CN111669345B - 一种频偏补偿方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种频偏补偿方法及装置，基站对用户终端发送的上行信号进行检测，获取上行信号的频偏；获取基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动信息，所述用户终端的运动信息包括运动速度和运动方向角；根据上行信号的频偏、基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动信息，计算得到晶振误差；向所述用户终端发送携带有所述晶振误差的下行信号，使所述用户终端根据所述晶振误差进行频偏补偿。本发明实现对晶振误差和速度引起的多普勒频偏的区分，使用户终端根据晶振误差对上行信号进行频偏补偿，有效地提高了通讯性能。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，更具体的，涉及一种频偏补偿方法及装置。
背景技术
高速列车是专网通信的重要应用场景。为保证列车的正常运行和对突发事件的实时处理，高速场景对专网性能提出了很高的要求。
随着技术的发展，列车速度越来越快。高速下用户终端(UE)与基站间会产生大的多普勒频偏(Doppler Shift)，影响通信质量。高速场景下，用户终端与基站间频率偏差主要来源于用户终端的晶振的偏差和速度引起的多普勒频偏。
现有技术中，用户终端会根据接收到的基站下行信号调整自身发射频率，并使用该频率发送上行信号。用户终端直接补偿频偏方案下，用户终端不区分晶振误差和速度引起的多普勒频偏。在频偏补偿时将所有频率偏差均补偿在上行发射信号上。
多普勒频偏计算公式如下：
其中，fd为多普勒频偏，V为用户移动速度，fc为基站发送下行信号的频率，C为光在真空中的速度，θ表示用户终端运动方向与信号传播方向的夹角。根据图1可以看到，基站侧发射下行信号与用户终端侧发射上行信号时，夹角θ大小是完全相同的。此方案会导致用户终端发送的上行信号到达基站时，出现2倍的多普勒频偏，引起系统性能下降。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种频偏补偿方法，实现了对晶振误差和速度引起的多普勒频偏的区分，准确计算晶振误差并进行补偿。
为了实现上述发明目的，本发明提供的具体技术方案如下：
一种频偏补偿方法，应用于基站，所述方法包括：
对用户终端发送的上行信号进行检测，获取上行信号的频偏；
获取基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动信息，所述用户终端的运动信息包括运动速度和运动方向角；
根据上行信号的频偏、基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动信息，计算得到晶振误差；
向所述用户终端发送携带有所述晶振误差的下行信号。
可选的，所述对用户终端发送的上行信号进行检测，获取上行信号的频偏，包括：
对用户终端发送的上行信号进行检测，获取上行信号携带的导频信息；
对所述导频信息进行信道估计，得到上行信号的频偏。
可选的，所述根据上行信号的频偏、基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动信息，计算得到晶振误差，包括：
根据基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动方向角，计算所述用户终端运动方向与信号传播方向的夹角；
根据所述用户终端的运动速度、所述用户终端运动方向与信号传播方向的夹角、光的传播速度和基站发送下行信号的频率，计算由速度引起的多普勒频偏；
计算上行信号的频偏和所述由速度引起的多普勒频偏的差值，得到晶振误差。
可选的，在所述向所述用户终端发送携带有所述晶振误差的下行信号之后，所述方法还包括：
接收所述用户终端发送的补偿后的上行信号，所述补偿后的上行信号为根据所述晶振误差进行频偏补偿后的上行信号。
一种频偏补偿方法，应用于用户终端，所述方法包括：
向基站发送未经过补偿的上行信号；
接收基站发送的携带有晶振误差的下行信号；
根据所述晶振误差对上行信号进行频偏补偿；
向基站发送补偿后的上行信号。
一种频偏补偿装置，应用于基站，所述装置包括：
信号检测单元，用于对用户终端发送的上行信号进行检测，获取上行信号的频偏；
信息获取单元，用于获取基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动信息，所述用户终端的运动信息包括运动速度和运动方向角；
误差计算单元，用于根据上行信号的频偏、基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动信息，计算得到晶振误差；
信号发送单元，用于向所述用户终端发送携带有所述晶振误差的下行信号。
可选的，所述信号检测单元，具体用于对用户终端发送的上行信号进行检测，获取上行信号携带的导频信息；对所述导频信息进行信道估计，得到上行信号的频偏。
可选的，所述误差计算单元，具体用于根据基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动方向角，计算所述用户终端运动方向与信号传播方向的夹角；根据所述用户终端的运动速度、所述用户终端运动方向与信号传播方向的夹角、光的传播速度和基站发送下行信号的频率，计算由速度引起的多普勒频偏；计算上行信号的频偏和所述由速度引起的多普勒频偏的差值，得到晶振误差。
可选的，所述装置还包括：
信号接收单元，用于接收所述用户终端发送的补偿后的上行信号，所述补偿后的上行信号为根据所述晶振误差进行频偏补偿后的上行信号。
一种频偏补偿装置，应用于用户终端，所述装置包括：
第一信号发送单元，用于向基站发送未经过补偿的上行信号；
信号接收单元，用于接收基站发送的携带有晶振误差的下行信号；
晶振调整单元，用于根据所述晶振误差对上行信号进行频偏补偿；
第二信号发送单元，用于向基站发送补偿后的上行信号。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明公开的一种高速场景下的频偏补偿方法，实现对晶振误差和速度引起的多普勒频偏的区分，利用轨道交通的布网特点获取基站的位置信息、用户终端的位置信息和运动信息，并根据上行信号的频偏、基站的位置信息、用户终端的位置信息和运动信息，计算得到晶振误差，使用户终端根据晶振误差进行频偏补偿，解决了现有技术中由于不区分晶振误差和速度引起的多普勒频偏导致用户终端发送的信号到达基站时出现2倍多普勒频偏的问题，有效地提高了通讯性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中上行频偏示意图；
图2为本发明实施例公开的一种应用于基站的频偏补偿方法流程示意图；
图3为本发明实施例公开的一种晶振误差计算方法流程示意图；
图4为用户终端运动方向角与信号传播方向夹角示意图；
图5为本发明实施例公开的一种晶振误差补偿流程示意图；
图6为本发明实施例公开的一种应用于用户终端的频偏补偿方法流程示意图；
图7为本发明实施例公开的一种应用于基站的频偏补偿装置结构示意图；
图8为本发明实施例公开的一种应用于用户终端的频偏补偿装置结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
请参阅图2，本实施例公开了一种频偏补偿方法，应用于基站，所述方法具体包括以下步骤：
S101：对用户终端发送的上行信号进行检测，获取上行信号的频偏；
所述用户终端可以为所述基站范围内的任意一个用户终端，用户终端的类型可以为手机等设备。
可以理解的是，这里的上行信号是未做任何频偏补偿的上行信号。
具体的，对用户终端发送的上行信号进行检测，获取上行信号的频偏，包括以下步骤：
对用户终端发送的上行信号进行检测，获取上行信号携带的导频信息；
对所述导频信息进行信道估计，得到上行信号的频偏。
S102：获取基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动信息；
所述用户终端的运动信息包括运动速度和运动方向角；
具体的，可以通过CBTC(Communication Based Train Control System，基于通信的列车自动控制系统)等列车控制系统中的定位服务器或通讯系统中的定位服务器获取用户终端的位置信息和运动信息，基站的位置信息是已知的。
S103：根据上行信号的频偏、基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动信息，计算得到晶振误差；
请参阅图3，晶振误差的计算方法包括以下步骤：
S201：根据基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动方向角，计算所述用户终端运动方向与信号传播方向的夹角；
请参阅图4，图4为用户终端运动方向角与信号传播方向夹角的示意图，其中，UE表示用户终端，θv表示用户终端的运动方向角，θs表示信号传播方向角，(Xue,Yue)表示用户终端的位置信息，(Xbs,Ybs)表示基站的位置信息。
用户终端运动方向与信号传播方向的夹角
S202：根据所述用户终端的运动速度、所述用户终端运动方向与信号传播方向的夹角、光的传播速度和基站发送下行信号的频率，计算由速度引起的多普勒频偏；
具体的，由速度引起的多普勒频偏的计算公式为：
其中，fd表示由速度引起的多普勒频偏，V表示用户终端的运动速度，θ表示用户终端运动方向与信号传播方向的夹角，C表示光的传播速度，具体为光在真空中的传播速度，fc表示基站发送下行信号的频率，fos表示晶振误差。
考虑到用户终端的运动速度远远小于光的传播速度，因此，上式可以简化为：
S203：计算上行信号的频偏和所述由速度引起的多普勒频偏的差值，得到晶振误差。
需要说明的是，基站侧接收到的用户终端发送的上行信号中的频偏由晶振误差和速度引起的多普勒频偏组成。
具体的，
其中，fue表示上行信号的频偏。
则，晶振误差
S104：向所述用户终端发送携带有所述晶振误差的下行信号。
需要说明的是，所述方法还包括：
接收所述用户终端发送的补偿后的上行信号，所述补偿后的上行信号为根据所述晶振误差进行频偏补偿后的上行信号。
还需要说明的是，请参阅图5，基站可以周期性的计算晶振误差，并通过下行信号发送给用户终端，用户终端根据基站发送的携带有晶振误差的下行信号周期性的根据晶振误差对上行信号进行频偏补偿。
本实施例公开的频偏补偿方法，实现对晶振误差和速度引起的多普勒频偏的区分，利用轨道交通的布网特点获取基站的位置信息、用户终端的位置信息和运动信息，并根据上行信号的频偏、基站的位置信息、用户终端的位置信息和运动信息，计算得到晶振误差，使用户终端根据晶振误差进行频偏补偿，解决了现有技术中由于不区分晶振误差和速度引起的多普勒频偏导致用户终端发送的信号到达基站时出现2倍多普勒频偏的问题，有效地提高了通讯性能。
请参阅图6，本实施例公开了另一种频偏补偿方法，应用于用户终端，具体包括以下步骤：
S301：向基站发送未经过补偿的上行信号；
S302：接收基站发送的携带有晶振误差的下行信号；
S303：根据所述晶振误差对上行信号进行频偏补偿；
S304：向基站发送补偿后的上行信号。
需要说明的是，用户终端根据基站发送的携带有晶振误差的下行信号周期性的根据晶振误差对上行信号进行频偏补偿。
本实施公开的频偏补偿方法，不需要采用现有技术中利用晶振误差不随入射角度变化的特点依靠入射角子空间的正交性来区分晶振误差和速度引起的多普勒频偏，就可以实现对晶振误差和速度引起的多普勒频偏进行区分。用户终端不需要有足够多的天线数，降低了对用户终端的需要，有效降低了组网的成本。
基于上述实施例公开的应用于基站的频偏补偿方法，请参阅图7，本实施例对应公开了一种频偏补偿装置，应用于基站，所述装置包括：
信号检测单元401，用于对用户终端发送的上行信号进行检测，获取上行信号的频偏；
可选的，所述信号检测单元401，具体用于对用户终端发送的上行信号进行检测，获取上行信号携带的导频信息；对所述导频信息进行信道估计，得到上行信号的频偏。
信息获取单元402，用于获取基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动信息，所述用户终端的运动信息包括运动速度和运动方向角；
误差计算单元403，用于根据上行信号的频偏、基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动信息，计算得到晶振误差；
可选的，所述误差计算单元403，具体用于根据基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动方向角，计算所述用户终端运动方向与信号传播方向的夹角；根据所述用户终端的运动速度、所述用户终端运动方向与信号传播方向的夹角、光的传播速度和基站发送下行信号的频率，计算由速度引起的多普勒频偏；计算上行信号的频偏和所述由速度引起的多普勒频偏的差值，得到晶振误差。
信号发送单元404，用于向所述用户终端发送携带有所述晶振误差的下行信号。
可选的，所述装置还包括：
信号接收单元，用于接收所述用户终端发送的补偿后的上行信号，所述补偿后的上行信号为根据所述晶振误差进行频偏补偿后的上行信号。
本实施例公开的频偏补偿装置，实现对晶振误差和速度引起的多普勒频偏的区分，利用轨道交通的布网特点获取基站的位置信息、用户终端的位置信息和运动信息，并根据上行信号的频偏、基站的位置信息、用户终端的位置信息和运动信息，计算得到晶振误差，使用户终端根据晶振误差进行频偏补偿，解决了现有技术中由于不区分晶振误差和速度引起的多普勒频偏导致用户终端发送的信号到达基站时出现2倍多普勒频偏的问题，有效地提高了通讯性能。
基于上述实施例公开的应用于用户终端的频偏补偿方法，请参阅图8，本实施例对应公开了一种频偏补偿装置，应用于用户终端，所述装置包括：
第一信号发送单元501，用于向基站发送未经过补偿的上行信号；
信号接收单元502，用于接收基站发送的携带有晶振误差的下行信号；
晶振调整单元503，用于根据所述晶振误差对上行信号进行频偏补偿；
第二信号发送单元504，用于向基站发送补偿后的上行信号。
本发明公开的一种频偏补偿方法，不需要采用现有技术中利用晶振误差不随入射角度变化的特点依靠入射角子空间的正交性来区分晶振误差和速度引起的多普勒频偏，就可以实现对晶振误差和速度引起的多普勒频偏进行区分。用户终端不需要有足够多的天线数，降低了对用户终端的需要，有效降低了组网的成本。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种频偏补偿方法，其特征在于，应用于基站，所述方法包括：
对用户终端发送的上行信号进行检测，获取上行信号的频偏；
获取基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动信息，所述用户终端的运动信息包括运动速度和运动方向角；
根据上行信号的频偏、基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动信息，计算得到晶振误差；
向所述用户终端发送携带有所述晶振误差的下行信号；
其中，所述根据上行信号的频偏、基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动信息，计算得到晶振误差，包括：
根据基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动方向角，计算所述用户终端运动方向与信号传播方向的夹角；
根据所述用户终端的运动速度、所述用户终端运动方向与信号传播方向的夹角、光的传播速度和基站发送下行信号的频率，计算由速度引起的多普勒频偏；
计算上行信号的频偏和所述由速度引起的多普勒频偏的差值，得到晶振误差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对用户终端发送的上行信号进行检测，获取上行信号的频偏，包括：
对用户终端发送的上行信号进行检测，获取上行信号携带的导频信息；
对所述导频信息进行信道估计，得到上行信号的频偏。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述向所述用户终端发送携带有所述晶振误差的下行信号之后，所述方法还包括：
接收所述用户终端发送的补偿后的上行信号，所述补偿后的上行信号为根据所述晶振误差进行频偏补偿后的上行信号。
4.一种频偏补偿方法，其特征在于，应用于用户终端，所述方法包括：
向基站发送未经过补偿的上行信号；
接收基站发送的携带有晶振误差的下行信号；
根据所述晶振误差对上行信号进行频偏补偿；
向基站发送补偿后的上行信号；
其中，所述晶振误差是基站根据以下方法计算得到：
根据基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动方向角，计算所述用户终端运动方向与信号传播方向的夹角；
根据所述用户终端的运动速度、所述用户终端运动方向与信号传播方向的夹角、光的传播速度和基站发送下行信号的频率，计算由速度引起的多普勒频偏；
计算上行信号的频偏和所述由速度引起的多普勒频偏的差值，得到晶振误差。
5.一种频偏补偿装置，其特征在于，应用于基站，所述装置包括：
信号检测单元，用于对用户终端发送的上行信号进行检测，获取上行信号的频偏；
信息获取单元，用于获取基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动信息，所述用户终端的运动信息包括运动速度和运动方向角；
误差计算单元，用于根据上行信号的频偏、基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动信息，计算得到晶振误差；
信号发送单元，用于向所述用户终端发送携带有所述晶振误差的下行信号；
所述误差计算单元，具体用于根据基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动方向角，计算所述用户终端运动方向与信号传播方向的夹角；根据所述用户终端的运动速度、所述用户终端运动方向与信号传播方向的夹角、光的传播速度和基站发送下行信号的频率，计算由速度引起的多普勒频偏；计算上行信号的频偏和所述由速度引起的多普勒频偏的差值，得到晶振误差。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信号检测单元，具体用于对用户终端发送的上行信号进行检测，获取上行信号携带的导频信息；对所述导频信息进行信道估计，得到上行信号的频偏。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
信号接收单元，用于接收所述用户终端发送的补偿后的上行信号，所述补偿后的上行信号为根据所述晶振误差进行频偏补偿后的上行信号。
8.一种频偏补偿装置，其特征在于，应用于用户终端，所述装置包括：
第一信号发送单元，用于向基站发送未经过补偿的上行信号；
信号接收单元，用于接收基站发送的携带有晶振误差的下行信号；
晶振调整单元，用于根据所述晶振误差对上行信号进行频偏补偿；
第二信号发送单元，用于向基站发送补偿后的上行信号；
其中，所述晶振误差是基站根据以下方法计算得到：
根据基站的位置信息、所述用户终端的位置信息和运动方向角，计算所述用户终端运动方向与信号传播方向的夹角；
根据所述用户终端的运动速度、所述用户终端运动方向与信号传播方向的夹角、光的传播速度和基站发送下行信号的频率，计算由速度引起的多普+勒频偏；
计算上行信号的频偏和所述由速度引起的多普勒频偏的差值，得到晶振误差。
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Legal Events
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