CN112688891A - 一种5g毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置及方法，属于5G技术领域，本发明方法包括上行信号同步模块，频偏估计与补偿模块，信道估计均衡模块，相位噪声估计与补偿模块。本发明对5G毫米波上行信号相位噪声进行估计，能够补偿UE中的本振引入的相位噪声。

Description

一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置及方法
技术领域
本发明属于5G技术领域，具体涉及一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置及方法。
背景技术
由于UE(User Equipment)中的本振会引入相位噪声(PN,Phase Noise)，导致星座图以固定角度旋转，从而破坏了OFDM信号的正交性，进而引起子载波间干扰(ICI，InterCarrier Interference)。在高频段这种现象更加明显。
3GPP标准中引入一种相位追踪参考信号(PTRS,Phase Tracking ReferenceSignal)信号,用于实时跟踪相位噪声的变化。本发明提出一种基于PTRS的相位噪声估计及补偿方法，确保了OFDM信号的正交性，进而满足了信号解调需求。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置，包括上行信号同步模块，频偏估计与补偿模块，信道估计均衡模块，相位噪声估计与补偿模块；
上行信号同步模块，被配置为用于获取上行信号定时同步；
频偏估计与补偿模块，被配置为用于对OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用)信号进行频偏补偿；
信道估计均衡模块，被配置为用于对每个符号的OFDM信号进行均衡；
相位噪声估计与补偿模块，被配置为用于对相位噪声进行估计和补偿。
此外，本发明还提到一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿方法，该方法采用如上所述的一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置，具体包括以下步骤：
步骤1：通过上行信号同步模块进行上行同步；
在时域利用循环前缀相关计算及DMRS(Demodulation reference signal，解调参考信号)盲检获取10ms无线帧同步点；
步骤2：通过频偏估计与补偿模块进行频偏估计与补偿；
获取帧同步信号以后，在时域计算频偏值ε并进行补偿；
步骤3：FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)变换，通过信道估计均衡模块进行信道估计；
将DMRS所在符号的时域信号进行FFT变换转换到频域，利用最小二乘算法在频域对信道参数进行估计，得到一帧内所有时隙的信道参数H1；
步骤4：通过信道估计均衡模块进行均衡，将均衡后的频域信号进行IFFT(InverseFast Fourier Transform，快速傅里叶变换逆变换)运算，通过相位噪声估计与补偿模块进行PN估计与补偿；
利用估计出的信道参数H1对其它符号的子载波进行均衡，将均衡后的频域信号Yl进行IFFT运算，并提取相应的PTRS(Phase Tracking Reference Signal，相位追踪参考信号)信号yPTRS；根据3GPP协议相关描述生成PTRS信号tPTRS，计算yPTRS与tPTRS之间的相位误差值，进而得到相位噪声PN值，并对每个子载波进行补偿。
优选地，在步骤1中，具体包括以下步骤：
步骤1.1：利用滑动循环前缀相关计算得到时隙头位置T0；
步骤1.2：利用DMRS盲检得到时隙号，结合T0得到10ms无线帧的帧头。
优选地，在步骤2中，具体包括以下步骤：
步骤2.1：利用循环前缀与相应的OFDM符号后部的N个采样点之间存在的相位差，计算频偏值ε：
Figure BDA0002873880110000021
其中，yl为每个符号对应的时域信号，*表示取共轭运算。
步骤2.2：利用步骤2.1中计算的频偏值ε来对时域信道进行频偏补偿。
优选地，在步骤3中，具体包括以下步骤：
步骤3.1：将DMRS所在符号的时域信号进行FFT变换转换到频域；
步骤3.2：利用最小二乘算法得到一帧内所有时隙的信道参数H1。
优选地，在步骤4中，具体包括以下步骤：
步骤4.1：利用估计出的信道参数对其他符号的子载波进行均衡；
步骤4.2：将均衡后的频域信号Yl进行IFFT运算，并提取相应的PTRS信号yptrs。
步骤4.3：计算yPTRS与PTRS信号tptrs之间的相位误差值ω：
Figure BDA0002873880110000022
其中，yptrs为PTRS时域信号，*表示取共轭运算；
步骤4.4：利用计算的相位误差值ω对每一个子载波进行补偿。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明公开的方法基于毫米波5G信号处理平台，提出一种相位噪声估计和补偿方法，解决了毫米波频段相位噪声引起的子载波干扰的问题。
附图说明
图1本发明装置原理框图。
图2为相位噪声估计及补偿整体流程图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例1：
如图1所示，一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置，包括上行信号同步模块、频偏估计与补偿模块、信道估计均衡模块以及相位噪声估计与补偿模块；
上行信号同步模块，被配置为用于获取上行信号定时同步；
频偏估计与补偿模块，被配置为用于对OFDM信号进行频偏补偿；
信道估计均衡模块，被配置为用于对每个符号的OFDM信号进行均衡；
相位噪声估计与补偿模块，被配置为用于对相位噪声进行估计和补偿；
此外，本发明还提到一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿方法，其流程如图2所示，具体包括以下步骤：
步骤1：通过上行信号同步模块进行上行同步；
在时域利用循环前缀相关计算及DMRS盲检获取10ms无线帧同步点；
具体包括以下步骤：
步骤1.1：利用滑动循环前缀相关计算得到时隙头位置T0；
步骤1.2：利用DMRS盲检得到时隙号，结合T0得到10ms无线帧的帧头。
步骤2：通过频偏估计与补偿模块进行频偏估计与补偿；
获取帧同步信号以后，在时域计算频偏值ε并进行补偿；
具体包括以下步骤：
步骤2.1：利用循环前缀与相应的OFDM符号后部的N个采样点之间存在的相位差，计算频偏值ε：
Figure BDA0002873880110000041
其中，yl为每个符号对应的时域信号，*表示取共轭运算。
步骤2.2：利用步骤2.1中计算的频偏值ε来对时域信道进行频偏补偿。
步骤3：FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)变换，通过信道估计均衡模块进行信道估计；
将DMRS所在符号的时域信号进行FFT变换转换到频域，利用最小二乘算法在频域对信道参数进行估计，得到一帧内所有时隙的信道参数H1；
具体包括以下步骤：
步骤3.1：将DMRS所在符号的时域信号进行FFT变换转换到频域；
步骤3.2：利用最小二乘算法得到一帧内所有时隙的信道参数H1。
步骤4：通过信道估计均衡模块进行均衡，将均衡后的频域信号进行IFFT(InverseFast Fourier Transform，快速傅里叶变换逆变换)运算，通过相位噪声估计与补偿模块进行PN估计与补偿；
利用估计出的信道参数H1对其它符号的子载波进行均衡，将均衡后的频域信号Yl进行IFFT运算，并提取相应的PTRS信号yPTRS；根据3GPP协议相关描述生成理想的PTRS信号tPTRS，计算yPTRS与tPTRS之间的相位误差值，进而得到相位噪声PN值，并对每个子载波进行补偿。具体包括以下步骤：
步骤4.1：利用估计出的信道参数对其他符号的子载波进行均衡；
步骤4.2：将均衡后的频域信号Yl进行IFFT运算，并提取相应的PTRS信号yptrs。
步骤4.3：计算yPTRS与PTRS信号tptrs之间的相位误差值ω：
Figure BDA0002873880110000042
其中，yptrs为PTRS时域信号，*表示取共轭运算；
步骤4.4：利用计算的相位误差值ω对每一个子载波进行补偿。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置，其特征在于：包括上行信号同步模块、频偏估计与补偿模块、信道估计均衡模块以及相位噪声估计与补偿模块；上行信号同步模块、频偏估计与补偿模块、信道估计均衡模块、相位噪声估计与补偿模块通过线路依次连接；
上行信号同步模块，被配置为用于获取上行信号定时同步；
频偏估计与补偿模块，被配置为用于对OFDM信号进行频偏补偿；
信道估计均衡模块，被配置为用于对每个符号的OFDM信号进行均衡；
相位噪声估计与补偿模块，被配置为用于对相位噪声进行估计和补偿。
2.一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置，具体包括以下步骤：
步骤1：通过上行信号同步模块进行上行同步；
在时域利用循环前缀相关计算及DMRS盲检获取10ms无线帧同步点；
步骤2：通过频偏估计与补偿模块进行频偏估计与补偿；
获取帧同步信号以后，在时域计算频偏值ε并进行补偿；
步骤3：FFT变换，通过信道估计均衡模块进行信道估计；
将DMRS所在符号的时域信号进行FFT变换转换到频域，利用最小二乘算法在频域对信道参数进行估计，得到一帧内所有时隙的信道参数H1；
步骤4：通过信道估计均衡模块进行均衡，将均衡后的频域信号进行IFFT运算，通过相位噪声估计与补偿模块进行PN估计与补偿；
利用估计出的信道参数H1对其它符号的子载波进行均衡，将均衡后的频域信号Yl进行IFFT运算，并提取相应的PTRS信号yPTRS；根据3GPP协议相关描述生成PTRS信号tPTRS，计算yPTRS与tPTRS之间的相位误差值，进而得到相位噪声PN值，并对每个子载波进行补偿。
3.根据权利要求2所述的5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿方法，其特征在于：在步骤1中，具体包括以下步骤：
步骤1.1：利用滑动循环前缀相关计算得到时隙头位置T0；
步骤1.2：利用DMRS盲检得到时隙号，结合隙头位置T0得到10ms无线帧的帧头。
4.根据权利要求2所述的5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿方法，其特征在于：在步骤2中，具体包括以下步骤：
步骤2.1：利用循环前缀与相应的OFDM符号后部的N个采样点之间存在的相位差，计算频偏值ε：
Figure FDA0002873880100000021
其中，yl为每个符号对应的时域信号，*表示取共轭运算，n为时域采样点；
步骤2.2：利用步骤2.1中计算的频偏值ε来对时域信道进行频偏补偿。
5.根据权利要求2所述的5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿方法，其特征在于：在步骤3中，具体包括以下步骤：
步骤3.1：将DMRS所在符号的时域信号进行FFT变换转换到频域；
步骤3.2：利用最小二乘算法得到一帧内所有时隙的信道参数H1。
6.根据权利要求2所述的5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿方法，其特征在于：在步骤4中，具体包括以下步骤：
步骤4.1：利用估计出的信道参数对其他符号的子载波进行均衡；
步骤4.2：将均衡后的频域信号Yl进行IFFT运算，并提取相应的PTRS信号yptrs；
步骤4.3：计算yPTRS与PTRS信号tptrs之间的相位误差值ω：
Figure FDA0002873880100000022
其中，yptrs为PTRS时域信号，*表示取共轭运算；
步骤4.4：利用计算的相位误差值ω对每一个子载波进行补偿。
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