实施例的通信系统中的用户设备的数量可以为L个，这L个用户设备可以通过系统为其配置的子载波来承载所要发送的信号，那么，若是L个用户设备中的第x个用户设备占用的子载波数量为Nx，其中，1≤x≤L，那么这L个用户设备所需的子载波的数量则为即该通信系统中包括的子载波的数量可以为N个。具体的，如图2所示，每个用户设备所占用的子载波均为连续的，例如第1个用户设备发送信号占用的子载波为编号为1～6的子载波，第2个用户设备发送信号占用的子载波为编号为7～16的子载波。
其中，第1个用户设备和第2个用户设备占用的子载波均还包括数据子载波、导频子载波和保护子载波，其中，数据子载波用于承载数据信号，导频子载波用于频偏估计和/或信道估计等，保护子载波用于保护不同用户设备的子载波不发生重叠。
请继续参见图1，该方法包括：
步骤101：计算频偏估计值△fx；其中，△fx用于表征第x个用户设备发送的信号的频偏估计值，且x为整数；
步骤102：根据频偏估计值△fx计算第一频偏补偿系数Ex,u；其中，Ex,u用于表征第x个用户设备发送的信号中第u个子载波承载的数据的频偏补偿系数，且0≤u≤N-1，N为用于表征通信系统中子载波的总数量；
步骤103：根据第x个用户设备发送的信号与第一频偏补偿系数Ex,u进行卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号。
本发明实施例中，为了频偏补偿设备后续能够准确的进行频偏补偿，频偏补偿设备首先需要对接收到的信号的频偏进行估计，即需要计算频偏估计值Δfx；其中，Δfx用于表征第x个用户设备发送的信号的频偏估计值，且x为整数。
本发明实施例中，当频偏补偿设备为基站时，频偏补偿设备可以接收用户设备发送的信号，当然，频偏补偿设备也可以为用户设备，则频偏补偿设备可以接收基站发送的信号，下面将以频偏补偿设备为基站为例进行描述。其中，假设用户设备发送的信号可以用m(t)表示，那么第x个用户设备发送的信号则可以用mx(t)来表示，则基站接收的信号可以为其中，hx(t)表示第x个用户设备的信道响应，z(t)表示加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise，AWGN)。
本发明实施例中，为了更为直接的对方法进行描述，下面将以通信系统包括两个用户设备的简单场景为例进行描述。其中，当只有两个用户设备时，每个用户设备占用的子载波数量可以是相同的。在一个OFDM符号内，两个用户设备的数据生成和发送流程如图3所示。
其中，M1,0～M1,N/2-1为第1个用户设备通过第0～N/2-1个子载波发送的频域数据，即第1个用户设备所占用的子载波为第0～N/2-1个子载波，而在其余子载波上，是不存在第1个用户设备的发送的数据的；M2,N/2+1～M2,N-1为第2个用户设备通过第N/2+1～N-1个子载波发送的频域数据，即第2个用户设备所占用的子载波为第N/2+1～N-1个子载波，而在其余子载波上，是不存在第2个用户设备的发送的数据的；需要声明的是，第N/2个子载波用于作为保护子载波，并未承载任何数据。
在用户设备生成频域数据之后，需要将频域数据经过快速傅里叶逆变换(InverseFast Fourier Transform，IFFT)转换成时域数据，转换后的时域数据在时域上是连续的，例如第1个用户设备的信号经过IFFT之后在时域的数据可以为m1,0～l1,n-1，第2个用户设备的频域数据经过IFFT之后在时域的数据可以为l2,0～l2,n-1，其中，n为采样点的数量。
进一步的，在转换后的时域数据前添加循环前缀(Cyclic Prefix，CP)后，将各个时域数据进行串并变化，即对各个时域数据的发送顺序进行排序，在进行发送时则会按照这个顺序进行发送。用户设备进行串并变化之后，则可以将要发送的数据通过调频操作将数据调制到频带，即图3中所示的第1个用户设备的数据与相乘，以及，第2个用户设备的数据与相乘，其中，fc为频带的中心频率，Δf1和Δf2分别为第1个用户设备和第2个用户设备的频偏值，且为归一化频偏值。通过调频操作能够将各个数据通过相应的子载波进行承载，从而发送给基站。由于在时域，两个不同用户设备的数据是相互重叠的，所以在图3中用相加来表示，即最终接收到的信号y(t)是两个用户设备的信号的总和。
当接收到信号y(t)之后，则会对信号y(t)进行解调处理、模拟数字转换器(Analog-to-digital converter，ADC)采样等处理来获取不同用户设备发送的信号，由于解调处理、ADC采样等处理皆为现有技术通用的信号处理过程，因此在此不再赘述。
由于接收用户设备的信号包括的数据均为时域数据，而计算频偏估计值Δfx需要在频域进行，因此在进行上述信号处理过程，获取不同用户设备发送的信号之后，还需要通过FFT将时域数据转换成频域数据，进而才能进行频偏估计。
具体的，可以根据接收到的第x个用户设备发送的信号中同一导频子载波承载的两个OFDM符号的数据计算频偏估计值Δfx。其中，该信号例如可以是第1个用户设备发送的任意一个信号，或者为第2个用户设备发送的任意一个信号，进而通过将其中同一导频子载波承载的两个OFDM符号的数据进行互相关则可以分别得到系统中的两个用户设备的频偏估计值，即：
其中，分别为第1个用户设备和第2个用户设备的频偏相位估计值；
为接收到的第1个用户设备发送的信号中第P1,a个导频子载波承载的第1个OFDM符号中的数据，为接收到的第2个用户设备发送的信号中第P1,a个导频子载波承载的第2个OFDM符号中的数据的共轭；1≤a≤A，A为第1个用户设备的导频子载波的数量。
为接收到的第2个用户设备发送的信号中第P2,b个导频子载波承载的第1个OFDM符号中的数据，为接收到的第2个用户设备发送的信号中第P2,b个导频子载波承载的第2个OFDM符号中的数据的共轭；1≤b≤B，B为第2个用户设备的导频子载波的数量。
NG为CP的长度。
本发明实施例中，通过导频子载波计算而得的的值的范围均为(-π,π]，因此，相应的，Δf1和Δf2的值的范围为
本发明实施例中，由于上述仅为基于两个用户设备的应用场景，但是很容易可以从两个用户设备的应用场景扩展到X个用户设备的应用场景，即可以得到L个用户设备中第x个用户设备的频偏估计值
本发明实施例中，当计算获取了频偏估计值Δfx之后，则可以根据频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,u；其中，Ex,u用于表征所述信号中第u个子载波承载的数据的频偏补偿系数，且0≤u≤N-1。
具体的，当通过基于时域的频偏补偿法进行频偏补偿时，只需要将接收到的信号与频偏相位估计值相乘。下面将继续以包括2个用户设备的通信系统为例，则通过基于时域的频偏补偿法进行频偏补偿的信号为：
其中，y1，y2分别为接收到的第1个用户设备的信号的和接收到的第2个用户设备的信号的时域表达式；分别为进行频偏补偿后的第1个用户设备的信号和进行频偏补偿后的第2个用户设备的信号的时域表达式。
由于基于时域的频偏补偿法是在时域进行的，但是计算频偏估计值Δfx是在频域进行的，这样，基于时域的频偏补偿法只能通过反馈回路对下一次接收的信号进行补偿，但这样时延方面则不尽如人意，因此本发明实施例中，通过FFT变换将时域进行的频偏补偿在频域进行，即：
其中，Y1,a，Y2,b分别为接收到的第1个用户设备的信号和接收到的第2个用户设备的信号的频域表达式；分别为进行频偏补偿后的第1个用户设备的信号和进行频偏补偿后的第2个用户设备的信号的频域表达式。
可以看到，频域的补偿实际即为接收到的信号与FFT变换后的相位补偿值的卷积，即第一频偏补偿系数即为FFT变换后的相位补偿值，令E1,a和E2,b分别表示第1个用户设备和第2个用户设备的第一频偏补偿系数，则可以得到：
本发明实施例中，由于上述仅为基于两个用户设备的应用场景，但是很容易可以从两个用户设备的应用场景扩展到L个用户设备的应用场景，即可以得到L个用户设备中第x个用户设备发送的信号的第一频偏补偿系数Ex,u计算公式为：
本发明实施例中，由于在频域进行的频偏补偿即为即为接收到的信号与FFT变换后的相位补偿值的卷积，也就是接收到的信号与第一频偏补偿系数Ex,u的卷积，因此，本发明实施例的基于频域的频偏补偿的计算公式即为：
请参见图4，即为本发明实施例的频偏补偿的原理图。其中，在接收到一个时域信号y(n)之后，该时域信号y(n)包括第1个用户设备的发送的信号和第2个用户设备发送的信号，通过串并变化和FFT转换将时域信号转换为频域信号，并分别计算得到第1个用户设备的第一频偏补偿系数E1,a和第1个用户设备的第一频偏补偿系数E2,b，进而通过频域信号和第一频偏补偿系数进行卷积运算以得到补偿后的信号。
本发明实施例中，由于在用户设备与基站进行通信时，通常为发送多个连续的信号，这些连续的信号是由多个OFDM符号组成的，每一个OFDM符号均包括循环前缀和数据部分，而在将时域信号进行FFT变换成频域信号时会去掉循序前缀部分，因此在经过FFT变换后的信号的连续性则会破坏了，相位会发生变化，因此在频域进行频偏补偿时还需要考虑对去掉循环前缀引起的相位变化进行补偿。其中，假设接收到的信号包括K个OFDM符号，则对这K个符号中的第k个OFDM符号进行相位补偿后的第二频偏补偿系数Ex,u,k则为：
其中，为第k个OFDM符号的相位补偿值。
因此，在得到第二频偏补偿系数Ex,u,k之后，本发明实施例的频偏补偿公式则可以为：
其中，由于0≤u≤N-1，也就是说Yx,u,k和Ex,u,k中u的最大取值为N-1，这个N值也是进行FFT变换时的点数，则一个用户设备进行频偏补偿时的线性卷积所需的复数乘法次数为N2，当用户数量过多时，计算量相对也是很大的。例如当N值为512时，则一个用户设备进行频偏补偿时的线性卷积所需的复数乘法次数为N2＝5122，计算量也是很大的，在实际应用中的局限性也较大，因此，在本发明实施例中，还可以进一步的通过FFT变换将接收到的第x个用户设备发送的信号与第二频偏补偿系数Ex,u,k的卷积，映射为FFT变换后的第x个用户设备发送的信号与FFT变换后的第二频偏补偿系数Ex,u,k对应时域系数的乘积，并进行相位补偿也就是说最终的频偏补偿计算公式为：
其中，通过上述FFT变换的方式，将接收到的第x个用户设备发送的信号与第二频偏补偿系数Ex,u,k的卷积，映射为FFT变换后的第x个用户设备发送的信号与FFT变换后的第二频偏补偿系数Ex,u,k对应时域系数的乘积，并进行相位补偿，可以有效的降低计算的复杂度。具体的，N点FFT算法的复数乘法次数为为是已知的，则当用户设备的数量为2时，每个用户设备的子载波数量可以为N/2，那么对这2个用户设备中的其中一个用户设备进行频偏补偿所需要的复数乘法次数为则当用户设备的数量为4时，每个用户设备的子载波数量可以为N/4，那么对这4个用户设备中的其中一个用户设备进行频偏补偿所需要的复数乘法次数为从这可以明显的看到，当用户设备的数量越多时，对每个用户设备进行频偏补偿时所采用的复数乘法次数是越来越少的，即算法复杂度越来越低。
本发明实施例中，由于在实际的通信过程中，信号的接收过程是一个连续的过程，除了降低算法的复杂度之外，在进行频偏补偿还需要考虑对循环前缀的相位补偿。
请参见图5～图7，依次为通过本发明实施例的频偏补偿方法进行仿真验证的频偏估计值数据图、频偏估计值误差数据图和频偏补偿前后的误包率(Packet Error Rate，PER)性能曲线对比图。其中，仿真验证所采用的通信系统包括两个用户设备，该通信系统中子载波数量N为512，NG取32(根据通信协议802.11ax带宽40MHz，循环前缀0.8us进行选取的)，并将两个用户设备的频偏值设置为Δf2＝-Δf1，Δf1∈[-0.4,0.4]，通过AWGN信道发送信号，信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)为35dB，信号编码方式为MCS0，发送信号承载的数据的字节长度为4096字节。
在图5～图7中，横坐标均为发送的信号设置的频偏值，纵坐标一次为信号接收端计算所得的频偏估计值、频偏估计值误差值和误包率。从图7中可以明显的看到，在通过本发明实施例的方法进行频偏补偿后，频偏误差值的数量级均在10-3数量级，对应的PER的数量级都在10-1以下，因此可见，本发明实施例所提供的算法能够对频偏进行有效校正，系统的性能得到了明显的提升。
综上所述，在获取第x用户设备发送的信号的频偏估计值Δfx，并根据频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,m之后，则能够通过将接收到的信号与第一频偏补偿系数Ex,m进行卷积运算，进而确定进行补偿后的信号。其中，本发明实施例能够在频域获取频偏估计值Δfx之后，直接在频域对信号进行频偏补偿，即不需要向基于时域的频偏补偿方法中那样还需要将频域获取的频偏估计值Δfx转化到时域进行补偿，即能够减小频偏补偿的时延；并且本发明实施例还通过卷积运算来进行补偿，相对减少计算的复杂度。
下面结合附图介绍本发明实施例提供的设备。
请参见图8，基于同一发明构思，本发明一实施例提供一种基于频域的频偏补偿设备80。该设备包括：
计算单元801，用于计算频偏估计值Δfx；其中，Δfx用于表征第x个用户设备发送的信号的频偏估计值，且x为整数；并根据频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,u；其中，Ex,u用于表征第x个用户设备发送的信号中第u个子载波承载的数据的频偏补偿系数，且0≤u≤N-1，N为用于表征通信系统中子载波的总数量；
确定单元802，用于根据第x个用户设备发送的信号与第一频偏补偿系数Ex,u进行卷积运算的结果，确定对第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号。
在一种可选的实现方式中，计算单元801计算频偏估计值Δfx，包括：
计算单元801根据第x个用户设备发送的信号中同一导频子载波承载的两个OFDM符号的数据计算频偏估计值Δfx。
在一种可选的实现方式中，计算单元801根据频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,u，包括：
计算单元801根据频偏估计值Δfx利用第一频偏补偿系数计算公式计算第一频偏补偿系数Ex,u，第一频偏补偿系数计算公式为
在一种可选的实现方式中，设备还包括循环前缀相位补偿单元803；
循环前缀相位补偿单元803，用于在计算单元801根据频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,u之后，利用循环前缀相位补偿公式在第一频偏补偿系数Ex,u中增加对第x个用户设备发送的信号包括的循环前缀相位的补偿，得到第二频偏补偿系数Ex,u,k；循环前缀相位补偿公式为
其中，Ex,u,k用于表征第x个用户设备发送的信号中第k个OFDM符号的第u个子载波承载的数据的频偏补偿系数；用于表征第x个用户设备发送的信号中第k个OFDM符号的相位值，且1≤k≤K，K为第x个用户设备发送的信号包括的OFDM符号的数量；NG为循环前缀的长度；
则确定单元802根据第x个用户设备发送的信号与第一频偏补偿系数Ex,u的卷积运算的结果，确定对第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号，包括：
确定单元802根据第x个用户设备发送的信号与第二频偏补偿系数Ex,u,k的卷积运算的结果，确定对第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号。
在一种可选的实现方式中，确定单元802根据第x个用户设备发送的信号与第二频偏补偿系数Ex,u,k进行卷积运算的结果，确定对第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号，包括：
确定单元802将第x个用户设备发送的信号与第二频偏补偿系数Ex,u,k的卷积映射为快速傅里叶变换后的第x个用户设备发送的信号与快速傅里叶变换后的第二频偏补偿系数Ex,u,k的乘积，并将乘积确定为卷积运算的结果；根据卷积运算的结果，确定对第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号。
该频偏补偿设备80可以用于执行图1所示的实施例所提供的方法，例如该设备为前所述的基站或者用户设备等。因此，对于该设备的各功能模块所能够实现的功能等可参考图1所示的实施例的描述，不多赘述。其中，由于循环前缀相位补偿单元803不是必选的功能模块，因此在图8中以虚线示出。
请参见图9，本发明一实施例还提供一种计算机装置，该计算机装置包括处理器901，处理器901用于执行存储器中存储的计算机程序时实现本发明实施例提供的基于频域的频偏补偿方法的步骤。
可选的，至少一个处理器901具体可以包括中央处理器(CPU)、特定应用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)，可以是一个或多个用于控制程序执行的集成电路，可以是使用现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)开发的硬件电路，可以是基带处理器。
可选的，至少一个处理器901可以包括至少一个处理核心。
可选的，该计算机装置还包括存储器902，存储器902可以包括只读存储器(readonly memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)和磁盘存储器。存储器902用于存储至少一个处理器901运行时所需的数据。存储器902的数量为一个或多个。其中，存储器902在图9中一并示出，但需要知道的是存储器902不是必选的功能模块，因此在图9中以虚线示出。
在本发明实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
在本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，或者各个单元也可以均是独立的物理模块。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备，例如可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等，或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：通用串行总线闪存盘(universal serial bus flash drive)、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以对本申请的技术方案进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明实施例的方法，不应理解为对本发明实施例的限制。本技术领域的技术人员可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明实施例的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种基于频域的频偏补偿方法，其特征在于，包括：
计算频偏估计值Δfx；其中，Δfx用于表征第x个用户设备发送的信号的频偏估计值，且x为整数；
根据所述频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,u；其中，Ex,u用于表征所述第x个用户设备发送的信号中第u个子载波承载的数据的频偏补偿系数，且0≤u≤N-1，N为用于表征通信系统中子载波的总数量；
根据所述第x个用户设备发送的信号与所述第一频偏补偿系数Ex,u进行卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算频偏估计值Δfx，包括：
根据所述第x个用户设备发送的信号中同一导频子载波承载的两个OFDM符号的数据计算所述频偏估计值Δfx。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,u，包括：
根据所述频偏估计值Δfx利用第一频偏补偿系数计算公式计算第一频偏补偿系数Ex,u，所述第一频偏补偿系数计算公式为
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4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，
在根据所述频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,u之后，所述方法还包括：
利用循环前缀相位补偿公式在所述第一频偏补偿系数Ex,u中增加对所述第x个用户设备发送的信号包括的循环前缀相位的补偿，得到第二频偏补偿系数Ex,u,k；所述循环前缀相位补偿公式为
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其中，Ex,u,k用于表征所述第x个用户设备发送的信号中第k个OFDM符号的第u个子载波承载的数据的频偏补偿系数；用于表征所述信号中第k个OFDM符号的相位值，且0≤k≤K-1，K为所述第x个用户设备发送的信号包括的OFDM符号的数量；NG为所述循环前缀的长度；
则所述根据所述第x个用户设备发送的信号与所述第一频偏补偿系数Ex,u的卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号，包括：
根据所述第x个用户设备发送的信号与所述第二频偏补偿系数Ex,u,k的卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述第x个用户设备发送的信号与所述第二频偏补偿系数Ex,u,k进行卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号，包括：
将所述第x个用户设备发送的信号与所述第二频偏补偿系数Ex,u,k的卷积，映射为快速傅里叶变换后的所述第x个用户设备发送的信号与快速傅里叶变换后的所述第二频偏补偿系数Ex,u,k的乘积，并将所述乘积确定为所述卷积运算的结果；
根据所述卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行所述频偏补偿后的信号。
6.一种基于频域的频偏补偿设备，其特征在于，包括：
计算单元，用于计算频偏估计值Δfx；其中，Δfx用于表征第x个用户设备发送的信号的频偏估计值，且x为整数；并根据所述频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,u；其中，Ex,u用于表征所述第x个用户设备发送的信号中第u个子载波承载的数据的频偏补偿系数，且0≤u≤N-1，N为用于表征通信系统中子载波的总数量；
确定单元，用于根据所述第x个用户设备发送的信号与所述第一频偏补偿系数Ex,u进行卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述计算单元计算频偏估计值Δfx，包括：
所述计算单元根据所述第x个用户设备发送的信号中同一导频子载波承载的两个OFDM符号的数据计算所述频偏估计值Δfx。
8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述计算单元根据所述频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,u，包括：
所述计算单元根据所述频偏估计值Δfx利用第一频偏补偿系数计算公式计算第一频偏补偿系数Ex,u，所述第一频偏补偿系数计算公式为
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9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述设备还包括循环前缀相位补偿单元；
所述循环前缀相位补偿单元，用于在所述计算单元根据所述频偏估计值Δfx计算第一频偏补偿系数Ex,u之后，利用循环前缀相位补偿公式在所述第一频偏补偿系数Ex,u中增加对所述第x个用户设备发送的信号包括的循环前缀相位的补偿，得到第二频偏补偿系数Ex,u,k；所述循环前缀相位补偿公式为
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其中，Ex,u,k用于表征所述第x个用户设备发送的信号中第k个OFDM符号的第u个子载波承载的数据的频偏补偿系数；用于表征所述第x个用户设备发送的信号中第k个OFDM符号的相位值，且1≤k≤K，K为所述第x个用户设备发送的信号包括的OFDM符号的数量；NG为所述循环前缀的长度；
则所述确定单元根据所述第x个用户设备发送的信号与所述第一频偏补偿系数Ex,u的卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号，包括：
所述确定单元根据所述第x个用户设备发送的信号与所述第二频偏补偿系数Ex,u,k的卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述确定单元根据所述第x个用户设备发送的信号与所述第二频偏补偿系数Ex,u,k进行卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号，包括：
所述确定单元将所述第x个用户设备发送的信号与所述第二频偏补偿系数Ex,u,k的卷积映射为快速傅里叶变换后的所述第x个用户设备发送的信号与快速傅里叶变换后的所述第二频偏补偿系数Ex,u,k的乘积，并将所述乘积确定为所述卷积运算的结果；根据所述卷积运算的结果，确定对所述第x个用户设备发送的信号进行频偏补偿后的信号。
11.一种计算机装置，其特征在于，所述装置包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1-5中任一项所述方法的步骤。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述方法的步骤。
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