CN117014278B - 整数倍频偏估计方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种整数倍频偏估计方法、装置及存储介质。该方法包括：确定待测信号的频域功率谱，根据待测信号的子载波配置，确定起始子载波的第一平均功率，结束子载波的第二平均功率；确定起始子载波两侧频偏估计范围内的第一载波能量，确定结束子载波两侧频偏估计范围内的第二载波能量；基于第一载波能量与第一平均功率的比值，第二载波能量与第二平均功率的比值，计算第一特征序列；基于第一载波能量与第一平均功率的比值以及第一特征序列，计算第二特征序列；当子载波满足门限值的条件时，将子载波的位置作为整数倍频偏的位置，基于整数倍频偏的位置以及子载波间隔，确定整数倍频偏估计结果。本申请提高了频偏估计的准确性，提升了通信性能。
Description
技术领域
本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种整数倍频偏估计方法、装置及存储介质。
背景技术
正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，简称OFDMA）是一种广泛应用于无线通信系统的多用户接入技术。OFDMA系统由于其出色的频谱效率和灵活的资源分配能力，在多种无线通信标准中，如4G LTE（Long-Term Evolution）和5G NR（New Radio），都得到了广泛应用。然而，在实际运营环境中，OFDMA信号常常受到各种因素的影响，其中就包括频偏（Frequency Offset）。频偏是一个普遍存在的问题，它可能来源于多种因素，如本地振荡器（Local Oscillator）的不稳定性、多径传播效应或者移动性引起的多普勒偏移。在OFDMA系统中，频偏不仅会导致子载波间的干扰，还会影响到系统的整体性能，甚至可能导致连接丢失。
尽管现有技术中提出了多种频偏估计方法，但是这些方法往往在计算复杂度、准确性和实时性方面存在一定的局限。特别是在高动态环境或多用户环境下，现有技术往往不能准确地估计频偏，从而影响系统性能。另外，现有的频偏估计技术大多数专注于小范围内的频偏修正，而在面对整数倍频偏（即超出子载波间隔的频偏）时，其准确度往往不尽人意。整数倍频偏是一种更为严重的频偏问题，它可能导致数据解调出现严重错误，对通信系统的性能和可靠性构成更大的威胁。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种整数倍频偏估计方法、装置及存储介质，以解决现有技术存在的OFDMA系统中整数倍频偏估计准确性低，导致系统性能和可靠性降低的问题。
本申请实施例的第一方面，提供了一种整数倍频偏估计方法，包括：获取待测信号，确定待测信号对应的频域功率谱；根据预定的待测信号对应的子载波配置，确定起始子载波对应的预设范围内的所有子载波对应的第一平均功率，以及结束子载波对应的预设范围内的所有子载波对应的第二平均功率；以起始子载波为中心，确定起始子载波两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的第一载波能量，计算第一载波能量与第一平均功率的比值；以结束子载波为中心，确定结束子载波两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的第二载波能量，计算第二载波能量与第二平均功率的比值；基于第一载波能量与第一平均功率的比值，以及第二载波能量与第二平均功率的比值，采用逐元素除法计算得到第一特征序列；基于第一载波能量与第一平均功率的比值，以及第一特征序列，采用逐元素乘法计算得到第二特征序列；将频偏估计范围内的每个子载波对应的第一载波能量与第一平均功率的比值、第一特征序列以及第二特征序列，分别与预设的相应的门限值进行比较；当判断满足门限值的条件时，将满足条件时对应的子载波的位置作为整数倍频偏的位置，基于整数倍频偏的位置以及子载波间隔，确定整数倍频偏估计结果。
本申请实施例的第二方面，提供了一种整数倍频偏估计装置，包括：获取模块，被配置为获取待测信号，确定待测信号对应的频域功率谱；确定模块，被配置为根据预定的待测信号对应的子载波配置，确定起始子载波对应的预设范围内的所有子载波对应的第一平均功率，以及结束子载波对应的预设范围内的所有子载波对应的第二平均功率；第一计算模块，被配置为以起始子载波为中心，确定起始子载波两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的第一载波能量，计算第一载波能量与第一平均功率的比值；第二计算模块，被配置为以结束子载波为中心，确定结束子载波两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的第二载波能量，计算第二载波能量与第二平均功率的比值；第三计算模块，被配置为基于第一载波能量与第一平均功率的比值，以及第二载波能量与第二平均功率的比值，采用逐元素除法计算得到第一特征序列；第四计算模块，被配置为基于第一载波能量与第一平均功率的比值，以及第一特征序列，采用逐元素乘法计算得到第二特征序列；比较模块，被配置为将频偏估计范围内的每个子载波对应的第一载波能量与第一平均功率的比值、第一特征序列以及第二特征序列，分别与预设的相应的门限值进行比较；估计模块，被配置为当判断满足门限值的条件时，将满足条件时对应的子载波的位置作为整数倍频偏的位置，基于整数倍频偏的位置以及子载波间隔，确定整数倍频偏估计结果。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
通过获取待测信号，确定待测信号对应的频域功率谱；根据预定的待测信号对应的子载波配置，确定起始子载波对应的预设范围内的所有子载波对应的第一平均功率，以及结束子载波对应的预设范围内的所有子载波对应的第二平均功率；以起始子载波为中心，确定起始子载波两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的第一载波能量，计算第一载波能量与第一平均功率的比值；以结束子载波为中心，确定结束子载波两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的第二载波能量，计算第二载波能量与第二平均功率的比值；基于第一载波能量与第一平均功率的比值，以及第二载波能量与第二平均功率的比值，采用逐元素除法计算得到第一特征序列；基于第一载波能量与第一平均功率的比值，以及第一特征序列，采用逐元素乘法计算得到第二特征序列；将频偏估计范围内的每个子载波对应的第一载波能量与第一平均功率的比值、第一特征序列以及第二特征序列，分别与预设的相应的门限值进行比较；当判断满足门限值的条件时，将满足条件时对应的子载波的位置作为整数倍频偏的位置，基于整数倍频偏的位置以及子载波间隔，确定整数倍频偏估计结果。本申请通过对待测信号在不同频率上的功率分析，以及基于预定的子载波配置来进行一系列的特征提取和比较，能够准确地估计出整数倍的频偏，提高整数倍频偏估计的准确率，从而提高系统性能和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，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它的附图。
图1是本申请实施例提供的整数倍频偏估计方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的整数倍频偏估计装置的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
此外，需要说明的是，术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
下面将结合附图详细说明本申请实施例的一种整数倍频偏估计方法、装置及存储介质。
图1是本申请实施例提供的整数倍频偏估计方法的流程示意图。图1的整数倍频偏估计方法可以由检测设备或计算机设备执行。如图1所示，该整数倍频偏估计方法具体可以包括：
S101，获取待测信号，确定待测信号对应的频域功率谱；
S102，根据预定的待测信号对应的子载波配置，确定起始子载波对应的预设范围内的所有子载波对应的第一平均功率，以及结束子载波对应的预设范围内的所有子载波对应的第二平均功率；
S103，以起始子载波为中心，确定起始子载波两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的第一载波能量，计算第一载波能量与第一平均功率的比值；
S104，以结束子载波为中心，确定结束子载波两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的第二载波能量，计算第二载波能量与第二平均功率的比值；
S105，基于第一载波能量与第一平均功率的比值，以及第二载波能量与第二平均功率的比值，采用逐元素除法计算得到第一特征序列；
S106，基于第一载波能量与第一平均功率的比值，以及第一特征序列，采用逐元素乘法计算得到第二特征序列；
S107，将频偏估计范围内的每个子载波对应的第一载波能量与第一平均功率的比值、第一特征序列以及第二特征序列，分别与预设的相应的门限值进行比较；
S108，当判断满足门限值的条件时，将满足条件时对应的子载波的位置作为整数倍频偏的位置，基于整数倍频偏的位置以及子载波间隔，确定整数倍频偏估计结果。
首先，对本申请实施例中涉及的一些技术术语进行解释说明，具体可以包括以下内容：
正交频分多址（OFDMA，Orthogonal Frequency Division Multiple Access）是一种多址接入技术，用于多用户通信环境中。OFDMA是正交频分复用（OFDM，OrthogonalFrequency Division Multiplexing）的一个扩展，OFDM 是一种数字调制方案，用于大量并行的窄带子载波上。
在OFDM系统中，整个频带被分为多个正交子载波，每一个子载波可以单独进行数据传输。OFDMA进一步拓展了这个概念，允许多个用户在同一时间，通过分配不同的子载波集合（即子信道），来共享整个频带。OFDMA的主要优点包括：第一，高效的频谱利用，由于子载波是正交的，各个子信道之间有很好的隔离性，因此频谱利用率高。第二，对多径和衰落有很好的鲁棒性，在多径传播环境中，OFDMA能有效地减少多径干扰。第三，灵活的资源分配，OFDMA允许按照用户的需求和无线环境的状况，动态地分配子载波。第四，可以支持多种业务类型和质量要求。
因此，OFDMA广泛应用于无线通信系统，例如LTE（长期演进）、WiMAX（全球微波互联接入）以及5G新无线技术。
在OFDMA（正交频分多址）系统中，子载波（Subcarrier）是指一个小的频带或频率区间，用于承载一部分信息。通常情况下，OFDMA系统会把一个大的频带分成很多个小的子载波，并把每一个子载波分配给不同的用户或用于不同的服务。子载波的一个主要优点是，由于它们相互正交（即数学上独立，不会相互干扰），所以可以高效地使用整个频带。这种方式也使得OFDMA系统能够更灵活地分配资源，满足不同用户和服务的需求。在本申请的整数倍频偏估计技术方案中，子载波被用作参考和测量，通过计算不同子载波上的功率和其他特性，然后进行比较和分析，以估计频偏。
在一些实施例中，当待测信号为LTE信号时，确定待测信号对应的频域功率谱，包括：对LTE信号执行半带偏移操作，对半带偏移后的LTE信号中的连续多个符号的数据进行快速傅里叶变换运算，以确定半带偏移后的LTE信号在各个不同频率上的功率，将快速傅里叶变换运算结果进行累加得到频域功率谱；其中，半带偏移包括将LTE信号整体偏移半个子载波对应的频域宽度。
具体地，本申请实施例的待测信号为基带信号，基带信号是相对射频信号而言的，射频信号是在空中传播的，要处理射频信号的话需要先经过天线接收，ADC采样，下变频滤波等处理变成基带的数字信号，然后基带信号就可以进行后续的处理和分析了。
在一个示例中，针对LTE信号而言，在处理待测的基带LTE信号之前，首先进行“半带偏移”操作。半带偏移是指将整个LTE信号会在频域上整体偏移一个半子载波对应的频域宽度。例如，如果一个子载波的频域宽度是15KHz，经过半带偏移操作处理之后，整个LTE信号将被偏移7.5KHz。
进一步地，在执行完半带偏移操作之后，选取LTE信号中的连续多个符号（比如10个连续的符号）并对这些符号的数据进行快速傅里叶变换（FFT）运算，从而确定半带偏移后的LTE信号在各个不同频率上的功率。
在实际应用中，为了提高测量功率的准确度，本申请实施例将在连续的多段信号上进行频域功率计算，然后将每段信号对应的频域功率进行累加，即通过累加多次测量结果，最终得到LTE信号的频域功率谱。
在另一个示例中，对于NR信号而言，一段NR信号一般至少持续1ms，其中可以包含14个符号。那么通过对NR信号中连续多个符号的数据进行FFT运算及累加，即可得到频域功率谱。
FFT（快速傅里叶变换，Fast Fourier Transform）是一种高效的算法，用于计算离散傅里叶变换（DFT，Discrete Fourier Transform）及其逆变换。傅里叶变换是一种在信号处理、图像分析和许多其他领域中广泛使用的数学变换。在通信系统（包括OFDMA系统）中，FFT运算常用于频域和时域之间的转换。FFT运算的应用包括调制与解调，以及频谱分析。其中，调制与解调是通过在OFDMA、OFDM（正交频分复用）或LTE等多载波系统中，FFT用于将时域信号转换到频域进行调制，而逆FFT（IFFT）用于将频域信号转回到时域进行解调。频谱分析是指FFT用于分析一个信号的频谱特性，从而识别或过滤出不同频率成分。
需要说明的是，本申请以上实施例是以LTE信号为例进行说明的，但是应当理解的是，本申请实施例的待测信号不限于LTE信号，LTE信号是OFDMA信号的一种。LTE（长期演进，Long-Term Evolution）是4G移动通信标准，使用OFDMA在下行链路（即基站到移动设备）进行数据传输。
本申请实施例通过先进行半带偏移处理，再对连续多个符号进行FFT运算，并最终累加多次测量结果，从而成功地获得了待测基带LTE信号在不同频率上的功率以及相应的频域功率谱，提高了对频域功率谱测量的准确性。
在一些实施例中，根据预定的待测信号对应的子载波配置，确定起始子载波对应的预设范围内的所有子载波对应的第一平均功率，以及结束子载波对应的预设范围内的所有子载波对应的第二平均功率，包括：根据预定的子载波配置中各个子载波对应的功率，对起始子载波后面带宽内的M个子载波计算平均功率，得到第一平均功率，并对结束子载波前面带宽内的M个子载波计算平均功率，得到第二平均功率；其中，子载波配置中的子载波表示用于进行信号传输的子载波。
具体地，在移动通信系统中，子载波功率的精确测量是至关重要的，特别是在多载波系统如5G NR中。本申请实施例介绍一种根据预定的子载波配置确定特定范围内子载波平均功率的方法。这里的“预定的子载波配置”是指事先知道哪些子载波被用于信号传输，并且知道它们各自的功率。下面结合具体实施例对子载波平均功率的计算过程进行说明，具体可以包括以下内容：
根据已知子载波配置的功率模板，得到在sc_start（即起始子载波）开始的分配带宽内连续M个子载波（即从起始子载波向后计算M个子载波）的平均功率Eng0（即第一平均功率）, 同时，得到在sc_end（即结束子载波）开始的分配带宽内连续M个子载波（即从结束子载波向前计算M个子载波）的平均功率Eng1（即第二平均功率）。
在实际应用中，子载波配置中包含用于信号传输的各个子载波的信息和它们各自的功率。M表示子载波数量用于计算平均功率。在一个基本的1rb（Resource Block）配置下，M一般小于或等于12，因为整个信号的频谱只有12个子载波。
其中，第一平均功率（Eng0）的计算过程为：首先，识别起始子载波（sc_start）， 即在预定的子载波配置中确定起始子载波；然后，计算范围内的平均功率，即对起始子载波后面带宽内的M个子载波进行功率计算，并求平均。该平均功率称为Eng0（第一平均功率）。
第二平均功率（Eng1）的计算过程为：首先，识别结束子载波（sc_end），即在预定的子载波配置中确定结束子载波；然后，计算范围内的平均功率，即对结束子载波前面带宽内的M个子载波进行功率计算，并求平均。该平均功率称为Eng1（第二平均功率）。
进一步地，在以下实施例中，根据计算得出的第一平均功率（Eng0）和第二平均功率（Eng1），可用于生成一系列的“特征值”，利用“特征值”进行整数倍频偏估计。
在一些实施例中，以起始子载波为中心，确定起始子载波两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的第一载波能量，包括：以起始子载波为中心，将起始子载波的左右两侧的N个子载波作为起始子载波对应频偏估计范围内的子载波，计算起始子载波对应频偏估计范围内的子载波位置上的载波能量，以得到第一载波能量。
具体地，本申请实施例提供了一种以起始子载波为中心，用于确定其两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的载波能量的方法。下面结合具体实施例对第一载波能量的计算过程进行说明，具体可以包括以下内容：
首先，预设参数包括起始子载波（sc_start），这些是待测信号中的预设参数。N是以sc_start为中心，用于频偏估计的子载波数量。M通常用于平均功率计算。
在计算第一载波能量时，先确定频偏估计范围，在实际应用中，这个范围通常会根据待测的频偏范围而定。例如，范围可以是-24到24个子载波或更大，如-48到48。然后，以起始子载波（sc_start）为中心选择参考子载波，在起始子载波左右两侧各选取N个子载波，计算这些子载波上的载波能量。
在一些实施例中，以结束子载波为中心，确定结束子载波两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的第二载波能量，包括：以结束子载波为中心，将结束子载波的左右两侧的N个子载波作为结束子载波对应频偏估计范围内的子载波，计算结束子载波对应频偏估计范围内的子载波位置上的载波能量，以得到第二载波能量。
具体地，本申请实施例还提供了一种以结束子载波为中心，用于确定其两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的载波能量的方法。下面结合具体实施例对第二载波能量的计算过程进行说明，具体可以包括以下内容：
首先，预设参数包括结束子载波（sc_end），这些是待测信号中的预设参数。N是以sc_end为中心，用于频偏估计的子载波数量。M通常用于平均功率计算。
在计算第二载波能量时，先确定频偏估计范围，在实际应用中，这个范围通常会根据待测的频偏范围而定。例如，范围可以是-24到24个子载波或更大，如-48到48。然后，以结束子载波（sc_end）为中心选择参考子载波，在结束子载波左右两侧各选取N个子载波，计算这些子载波上的载波能量。
根据前述实施例提供的技术方案，本申请实施例能够提供一个更宽泛的频偏估计范围，这在实际应用中是非常有用的，特别是在高动态环境或多径传播条件下。通过使用更多的子载波（N的值大于M）进行载波能量的计算，该方法不仅能更准确地估算频偏，还能更有效地应对各种环境条件和信号干扰。
在一些实施例中，基于第一载波能量与第一平均功率的比值，以及第二载波能量与第二平均功率的比值，采用逐元素除法计算得到第一特征序列，包括：将第一载波能量与第一平均功率的比值，以及第二载波能量与第二平均功率的比值，按照位置一一对应的方式，将对应位置的数值逐个进行除法运算，得到由除法运算结果所组成的第一特征序列。
具体地，在计算得到sc_start左右N个子载波位置上的载波能量（即第一载波能量）之后，计算第一载波能量与Eng0（即第一平均功率）的比值CompLeft(-N:1:N)；同理，可以计算得到sc_end左右N个子载波位置上的载波能量（即第二载波能量）与Eng1（即第二平均功率）的比值CompRight(-N:1:N)。这里的(-N:1:N)表示从sc_start或者sc_end开始，向左侧和右侧各延伸N个子载波。
进一步地，在计算第一特征序列时，首先初始化特征序列数组，即声明一个长度为2N+1的数组BBEng，该数组用于存储第一特征序列。然后，使用逐元素除法来计算第一特征序列。即第一特征序列BBEng（Feature Sequence BBEng）的计算过程为：BBEng(-N:1:N) =CompLeft(-N:1:N) ./ CompRight(-N:1:N)。这里的./表示逐元素除法，也就是说，将CompLeft和CompRight中对应位置的数值逐个进行除法运算，将计算得到的第一特征序列BBEng存储，以便后续分析。
在一些实施例中，基于第一载波能量与第一平均功率的比值，以及第一特征序列，采用逐元素乘法计算得到第二特征序列，包括：将第一载波能量与第一平均功率的比值，以及第一特征序列，按照位置一一对应的方式，将对应位置的数值逐个进行乘法运算，得到由乘法运算结果所组成的第二特征序列。
具体地，在计算得到第一特征序列BBEng之后，根据sc_start左右N个子载波位置上的载波能量（即第一载波能量）与第一平均功率的比值CompLeft(-N:1:N)以及第一特征序列BBEng，使用逐元素乘法来计算第二特征序列。
在一个示例中，在计算第二特征序列时，首先初始化特征序列数组，即声明一个长度为2N+1的数组CCEng，该数组用于存储第二特征序列。然后，使用逐元素乘法来计算第二特征序列。即第二特征序列CCEng（Composite Comparison Energy）的计算过程为：CCEng(-N:1:N) = CompLeft(-N:1:N) .* BBEng(-N:1:N)。这里的.*表示逐元素乘法，也就是说，将CompLeft和BBEng中对应位置的数值逐个进行乘法运算，将最终计算得到的第二特征序列CCEng存储，以便后续分析。
这样，第二特征序列CCEng就组合了CompLeft和BBEng的信息，将上述实施例计算得到的CompLeft、BBEng以及CCEng作为后续进行整数倍频偏估计的特征值。本申请实施例通过组合多个特征和比值，能够更精准地进行频偏估计，进而提高OFDMA系统的通信性能。
在一些实施例中，当判断满足门限值的条件时，将满足条件时对应的子载波的位置作为整数倍频偏的位置，基于整数倍频偏的位置以及子载波间隔，确定整数倍频偏估计结果，包括：当第一载波能量与第一平均功率的比值大于预设的第一门限值，第一特征序列大于预设的第二门限值，且第二特征序列大于预设的第三门限值时，将首个满足门限值条件的子载波对应的位置作为整数倍频偏的位置，将整数倍频偏的位置与子载波间隔相乘，得到整数倍频偏估计结果。
具体地，本申请实施例将预设三个门限值（也可以称为阈值），即第一门限值TH0，第二门限值TH1和第三门限值TH2，从-N开始逐一判断各个子载波位置是否满足以下条件：CompLeft(x)>TH0（即当前子载波对应的第一载波能量与第一平均功率的比值大于第一门限值），BBEng(x)>TH1（即当前子载波对应的第一特征序列的值大于第二门限值），并且CCEng(x)>TH2（即当前子载波对应的第二特征序列的值大于第三门限值）, 当同时满足以上条件时判断返回此时的子载波位置x，即为估计的整数倍频偏结果。
也就是说，本申请实施例通过设置一些“门限值”（即预设的标准值）。然后从频偏估计范围“-N到N”开始，依次检查每一个子载波的位置，确定该子载波位置的各个“特征值”是否高于相应的门限值。如果判断子载波的特征值同时满足所有条件时，那么就认为找到了整数倍频偏估计的位置，利用整数倍频偏估计的位置与子载波间隔计算最终的整数倍频偏估计结果。
例如，在一个示例中，假设满足上述判断条件的子载波的位置（即整数倍频偏估计的位置）是-1，子载波间隔是15k，那么整数倍频偏估计结果就是-15kHz，即最终的整数倍频偏估计结果是整数倍频偏估计的位置与子载波间隔的乘积。
根据本申请实施例提供的技术方案，本申请采用基于频域功率模板的方法，以实现整数倍频偏的估计。因此，只需知道子载波配置即可进行频偏估计，无需额外的信号或计算资源。本申请通过组合多个特征和比值，即通过综合考虑第一载波能量与第一平均功率的比值，以及第二载波能量与第二平均功率的比值，从而生成一个高度信息丰富的特征序列。这个特征序列可以用于更精准地进行频偏估计。本申请还提高了OFDMA系统的通信性能，由于能更准确地进行频偏估计，因此能够显著提高OFDMA系统的通信性能。具体来说，更准确的频偏估计可以减少子载波间干扰，提高数据吞吐量，以及降低误码率。由于本申请提供了一种基于频域功率模板特征进行整数倍频偏估计的方法。这种方法既减少了计算复杂性，也提高了频偏估计的准确性，从而能够显著提升OFDMA系统的整体通信性能。
下述为本申请装置实施例，可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，请参照本申请方法实施例。
图2是本申请实施例提供的整数倍频偏估计装置的结构示意图。如图2所示，该整数倍频偏估计装置包括：
获取模块201，被配置为获取待测信号，确定待测信号对应的频域功率谱；
确定模块202，被配置为根据预定的待测信号对应的子载波配置，确定起始子载波对应的预设范围内的所有子载波对应的第一平均功率，以及结束子载波对应的预设范围内的所有子载波对应的第二平均功率；
第一计算模块203，被配置为以起始子载波为中心，确定起始子载波两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的第一载波能量，计算第一载波能量与第一平均功率的比值；
第二计算模块204，被配置为以结束子载波为中心，确定结束子载波两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的第二载波能量，计算第二载波能量与第二平均功率的比值；
第三计算模块205，被配置为基于第一载波能量与第一平均功率的比值，以及第二载波能量与第二平均功率的比值，采用逐元素除法计算得到第一特征序列；
第四计算模块206，被配置为基于第一载波能量与第一平均功率的比值，以及第一特征序列，采用逐元素乘法计算得到第二特征序列；
比较模块207，被配置为将频偏估计范围内的每个子载波对应的第一载波能量与第一平均功率的比值、第一特征序列以及第二特征序列，分别与预设的相应的门限值进行比较；
估计模块208，被配置为当判断满足门限值的条件时，将满足条件时对应的子载波的位置作为整数倍频偏的位置，基于整数倍频偏的位置以及子载波间隔，确定整数倍频偏估计结果。
在一些实施例中，当待测信号为LTE信号时，图2的获取模块201对LTE信号执行半带偏移操作，对半带偏移后的LTE信号中的连续多个符号的数据进行快速傅里叶变换运算，以确定半带偏移后的LTE信号在各个不同频率上的功率，将快速傅里叶变换运算结果进行累加得到频域功率谱；其中，半带偏移包括将LTE信号整体偏移半个子载波对应的频域宽度。
在一些实施例中，图2的确定模块202根据预定的子载波配置中各个子载波对应的功率，对起始子载波后面带宽内的M个子载波计算平均功率，得到第一平均功率，并对结束子载波前面带宽内的M个子载波计算平均功率，得到第二平均功率；其中，子载波配置中的子载波表示用于进行信号传输的子载波。
在一些实施例中，图2的第一计算模块203以起始子载波为中心，将起始子载波的左右两侧的N个子载波作为起始子载波对应频偏估计范围内的子载波，计算起始子载波对应频偏估计范围内的子载波位置上的载波能量，以得到第一载波能量。
在一些实施例中，图2的第二计算模块204以结束子载波为中心，将结束子载波的左右两侧的N个子载波作为结束子载波对应频偏估计范围内的子载波，计算结束子载波对应频偏估计范围内的子载波位置上的载波能量，以得到第二载波能量。
在一些实施例中，图2的第三计算模块205将第一载波能量与第一平均功率的比值，以及第二载波能量与第二平均功率的比值，按照位置一一对应的方式，将对应位置的数值逐个进行除法运算，得到由除法运算结果所组成的第一特征序列。
在一些实施例中，图2的第四计算模块206将第一载波能量与第一平均功率的比值，以及第一特征序列，按照位置一一对应的方式，将对应位置的数值逐个进行乘法运算，得到由乘法运算结果所组成的第二特征序列。
在一些实施例中，图2的估计模块208当第一载波能量与第一平均功率的比值大于预设的第一门限值，第一特征序列大于预设的第二门限值，且第二特征序列大于预设的第三门限值时，将首个满足门限值条件的子载波对应的位置作为整数倍频偏的位置，将整数倍频偏的位置与子载波间隔相乘，得到整数倍频偏估计结果。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
图3是本申请实施例提供的电子设备3的结构示意图。如图3所示，该实施例的电子设备3包括：处理器301、存储器302以及存储在该存储器302中并且可以在处理器301上运行的计算机程序303。处理器301执行计算机程序303时实现上述各个方法实施例中的步骤。或者，处理器301执行计算机程序303时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。
示例性地，计算机程序303可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或多个模块/单元被存储在存储器302中，并由处理器301执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序303在电子设备3中的执行过程。
电子设备3可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等电子设备。电子设备3可以包括但不仅限于处理器301和存储器302。本领域技术人员可以理解，图3仅仅是电子设备3的示例，并不构成对电子设备3的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如，电子设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
处理器301可以是中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），也可以是其它通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器302可以是电子设备3的内部存储单元，例如，电子设备3的硬盘或内存。存储器302也可以是电子设备3的外部存储设备，例如，电子设备3上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card，SMC），安全数字（Secure Digital，SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，存储器302还可以既包括电子设备3的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器302用于存储计算机程序以及电子设备所需的其它程序和数据。存储器302还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/计算机设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/计算机设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
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单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的模块/单元如果以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存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可以实现上述各个方法实施例的步骤。计算机程序可以包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种整数倍频偏估计方法，其特征在于，包括：
获取待测信号，确定所述待测信号对应的频域功率谱；
根据预定的所述待测信号对应的子载波配置，确定起始子载波对应的预设范围内的所有子载波对应的第一平均功率，以及结束子载波对应的预设范围内的所有子载波对应的第二平均功率；
以所述起始子载波为中心，确定所述起始子载波两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的第一载波能量，计算所述第一载波能量与所述第一平均功率的比值；
以所述结束子载波为中心，确定所述结束子载波两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的第二载波能量，计算所述第二载波能量与所述第二平均功率的比值；
基于所述第一载波能量与所述第一平均功率的比值，以及所述第二载波能量与所述第二平均功率的比值，采用逐元素除法计算得到第一特征序列；
基于所述第一载波能量与所述第一平均功率的比值，以及所述第一特征序列，采用逐元素乘法计算得到第二特征序列；
将所述频偏估计范围内的每个子载波对应的所述第一载波能量与所述第一平均功率的比值、所述第一特征序列以及所述第二特征序列，分别与预设的相应的门限值进行比较；
当判断满足所述门限值的条件时，将满足条件时对应的子载波的位置作为整数倍频偏的位置，基于所述整数倍频偏的位置以及子载波间隔，确定整数倍频偏估计结果；
其中，所述基于所述第一载波能量与所述第一平均功率的比值，以及所述第二载波能量与所述第二平均功率的比值，采用逐元素除法计算得到第一特征序列，包括：
将所述第一载波能量与所述第一平均功率的比值，以及所述第二载波能量与所述第二平均功率的比值，按照位置一一对应的方式，将对应位置的数值逐个进行除法运算，得到由除法运算结果所组成的所述第一特征序列；
所述基于所述第一载波能量与所述第一平均功率的比值，以及所述第一特征序列，采用逐元素乘法计算得到第二特征序列，包括：
将所述第一载波能量与所述第一平均功率的比值，以及所述第一特征序列，按照位置一一对应的方式，将对应位置的数值逐个进行乘法运算，得到由乘法运算结果所组成的所述第二特征序列。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述待测信号为LTE信号时，所述确定所述待测信号对应的频域功率谱，包括：
对所述LTE信号执行半带偏移操作，对所述半带偏移后的LTE信号中的连续多个符号的数据进行快速傅里叶变换运算，以确定所述半带偏移后的LTE信号在各个不同频率上的功率，将快速傅里叶变换运算结果进行累加得到所述频域功率谱；其中，所述半带偏移包括将所述LTE信号整体偏移半个子载波对应的频域宽度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预定的所述待测信号对应的子载波配置，确定起始子载波对应的预设范围内的所有子载波对应的第一平均功率，以及结束子载波对应的预设范围内的所有子载波对应的第二平均功率，包括：
根据预定的所述子载波配置中各个子载波对应的功率，对所述起始子载波后面带宽内的M个子载波计算平均功率，得到所述第一平均功率，并对所述结束子载波前面带宽内的M个子载波计算平均功率，得到所述第二平均功率；其中，所述子载波配置中的子载波表示用于进行信号传输的子载波。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述以所述起始子载波为中心，确定所述起始子载波两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的第一载波能量，包括：
以所述起始子载波为中心，将所述起始子载波的左右两侧的N个子载波作为起始子载波对应频偏估计范围内的子载波，计算所述起始子载波对应频偏估计范围内的子载波位置上的载波能量，以得到所述第一载波能量。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述以所述结束子载波为中心，确定所述结束子载波两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的第二载波能量，包括：
以所述结束子载波为中心，将所述结束子载波的左右两侧的N个子载波作为结束子载波对应频偏估计范围内的子载波，计算所述结束子载波对应频偏估计范围内的子载波位置上的载波能量，以得到所述第二载波能量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当判断满足所述门限值的条件时，将满足条件时对应的子载波的位置作为整数倍频偏的位置，基于所述整数倍频偏的位置以及子载波间隔，确定整数倍频偏估计结果，包括：
当所述第一载波能量与所述第一平均功率的比值大于预设的第一门限值，所述第一特征序列大于预设的第二门限值，且所述第二特征序列大于预设的第三门限值时，将首个满足门限值条件的子载波对应的位置作为所述整数倍频偏的位置，将所述整数倍频偏的位置与所述子载波间隔相乘，得到所述整数倍频偏估计结果。
7.一种整数倍频偏估计装置，其特征在于，包括：
获取模块，被配置为获取待测信号，确定所述待测信号对应的频域功率谱；
确定模块，被配置为根据预定的所述待测信号对应的子载波配置，确定起始子载波对应的预设范围内的所有子载波对应的第一平均功率，以及结束子载波对应的预设范围内的所有子载波对应的第二平均功率；
第一计算模块，被配置为以所述起始子载波为中心，确定所述起始子载波两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的第一载波能量，计算所述第一载波能量与所述第一平均功率的比值；
第二计算模块，被配置为以所述结束子载波为中心，确定所述结束子载波两侧频偏估计范围内的若干个子载波位置上的第二载波能量，计算所述第二载波能量与所述第二平均功率的比值；
第三计算模块，被配置为基于所述第一载波能量与所述第一平均功率的比值，以及所述第二载波能量与所述第二平均功率的比值，采用逐元素除法计算得到第一特征序列；
第四计算模块，被配置为基于所述第一载波能量与所述第一平均功率的比值，以及所述第一特征序列，采用逐元素乘法计算得到第二特征序列；
比较模块，被配置为将所述频偏估计范围内的每个子载波对应的所述第一载波能量与所述第一平均功率的比值、所述第一特征序列以及所述第二特征序列，分别与预设的相应的门限值进行比较；
估计模块，被配置为当判断满足所述门限值的条件时，将满足条件时对应的子载波的位置作为整数倍频偏的位置，基于所述整数倍频偏的位置以及子载波间隔，确定整数倍频偏估计结果；
其中，所述第三计算模块还用于将所述第一载波能量与所述第一平均功率的比值，以及所述第二载波能量与所述第二平均功率的比值，按照位置一一对应的方式，将对应位置的数值逐个进行除法运算，得到由除法运算结果所组成的所述第一特征序列；
所述第四计算模块还用于将所述第一载波能量与所述第一平均功率的比值，以及所述第一特征序列，按照位置一一对应的方式，将对应位置的数值逐个进行乘法运算，得到由乘法运算结果所组成的所述第二特征序列。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，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中任一项所述的方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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