CN112511476B

CN112511476B - 频偏估计方法、装置、设备及存储介质

Info

Publication number: CN112511476B
Application number: CN202011264310.6A
Authority: CN
Inventors: 张华�; 宋军; 黄龙
Original assignee: Suzhou HYC Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou HYC Technology Co Ltd
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2022-12-30
Anticipated expiration: 2040-11-12
Also published as: CN112511476A

Abstract

本发明公开了一种频偏估计方法、装置、设备及存储介质。该方法包括：将接收数据分段；计算经过频域循环移位的本地主同步信号PSS序列与每段接收数据的相关值；根据各段接收数据对应的相关值合并达到最大值时对应的移位确定接收数据的频偏。通过上述技术方案，利用本地PSS序列的移位与接收数据的相关性有效估计频偏，提高频偏估计的效率。

Description

频偏估计方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明实施例涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种频偏估计方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

在新空口(New Radio，NR)系统中，由于晶振稳定度的限制使得接收机和发射机的本振存在频差，导致接收信号存在频偏，接收机需要估计频偏并进行频偏校正，才能有效接收数据，保证通信质量。频偏和接收机设备的晶振相关，假设载频为3GHz，晶振精度为±20PPM(百万分之一)，则接收机的频偏为±60kHz，如果无法正确估计频偏，会严重影响通信性能。

现有的频偏估计方法都是利用时域相关性，要进行大量的时域偏移尝试，计算复杂；并且需要利用参考信号进行估计，但在初始接入过程中，接收机无法及时获得这些参考信号，因此无法有效估计频偏。

发明内容

本发明提供了一种频偏估计方法、装置、设备及存储介质，以有效估计频偏，提高频偏估计效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种频偏估计方法，包括：

将接收数据分段；

计算经过频域循环移位的本地主同步信号PSS序列与每段接收数据的相关值；

根据各段接收数据对应的相关值合并达到最大值时对应的移位确定接收数据的频偏。

可选的，将接收数据分段，包括：

根据FFT点数和所述本地PSS序列的长度，将接收数据分段，分段长度小于或等于FFT点数与所述本地PSS序列长度的差值。

可选的，还包括：

将所述本地PSS序列填充至预设位数；

对预设位数的共轭倒序时域PSS序列的尾部进行零填充，以使所述本地PSS序列的长度与FFT点数相等。

可选的，计算经过频域循环移位的本地主同步信号PSS序列与每段接收数据的相关值，包括：

按照频偏尝试步径，对所述本地PSS序列进行循环移位；

根据FFT点数，分别对经过频域循环移位的本地PSS序列和每段接收数据进行FFT；

对FFT结果进行逆变换，得到经过频域循环移位的本地PSS序列与每段接收数据的相关值。

可选的，还包括：

对于每种移位，将每段接收数据与经过该移位的本地PSS序列的相关值合并。

可选的，根据各段接收数据对应的相关值合并达到最大值时对应的移位确定接收数据的频偏，包括：

将相关值合并达到最大值时对应的移位与频偏尝试步径的乘积作为所述接收数据的频偏，其中，所述频偏尝试步径根据同步信号子载波间隔确定。

可选的，所述频偏尝试步径为时域偏移的整数倍；

所述时域偏移根据接收天线采样率与FFT点数确定。

第二方面，本发明实施例提供了一种频偏估计装置，包括：

分段模块，用于将接收数据分段；

计算模块，用于计算经过频域循环移位的本地主同步信号PSS序列与每段接收数据的相关值；

估计模块，用于根据各段接收数据对应的相关值合并达到最大值时对应的移位确定接收数据的频偏。

第三方面，本发明实施例提供了一种频偏估计设备，包括：

接收天线，用于获取接收数据；

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的频偏估计方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的频偏估计方法。

本发明实施例提供了一种频偏估计方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：将接收数据分段；计算经过频域循环移位的本地主同步信号PSS序列与每段接收数据的相关值；根据各段接收数据对应的相关值合并达到最大值时对应的移位确定接收数据的频偏。通过上述技术方案，利用本地PSS序列的移位与接收数据的相关性有效估计频偏，提高频偏估计的效率。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种频偏估计方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的一种频偏估计方法的流程图；

图3为本发明实施例二提供的接收数据分段的示意图；

图4为本发明实施例三提供的一种频偏估计装置的结构示意图；

图5为本发明实施例四提供的一种频偏估计设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。此外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

需要注意，本发明实施例中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块、单元或其他对象进行区分，并非用于限定这些装置、模块、单元或其他对象所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种频偏估计方法的流程图，本实施例可适用于频偏估计的情况。具体的，该频偏估计方法可以由频偏估计装置执行，该频偏估计装置可以通过软件和/或硬件的方式实现，并集成在频偏估计设备中。进一步的，频偏估计设备主要指数据传输的接收端，例如可以为用户终端(User Equipment，UE)。

如图1所示，该方法具体包括如下步骤：

S110、将接收数据分段。

示例性的，接收端通过第i根天线接收到的接收数据表示为r_i(n)，n＝0,1,...,N₁-1，N₁为接收数据的长度，本地主同步信号表示为d_u(n)，n＝0,1,2，...,N₂-1，N₂为接收数据的长度，u＝0,1,2，本地主同步信号有3个。将接收数据r_i(n)按照一定的分段长度分为L段，L≥2。

S120、计算经过频域循环移位的本地主同步信号PSS序列与每段接收数据的相关值。

具体的，本实施例利用对本地PSS序列的频域移位代替时域的频偏补偿。计算相关值是利用卷积运算，基于快速傅立叶变换实现。对于第i根天线，第δ(δ＝1,2,...L)段接收数据，第u个本地主同步信号，相关值可表示为：

S130、根据各段接收数据对应的相关值合并达到最大值时对应的移位确定接收数据的频偏。

具体的，通过对接收数据分段和对本地PSS序列移位，计算得到的相关值也是对应于各段接收数据的，对于一种移位的情况，通过将各段接收数据对应的相关值合并，可以得到第i根天线的接收数据整体与移位后的本地PSS序列的相关值，能够降低计算复杂度。通过对本地PSS序列进行不同的移位进行尝试，当本地PSS序列经过一定的频域循环位移后与接收数据的相关值合并达到了最大值时，这种情况下的移位即对应于接收数据的频偏。

本实施例的方法不需要对接收数据在时域上进行大量的偏移尝试，而是对有限数量和长度的本地PSS序列在频域上进行移位即可，将时域相关的计算转换为频域相关的计算，将时域上的偏移尝试转换为频域的移位，从而利用本地PSS序列的移位有效准确地估计频偏，降低计算复杂度，提高频偏估计的效率，进而提高接收数据的可靠性。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种频偏估计方法的流程图，本实施例是在上述实施例的基础上进行优化，对频偏估计中的循环移位和计算相关值的过程进行具体描述。需要说明的是，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述任意实施例。

具体的，如图2所示，该方法具体包括如下步骤：

S210、根据FFT点数和本地PSS序列的长度，将接收数据分段。

具体的，对第i根天线获取的接收信号r_i(n)进行分段。本实施例中，分段长度小于或等于FFT点数与本地PSS序列长度的差值。分段长度记为m，FFT点数记为N，本地PSS序列长度记为L₀，则满足：N≥m+L₀。

示例性的，在采样率为7.68M、对应子载波间隔为30k的情况下，设定L＝256；采用N＝4096点的FFT，m＝3840。将接收的数据分为L段，每段的长度为3840，第δ段接收数据为：r_i ^δ(n)＝r_i(n+(δ-1)*3840)，其中，n＝-256,...,0,1,...,3839，δ＝1,2,...,L。

图3为本发明实施例二提供的接收数据分段的示意图。如图3所示，接收数据分为L段，FFT点数(N＝4096)大于或等于分段长度(m＝3840)与本地PSS序列长度(L₀＝127)的和。对于一种移位的本地PSS序列，将其与各段接收数据的相关值合并，可以得到接收数据与该移位的本地PSS序列的相关值。对于不同移位的情况，将相关值合并结果达到峰值时对应的移位作为确定频偏的依据。

S220、将本地PSS序列填充至预设位数。

具体的，通过填充操作，可以保证本地PSS序列的长度与FFT点数一致，在此基础上可实现FFT，从而计算相关值。

示例性的，本地PSS序列的长度为127位，通过零填充至256位，填充后的本地PSS序列可表示为：

S230、对预设位数的共轭倒序时域PSS序列的尾部进行零填充，以使本地PSS序列的长度与FFT点数相等。

具体的，填充至预设位数(256位)的本地PSS序列的自相关值可表示为：

u＝0,1,2，n＝0,1,2,...,255，SHIFT表示移位操作；计算共轭的倒序时域PSS序列，表示为：p_u(k')＝p_u ^*(n)，k'＝255-k，k＝0,1,...,255。

将共轭的倒序时域PSS序列尾部进行零填充至4096点，最终得到的填充完成的本地PSS序列如下：p_u＝[p_u(k')zeros(1,3840)]，k＝0,1,2,...,255。此时的本地PSS序列的长度与FFT点数一致。

S240、按照频偏尝试步径，对本地PSS序列进行循环移位。

具体的，按照频偏尝试步径尝试对本地PSS序列进行不同的移位，目的是确定不同移位的本地PSS序列中，与接收数据相匹配的、相关水平最高的移位量，根据该移位量即可确定接收信号的频偏。

填充完成的本地PSS序列经过4096点的FFT后，表示为：

k＝0,1,2,...,4095，u＝0,1,2。

对本地PSS序列进行循环移位，移位后的本地PSS序列可表示为：p'_u(k)＝p_u(mod(k+z*D,4096))，k＝0,1,...,4095，其中，z*D表示移位的大小，z为移位的单位，D为在单位移位过程中的循环位数，

D为整数，

f_max表示频偏可能的最大值。

S250、根据FFT点数，分别对经过频域循环移位的本地PSS序列和每段接收数据进行FFT。

对于每段接收数据r_i ^δ(n)进行4096点的FFT，经过FFT变换后的

表示为：

k＝0,1,...,4095，n＝-256,...,3839，δ＝1,2,...,L。

S260、对FFT结果进行逆变换，得到经过频域循环移位的本地PSS序列与每段接收数据的相关值。

具体的，对于第i根天线，第δ(δ＝1,2,...L)段接收数据，第u个本地主同步信号，相关值可表示为：

S270、对于每种移位，将每段接收数据与经过该移位的本地PSS序列的相关值合并。

具体的，通过对接收数据分段和对本地PSS序列移位，计算得到的相关值也是对应于每段接收数据的，对于一种移位的情况，通过将各段接收数据对应的相关值合并，可以得到第i根天线的接收数据整体与每个本地PSS序列的相关值，能够降低计算复杂度。

S280、将相关值合并达到最大值时对应的移位与频偏尝试步径的乘积作为所述接收数据的频偏。

本实施例中，频偏尝试步径Δ根据同步信号子载波间隔f₀确定，例如

进一步的，频偏尝试步径Δ为时域偏移Δf的整数倍。时域偏移根据接收天线采样率f_s与FFT点数N确定。

具体的，根据接收天线采样率f_s与FFT点数N，本地PSS序列在频域每移动一位，相当于时域的频偏

频偏尝试步径

在Δ是Δf整数倍的前提下，即可通过频域移位代替时域的频偏补偿。如果接收同步信号的系统采样率为7.68M(或3.84M)，子载波间隔为30kHz(或15kHz)，则Δ＝7.5kHz，采用4096点数的FFT，则

具体的，对于第i个天线，第δ段接收数据与移位为z的第u个本地PSS序列的相关值为：

其中，n＝0,1,...,4095，u＝0,1,2，k＝-256,...,0,1,....,3839。根据各段接收数据对应的相关值合并后达到峰值的情况所对应的z，即可估计接收数据的频偏：

以下通过实例对频偏估计过程进行说明。假设系统载频为6GHz，接收机晶振频偏为正负20ppm，可能的频偏范围为[-120kHz，120kHz]，接收机采样率为7.68MSPS，同步信号的子载波间隔为30kHz，接收数据长度为153856，接收天线数量为2，频偏尝试步径为7.5kHz，本地主同步信号按照NR协议生成，采用FFT点数为4096点。

1)将第i根接收天线接收到的信号r_i(n)分成40段，每段长度为3840：

r_i ^δ(n)＝r_i(n+(δ-1)*3840)，n＝-256,...,0,1,...,3839，δ＝1,2,...,40。

2)对每段接收数据r_i ^δ(n)做4096点的FFT变换，经过FFT变换后的

表示为：

k＝0,1,...,4095，n＝-256,...,3839，δ＝1,2,...L。

3)将长度为127位的本地PSS序列a_u(u＝0,1,2)，通过零填充至256位：

256位本地PSS序列的自相关值为：

u＝0,1,2；n＝0,1,2,...,255；

共轭的倒序时域PSS序列表示为：

p_u(k')＝p_u ^*(n)，k'＝255-k，k＝0,1,...,255；

将共轭的倒序时域PSS序列尾部进行零填充至4096点：

p_u＝[p_u(k')zeros(1,3840)]，k＝0,1,2,...,255，

经过4096点的FFT得到：

k＝0,1,2,...,4095。

4)按照频偏尝试步径，对本地PSS序列进行循环移位：

p'_u(k)＝p_u(mod(k+z*D,4096))，k＝0,1,...,4095，D＝4，z＝-16:1:16；

得到每段接收数据与本地PSS序列的相关值为：

n＝0,1,...,4095，k＝-256,...,0,1,....,3839；

5)对于每个移位的本地PSS序列，将其与各段接收数据的相关值合并。

6)根据相关值合并达到最大值时对应的z确定系统的频偏：

本发明实施例二提供的一种频偏估计方法，在上述实施例的基础上进行优化，不需要对接收数据在时域上进行大量的移位和尝试，而是将本地PSS序列在频域上移位，通过对接收数据分段、对本地PSS序列进行零填充，为通过FFT计算相关值提供了依据，实现了将时域相关的计算转换为频域相关的计算，将时域上的频偏尝试转化为频域的移位，从而利用本地PSS序列的移位有效估计频偏，降低复杂度，提高频偏估计的效率，进而提高接收数据的可靠性。

实施例三

图4为本发明实施例三提供的一种频偏估计装置的结构示意图。本实施例提供的频偏估计装置包括：

分段模块310，用于将接收数据分段；

计算模块320，用于计算经过频域循环移位的本地主同步信号PSS序列与每段接收数据的相关值；

估计模块330，用于根据各段接收数据对应的相关值合并达到最大值时对应的移位确定接收数据的频偏。

本发明实施例三提供的一种频偏估计装置，通过分段模块将接收数据分段；通过计算模块计算经过频域循环移位的本地主同步信号PSS序列与每段接收数据的相关值；通过估计模块根据各段接收数据对应的相关值合并达到最大值时对应的移位确定接收数据的频偏。通过上述技术方案，利用本地序列有效估计频偏，提高接收数据的可靠性。

在上述实施例的基础上，分段模块310，具体用于：

在上述实施例的基础上，还包括：

第一填充模块，用于将所述本地PSS序列填充至预设位数；

第二填充模块，用于对预设位数的共轭倒序时域PSS序列的尾部进行零填充，以使所述本地PSS序列的长度与FFT点数相等。

在上述实施例的基础上，计算模块，包括：

移位单元，用于按照频偏尝试步径，对所述本地PSS序列进行循环移位；

变换单元，用于根据FFT点数，分别对经过频域循环移位的本地PSS序列和每段接收数据进行FFT；

逆变换单元，用于对FFT结果进行逆变换，得到经过频域循环移位的本地PSS序列与每段接收数据的相关值。

在上述实施例的基础上，还包括：

合并模块，用于对于每种移位，将每段接收数据与经过该移位的本地PSS序列的相关值合并。

在上述实施例的基础上，估计模块330，具体用于：

在上述实施例的基础上，所述频偏尝试步径为时域偏移的整数倍；

所述时域偏移根据接收天线采样率与FFT点数确定。本发明实施例三提供的频偏估计装置可以用于执行上述任意实施例提供的频偏估计方法，具备相应的功能和有益效果。

实施例四

图5为本发明实施例四提供的一种频偏估计设备的硬件结构示意图。频偏估计设备可以是接收机。如图5所示，本实施例提供的一种频偏估计设备，包括：处理器410、存储装置420和用于获取接收数据的接收天线430。该频偏估计设备中的处理器可以是一个或多个，图5中以一个处理器410为例，所述频偏估计设备中的处理器410和存储装置420可以通过总线或其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。

所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器410执行，使得所述一个或多个处理器实现上述实施例中任意所述的频偏估计方法。

该频偏估计设备中的存储装置420作为一种计算机可读存储介质，可用于存储一个或多个程序，所述程序可以是软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中频偏估计方法对应的程序指令/模块(例如，附图4所示的频偏估计装置中的模块，包括：分段模块310、计算模块320、估计模块330)。处理器410通过运行存储在存储装置420中的软件程序、指令以及模块，从而执行频偏估计设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的频偏估计方法。

存储装置420主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据频偏估计设备的使用所创建的数据等(如上述实施例中的接收数据、本地PSS序列等)。此外，存储装置420可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储装置420可进一步包括相对于处理器410远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至频偏估计设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

并且，当上述频偏估计设备中所包括一个或者多个程序被所述一个或者多个处理器410执行时，进行如下操作：将接收数据分段；计算经过频域循环移位的本地主同步信号PSS序列与每段接收数据的相关值；根据各段接收数据对应的相关值合并达到最大值时对应的移位确定接收数据的频偏。

本实施例提出的频偏估计设备与上述实施例提出的频偏估计方法属于同一发明构思，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述任意实施例，并且本实施例具备与执行频偏估计方法相同的有益效果。

在上述实施例的基础上，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被频偏估计装置执行时实现本发明上述任意实施例中的频偏估计方法，该方法包括：将接收数据分段；计算经过频域循环移位的本地主同步信号PSS序列与每段接收数据的相关值；根据各段接收数据对应的相关值合并达到最大值时对应的移位确定接收数据的频偏。

当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的频偏估计方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的频偏估计方法中的相关操作，且具备相应的功能和有益效果。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的频偏估计方法。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种频偏估计方法，其特征在于，包括：

将接收数据分段；

根据各段接收数据对应的相关值合并达到最大值时对应的移位确定接收数据的频偏；

所述计算经过频域循环移位的本地主同步信号PSS序列与每段接收数据的相关值，包括：

按照频偏尝试步径，对所述本地PSS序列进行循环移位；

对FFT结果进行逆变换，得到经过频域循环移位的本地PSS序列与每段接收数据的相关值；

所述根据各段接收数据对应的相关值合并达到最大值时对应的移位确定接收数据的频偏，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将接收数据分段，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述本地PSS序列填充至预设位数；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频偏尝试步径为时域偏移的整数倍；

所述时域偏移根据接收天线采样率与FFT点数确定。

6.一种频偏估计装置，其特征在于，包括：

分段模块，用于将接收数据分段；

估计模块，用于根据各段接收数据对应的相关值合并达到最大值时对应的移位确定接收数据的频偏；

所述计算模块，包括：

逆变换单元，用于对FFT结果进行逆变换，得到经过频域循环移位的本地PSS序列与每段接收数据的相关值；

所述估计模块，具体用于：

7.一种频偏估计设备，其特征在于，包括：

接收天线，用于获取接收数据；

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-5中任一所述的频偏估计方法。

8.一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，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一所述的频偏估计方法。