CN114401178B - 频偏估计方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种频偏估计方法、装置、设备及存储介质，其中应用于接收端设备，该方法包括：接收发送端设备发送的数据帧；数据帧中包括至少一个频偏估计单元，频偏估计单元包括两个数据相同的导频段和两个有效数据段，各导频段和各有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，每个导频段均包括两段数据相同的导频序列；基于频偏估计单元中的导频段，对频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计。从而可以实现单载波频域均衡系统中大范围高精度的频偏估计，且在频偏估计过程中可以无需做FFT，使得整个频偏估计过程更加快捷高效，并能避免在均衡时引入额外的误差。

Description

频偏估计方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及通信技术领域，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

随着用户对宽带业务需求的增加，未来无线通信系统需要提供更高速率的数据传输业务，多径信道带来的频率选择性衰落也将更加严重。

IEEE802.16a标准规定了正交频分复用（Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM）系统和单载波频域均衡（Single Carrier Frequency DomainEqualization，SC-FDE）系统两种传输模式，而单载波频域均衡系统在有效克服频率选择性衰落的同时，还可以弥补OFDM峰均信噪比（Peak to Average Power Ratio，PAPR）高、对同步误差和相位噪声敏感的问题，更适合于上行链路传输。

然而，由于发送和接收端晶振振荡频率不稳定以及多普勒影响造成的载波频偏，对于单载波频域均衡系统来说，不仅会导致信号的旋转和衰减，而且当符号通过快速傅立叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）转换为频域时，频率偏差会对每个频率点上的信号产生载波间干扰，在均衡时引入额外的误差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种频偏估计方法、装置、设备及存储介质。

第一方面，本发明提供一种频偏估计方法，应用于接收端设备，包括：

接收发送端设备发送的数据帧；所述数据帧中包括至少一个频偏估计单元，所述频偏估计单元包括两个数据相同的导频段和两个有效数据段，各所述导频段和各所述有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，每个所述导频段均包括两段数据相同的导频序列；

基于所述频偏估计单元中的导频段，对所述频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计。

可选地，所述基于所述频偏估计单元中的导频段，对所述频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计，包括：

基于所述频偏估计单元中两个数据相同的导频段，获取频偏初步估计结果；

基于所述频偏估计单元中的首个导频段，获取频偏范围估计结果；

基于所述频偏范围估计结果，纠正所述频偏初步估计结果；

基于纠正后的频偏初步估计结果，对所述频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计。

可选地，所述基于所述频偏估计单元中两个数据相同的导频段，获取频偏初步估计结果，包括：

基于所述频偏估计单元中两个数据相同的导频段共轭相乘的结果，获取频偏初步估计相位；

基于所述频偏初步估计相位和所述两个数据相同的导频段之间的时间间隔，获取频偏初步估计结果。

可选地，所述基于所述频偏估计单元中的首个导频段，获取频偏范围估计结果，包括：

基于所述频偏估计单元中首个导频段所包含的两段数据相同的导频序列共轭相乘的结果，获取频偏范围估计相位；

基于所述频偏范围估计相位和所述首个导频段所包含的两段数据相同的导频序列之间的时间间隔，获取频偏范围估计结果。

可选地，所述基于所述频偏范围估计结果，纠正所述频偏初步估计结果，包括：

基于所述两个数据相同的导频段之间的时间间隔，确定圆周频偏量；

基于所述频偏范围估计结果和所述频偏初步估计结果之间的差值，以及所述圆周频偏量，纠正所述频偏初步估计相位；

基于纠正后的频偏初步估计相位，纠正所述频偏初步估计结果。

可选地，所述基于所述两个数据相同的导频段之间的时间间隔，确定圆周频偏量，包括：

通过以下公式计算圆周频偏量：

f_max = 1 / (2 *Δt)；

其中，f_max表示圆周频偏量，Δt为所述两个数据相同的导频段之间的时间间隔。

可选地，基于所述频偏范围估计结果和所述频偏初步估计结果之间的差值，以及所述圆周频偏量，纠正所述频偏初步估计相位，包括：

确定所述频偏范围估计结果和所述频偏初步估计结果之间的差值与所述圆周频偏量之间的倍数数值；

基于所述倍数数值，确定所述频偏初步估计相位与频偏真实相位之间的相位差；

基于所述相位差，纠正所述频偏初步估计相位。

可选地，所述基于所述倍数数值，确定所述频偏初步估计相位与频偏真实相位之间的相位差，包括：

根据所述倍数数值和2π的乘积，确定所述频偏初步估计相位与频偏真实相位之间的相位差。

可选地，所述导频序列为Zadoff-Chu序列。

第二方面，本发明还提供一种频偏估计方法，应用于发送端设备，包括：

确定数据帧；所述数据帧中包括至少一个频偏估计单元，所述频偏估计单元包括两个数据相同的导频段和两个有效数据段，各所述导频段和各所述有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，每个所述导频段均包括两段数据相同的导频序列；

向接收端设备发送所述数据帧，用以所述接收端设备基于所述频偏估计单元中的导频段，对所述频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计。

第三方面，本发明还提供一种频偏估计装置，应用于接收端设备，包括：

接收模块，用于接收发送端发送的数据帧；所述数据帧中包括至少一个频偏估计单元，所述频偏估计单元包括两个数据相同的导频段和两个有效数据段，各所述导频段和各所述有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，每个所述导频段均包括两段数据相同的导频序列；

频偏估计模块，用于基于所述频偏估计单元中的导频段，对所述频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计。

第四方面，本发明还提供一种频偏估计装置，应用于发送端设备，包括：

确定模块，用于确定数据帧；所述数据帧中包括至少一个频偏估计单元，所述频偏估计单元包括两个数据相同的导频段和两个有效数据段，各所述导频段和各所述有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，每个所述导频段均包括两段数据相同的导频序列；

发送模块，用于向接收端发送所述数据帧，用以所述接收端基于所述频偏估计单元中的导频段，对所述频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计。

第五方面，本发明还提供一种接收端设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述第一方面所述的频偏估计方法的步骤。

第六方面，本发明还提供一种发送端设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述第二方面所述的频偏估计方法的步骤。

第七方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述第一方面所述的频偏估计方法的步骤，或实现如上所述第二方面所述的频偏估计方法的步骤。

本发明提供的频偏估计方法、装置、设备及存储介质，接收端设备接收发送端设备发送的数据帧，数据帧中包括至少一个频偏估计单元，频偏估计单元包括两个数据相同的导频段和两个有效数据段，各导频段和各有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，每个导频段均包括两段数据相同的导频序列，从而根据每个频偏估计单元中的导频段估计该频偏估计单元中有效数据段的频偏，估计出的频偏结果更精确，而且在频偏估计过程中可以无需做FFT，使得整个频偏估计过程更加快捷高效，并能避免在均衡时引入额外的误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的频偏估计方法的流程示意图之一；

图2是本发明提供的数据帧结构示意图；

图3是本发明提供的频偏估计方法的流程示意图之二；

图4是本发明提供的不同频偏估计方法对应的频偏估计范围对比图；

图5是本发明提供的频偏估计方法的频偏估计精度示意图；

图6是本发明提供的不同频偏估计方法的系统误码率对比图；

图7是本发明提供的频偏估计装置的结构示意图之一；

图8是本发明提供的频偏估计装置的结构示意图之二；

图9是本发明提供的接收端设备的结构示意图；

图10是本发明提供的发送端设备的结构示意图。

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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

图1为本发明提供的频偏估计方法的流程示意图之一，该方法可应用于接收端设备，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤100、接收发送端设备发送的数据帧；数据帧中包括至少一个频偏估计单元，频偏估计单元包括两个数据相同的导频段和两个有效数据段，各导频段和各有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，每个导频段均包括两段数据相同的导频序列；

具体地，对于单载波频域均衡系统，为了能够进行高效、精确的频偏估计，本发明提供一种基于新型导频结构的频偏估计解决方案，图2为本发明提供的数据帧结构示意图，如图2所示，该数据帧中包括导频段和有效数据段，每个导频段的数据都相同，而且每个导频段都包括两段数据完全相同的导频序列，为便于描述，后续论述中这两段数据完全相同的导频序列也可以分别称之为正导频头和负导频头，如图2中的正导频头1和负导频头1，或者正导频头2和负导频头2，需要说明的是，正导频头和负导频头的数据完全相同，名称中的正负仅仅是一种区别叫法，不表示导频序列存在区别。

在数据帧中，导频段和有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，例如，可以是导频段1-有效数据段1-导频段2-有效数据段2-······-导频段n-有效数据段n的排列形式。

进行频偏估计时，可以以连续排列的导频段-有效数据段-导频段-有效数据段作为一个频偏估计单元，即一个频偏估计单元中包括两个导频段和两个有效数据段，例如，图2中，有效数据1前有正导频头1和负导频头1，有效数据2前有正导频头2和负导频头2，可以以正导频头1、负导频头1、有效数据1、正导频头2、负导频头2和有效数据2为一个频偏估计单元。

可选地，上述导频序列可以为Zadoff-Chu序列。

具体地，导频序列用于划分前后两包数据以及信道估计，本发明实施例中，导频序列可以选用时域恒包络，频域平坦的Zadoff-Chu序列。

导频序列中的Zadoff-Chu序列a_m可以根据需要运用以下公式得到：

其中，N_ZC为需要生成的Zadoff-Chu序列的长度，m=0, 1, …, N_ZC -1，μ∈{1, 2,…, N_ZC -1}且与N_ZC互质，q为任意整数。

Zadoff-Chu序列具有良好的自相关特性和互相关特性，即该序列互相关的值很小而自相关值较大，相同位数Zadoff-Chu序列的自相关值和移位后计算互相关值的结果的比值非常大，综合来讲就是该类序列在做相关运算的时候能表现出优异的峰值特性。

其次，该序列幅值恒定，且任意的Zadoff-Chu序列经过傅立叶变换和傅立叶逆变换后仍为Zadoff-Chu序列，所以该序列在时域和频域都能表现出优异的相关峰值特性。

在本发明中，以相邻两包数据为一个处理单元，每包数据前有一段导频，每段导频含正导频头和负导频头，正导频头和负导频头数据完全相同，用两包数据前的两段导频对这两包数据进行频偏估计，相当于有效数据前后都有导频，估计出的频偏结果更精确。

步骤101、基于频偏估计单元中的导频段，对频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计。

具体地，发送端设备生成具有上述新型导频结构的数据帧后，将该数据帧发送给接收端设备，接收端设备接收到该数据帧，当定位到一个频偏估计单元，便可以根据该频偏估计单元中的导频段，估计出该频偏估计单元中的两个有效数据段的频偏。

由于各导频段数据完全相同，各段导频在传输过程中产生的固定相偏也可认为是不变的，将两段导频共轭相乘即可抵消掉相偏，只留下频偏影响，从而基于上述导频结构，在频偏估计过程中采用共轭相乘的方法，可以无需做FFT，整个频偏估计过程更加快捷高效。

本发明提供的频偏估计方法，接收端设备接收发送端设备发送的数据帧，数据帧中包括至少一个频偏估计单元，频偏估计单元包括两个数据相同的导频段和两个有效数据段，各导频段和各有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，每个导频段均包括两段数据相同的导频序列，从而根据每个频偏估计单元中的导频段估计该频偏估计单元中有效数据段的频偏，估计出的频偏结果更精确，而且在频偏估计过程中可以无需做FFT，使得整个频偏估计过程更加快捷高效，并能避免在均衡时引入额外的误差。

可选地，基于频偏估计单元中的导频段，对频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计，包括：

基于频偏估计单元中两个数据相同的导频段，获取频偏初步估计结果；

基于频偏估计单元中的首个导频段，获取频偏范围估计结果；

基于频偏范围估计结果，纠正频偏初步估计结果；

基于纠正后的频偏初步估计结果，对频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计。

具体地，本发明实施例中，频偏估计包括频偏初步估计和频偏范围估计。频偏初步估计和频偏范围估计采用的方法基本相同，都是用两段导频来计算频偏。

但由于频偏初步估计和频偏范围估计所使用导频之间的时间间隔不同，精度和范围也不同。频偏初步估计使用频偏估计单元中两段有效数据前的两段导频，导频间的时间间隔较大，能估计的频偏范围较小，精度较高；而频偏范围估计使用频偏估计单元中第一段有效数据前的导频（也即第一个导频段）中的正导频头和负导频头，精度小，但范围较大。

在遇到大频偏时频偏初步估计会出现错误，这是因为频偏初步估计在遇到大范围频偏时由于估计范围不足，在估计相位时会将超出-π到π的相位加减2π的整数倍，例如将5π/2估计成π/2。因此，需要对频偏初步估计结果进行纠正，可以通过计算频偏范围估计结果和频偏初步估计结果之间的差值，确定频偏初步估计相位距离真实值相差几个2π，对相差的相位进行纠正，便可以纠正频偏初步估计结果，从而使得最终频偏估计结果保持频偏初步估计精度的同时可以估计大范围频偏。

本发明提供的频偏估计方法，采用频偏初步估计和频偏范围估计两种方式进行频偏估计，并通过频偏范围估计结果矫正频偏初步估计结果，能够使得最终频偏估计结果保持频偏初步估计精度的同时可以估计大范围频偏，在不增加导频长度的条件下，实现了频偏估计范围的扩大和精度的提高。

可选地，基于频偏估计单元中两个数据相同的导频段，获取频偏初步估计结果，包括：

基于频偏估计单元中两个数据相同的导频段共轭相乘的结果，获取频偏初步估计相位；

基于频偏初步估计相位和两个数据相同的导频段之间的时间间隔，获取频偏初步估计结果。

具体地，假设发送端设备发送的每个原始导频段为S(t)，导频段中每个正导频头或负导频头序列都为s(t)（一个S(t)含有两个s(t)，每段导频完全相同），假设系统存在相偏θ以及频偏f，以有效数据n和有效数据n+1这两段有效数据为例，其对应的频偏估计单元中包括两个导频段n和n+1以及两个有效数据段n和n+1，频偏初步估计步骤如下：

1）两段导频共轭相乘

发送端的两个导频段n和n+1，在接收端接收到的相应导频信号为

和

，其中，t_n和t_n+1分别为接收到导 频段n和n+1的时间。

将接收到的第一段导频（即导频段n）的共轭与第二段导频（即导频段n+1）相乘，即 可抵消掉系统的相偏，只留下频偏影响。导频段n的共轭可表示为：

，故

。

由此可以根据共轭相乘结果

得到频偏初步估计 相位φ。

2）计算两段导频的时间间隔Δt

由于传输过程中符号速率已知，且两段导频之间传输的数据数量（即导频段n和有效数据段n的数据数量之和）可计算，用数据数量除以符号速率即可得到导频段n和导频段n+1之间的时间间隔Δt。

最后，用频偏初步估计相位φ除以两段导频的时间间隔Δt即可得到频偏初步估计结果f。

可选地，基于频偏估计单元中的首个导频段，获取频偏范围估计结果，包括：

基于频偏估计单元中首个导频段所包含的两段数据相同的导频序列共轭相乘的结果，获取频偏范围估计相位；

基于频偏范围估计相位和首个导频段所包含的两段数据相同的导频序列之间的时间间隔，获取频偏范围估计结果。

具体地，频偏范围估计和频偏初步估计处理步骤相同，只是接收端处理的不再是 导频段n和导频段n+1，而是导频段n中的正导频头和负导频头，正导频头和负导频头共轭相 乘后的结果为

，这里的Δt′为正导频头和负导频头之间的时间间隔，由于 导频段n和导频段n+1之间包含了有效数据，所以Δt远大于Δt′。Δt越大，则意味着估计过 程中选取的符号数越多，精度也就越高。但频偏初步估计相位φ的范围只有-π到π，φ = f *Δt，Δt越大，频偏估计范围越小。频偏初步估计的Δt较大，精度高估计范围小；而频偏范 围估计的Δt′较小，精度低估计范围大。

可选地，基于频偏范围估计结果，纠正频偏初步估计结果，包括：

基于两个数据相同的导频段之间的时间间隔，确定圆周频偏量；

基于频偏范围估计结果和频偏初步估计结果之间的差值，以及圆周频偏量，纠正频偏初步估计相位；

基于纠正后的频偏初步估计相位，纠正频偏初步估计结果。

具体地，圆周频偏量是频偏初步估计相位φ达到2π时的频偏值，也就是频偏初步 估计的频偏估计极限值，当频偏超过圆周频偏量，频偏初步估计就会出现错误。圆周频偏量

，每当频偏超过频偏初步估计的频偏估计范围一个f_max，频偏初步估计 相位φ就会出现±2π的错误。

因此本发明实施例中，对频偏初步估计结果进行纠正，可以首先确定圆周频偏量f_max，可选地，基于两个数据相同的导频段之间的时间间隔，确定圆周频偏量，可以包括：

通过以下公式计算圆周频偏量：

f_max = 1 / (2 *Δt)；

其中，f_max表示圆周频偏量，Δt为两个数据相同的导频段之间的时间间隔。

然后，可以基于频偏范围估计结果和频偏初步估计结果之间的差值，以及圆周频偏量，纠正频偏初步估计相位；再基于纠正后的频偏初步估计相位，纠正频偏初步估计结果。

可选地，基于频偏范围估计结果和频偏初步估计结果之间的差值，以及圆周频偏量，纠正频偏初步估计相位，包括：

确定频偏范围估计结果和频偏初步估计结果之间的差值与圆周频偏量之间的倍数数值；

基于倍数数值，确定频偏初步估计相位与频偏真实相位之间的相位差；

基于相位差，纠正频偏初步估计相位。

具体地，在遇到大频偏时频偏初步估计会出现错误，这是因为频偏初步估计在遇到大范围频偏时由于估计范围不足，在估计相位时会将超出-π到π的相位加减2π的整数倍，例如将5π/2估计成π/2。

由于频偏初步估计出现错误的原因是频偏初步估计相位φ与真实值（频偏真实相位）相差2π的整数倍，而频偏范围估计不会出现错误，因此可以通过计算频偏范围估计结果和频偏初步估计结果相差几个圆周频偏量，就可以知道频偏初步估计相位φ与频偏真实相位之间的相位差。

可选地，基于倍数数值，确定频偏初步估计相位与频偏真实相位之间的相位差，可以包括：

根据倍数数值和2π的乘积，确定频偏初步估计相位与频偏真实相位之间的相位差。

具体地，由于在估计相位时频偏初步估计会将超出-π到π的相位加减2π的整数倍，因此可以根据频偏范围估计结果和频偏初步估计结果之间的差值与圆周频偏量之间的倍数数值，再将该倍数数值乘以2π，得到频偏初步估计相位与频偏真实相位之间的相位差，将这部分相位差补上（例如频偏初步估计结果将频偏真实相位5π/2估计成π/2，则可以在确定频偏初步估计相位与频偏真实相位之间相差2个2π后，将2*2π加上π/2，得到5π/2），得到纠正后的频偏初步估计相位，将纠正后的频偏初步估计相位再除以两段导频的时间间隔Δt即可得到纠正后的频偏初步估计结果，从而纠正频偏初步估计在计算大范围频偏时出现的错误。

图3为本发明提供的频偏估计方法的流程示意图之二，该方法可应用于发送端设备，如图3所示，该方法包括如下步骤：

步骤300、确定数据帧；数据帧中包括至少一个频偏估计单元，频偏估计单元包括两个数据相同的导频段和两个有效数据段，各导频段和各有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，每个导频段均包括两段数据相同的导频序列；

步骤301、向接收端设备发送数据帧，用以接收端设备基于频偏估计单元中的导频段，对频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计。

具体地，为了能够进行高效、精确的频偏估计，本发明提供一种基于新型导频结构的频偏估计解决方案，发送端首先生成一种具有新型导频结果的数据帧，该数据帧中包括导频段和有效数据段，每个导频段的数据都相同，而且每个导频段都包括两段数据完全相同的导频序列，为便于描述，后续论述中这两段数据完全相同的导频序列也可以分别称之为正导频头和负导频头，在数据帧中，导频段和有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，进行频偏估计时，可以以连续排列的导频段-有效数据段-导频段-有效数据段作为一个频偏估计单元，即一个频偏估计单元中包括两个导频段和两个有效数据段。

发送端设备生成数据帧后，将该数据帧发送给接收端设备，从而接收端设备接收到该数据帧，当定位到一个频偏估计单元，便可以根据该频偏估计单元中的导频段，估计出该频偏估计单元中的两个有效数据段的频偏。

可选地，上述导频序列可以为Zadoff-Chu序列。

在本发明中，以相邻两包数据为一个处理单元，每包数据前有一段导频，每段导频含正导频头和负导频头，正导频头和负导频头数据完全相同，用两包数据前的两段导频对这两包数据进行频偏估计，相当于有效数据前后都有导频，估计出的频偏结果更精确。

此外，由于各导频段数据完全相同，各段导频在传输过程中产生的固定相偏也可认为是不变的，将两段导频共轭相乘即可抵消掉相偏，只留下频偏影响，从而基于上述导频结构，在频偏估计过程中采用共轭相乘的方法，可以无需做FFT，整个频偏估计过程更加快捷高效。

本发明提供的频偏估计方法，发送端设备通过生成具有新型导频结构的数据帧，将该数据帧发送给接收端设备，从而接收端设备可以根据数据帧中每个频偏估计单元中的导频段估计该频偏估计单元中有效数据段的频偏，估计出的频偏结果更精确，而且在频偏估计过程中可以无需做FFT，使得整个频偏估计过程更加快捷高效，并能避免在均衡时引入额外的误差。

可选地，基于频偏估计单元中的导频段，对频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计，包括：

基于频偏估计单元中两个数据相同的导频段，获取频偏初步估计结果；

基于频偏估计单元中的首个导频段，获取频偏范围估计结果；

基于频偏范围估计结果，纠正频偏初步估计结果；

基于纠正后的频偏初步估计结果，对频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计。

具体地，本发明实施例中，频偏估计包括频偏初步估计和频偏范围估计。频偏初步估计和频偏范围估计采用的方法基本相同，都是用两段导频来计算频偏。

但由于频偏初步估计和频偏范围估计所使用导频之间的时间间隔不同，精度和范围也不同。频偏初步估计使用频偏估计单元中两段有效数据前的两段导频，导频间的时间间隔较大，能估计的频偏范围较小，精度较高；而频偏范围估计使用频偏估计单元中第一段有效数据前的导频（也即第一个导频段）中的正导频头和负导频头，精度小，但范围较大。

在遇到大频偏时频偏初步估计会出现错误，这是因为频偏初步估计在遇到大范围频偏时由于估计范围不足，在估计相位时会将超出-π到π的相位加减2π的整数倍，例如将5π/2估计成π/2。因此，需要对频偏初步估计结果进行纠正，可以通过计算频偏范围估计结果和频偏初步估计结果之间的差值，确定频偏初步估计相位距离真实值相差几个2π，对相差的相位进行纠正，便可以纠正频偏初步估计结果，从而使得最终频偏估计结果保持频偏初步估计精度的同时可以估计大范围频偏。

本发明提供的频偏估计方法，采用频偏初步估计和频偏范围估计两种方式进行频偏估计，并通过频偏范围估计结果矫正频偏初步估计结果，能够使得最终频偏估计结果保持频偏初步估计精度的同时可以估计大范围频偏，在不增加导频长度的条件下，实现了频偏估计范围的扩大和精度的提高。

可选地，基于频偏估计单元中两个数据相同的导频段，获取频偏初步估计结果，包括：

基于频偏估计单元中两个数据相同的导频段共轭相乘的结果，获取频偏初步估计相位；

基于频偏初步估计相位和两个数据相同的导频段之间的时间间隔，获取频偏初步估计结果。

可选地，基于频偏估计单元中的首个导频段，获取频偏范围估计结果，包括：

基于频偏估计单元中首个导频段所包含的两段数据相同的导频序列共轭相乘的结果，获取频偏范围估计相位；

基于频偏范围估计相位和首个导频段所包含的两段数据相同的导频序列之间的时间间隔，获取频偏范围估计结果。

可选地，基于频偏范围估计结果，纠正频偏初步估计结果，包括：

基于两个数据相同的导频段之间的时间间隔，确定圆周频偏量；

基于频偏范围估计结果和频偏初步估计结果之间的差值，以及圆周频偏量，纠正频偏初步估计相位；

基于纠正后的频偏初步估计相位，纠正频偏初步估计结果。

可选地，基于两个数据相同的导频段之间的时间间隔，确定圆周频偏量，包括：

通过以下公式计算圆周频偏量：

f_max = 1 / (2 *Δt)；

其中，f_max表示圆周频偏量，Δt为两个数据相同的导频段之间的时间间隔。

可选地，基于频偏范围估计结果和频偏初步估计结果之间的差值，以及圆周频偏量，纠正频偏初步估计相位，包括：

确定频偏范围估计结果和频偏初步估计结果之间的差值与圆周频偏量之间的倍数数值；

基于倍数数值，确定频偏初步估计相位与频偏真实相位之间的相位差；

基于相位差，纠正频偏初步估计相位。

可选地，基于倍数数值，确定频偏初步估计相位与频偏真实相位之间的相位差，包括：

根据倍数数值和2π的乘积，确定频偏初步估计相位与频偏真实相位之间的相位差。

本发明各实施例提供的方法是基于同一发明构思的，因此接收端设备侧和发送端设备侧方法的实施可以相互参见，重复之处不再赘述。

以下通过仿真实施例对上述方法进行举例说明。

图4为本发明提供的不同频偏估计方法对应的频偏估计范围对比图，如图4所示，可以看到仅纠正细频偏（对应上述频偏初步估计）、仅纠正粗频偏（对应上述频偏范围估计）以及纠正粗频偏矫正后的细频偏（对应通过频偏范围估计结果对频偏初步估计结果进行纠正）三种方式之间频偏估计范围和精度的不同。

在本实施例帧结构中，有效数据段长度为正导频头长度的8倍，故Δt=10*Δt′，频 偏范围估计的频偏估计范围为频偏初步估计的10倍。在信噪比

，符号速率12.5Mbps 情况下，如图4所示，频偏范围估计的频偏估计范围在±20000Hz左右，但精度较低，误差（也 即纠正后的频偏）在200Hz以内；频偏初步估计在频偏±2000Hz以内估计效果很好，误差在 20Hz以内，但在频偏超过2000Hz后，由于超过其估计范围，频偏初步估计只能纠正2000Hz左 右的频偏，多余的频偏没有能力估计和纠正，故曲线呈阶梯状，阶梯每层间高度差2000Hz左 右。而用频偏范围估计结果纠正频偏初步估计结果，可以在频偏范围估计的估计范围（频偏 ±20000Hz）内达到频偏初步估计的估计精度，如图4所示，本发明提供的用频偏范围估计结 果纠正频偏初步估计结果的方法在频偏±2000Hz以内与频偏初步估计效果相同，在频偏± 20000Hz以内没有出现错误且精度高于频偏范围估计。

图5为本发明提供的频偏估计方法的频偏估计精度示意图，采用本发明提供的用 频偏范围估计结果纠正频偏初步估计结果的方法，在12.5Mbps符号速率下，对1000组信道， ±5000Hz以内的随机频偏进行估计，估计结果误差（也即纠正后的频偏）的最大值和平均值 随信噪比的变化曲线如图5所示。可以看到，该方法对于±5000Hz以内的大范围频偏仍然具 有很高精度，估计误差平均值在20Hz以内，在

的情况下误差最大值也在100Hz以内。

图6为本发明提供的不同频偏估计方法的系统误码率对比图，图6中，为给予系统±5000Hz以内随机频偏，使用频偏范围估计、频偏初步估计以及通过频偏范围估计结果对频偏初步估计结果进行纠正三种方式进行频偏估计后的系统误码率。可以看到，频偏初步估计已无法应对如此大的频偏，而通过频偏范围估计结果对频偏初步估计结果进行纠正的频偏估计方法，即便在大范围频偏情况下，其系统误码率也低于频偏范围估计，证明本发明提供的频偏估计方法是准确有效的。

下面对本发明提供的频偏估计装置进行描述，下文描述的频偏估计装置与上文描述的频偏估计方法可相互对应参照。

图7为本发明提供的频偏估计装置的结构示意图之一，该装置可应用于接收端设备，如图7所示，该装置包括：

接收模块700，用于接收发送端发送的数据帧；数据帧中包括至少一个频偏估计单元，频偏估计单元包括两个数据相同的导频段和两个有效数据段，各导频段和各有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，每个导频段均包括两段数据相同的导频序列；

频偏估计模块710，用于基于频偏估计单元中的导频段，对频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计。

可选地，基于频偏估计单元中的导频段，对频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计，包括：

基于频偏估计单元中两个数据相同的导频段，获取频偏初步估计结果；

基于频偏估计单元中的首个导频段，获取频偏范围估计结果；

基于频偏范围估计结果，纠正频偏初步估计结果；

基于纠正后的频偏初步估计结果，对频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计。

可选地，基于频偏估计单元中两个数据相同的导频段，获取频偏初步估计结果，包括：

基于频偏估计单元中两个数据相同的导频段共轭相乘的结果，获取频偏初步估计相位；

基于频偏初步估计相位和两个数据相同的导频段之间的时间间隔，获取频偏初步估计结果。

可选地，基于频偏估计单元中的首个导频段，获取频偏范围估计结果，包括：

基于频偏估计单元中首个导频段所包含的两段数据相同的导频序列共轭相乘的结果，获取频偏范围估计相位；

基于频偏范围估计相位和首个导频段所包含的两段数据相同的导频序列之间的时间间隔，获取频偏范围估计结果。

可选地，基于频偏范围估计结果，纠正频偏初步估计结果，包括：

基于两个数据相同的导频段之间的时间间隔，确定圆周频偏量；

基于频偏范围估计结果和频偏初步估计结果之间的差值，以及圆周频偏量，纠正频偏初步估计相位；

基于纠正后的频偏初步估计相位，纠正频偏初步估计结果。

可选地，基于两个数据相同的导频段之间的时间间隔，确定圆周频偏量，包括：

通过以下公式计算圆周频偏量：

f_max = 1 / (2 *Δt)；

其中，f_max表示圆周频偏量，Δt为两个数据相同的导频段之间的时间间隔。

可选地，基于频偏范围估计结果和频偏初步估计结果之间的差值，以及圆周频偏量，纠正频偏初步估计相位，包括：

确定频偏范围估计结果和频偏初步估计结果之间的差值与圆周频偏量之间的倍数数值；

基于倍数数值，确定频偏初步估计相位与频偏真实相位之间的相位差；

基于相位差，纠正频偏初步估计相位。

可选地，基于倍数数值，确定频偏初步估计相位与频偏真实相位之间的相位差，包括：

根据倍数数值和2π的乘积，确定频偏初步估计相位与频偏真实相位之间的相位差。

可选地，导频序列为Zadoff-Chu序列。

图8为本发明提供的频偏估计装置的结构示意图之二，该装置可应用于发送端设备，如图8所示，该装置包括：

确定模块800，用于确定数据帧；数据帧中包括至少一个频偏估计单元，频偏估计单元包括两个数据相同的导频段和两个有效数据段，各导频段和各有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，每个导频段均包括两段数据相同的导频序列；

发送模块810，用于向接收端发送数据帧，用以接收端基于频偏估计单元中的导频段，对频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计。

在此需要说明的是，本发明提供的上述装置，能够实现上述方法实施例所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。

图9为本发明提供的接收端设备的结构示意图，如图9所示，该接收端设备可以包括：处理器（processor）910、通信接口（Communications Interface）920、存储器（memory）930和通信总线940，其中，处理器910，通信接口920，存储器930通过通信总线940完成相互间的通信。处理器910可以调用存储器930中的逻辑指令，以执行上述各实施例提供的任一所述频偏估计方法的步骤，例如：接收发送端设备发送的数据帧；数据帧中包括至少一个频偏估计单元，频偏估计单元包括两个数据相同的导频段和两个有效数据段，各导频段和各有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，每个导频段均包括两段数据相同的导频序列；基于频偏估计单元中的导频段，对频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计。

图10为本发明提供的发送端设备的结构示意图，如图10所示，该发送端设备可以包括：处理器（processor）1010、通信接口（Communications Interface）1020、存储器（memory）1030和通信总线1040，其中，处理器1010，通信接口1020，存储器1030通过通信总线1040完成相互间的通信。处理器1010可以调用存储器1030中的逻辑指令，以执行上述各实施例提供的任一所述频偏估计方法的步骤，例如：确定数据帧；数据帧中包括至少一个频偏估计单元，频偏估计单元包括两个数据相同的导频段和两个有效数据段，各导频段和各有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，每个导频段均包括两段数据相同的导频序列；向接收端设备发送数据帧，用以接收端设备基于频偏估计单元中的导频段，对频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计。

此外，上述的存储器930和1030中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。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或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在此需要说明的是，本发明提供的接收端设备和发送端设备，能够实现上述方法实施例所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的任一所述频偏估计方法的步骤。

在此需要说明的是，本发明提供的非暂态计算机可读存储介质，能够实现上述方法实施例所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述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ROM/RAM、磁碟、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）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种频偏估计方法，其特征在于，应用于接收端设备，包括：

接收发送端设备发送的数据帧；所述数据帧中包括至少一个频偏估计单元，所述频偏估计单元包括两个数据相同的导频段和两个有效数据段，各所述导频段和各所述有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，每个所述导频段均包括两段数据相同的导频序列；

基于所述频偏估计单元中的导频段，对所述频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计；

所述基于所述频偏估计单元中的导频段，对所述频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计，包括：

基于所述频偏估计单元中两个数据相同的导频段，获取频偏初步估计结果；

基于所述频偏估计单元中的首个导频段，获取频偏范围估计结果；

基于所述频偏范围估计结果，纠正所述频偏初步估计结果；

基于纠正后的频偏初步估计结果，对所述频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计；

所述基于所述频偏估计单元中两个数据相同的导频段，获取频偏初步估计结果，包括：

基于所述频偏估计单元中两个数据相同的导频段共轭相乘的结果，获取频偏初步估计相位；

基于所述频偏初步估计相位和所述两个数据相同的导频段之间的时间间隔，获取频偏初步估计结果；

所述基于所述频偏范围估计结果，纠正所述频偏初步估计结果，包括：

基于所述两个数据相同的导频段之间的时间间隔，确定圆周频偏量；

基于所述频偏范围估计结果和所述频偏初步估计结果之间的差值，以及所述圆周频偏量，纠正所述频偏初步估计相位；

基于纠正后的频偏初步估计相位，纠正所述频偏初步估计结果。

2.根据权利要求1所述的频偏估计方法，其特征在于，所述基于所述频偏估计单元中的首个导频段，获取频偏范围估计结果，包括：

基于所述频偏估计单元中首个导频段所包含的两段数据相同的导频序列共轭相乘的结果，获取频偏范围估计相位；

基于所述频偏范围估计相位和所述首个导频段所包含的两段数据相同的导频序列之间的时间间隔，获取频偏范围估计结果。

3.根据权利要求1所述的频偏估计方法，其特征在于，所述基于所述两个数据相同的导频段之间的时间间隔，确定圆周频偏量，包括：

通过以下公式计算圆周频偏量：

其中，

表示圆周频偏量，Δt为所述两个数据相同的导频段之间的时间间隔。

4.根据权利要求1所述的频偏估计方法，其特征在于，基于所述频偏范围估计结果和所述频偏初步估计结果之间的差值，以及所述圆周频偏量，纠正所述频偏初步估计相位，包括：

确定所述频偏范围估计结果和所述频偏初步估计结果之间的差值与所述圆周频偏量之间的倍数数值；

基于所述倍数数值，确定所述频偏初步估计相位与频偏真实相位之间的相位差；

基于所述相位差，纠正所述频偏初步估计相位。

5.根据权利要求4所述的频偏估计方法，其特征在于，所述基于所述倍数数值，确定所述频偏初步估计相位与频偏真实相位之间的相位差，包括：

根据所述倍数数值和2π的乘积，确定所述频偏初步估计相位与频偏真实相位之间的相位差。

6.根据权利要求1至5任一项所述的频偏估计方法，其特征在于，所述导频序列为Zadoff-Chu序列。

7.一种频偏估计方法，其特征在于，应用于发送端设备，包括：

确定数据帧；所述数据帧中包括至少一个频偏估计单元，所述频偏估计单元包括两个数据相同的导频段和两个有效数据段，各所述导频段和各所述有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，每个所述导频段均包括两段数据相同的导频序列；

向接收端设备发送所述数据帧，用以所述接收端设备基于所述频偏估计单元中的导频段，对所述频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计；

所述基于所述频偏估计单元中的导频段，对所述频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计，包括：

基于所述频偏估计单元中两个数据相同的导频段，获取频偏初步估计结果；

基于所述频偏估计单元中的首个导频段，获取频偏范围估计结果；

基于所述频偏范围估计结果，纠正所述频偏初步估计结果；

基于纠正后的频偏初步估计结果，对所述频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计；

所述基于所述频偏估计单元中两个数据相同的导频段，获取频偏初步估计结果，包括：

基于所述频偏估计单元中两个数据相同的导频段共轭相乘的结果，获取频偏初步估计相位；

基于所述频偏初步估计相位和所述两个数据相同的导频段之间的时间间隔，获取频偏初步估计结果；

所述基于所述频偏范围估计结果，纠正所述频偏初步估计结果，包括：

基于所述两个数据相同的导频段之间的时间间隔，确定圆周频偏量；

基于所述频偏范围估计结果和所述频偏初步估计结果之间的差值，以及所述圆周频偏量，纠正所述频偏初步估计相位；

基于纠正后的频偏初步估计相位，纠正所述频偏初步估计结果。

8.一种频偏估计装置，其特征在于，应用于接收端设备，包括：

接收模块，用于接收发送端发送的数据帧；所述数据帧中包括至少一个频偏估计单元，所述频偏估计单元包括两个数据相同的导频段和两个有效数据段，各所述导频段和各所述有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，每个所述导频段均包括两段数据相同的导频序列；

频偏估计模块，用于基于所述频偏估计单元中的导频段，对所述频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计；

所述基于所述频偏估计单元中的导频段，对所述频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计，包括：

基于所述频偏估计单元中两个数据相同的导频段，获取频偏初步估计结果；

基于所述频偏估计单元中的首个导频段，获取频偏范围估计结果；

基于所述频偏范围估计结果，纠正所述频偏初步估计结果；

基于纠正后的频偏初步估计结果，对所述频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计；

所述基于所述频偏估计单元中两个数据相同的导频段，获取频偏初步估计结果，包括：

基于所述频偏估计单元中两个数据相同的导频段共轭相乘的结果，获取频偏初步估计相位；

基于所述频偏初步估计相位和所述两个数据相同的导频段之间的时间间隔，获取频偏初步估计结果；

所述基于所述频偏范围估计结果，纠正所述频偏初步估计结果，包括：

基于所述两个数据相同的导频段之间的时间间隔，确定圆周频偏量；

基于所述频偏范围估计结果和所述频偏初步估计结果之间的差值，以及所述圆周频偏量，纠正所述频偏初步估计相位；

基于纠正后的频偏初步估计相位，纠正所述频偏初步估计结果。

9.一种频偏估计装置，其特征在于，应用于发送端设备，包括：

确定模块，用于确定数据帧；所述数据帧中包括至少一个频偏估计单元，所述频偏估计单元包括两个数据相同的导频段和两个有效数据段，各所述导频段和各所述有效数据段交替排列，且首个导频段位于首个有效数据段之前，每个所述导频段均包括两段数据相同的导频序列；

发送模块，用于向接收端发送所述数据帧，用以所述接收端基于所述频偏估计单元中的导频段，对所述频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计；

所述基于所述频偏估计单元中的导频段，对所述频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计，包括：

基于所述频偏估计单元中两个数据相同的导频段，获取频偏初步估计结果；

基于所述频偏估计单元中的首个导频段，获取频偏范围估计结果；

基于所述频偏范围估计结果，纠正所述频偏初步估计结果；

基于纠正后的频偏初步估计结果，对所述频偏估计单元中的有效数据段进行频偏估计；

所述基于所述频偏估计单元中两个数据相同的导频段，获取频偏初步估计结果，包括：

基于所述频偏估计单元中两个数据相同的导频段共轭相乘的结果，获取频偏初步估计相位；

基于所述频偏初步估计相位和所述两个数据相同的导频段之间的时间间隔，获取频偏初步估计结果；

所述基于所述频偏范围估计结果，纠正所述频偏初步估计结果，包括：

基于所述两个数据相同的导频段之间的时间间隔，确定圆周频偏量；

基于所述频偏范围估计结果和所述频偏初步估计结果之间的差值，以及所述圆周频偏量，纠正所述频偏初步估计相位；

基于纠正后的频偏初步估计相位，纠正所述频偏初步估计结果。

10.一种接收端设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述频偏估计方法的步骤。

11.一种发送端设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求7所述频偏估计方法的步骤。

12.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述频偏估计方法的步骤，或实现如权利要求7所述频偏估计方法的步骤。

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