CN108881092B - 一种基于5g通信网络的频偏估计方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于5G通信网络的频偏估计方法及系统，该频偏估计方法包括：在不同采样点获取参考信号，提取每个参考信号的循环前缀和末尾数据；计算每个参考信号的相位差和所有参考信号的平均相位差；通过平均相位差和每个参考信号的相位差，得到每个参考信号的频偏值。本发明实施例通过在连续采样点获取相关的参考信号，获取参考信号的循环前缀和末尾数据用以计算该参考信号的相位差，通过参考信号的相位差计算得到每个参考信号的频偏值，通过各参考信号的频偏值对相应的采样点进行频偏补偿，消除高速移动所带来的多普勒偏移，提高接收端的解调性能。

Description

一种基于5G通信网络的频偏估计方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于5G通信网络的频偏估计方法及系统。

背景技术

随着互联网的迅猛发展，为了满足人们日益增长的带宽需求，更高速的接入技术被提上日程。下一代数字用户线技术是未来最重要的高速有线接入技术，可以达到超过1Gbps的接入速率，将大幅度地提升网络速度。

影响系统的同步性能的主要是采样频率同步，在高载波、高速率的OFDM系统中采样频偏的影响十分严重，系统的高速传输需要精准地估计采样频偏并进行补偿。频率偏差主要由发射机与接收机之间晶振频率偏差、多普勒偏移和相位噪声引入。由于多载波系统相对于单载波系统来说，更灵敏于频率偏差，所以多载波系统中频率同步更为重要。载波频率同步误差造成接收信号在频域的偏移。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明的至少一个实施例提供了一种基于5G通信网络的频偏估计方法，包括：

在连续采样点分别获取参考信号，提取每个所述参考信号的循环前缀和末尾数据；

通过每个所述参考信号的循环前缀和末尾数据计算每个所述参考信号的相位差和所有参考信号的平均相位差；

通过所述平均相位差和每个所述参考信号的相位差，得到每个所述参考信号的频偏值；

通过每个所述参考信号的频偏值分别对每个参考信号进行频偏补偿。

基于上述技术方案，本发明实施例还可以做出如下改进。

可选的，所述通过所述平均相位差和每个所述参考信号的相位差，得到所述参考信号的频偏值，具体包括：

通过所述平均相位差计算所有所述参考信号的平均频偏值；

通过所述参考信号的相位差计算所述参考信号的预备频偏值；

计算所述预备频偏值和所述平均频偏值的差值；判断所述差值是否在预设范围内，若是，则所述预备频偏值合格，将所述预备频偏值作为所述参考信号的频偏值；若否，则所述预备频偏值不合格，重新在对应所述采样点采集参考信息。

可选的，所述提取每个所述参考信号的循环前缀和末尾数据，具体包括：

获取所述参考信号的循环前缀和末尾数据的到达时间；

通过如下计算公式表示所述参考信号的循环前缀和末尾数据：

其中，r1为循环前缀，r2为末尾数据，Δf_c为频偏值，nTs为所述循环前缀的到达时间，(n+N_d)Ts为所述末尾数据的到达时间，Ts为LTE通信系统中最小时间单位。

可选的，所述通过所述平均相位差和每个所述参考信号的相位差，得到每个所述参考信号的频偏值，具体包括：通过如下计算公式计算所述平均频偏值或所述预备频偏值：

其中，Δf_c为频偏值，N_dTs为所述循环前缀和所述末尾数据到达时间间隔，Ts为LTE通信系统中最小时间单位，ln为自然对数函数，R为所述平均相位差或所述参考信号的相位差。

可选的，该频偏估计方法还包括：

计算频偏补偿过后的参考信号的循环前缀和末尾数据的误差相位差；

通过所述误差相位差计算误差频偏值；

将所述误差频偏值与所述频偏值求和，得到精准频偏值。

本发明实施例还提供了一种基于5G通信网络的频偏估计系统，包括：获取子系统、计算子系统、处理子系统；

所述获取子系统，用于在连续采样点分别获取参考信号，提取每个所述参考信号的循环前缀和末尾数据；

所述计算子系统，用于通过每个所述参考信号的循环前缀和末尾数据计算每个所述参考信号的相位差和所有参考信号的平均相位差；

所述计算子系统，还用于通过所述平均相位差和每个所述参考信号的相位差，得到每个所述参考信号的频偏值；

所述处理子系统，用于通过每个所述参考信号的频偏值分别对每个参考信号进行频偏补偿。

可选的，还包括：判断子系统；

所述计算子系统，具体用于通过所述平均相位差计算所有所述参考信号的平均频偏值；通过所述参考信号的相位差计算所述参考信号的预备频偏值；并计算所述预备频偏值和所述平均频偏值的差值；

所述判断子系统，用于判断所述差值是否在预设范围内，若是，则所述预备频偏值合格，将所述预备频偏值作为所述参考信号的频偏值；若否，则所述预备频偏值不合格，重新在对应所述采样点采集参考信息。

可选的，所述获取子系统，具体用于获取所述参考信号的循环前缀和末尾数据的到达时间；

所述计算子系统，具体用于通过如下计算公式表示所述参考信号的循环前缀和末尾数据；

其中，r1为循环前缀，r2为末尾数据，Δf_c为频偏值，nTs为所述循环前缀的到达时间，(n+N_d)Ts为所述末尾数据的到达时间，Ts为LTE通信系统中最小时间单位。

可选的，所述计算子系统，具体用于通过如下计算公式计算所述平均频偏值或所述预备频偏值：

其中，Δf_c为频偏值，N_dTs为所述循环前缀和所述末尾数据到达时间间隔，Ts为LTE通信系统中最小时间单位，ln为自然对数函数，R为所述平均相位差或所述参考信号的相位差。

可选的，所述计算子系统，具体用于计算频偏补偿过后的参考信号的循环前缀和末尾数据的误差相位差；通过所述误差相位差计算误差频偏值；将所述误差频偏值与所述频偏值求和，得到精准频偏值。

本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明实施例通过在连续采样点获取相关的参考信号，获取参考信号的循环前缀和末尾数据用以计算该参考信号的相位差，通过参考信号的相位差计算得到每个参考信号的频偏值，通过各参考信号的频偏值对相应的采样点进行频偏补偿，消除高速移动所带来的多普勒偏移，提高接收端的解调性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于5G通信网络的频偏估计方法流程示意图；

图2是本发明另一实施例提供的一种基于5G通信网络的频偏估计方法流程示意图；

图3是本发明又一实施例提供的一种基于5G通信网络的频偏估计方法流程示意图；

图4是本发明又一实施例提供的一种基于5G通信网络的频偏估计系统结构示意图；

图5是本发明又一实施例提供的一种基于5G通信网络的频偏估计系统结构示意图其二。

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，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供的一种基于5G通信网络的频偏估计方法，包括：

S11、在连续采样点分别获取参考信号，提取每个参考信号的循环前缀和末尾数据。

具体的，由于发送端时域各符号所添加循环数据与末尾数据完全一致，经过信道时产生不同的相位变化值，提取各参考信号的循环前缀和末尾数据用于后续处理，其中，连续采样点的参考信号可以是连续时间间隔内的同一用户终端发送的数据的连续子帧。

S12、通过每个参考信号的循环前缀和末尾数据计算每个参考信号的相位差和所有参考信号的平均相位差。

具体的，计算得到每个参考信号的相位差和所有参考信号的平均相位差，对接受到的参考信号进行自相关运算，从相关结果中提取相位信息，即对循环前缀和末尾数据进行自相关运算，还可以采用，若接收端已知接收端发射的参考信号时，通过已知的参考信号和经信道传输的参考信号进行互相关运算，得到参考信号的相位差。

S13、通过平均相位差和每个参考信号的相位差，得到每个参考信号的频偏值。

具体的，通过参考信号的相位差计算得到该参考信号的频偏值，平均相位差可代替连续采样点内的用户终端的移动情况，在一个连续的采样点时间内，该平均相位差应符合大多数采样点所采集的参考信号的相位差，所以可通过该平均相位差对所有参考信号的相位差进行过滤，筛除误差较大的参考信号，降低总体计算量，比如，通过平均相位差计算所有参考信号的平均频偏值；通过参考信号的相位差计算参考信号的预备频偏值；计算预备频偏值和平均频偏值的差值；判断差值是否在预设范围内，若是，则预备频偏值合格，将预备频偏值作为参考信号的频偏值；若否，则预备频偏值不合格，重新在对应采样点采集参考信息。

S14、通过每个参考信号的频偏值分别对每个参考信号进行频偏补偿。

具体的，通过对应的频偏值对参考信号进行频偏补偿，减少频偏对接收端解调工作的影响，提高解调性能，从而解调出正确的信息。

上述实施例中，获取连续的参考信号，根据各参考信号的循环前缀和末尾数据分别得到个参考信号的相位差，并计算得到各参考信号的频偏值，通过频偏值对各参考信号进行频偏补偿，消除因用户终端运动导致的频偏，提高接收端的解调性能。

如图2所示，本发明另一实施例提供的一种基于5G通信网络的频偏估计方法，包括：

S21、在连续采样点分别获取参考信号，获取参考信号的循环前缀和末尾数据的到达时间。

具体的，由于发送端时域各符号所添加循环数据与末尾数据完全一致，经过信道时产生不同的相位变化值，提取各参考信号的循环前缀和末尾数据用于后续处理，其中，连续采样点的参考信号可以是连续时间间隔内的同一用户终端发送的数据的连续子帧。

S22、通过循环前缀和末尾数据的到达时间代入如下计算公式表示参考信号的循环前缀和末尾数据：

其中，r1为循环前缀，r2为末尾数据，Δf_c为频偏值，nTs为循环前缀的到达时间，(n+N_d)Ts为末尾数据的到达时间，Ts为LTE通信系统中最小时间单位。

S23、通过每个参考信号的循环前缀和末尾数据计算每个参考信号的相位差和所有参考信号的平均相位差。

具体的，计算得到每个参考信号的相位差和所有参考信号的平均相位差，对接受到的参考信号进行自相关运算，从相关结果中提取相位信息，即对循环前缀和末尾数据进行自相关运算，还可以采用，若接收端已知接收端发射的参考信号时，通过已知的参考信号和经信道传输的参考信号进行互相关运算，得到参考信号的相位差。

S24、通过如下计算公式计算平均频偏值或预备频偏值：

其中，Δf_c为频偏值，N_dTs为循环前缀和末尾数据到达时间间隔，Ts为LTE通信系统中最小时间单位，ln为自然对数函数，R为平均相位差或参考信号的相位差。

S25、计算所述预备频偏值和所述平均频偏值的差值；判断所述差值是否在预设范围内，若是，则所述预备频偏值合格，将所述预备频偏值作为所述参考信号的频偏值；若否，则所述预备频偏值不合格，重新在对应所述采样点采集参考信息。

具体的，本步骤通过平均频偏值对预设频偏值进行筛选，剔除误差较大的频偏值，降低数据处理量。

S26、通过每个参考信号的频偏值分别对每个参考信号进行频偏补偿。

具体的，通过对应的频偏值对参考信号进行频偏补偿，减少频偏对接收端解调工作的影响，提高解调性能，从而解调出正确的信息。

上述实施例中，通过相位差计算得到相应的频偏差，根据频偏差对参考信号记性频偏补偿，保证接收的参考信号和发射的参考信号一致，所有的信息都可以完整的保留，提高解调效率和最终得到的数据的完整性。

如图3所示，本发明又一实施例提供的一种基于5G通信网络的频偏估计方法，包括：

S31、在连续采样点分别获取参考信号，提取每个参考信号的循环前缀和末尾数据。

具体的，由于发送端时域各符号所添加循环数据与末尾数据完全一致，经过信道时产生不同的相位变化值，提取各参考信号的循环前缀和末尾数据用于后续处理，其中，连续采样点的参考信号可以是连续时间间隔内的同一用户终端发送的数据的连续子帧。

S32、通过每个参考信号的循环前缀和末尾数据计算每个参考信号的相位差和所有参考信号的平均相位差。

具体的，计算得到每个参考信号的相位差和所有参考信号的平均相位差，对接受到的参考信号进行自相关运算，从相关结果中提取相位信息，即对循环前缀和末尾数据进行自相关运算，还可以采用，若接收端已知接收端发射的参考信号时，通过已知的参考信号和经信道传输的参考信号进行互相关运算，得到参考信号的相位差。

S33、通过平均相位差和每个参考信号的相位差，得到每个参考信号的频偏值。

具体的，通过参考信号的相位差计算得到该参考信号的频偏值，平均相位差可代替连续采样点内的用户终端的移动情况，在一个连续的采样点时间内，该平均相位差应符合大多数采样点所采集的参考信号的相位差，所以可通过该平均相位差对所有参考信号的相位差进行过滤，筛除误差较大的参考信号，降低总体计算量，比如，通过平均相位差计算所有参考信号的平均频偏值；通过参考信号的相位差计算参考信号的预备频偏值；计算预备频偏值和平均频偏值的差值；判断差值是否在预设范围内，若是，则预备频偏值合格，将预备频偏值作为参考信号的频偏值；若否，则预备频偏值不合格，重新在对应采样点采集参考信息。

S34、通过每个参考信号的频偏值分别对每个参考信号进行频偏补偿。

具体的，通过对应的频偏值对参考信号进行频偏补偿，减少频偏对接收端解调工作的影响，提高解调性能，从而解调出正确的信息。

S35、计算频偏补偿过后的参考信号的循环前缀和末尾数据的误差相位差。

具体的，由于上述步骤中忽略了噪声对计算过程的影响，对参考信号进行频偏补偿后，参考信号还是会具有一定的频偏，所以此时的参考信号的循环前缀和末尾数据还是会出现相位差。

S36、通过所述误差相位差计算误差频偏值。

具体的，再次通过相位差计算相应的频偏值，减少由此减少噪声对频偏值的影响，可选的，通过误差频偏值可再次对参考信号进行频偏补偿，再次执行S35和S36以此实现不断的迭代，不仅可以去掉噪声对频偏值的影响，还可以去掉其他不良因素的干扰，迭代的次数可提进行限定，以减少计算次数，在本实施例中，仅迭代一次就可以极大的减小噪声对计算频偏值的影响，故不做迭代以降低计算数量。

S37、将所述误差频偏值与所述频偏值求和，得到精准频偏值。

上述实施例中，对已经进行过频偏补偿的参考信号再次进行处理，得到误差相位值后，再次计算相应的频偏值对参考信号进行频偏补偿，进一步回复参考信号的频率，提高解调出来的信号的完整性。

如图4所示，本发明实施例还提供了一种基于5G通信网络的频偏估计系统，包括：获取子系统、计算子系统、处理子系统。

在本实施例中，获取子系统，用于在连续采样点分别获取参考信号，提取每个参考信号的循环前缀和末尾数据，并获取参考信号的循环前缀和末尾数据的到达时间。

在本实施例中，计算子系统，用于通过每个参考信号的循环前缀和末尾数据计算每个参考信号的相位差和所有参考信号的平均相位差，具体的，通过如下计算公式表示参考信号的循环前缀和末尾数据；

其中，r1为循环前缀，r2为末尾数据，Δf_c为频偏值，nTs为循环前缀的到达时间，(n+N_d)Ts为末尾数据的到达时间，Ts为LTE通信系统中最小时间单位；

通过如下计算公式计算平均频偏值或预备频偏值：

其中，Δf_c为频偏值，N_dTs为循环前缀和末尾数据到达时间间隔，Ts为LTE通信系统中最小时间单位，ln为自然对数函数，R为平均相位差或参考信号的相位差。

在本实施例中，计算子系统，还用于通过平均相位差和每个参考信号的相位差，得到每个参考信号的频偏值，具体的，通过平均相位差计算所有参考信号的平均频偏值；通过参考信号的相位差计算参考信号的预备频偏值；并计算预备频偏值和平均频偏值的差值。

在本实施例中，还包括：判断子系统；用于判断差值是否在预设范围内，若是，则预备频偏值合格，将预备频偏值作为参考信号的频偏值；若否，则预备频偏值不合格，重新在对应采样点采集参考信息。

在本实施例中，处理子系统，用于通过每个参考信号的频偏值分别对每个参考信号进行频偏补偿。

如图5所示，在本实施例中，获取子系统，还用于获取频偏补偿后的参考信号的循环前缀和末尾数据。

在本实施例中，计算子系统，具体用于计算频偏补偿过后的参考信号的循环前缀和末尾数据的误差相位差；通过误差相位差计算误差频偏值；将误差频偏值与频偏值求和，得到精准频偏值。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于5G通信网络的频偏估计方法，其特征在于，包括：

在连续采样点分别获取参考信号，提取每个所述参考信号的循环前缀和末尾数据；

通过每个所述参考信号的循环前缀和末尾数据计算每个所述参考信号的相位差和所有参考信号的平均相位差；

通过所述平均相位差和每个所述参考信号的相位差，得到每个所述参考信号的频偏值；

通过每个所述参考信号的频偏值分别对每个参考信号进行频偏补偿；

所述通过所述平均相位差和每个所述参考信号的相位差，得到所述参考信号的频偏值，具体包括：

通过所述平均相位差计算所有所述参考信号的平均频偏值；

通过所述参考信号的相位差计算所述参考信号的预备频偏值；

计算所述预备频偏值和所述平均频偏值的差值；判断所述差值是否在预设范围内，若是，则所述预备频偏值合格，将所述预备频偏值作为所述参考信号的频偏值；若否，则所述预备频偏值不合格，重新在对应所述采样点采集参考信号；

频偏估计方法还包括：

计算频偏补偿过后的参考信号的循环前缀和末尾数据的误差相位差；

通过所述误差相位差计算误差频偏值；

将所述误差频偏值与所述频偏值求和，得到精准频偏值；

通过误差频偏值再次对参考信号进行频偏补偿后，再次执行计算频偏补偿过后的参考信号的循环前缀和末尾数据的误差相位差；通过所述误差相位差计算误差频偏值；将所述误差频偏值与所述频偏值求和，得到精准频偏值；通过误差频偏值再次对参考信号进行频偏补偿的步骤，直至频偏补偿的次数达到预设次数。

2.根据权利要求1所述的频偏估计方法，其特征在于，所述提取每个所述参考信号的循环前缀和末尾数据，具体包括：

获取所述参考信号的循环前缀和末尾数据的到达时间；

通过如下计算公式表示所述参考信号的循环前缀和末尾数据：

其中，r1为循环前缀，r2为末尾数据，Δf_c为频偏值，nTs为所述循环前缀的到达时间，(n+N_d)Ts为所述末尾数据的到达时间，Ts为LTE通信系统中最小时间单位。

3.根据权利要求2所述的频偏估计方法，其特征在于，所述通过所述平均相位差和每个所述参考信号的相位差，得到每个所述参考信号的频偏值，具体包括：通过如下计算公式计算所述平均频偏值或所述预备频偏值：

其中，Δf_c为频偏值，N_dTs为所述循环前缀和所述末尾数据到达时间间隔，Ts为LTE通信系统中最小时间单位，ln为自然对数函数，R为所述平均相位差或所述参考信号的相位差。

4.一种基于5G通信网络的频偏估计系统，其特征在于，包括：获取子系统、计算子系统、处理子系统；

所述获取子系统，用于在连续采样点分别获取参考信号，提取每个所述参考信号的循环前缀和末尾数据；

所述计算子系统，用于通过每个所述参考信号的循环前缀和末尾数据计算每个所述参考信号的相位差和所有参考信号的平均相位差；

所述计算子系统，还用于通过所述平均相位差和每个所述参考信号的相位差，得到每个所述参考信号的频偏值；

所述处理子系统，用于通过每个所述参考信号的频偏值分别对每个参考信号进行频偏补偿；

所述估计系统还包括：判断子系统；

所述计算子系统，具体用于通过所述平均相位差计算所有所述参考信号的平均频偏值；通过所述参考信号的相位差计算所述参考信号的预备频偏值；并计算所述预备频偏值和所述平均频偏值的差值；

所述判断子系统，用于判断所述差值是否在预设范围内，若是，则所述预备频偏值合格，将所述预备频偏值作为所述参考信号的频偏值；若否，则所述预备频偏值不合格，重新在对应所述采样点采集参考信号；

所述计算子系统，具体用于计算频偏补偿过后的参考信号的循环前缀和末尾数据的误差相位差；通过所述误差相位差计算误差频偏值；将所述误差频偏值与所述频偏值求和，得到精准频偏值；

所述处理子系统，具体用于通过误差频偏值再次对参考信号进行频偏补偿后，再次通过计算子系统计算频偏补偿过后的参考信号的循环前缀和末尾数据的误差相位差；通过所述误差相位差计算误差频偏值；将所述误差频偏值与所述频偏值求和，得到精准频偏值；通过误差频偏值再次对参考信号进行频偏补偿，直至频偏补偿的次数达到预设次数。

5.根据权利要求4所述的频偏估计系统，其特征在于，所述获取子系统，具体用于获取所述参考信号的循环前缀和末尾数据的到达时间；

所述计算子系统，具体用于通过如下计算公式表示所述参考信号的循环前缀和末尾数据；

其中，r1为循环前缀，r2为末尾数据，Δf_c为频偏值，nTs为所述循环前缀的到达时间，(n+N_d)Ts为所述末尾数据的到达时间，Ts为LTE通信系统中最小时间单位。

6.根据权利要求5所述的频偏估计系统，其特征在于，所述计算子系统，具体用于通过如下计算公式计算所述平均频偏值或所述预备频偏值：

其中，Δf_c为频偏值，N_dTs为所述循环前缀和所述末尾数据到达时间间隔，Ts为LTE通信系统中最小时间单位，ln为自然对数函数，R为所述平均相位差或所述参考信号的相位差。

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