CN112398766A - 一种频偏补偿方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种频偏补偿方法和装置，其中方法包括：终端设备监测到本终端处于静止状态时，触发根据当前的接收链路频偏fo，对本设备的参考时钟进行频率校准，得到当前的参考时钟频偏值fc；当所述终端设备接收到数据时，根据接收到的导频或解调参考信号，进行接收频偏估计，得到当前的接收链路频偏fo；利用当前的所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo，计算当前的接收频偏补偿值和发送频偏补偿值；所述终端设备利用当前的所述接收频偏补偿值和所述发送频偏补偿值，分别对相应链路上的数据进行频偏补偿。采用本发明可以有效解决高速环境下的多普勒频移问题，且实现成本低、易于实现。

Description

一种频偏补偿方法和装置
技术领域
本发明涉及移动通信技术，特别是涉及一种频偏补偿方法和装置。
背景技术
随着社会和移动通信发展，对于高速环境下的通信也提出了要求。通常情况下，终端的时钟都是锁定在基站的下行导频上的，对于高速场景会出现上行信号到达基站出现2倍的多普勒频偏(如图1所示)，导致高速移动通信时的链路不可用。
5G规划的支持运动速度为500km/h，对于更高速度的通信(如飞机与地面通信)，时速最高可到1200km/h，现在的4G/5G空口标准都无法支持。针对该问题，目前提出了以下几种解决方案。
一种是，在终端中引入高稳定参考时钟源，基于该参考时钟源，可以估计下行多普勒频移，然后在上行反向链路上对多普勒频移进行预补偿。相述参考时钟源与LTE/5G的通信链路独立，可以通过高稳TCXO，OCXO洳钟等提供，也可以通过GPSDO方式将参考时钟锁定GPS时间。
另一种是，通过获取终端的GPS位置、运动方向、速度等信息来计算多普勒频移，然后用于上行链路补偿。
发明人在实现本发明的过程中发现上述解决方案存在实现成本高、难于实施等问题。具体分析如下：
上述第一种解决方案在终端侧引入了高稳定时钟，需要高稳定时钟频率精度达到0.05ppm频率精度，而高稳定时钟存在晶体老化的问题，比如，经过5至10年后，频率误差可能达到0.4ppm，这种情况下，就无法满足上述性能需求。如果要解决该问题，则需要采用成本很高的晶体时钟，比如洳钟、铯钟等方案。如果采用GPSDO方案，则终端需要装设GPS天线或者需要获取GPS参考时钟源，如此，则会导致终端设计复杂、成本增加。
上述第二种解决方案需要获取终端的位置、速度和基站的位置，如此，一方面会导致终端设计复杂，另一方面，当系统增加新的基站时，如果不及时更新相应的系统数据，会导致终端原有的方案失效，因此，也会导致方案实施困难。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种频偏补偿方法和装置，可以有效解决高速环境下的多普勒频移问题，且实现成本低、易于实现。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：
一种频偏补偿方法，包括：
终端设备监测到本终端处于静止状态时，触发根据当前的接收链路频偏fo，对本设备的参考时钟进行频率校准，得到当前的参考时钟频偏值fc；
当所述终端设备接收到数据时，根据接收到的导频或解调参考信号，进行接收频偏估计，得到当前的接收链路频偏fo；利用当前的所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo，计算当前的接收频偏补偿值和发送频偏补偿值；
所述终端设备利用当前的所述接收频偏补偿值和所述发送频偏补偿值，分别对相应链路上的数据进行频偏补偿。
较佳地，所述监测包括：
所述终端设备根据内置传感器反馈的状态信息，获知自身是否处于静止状态；
或者，所述终端设备根据接收到的自身位置信息，获知自身是否处于静止状态；
或者，所述终端设备根据接收到的状态通知指令，获知自身是否处于静止状态，所述状态通知指令由所述终端设备当前所在场景的控制系统发出。
较佳地，所述对本设备的参考时钟进行频率校准包括：
当所述终端设备处于静止状态时，根据当前的接收链路频偏fo，按照预设的迭代周期，采用迭代方法对当前的参考时钟频偏值fc进行更新。
较佳地，所述计算当前的接收频偏补偿值和发送频偏补偿值包括：
根据所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo，计算多普勒频偏值fd；
将所述接收链路频偏fo作为当前的接收频偏补偿值；
当所述终端设备处于静止状态时，将-fc作为当前的发送频偏补偿值；
当所述终端设备未处于静止状态时，将-fc与-fd的和作为当前的发送频偏补偿值。
较佳地，所述计算多普勒频偏值fd包括：
计算当前所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo的和，得到多普勒频偏初始值；
采用迭代方式，利用上一次得到的多普勒频偏值，对所述多普勒频偏初始值进行平滑处理，得到当前的多普勒频偏值fd。
一种频偏补偿装置，设置于终端设备中，包括：处理器，所述处理器用于：
当监测到所述终端设备处于静止状态时，触发根据当前的接收链路频偏fo，对本设备的参考时钟进行频率校准，得到当前的参考时钟频偏值fc；
当所述终端设备接收到数据时，根据接收到的导频或解调参考信号，进行接收频偏估计，得到当前的接收链路频偏fo；利用当前的所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo，计算当前的接收频偏补偿值和发送频偏补偿值；
利用当前的所述接收频偏补偿值和所述发送频偏补偿值，分别对相应链路上的数据进行频偏补偿。
较佳地，所述处理器具体用于监测所述终端设备是否处于静止状态，包括：
根据所述终端设备的内置传感器反馈的状态信息，获知自身是否处于静止状态；
或者，根据所述终端设备接收到的自身位置信息，获知自身是否处于静止状态；
或者，根据所述终端设备接收到的状态通知指令，获知自身是否处于静止状态，所述状态通知指令由所述终端设备当前所在场景的控制系统发出。
较佳地，所述处理器具体用于对本设备的参考时钟进行频率校准，包括：
当所述终端设备处于静止状态时，根据当前的接收链路频偏fo，按照预设的迭代周期，采用迭代方法对当前的参考时钟频偏值fc进行更新。
较佳地，所述处理器具体用于计算当前的上行频偏补偿值和下行频偏补偿值，包括：
根据所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo，计算多普勒频偏值fd；
将所述接收链路频偏fo作为当前的接收频偏补偿值；
当所述终端设备处于静止状态时，将-fc作为当前的发送频偏补偿值；
当所述终端设备未处于静止状态时，将-fc与-fd的和作为当前的发送频偏补偿值。
较佳地，所述处理器具体用于计算多普勒频偏值fd，包括：
计算当前所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo的和，得到多普勒频偏初始值；
采用迭代方式，利用上一次得到的多普勒频偏值，对所述多普勒频偏初始值进行平滑处理，得到当前的多普勒频偏值fd。
本申请还公开了一种非易失性计算机可读存储介质，所述非易失性计算机可读存储介质存储指令，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器执行如前所述的频偏补偿方法的步骤。
本申请还公开了一种电子设备，包括如前所述的非易失性计算机可读存储介质、以及可访问所述非易失性计算机可读存储介质的所述处理器。
由上述技术方案可见，本发明提出的频偏补偿方法和装置，通过对本终端的运动状态进行监测，并在其处于静止状态时，对参考时钟进行频率校准，基于频率校准得到的参考时钟频偏值fc，确定用于对接收链路和发送链路上的数据进行频偏补偿的频偏补偿值，并进行的频偏补偿。如此，可以弥补高稳时钟长期的不稳定性，有效降低对参考时钟的性能要求，从而可以降低参考时钟的成本，另外，也不需要借助GPS参考来锁定时钟，即可有效解决高速环境下的多普勒频移问题，因此，本发明的实现成本低、易于实现。
附图说明
图1为高速场景下多普勒频偏示意图；
图2为本发明的原理示意图；
图3为本发明实施例的方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
图2给出了本发明的原理示意图，如图2所示，本发明将在终端中引入参考时钟，该参考时钟可以维持一段时间的频率稳定度(比如24小时频率精度可以保持0.005ppm)，当终端静止时，可以利用基站的下行导频对参考时钟进行频率校准，从而可降低参考时钟源的成本，并减少对GPS等外部参考源的依赖，进而可以有效降低频率补偿的实现成本。
图3为本发明实施例的方法流程示意图，如图3所示，该实施例实现的频偏补偿方法主要包括：
步骤301、终端设备监测到本终端处于静止状态时，触发根据当前的接收链路频偏fo，对本设备的参考时钟进行频率校准，得到当前的参考时钟频偏值fc。
本步骤中与现有方案所不同的是，终端设备需要感知本终端是否处于静止状态，并在处于静止状态时，根据当前的接收链路频偏fo，对本设备的参考时钟进行频率校准，以便此后可以基于频率校准得到的参考时钟频偏值fc，确定发送和接收链路上的频偏补偿值。这样，通过在终端静止时(比如运动速度小于5km/h)，利用基站发送的导频或解调参考信号，对参考时钟进行频率校准，可以有效避免参考时钟的老化对频偏补偿的影响，弥补高稳时钟长期的不稳定性，降低对参考时钟的性能要求，不需要采用成本很高的高稳定参考时钟，即可实现频偏补偿的准确性，从而可以有效降低解决多普勒频移问题的实现成本。另外，由于也不需要借助GPS参考来锁定时钟，因此，可以有效解决高速环境下的多普勒频移问题的同时，降低实现成本低和实施难度。
较佳地，为提高本发明实现的灵活性，所述终端设备可以采用下述几种监测终端是否处于静止状态：
所述终端设备根据内置传感器反馈的状态信息，获知自身是否处于静止状态；
或者，所述终端设备根据接收到的自身位置信息(比如外部系统提供的终端的GNSS经纬度)，获知自身是否处于静止状态；
或者，所述终端设备根据接收到的状态通知指令，获知自身是否处于静止状态，所述状态通知指令由所述终端设备当前所在场景的控制系统发出。
这里，发出所述状态通知指令的控制系统将由终端设备当前所在场景决定，例如，当终端设备在飞机上时，该控制系统可以是飞机的控制系统，当终端设备在火车上时，该控制系统可以是火车的控制系统。
较佳地，为了提高参考时钟频偏值的准确性，使其更好的接近实际应用环境，可以采用迭代方法对本设备的参考时钟进行频率校准，具体如下：
当所述终端设备处于静止状态时，根据当前的接收链路频偏fo，按照预设的迭代周期，采用迭代方法对当前的参考时钟频偏值fc进行更新。
对于所述迭代周期，可由本领域持术人员根据实际需要设置合适的周期长度。
例如，可以采用下述迭代方法对当前的参考时钟频偏值fc进行更新，但不限于此：
所述终端设备按照迭代函数fc(n)＝fc(n-1)-a×fo，进行所述更新。
其中，a为迭代系数，0＜a≤1，fc(n-1)为上一次更新得到的参考时钟频偏值fc，fc(n)为本次更新得到的参考时钟频偏值fc。在实际应用中，所述fc的出厂默认值为0Hz。
步骤302、当所述终端设备接收到数据时，根据接收到的导频或解调参考信号，进行接收频偏估计，得到当前的接收链路频偏fo；利用当前的所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo，计算当前的接收频偏补偿值和发送频偏补偿值。
本步骤用于计算接收频偏补偿值和发送频偏补偿值，以便基于它们分别对接收链路和发送链路上的数据进行频偏补偿。
这里具体进行接收频偏估计的方法可采用现有技术实现，即根据当前接收到的导频或解调参考信号，进行接收频偏估计，具体方法为本领域技术人员所掌握，在此不再赘述。
较佳地，为了提高接收频偏补偿值和发送频偏补偿值的准确性，可以采用采用下述方法，结合终端设备当前所处的状态，计算当前的接收频偏补偿值和发送频偏补偿值：
步骤x1、根据所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo，计算多普勒频偏值fd。
步骤x2、将所述接收链路频偏fo作为当前的接收频偏补偿值；
当所述终端设备处于静止状态时，将-fc作为当前的发送频偏补偿值；
当所述终端设备未处于静止状态时，将-fc与-fd的和作为当前的发送频偏补偿值。
上述方法中，在计算接收链路的频率补偿值时，无论终端设备在静止或运动时，频偏补偿值都为fo；在计算发送链路的频率补偿值，当终端运动时，频谱补偿值为-fc-fd，当终端设备静止时，频谱补偿值为-fc。
较佳地，为了提高多普勒频偏值fd的准确性，可以采用迭代方式进行结果平滑，具体可以采用下述方法计算多普勒频偏值fd：
计算当前所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo的和，得到多普勒频偏初始值；
采用迭代方式，利用上一次得到的多普勒频偏值，对所述多普勒频偏初始值进行平滑处理，得到当前的多普勒频偏值fd。
步骤303、所述终端设备利用当前的所述接收频偏补偿值和所述发送频偏补偿值，分别对相应链路上的数据进行频偏补偿。
通过上述方法实施例可以看出，本发明结合基站时钟的长期稳定性以及本地参考时钟的短期稳定性，实现了高速环境下的频率补偿，使得补偿后的频偏都在允许的频率范围内，从而保证高速移动条件下的通信。
下表1示例了利用上述频偏补偿方法进行频率补偿的计算过程，从表中的理论和估计数据可以看出，采用本发明能够较准确地获得参考时钟的频偏和多普勒频偏。
Figure BDA0002163508090000081
Figure BDA0002163508090000091
表1
需要说明的是，本发明的频率补偿方案也可以在模拟电路上实现，比如参考时钟的校准值fc也可以利用高稳晶振的压控特性，调整晶振的控制电压是实现频率补偿，收发方向的频率补偿也可以分别通过RX和TX的锁相环实现。
本申请还提出了一种与上述频偏补偿方法对应的频偏补偿装置，该装置设置于终端设备中，包括：处理器，所述处理器用于：
当监测到所述终端设备处于静止状态时，触发根据当前的接收链路频偏fo，对本设备的参考时钟进行频率校准，得到当前的参考时钟频偏值fc；
当所述终端设备接收到数据时，根据接收到的导频或解调参考信号，进行接收频偏估计，得到当前的接收链路频偏fo；利用当前的所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo，计算当前的接收频偏补偿值和发送频偏补偿值；
利用当前的所述接收频偏补偿值和所述发送频偏补偿值，分别对相应链路上的数据进行频偏补偿。
较佳地，所述处理器具体用于监测所述终端设备是否处于静止状态，包括：
根据所述终端设备的内置传感器反馈的状态信息，获知自身是否处于静止状态；
或者，根据所述终端设备接收到的自身位置信息，获知自身是否处于静止状态；
或者，根据所述终端设备接收到的状态通知指令，获知自身是否处于静止状态，所述状态通知指令由所述终端设备当前所在场景的控制系统发出。
较佳地，所述处理器具体用于对本设备的参考时钟进行频率校准，包括：
当所述终端设备处于静止状态时，根据当前的接收链路频偏fo，按照预设的迭代周期，采用迭代方法对当前的参考时钟频偏值fc进行更新。
较佳地，所述处理器具体用于计算当前的上行频偏补偿值和下行频偏补偿值，包括：
根据所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo，计算多普勒频偏值fd；
将所述接收链路频偏fo作为当前的接收频偏补偿值；
当所述终端设备处于静止状态时，将-fc作为当前的发送频偏补偿值；
当所述终端设备未处于静止状态时，将-fc与-fd的和作为当前的发送频偏补偿值。
较佳地，所述处理器具体用于计算多普勒频偏值fd，包括：
计算当前所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo的和，得到多普勒频偏初始值；
采用迭代方式，利用上一次得到的多普勒频偏值，对所述多普勒频偏初始值进行平滑处理，得到当前的多普勒频偏值fd。
此外，本申请还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述非易失性计算机可读存储介质存储指令，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器执行如前所述的频偏补偿方法的步骤。
此外，本申请还提供了一种电子设备，包括如上所述的非易失性计算机可读存储介质、以及可访问所述非易失性计算机可读存储介质的所述处理器。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种频偏补偿方法，其特征在于，包括：
终端设备监测到本终端处于静止状态时，触发根据当前的接收链路频偏fo，对本设备的参考时钟进行频率校准，得到当前的参考时钟频偏值fc；
当所述终端设备接收到数据时，根据接收到的导频或解调参考信号，进行接收频偏估计，得到当前的接收链路频偏fo；利用当前的所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo，计算当前的接收频偏补偿值和发送频偏补偿值；
所述终端设备利用当前的所述接收频偏补偿值和所述发送频偏补偿值，分别对相应链路上的数据进行频偏补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述监测包括：
所述终端设备根据内置传感器反馈的状态信息，获知自身是否处于静止状态；
或者，所述终端设备根据接收到的自身位置信息，获知自身是否处于静止状态；
或者，所述终端设备根据接收到的状态通知指令，获知自身是否处于静止状态，所述状态通知指令由所述终端设备当前所在场景的控制系统发出。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对本设备的参考时钟进行频率校准包括：
当所述终端设备处于静止状态时，根据当前的接收链路频偏fo，按照预设的迭代周期，采用迭代方法对当前的参考时钟频偏值fc进行更新。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算当前的接收频偏补偿值和发送频偏补偿值包括：
根据所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo，计算多普勒频偏值fd；
将所述接收链路频偏fo作为当前的接收频偏补偿值；
当所述终端设备处于静止状态时，将-fc作为当前的发送频偏补偿值；
当所述终端设备未处于静止状态时，将-fc与-fd的和作为当前的发送频偏补偿值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算多普勒频偏值fd包括：
计算当前所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo的和，得到多普勒频偏初始值；
采用迭代方式，利用上一次得到的多普勒频偏值，对所述多普勒频偏初始值进行平滑处理，得到当前的多普勒频偏值fd。
6.一种频偏补偿装置，其特征在于，设置于终端设备中，包括：处理器，所述处理器用于：
当监测到所述终端设备处于静止状态时，触发根据当前的接收链路频偏fo，对本设备的参考时钟进行频率校准，得到当前的参考时钟频偏值fc；
当所述终端设备接收到数据时，根据接收到的导频或解调参考信号，进行接收频偏估计，得到当前的接收链路频偏fo；利用当前的所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo，计算当前的接收频偏补偿值和发送频偏补偿值；
利用当前的所述接收频偏补偿值和所述发送频偏补偿值，分别对相应链路上的数据进行频偏补偿。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理器具体用于监测所述终端设备是否处于静止状态，包括：
根据所述终端设备的内置传感器反馈的状态信息，获知自身是否处于静止状态；
或者，根据所述终端设备接收到的自身位置信息，获知自身是否处于静止状态；
或者，根据所述终端设备接收到的状态通知指令，获知自身是否处于静止状态，所述状态通知指令由所述终端设备当前所在场景的控制系统发出。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理器具体用于对本设备的参考时钟进行频率校准，包括：
当所述终端设备处于静止状态时，根据当前的接收链路频偏fo，按照预设的迭代周期，采用迭代方法对当前的参考时钟频偏值fc进行更新。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理器具体用于计算当前的上行频偏补偿值和下行频偏补偿值，包括：
根据所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo，计算多普勒频偏值fd；
将所述接收链路频偏fo作为当前的接收频偏补偿值；
当所述终端设备处于静止状态时，将-fc作为当前的发送频偏补偿值；
当所述终端设备未处于静止状态时，将-fc与-fd的和作为当前的发送频偏补偿值。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述处理器具体用于计算多普勒频偏值fd，包括：
计算当前所述参考时钟频偏值fc和所述接收链路频偏fo的和，得到多普勒频偏初始值；
采用迭代方式，利用上一次得到的多普勒频偏值，对所述多普勒频偏初始值进行平滑处理，得到当前的多普勒频偏值fd。
11.一种非易失性计算机可读存储介质，所述非易失性计算机可读存储介质存储指令，其特征在于，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器执行如权利要求1至5中任一项所述的频偏补偿方法的步骤。
12.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求11所述的非易失性计算机可读存储介质、以及可访问所述非易失性计算机可读存储介质的所述处理器。
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