CN111107028A - 一种5g系统基于pss与sss联合的频偏估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种5G系统基于PSS与SSS联合的频偏估计方法，属于无线通信领域。该方法首先基于同一个时隙中第一个SSB块中PSS信号和SSS信号之间的相关性计算频偏freq_ps；然后利用同一时隙中的第一个SSB块中PSS信号和第二个SSB块中SSS信号计算频偏freq_sp；最后利用freq_ps修正freq_sp得到最终频偏freq。在频偏估计范围不变的情况下进一步提高频偏估计精度；而且不占用额外的频带资源；受噪声和多径等干扰影响小，且消除传统联合频偏估计算法中的极性翻转。

Description

一种5G系统基于PSS与SSS联合的频偏估计方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及一种5G系统基于PSS与SSS联合的频偏估计方法。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)作为无线通信中的一种关键技术，具有频谱资源利用率高、抗衰落能力强等优点，但是其明显的缺点是对子载波间的正交性有严格的要求。而载波频率偏移会破坏子载波间的正交性，导致子信道间干扰(Inter-Channel Interference，ICI)，严重降低接收机性能。因此，必须在接收端对频偏进行估计和补偿。

现有的频偏估计方法分为整数倍频偏估计(Integer Frequency Offset,IFO)方法和小数倍频偏估计(Fractional Frequency Offset,FFO)方法。IFO导致接收数据产生循环移位，使得解调数据完全错误；FFO破坏子载波间的正交性，严重影响接收机性能。现有整数倍频偏估计算法研究已经很成熟，但是小数倍频偏估计算法仍然存在估计精度低、估计范围小、频谱资源利用率高的问题，尤其在高速场景下，频偏估计范围、频偏估计精度和频谱资源利用率之间很难取得平衡。小数倍频偏估计方法主要包括基于循环前缀(CyclicPrefix,CP)的频偏估计方法、基于参考信号(Reference Signal，RS)的频偏估计方法、基于训练序列频偏估计算法，或联合以上算法进行频偏估计。

基于循环前缀(cyclic prefix,CP)的频偏估计算法频偏估计范围为[-7.5KHZ,7.5KHZ]，但是该算法的频偏估计值容易受噪声、多径的影响，估计精度不高、基于主同步信号(Primary Synchronization Signal,PSS)和辅同步信号(Secondary SynchronizationSignal,SSS)的频偏估计算法频偏估计范围为[-7KHZ,7KHZ]，该算法的频偏估计值不易受噪声、多径的影响，但是估计精度不高，或者降低频偏估计范围时，当频频估计值接近频偏估计范围边缘时，容易导致估计频偏估计结果发生极性翻转，从而使最终估计结果发生错误。

传统于频偏估计算法无法兼顾估计精度和范围，而且很多基于训练序列的频偏估计算法虽然增大了频偏精度，但大大增加了计算复杂度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种5G系统基于PSS与SSS联合的频偏估计方法，在频偏估计范围不变的情况下进一步提高频偏估计精度；而且不占用额外的频带资源；受噪声和多径等干扰影响小，且消除传统联合频偏估计算法中的极性翻转。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种5G系统基于PSS与SSS联合的频偏估计方法，首先基于同一个时隙中第一个同步信号块(Synchronization Signal Block,SSB)中主同步信号(PrimarySynchronization Signal,PSS)和辅同步信号(Secondary Synchronization Signal,SSS)之间的相关性计算频偏freq_ps；然后利用同一时隙中的第一个SSB块中PSS信号和第二个SSB块中SSS信号计算频偏freq_sp；最后利用freq_ps修正freq_sp得到最终频偏freq；具体包括以下步骤：

S1：在频域接收信号同一个时隙中取出PSS和SSS序列；

S2：将接收到频域第一个SSB块中的PSS序列与本地频域PSS序列作相关运算得到corr_pss，以消除噪声和多径干扰；

S3：将接收到频域第一个SSB块和第二个SSB块中的SSS序列分别与本地频域SSS序列作相关得到corr_sss1和corr_sss2，以消除噪声和多径干扰；

S4：将corr_pss分别与corr_sss1和corr_sss2用频偏估计算法得到freq_ps、freq_sp；

S5：将freq_ps对freq_sp进行修正得到最终频偏freq。

进一步，所述步骤S1中，从频域接收信号

中取出同一个时隙中PSS序列

和SSS序列

其中l₁'＝1,2，l₂'＝1,2，分别对应一个时隙中l＝4,6,8,10或l＝2,4,8,10的OFDM符号；m∈[1,N_R]，N_R为接收天线。

进一步，所述步骤S2中，所述步骤S2中，将频域第一个SSB块中的PSS序列与本地频域PSS序列作相关运算得到corr_pss，具体计算公式为：

其中

表示第一个SSB块中频域PSS序列，PSS_local为本地频域PSS序列。

进一步，所述步骤S3中，将接收到频域第一个SSB块和第二个SSB块中的SSS序列分别与本地频域SSS序列作相关得到corr_sss1和corr_sss2，具体计算公式为：

其中

分别表示第一、二个SSB块中频域SSS序列，SSS_local为本地频域SSS序列。

进一步，所述步骤S4中，将corr_pss和corr_sss1用频偏估计算法得到freq_ps，具体计算公式为：

freq_ps＝1/(2*d*T_s)/π*∠(corr_pss^*.*corr_sss1)

其中，d为参与计算PSS序列和SSS序列所在OFDM符号间隔，T_s＝1/14*T，T为一个时隙持续时间，corr_pss^*表示corr_pss的共轭向量，∠表示求角度；

将corr_pss和corr_sss2用频偏估计算法得到freq_sp，具体计算公式为：

freq_sp＝1/(2*d*T_s)/π*∠(corr_pss^*.*corr_sss2)。

进一步，所述步骤S5中，将freq_ps对freq_sp进行修正得到最终频偏freq，具体计算公式为：

本发明的有益效果在于：本发明通过增加频偏修正模块，降低了传统联合频偏估计算法在大范围估计时误差较大的影响；拥有估计范围大、估计精度高、受噪声干扰影响小且不占用额外频带资源的优点，消除了传统联合频偏估计算法中的极性翻转。本发明在频偏估计范围不变的情况下将频偏估计精度从99.45％提升到99.7％，具有很高的实用价值。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明所述方法的流程图；

图2为本发明所述频偏估计方法与基于PSS、CP频偏估方法的性能仿真图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1～图2，图1为一种5G系统基于PSS与SSS联合的频偏估计方法，首先基于同一个时隙中第一个SSB块中PSS信号和SSS信号之间的相关性计算频偏freq_ps；然后利用同一时隙中的第一个SSB块中PSS信号和第二个SSB块中SSS信号计算频偏freq_sp；最后利用freq_ps修正freq_sp得到最终频偏freq；该方法的具体步骤为：

S1：在频域接收信号同一个时隙中取出PSS和SSS序列，具体为：从频域接收信号

中取出同一个时隙中PSS序列

和SSS序列

其中l₁'＝1,2，l₂'＝1,2，分别对应一个时隙中l＝4,6,8,10或l＝2,4,8,10的OFDM符号；m∈[1,N_R]，N_R为接收天线。

S2：将接收到频域第一个SSB块中的PSS序列与本地频域PSS序列作相关运算得到corr_pss，以消除噪声和多径干扰；具体计算公式为：

其中

表示第一个SSB块中频域PSS序列，PSS_local为本地频域PSS序列。

S3：将接收到频域第一个SSB块和第二个SSB块中的SSS序列分别与本地频域SSS序列作相关得到corr_sss1和corr_sss2，以消除噪声和多径干扰；具体计算公式为：

其中

分别表示第一、二个SSB块中频域SSS序列，SSS_local为本地频域SSS序列。

S4：将corr_pss分别与corr_sss1和corr_sss2用频偏估计算法得到freq_ps、freq_sp；具体计算公式为：

freq_ps＝1/(2*d*T_s)/π*∠(corr_pss^*.*corr_sss1)

其中，d为参与计算PSS序列和SSS序列所在OFDM符号间隔，T_s＝1/14*T，T为一个时隙持续时间，corr_pss^*表示corr_pss的共轭向量，∠表示求角度；

将corr_pss和corr_sss2用频偏估计算法得到freq_sp，具体计算公式为：

freq_sp＝1/(2*d*T_s)/π*∠(corr_pss^*.*corr_sss2)。

S5：将freq_ps对freq_sp进行修正得到最终频偏freq，具体计算公式为：

其中

表示向下取整，

表示向上取整。

图2为在相同模拟条件下，采用本发明所述的基于PSS与SSS联合的频偏估计方法与基于PSS的频偏估计方法、基于CP的频偏估方法的性能仿真图，由图2可知，在相同通信条件下，本发明所述方法明的估计精度显优于基于PSS和CP的频偏估计方法。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种5G系统基于PSS与SSS联合的频偏估计方法，其特征在于，该方法首先基于同一个时隙中第一个同步信号块(Synchronization Signal Block,SSB)中主同步信号(Primary Synchronization Signal,PSS)和辅同步信号(Secondary SynchronizationSignal,SSS)之间的相关性计算频偏freq_ps；然后利用同一时隙中的第一个SSB块中PSS信号和第二个SSB块中SSS信号计算频偏freq_sp；最后利用freq_ps修正freq_sp得到最终频偏freq；该方法的具体步骤为：

S1：在频域接收信号同一个时隙中取出PSS和SSS序列；

S2：将接收到频域第一个SSB块中的PSS序列与本地频域PSS序列作相关运算得到向量corr_pss；

S3：将接收到频域第一个SSB块和第二个SSB块中的SSS序列分别与本地频域SSS序列作相关得到向量corr_sss1和向量corr_sss2；

S4：将corr_pss分别与corr_sss1和corr_sss2用频偏估计算法得到freq_ps、freq_sp；

S5：使用freq_ps对freq_sp进行修正得到最终频偏freq。

2.根据权利要求1所述的一种5G系统基于PSS与SSS联合的频偏估计方法，其特征在于，所述步骤S1中，从频域接收信号

中取出同一个时隙中PSS序列

和SSS序列

其中l₁'＝1,2，l₂'＝1,2，分别对应一个时隙中l＝4,6,8,10或l＝2,4,8,10的OFDM符号；m∈[1,N_R]，N_R为接收天线。

3.根据权利要求2所述的一种5G系统基于PSS与SSS联合的频偏估计方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述步骤S2中，将频域第一个SSB块中的PSS序列与本地频域PSS序列作相关运算得到corr_pss，具体计算公式为：

其中

表示第一个SSB块中频域PSS序列，PSS_local为本地频域PSS序列。

4.根据权利要求3所述的一种5G系统基于PSS与SSS联合的频偏估计方法，其特征在于，所述步骤S3中，将接收到频域第一个SSB块和第二个SSB块中的SSS序列分别与本地频域SSS序列作相关得到corr_sss1和corr_sss2，具体计算公式为：

其中

分别表示第一、二个SSB块中频域SSS序列，SSS_local为本地频域SSS序列。

5.根据权利要求4所述的一种5G系统基于PSS与SSS联合的频偏估计方法，其特征在于，所述步骤S4中，将corr_pss和corr_sss1用频偏估计算法得到freq_ps，具体计算公式为：

freq_ps＝1/(2*d*T_s)/π*∠(corr_pss^*.*corr_sss1)

其中，d为参与计算PSS序列和SSS序列所在OFDM符号间隔，T_s＝1/14*T，T为一个时隙持续时间，corr_pss^*表示corr_pss的共轭向量；

将corr_pss和corr_sss2用频偏估计算法得到freq_sp，具体计算公式为：

freq_sp＝1/(2*d*T_s)/π*∠(corr_pss^*.*corr_sss2)。

6.根据权利要求5所述的一种5G系统基于PSS与SSS联合的频偏估计方法，其特征在于，所述步骤S5中，将freq_ps对freq_sp进行修正得到最终频偏freq，具体计算公式为：

其中

表示向下取整，

表示向上取整。

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