WO2011026372A1

WO2011026372A1 - 频偏预补偿的方法与装置

Info

Publication number: WO2011026372A1
Application number: PCT/CN2010/074647
Authority: WO
Inventors: 朱昀; 黄河; 谢玉堂
Original assignee: 中兴通讯股份有限公司
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2010-06-28
Publication date: 2011-03-10
Also published as: CN102006116A

Abstract

本发明公开了一种频偏预补偿的方法，包括：基站根据用户终端的上行信号进行频偏估计，并根据频偏估计值对发送给所述用户终端的下行信号进行频偏补偿。本发明同时公开了一种频偏预补偿的装置，包括：频偏估计单元，用于根据用户终端的上行信号进行频偏估计；第一频偏补偿单元，用于根据所述频偏估计单元的频偏估计值对发送给所述用户终端的下行信号进行频偏补偿。本发明通过对高速移动的用户终端特别是切换过程中的高速移动的用户终端进行很好的频偏补偿，从而保证了用户终端的通信质量。

Description

频偏预的方法与装置技术领域

本发明涉及频偏预补偿技术，尤其涉及一种无线通信系统中对高速移动的用户终端进行频偏预补偿的方法与装置。背景技术

由于无线通信系统中用户终端的移动，使用户终端在接收无线信号时产生的不利影响主要体现在多径效应和多普勒频偏两方面。尤其是用户终端处于快速移动的场景下，比如用户终端运动在高速铁路或高速公路上，其受到的多普勒频偏就相当严重，多普勒频偏带来的不利影响具体表现在下面两点： 1 ) 当用户终端位于小区内部时，用户终端接收到的信号频率和基站发送的信号频率由于多普勒效应的影响而存在着频率偏差。假设基站发送的信号的频率为 F, 多普勒效应所造成的频偏为 X, 那么用户终端所接收到的信号频率为 F-x。如果用户终端还按照信号频率为 F进行解调，势必造成误差。 2 )如果 UE工作频率锁定在 F-x, 并以此频点来发送上行信号，基站在上行接收到信号频率就变成了 F-2x, 频率误差将会进一步扩大，给基站正确解调产生更为不利的影响。 3 ) 当用户终端位于两个小区的交界处时，由于两个小区的下行频偏完全相反，因此用户终端在切换时遭遇两倍的频偏。即在原小区 A时，用户终端接收到的信号频率为 F-x; 切换到新小区 B时，用户终端接收到的信号频率变为 F+x,期间产生了 2x的频偏跳变。

以上若干问题在用户终端处在低速运动状态下同样存在，但由于用户终端的移动速度较低，所产生的多普勒频偏在可容忍的范围内。但在高速运动状态下用户终端的移动速度增大，多普勒频偏值 X也正比例地增大，比如目前动车组的车速为 250km/h, 用户终端侧的多普勒频偏值 x达到约 460Hz；在更高速的磁悬浮列车场景下，车速为 430km/h , 用户终端侧的多普勒频偏值 X约等于 800Hz, 小区切换时的频偏跳变更高达约 1600Hz。然而，目前大部分的用户终端都不具备大频偏的纠正能力，在此种场景下，往往引起掉话，导致通信系统的服务质量不高。发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种频偏预补偿的方法与装置，能在用户终端高速运动时对下行信号进行频偏补偿，保证用户终端的业务质量不受太大影响。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种频偏预补偿的方法，包括：

基站根据用户终端的上行信号进行频偏估计，并根据频偏估计值对发送给所述用户终端的下行信号进行频偏补偿。

优选地，所述基站根据用户终端的上行信号进行频偏估计，包括：所述基站检测接收到的所述用户终端的上行信号的频率，估计所检测的接收到的上行信号的频率与所述用户终端发射的上行信号频率之间的差值，作为频偏估计值。

优选地，所述基站估计所检测的接收到的上行信号的频率与所述用户终端发射的上行信号频率之间的差值，具体包括：

由所述基站中的远端射频单元 RRU接收所述用户终端的上行信号，经下变频处理后发送到所述基站中的基带处理单元 BBU,由所述 BBU对 RRU 发送的上行信号进行估计，确定出该上行信号的频偏估计值。

优选地，所述频偏预补偿的频率值 f_pre是频偏估计值 X的函数。

优选地，所述频偏预补偿的频率值是频偏估计值的函数，包括： f _pre= X , 或者/ _pre= - X , 或者 f _pre= 2X , 或者 f _pre= -2X 。优选地，所述 BBU根据估计出的上行信号的频偏值为所述用户终端确定下行信号的频偏预补偿的频率值，并控制所述 RRU按所确定的频偏预补偿的频率值对发射的下行信号进行预补偿；以及，所述 RRU对下行信号进行预补偿后，发送给所述用户终端。

优选地，对于用户终端在小区间切换的场景下，所述方法还包括：切换前小区的基站将所述用户终端的上行信号的频偏估计值发送给无线网络控制器 RNC, 然后 RNC将该频偏估计值转发给目标切换小区的基站，所述目标切换小区的基站根据所接收到的频偏估计值为所述用户终端确定下行信号的频偏预补偿的频率值，按所确定的频偏预补偿的频率值对下行信号进行预补偿后，发送给所述用户终端。

优选地，所述方法还包括：

所述 BBU确定所述用户终端由切换前 RRU中切换到目标 RRU中时，根据在所述切换前 RRU中所述用户终端的上行信号频偏估计值确定出所述目标 RRU中发射给所述用户终端的下行信号的频偏预补偿的频率值，所述目标 RRU按所确定的频偏预补偿的频率值对下行信号进行预补偿后，发送给所述用户终端。

一种频偏预补偿的装置，包括：

频偏估计单元，用于根据用户终端的上行信号进行频偏估计；以及第一频偏补偿单元，用于根据所述频偏估计单元的频偏估计值对发送给所述用户终端的下行信号进行频偏补偿。

优选地，所述频偏估计单元包括：

接收单元，用于接收所述用户终端的上行信号；

检测单元，用于检测所述用户终端的上行信号的频率；以及

确定单元，用于确定所检测的上行信号频率与所述用户终端发射的上行信号发射频率之间的差值，作为频偏估计值。优选地，所述装置还包括：

通知单元，用于将切换前小区的基站中所述用户终端的上行信号的频偏估计值通过无线网络控制器 RNC通知目标基站；

第二频偏补偿单元，位于所述目标基站中，用于根据所述通知单元所通知的频偏估计值为所述用户终端确定下行信号的频偏预补偿的频率值，按所确定的频偏预补偿的频率值对下行信号进行预补偿；以及

发送单元，用于将频偏预补偿后的下行信号发送给所述用户终端。优选地，所述频偏估计单元位于基站的 BBU中；所述第一频偏补偿单元及所述第二频偏补偿单元位于基站的 RRU中。

本发明在用户终端在单个小区中移动时，为其进行频偏估计且对用户终端的下行信号进行频偏预补偿，而当用户终端在两个小区之间移动而涉及到切换时，本发明同样能及时地对切换后的用户终端进行下行信号的频偏预补偿，从而能保证用户终端下行信号的正确解调，保证了用户终端的下行业务质量。本发明通过对高速移动的用户终端特别是切换过程中的高速移动的用户终端进行很好的频偏预补偿，从而保证了用户终端的通信质量。附图说明

图 1为本发明实施例一的频偏预补偿的方法的流程图；

图 2为本发明实施例二的频偏预补偿的方法的流程图；

图 3为本发明实施例三的频偏预补偿的方法的流程图；

图 4为本发明频偏预补偿的装置的组成结构示意图；

图 5为本发明频偏估计单元的组成结构示意图。具体实施方式

本发明的基本思想是：用户终端在单个小区中移动时，为其进行频偏估计且对用户终端的下行信号进行频偏补偿，而当用户终端在两个小区之间移动而涉及到切换时，本发明同样能及时地对切换后的用户终端进行下行信号的频偏补偿，从而能保证用户终端上行信号的正确解调。

另外，对于用户终端在两个小区间切换的情况，在发生切换之前，原小区的基站 A向无线网络控制器（ RNC , Radio Network Controller )上报其所估计的用户终端的多普勒频偏， RNC向新小区的基站 B下发该用户终端的多普勒频偏。原小区所属基站 A和新小区所属基站 B分别对各用户终端下发信号进行正负相反频偏预补偿，其中，基站 A进行正频偏补偿，而基站 B进行负频偏补偿，使得终端在切换过程中实际接收的下行频偏尽可能平滑过渡。

本发明通过对高速移动的用户终端特别是切换过程中的高速移动的用户终端进行很好的频偏补偿，从而保证了用户终端的通信质量。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。

用户终端和基站之间在建立无线链路时，会约定一个相互发送信号的频率 F,但由于用户终端在运动中所产生的多普勒效应，使得基站发送给用户终端的信号频率 F与该用户终端实际接收到的频率之间存在着频率偏差 X。 X就是多普勒频偏。其值与用户终端的速度成正比。

X = - - co^ 6 - f_RF ( 1 ) c

其中， V表示用户终端的移动速度， c表示光速，为 3xl0⁸m/s, 表示用户终端的无线信号与其运动方向间的夹角， /_SF表示载波的频率，即基站与用户终端之间约定的互相发送信号的频率 F。

由于多普勒频偏的存在使得用户终端的解调产生了困难，并且用户终端如果按接收到的频率 F-x发送上行信号，那么到了基站侧又多出一个 X 的频率偏差，使得上行基站接收到的信号频率变成了 F-2x, 反过来又对基站的正确解调产生了影响。

另外，当用户终端从一个小区切换到另一个小区时，它和原小区基站之间的夹角为 180度，和新小区基站之间的夹角为负 180度，于是从公式 ( 1 )可知，该用户终端在切换时产生了 2倍的频偏跳变。这对用户终端的

为了避免高速移动下的用户终端的多普勒频偏所带来的不利情况，本发明的多普勒频偏补偿方法能使得上行基站接收信号接近零频偏，并能消除用户终端在 d、区边界移动而进行切换时的两倍频偏跳变问题。

实施例一

图 1为本发明实施例一的频偏预补偿的方法的流程图，如图 1所示，本示例的频偏预补偿的方法包括以下步骤：

步骤 101 : 基站接收上行信号时，对接收到的用户终端的上行信号进行频偏估计，得到的该用户终端的上行信号的频偏值 x。在具体实现时，是由基站的远端射频单元 RRU来接收上行射频信号，并对接收到射频信号进行下变频处理，获得基带信号，传递到基站的基带处理单元 BBU; BBU对该基带信号估计它的频偏值。 BBU估计基带信号的多普勒频偏值有多种实现方式，比如 2005年 3月 16日公开的公开号为 CN1595829A的中国专利申请公开了一种频偏估计与补偿的方法与装置的技术方案，本发明中的多普勒频偏值可参照该申请文件的记载的方式进行频偏估计。另外还有多种已知的方法，此处不再赘述。

步骤 102: 在基站发射下行信号时，根据前一步骤中所估计出的该用户终端的上行信号的频偏值对该用户终端的下行信号进行频偏预补偿，频偏预补偿的频率值为 /_pre。其取值是上行信号频偏估计值 X 的函数，比如 f_pre = 2X , 即实际基站的下行发送信号频率是 F + 或者， f_pre = X , 即实际基站的下行发送信号频率是 F + X。在具体实现时，由基站的 BBU对下行信号的频偏预补偿的频率值进行计算，并由 BBU来控制基站的 RRU来生成预补偿的下行发送射频信号，然后由 RRU来实际发送。

步骤 103: 用户终端接收下行信号，此时用户实际收到的下行信号是带频偏预补偿的、并受到多普勒效应影响的，因此用户终端实际收到的下行信号频率是 F + /_pre- X , 在优选情况下是， f_pre=2X , 那么用户终端实际收到的下行信号频率是 F + Χ = + Χ；或者， f_pre=X , 用户终端实际收到的下行信号频率是 F + /_pre- Χ= + Χ- Χ= 。

步骤 104: 用户终端锁频到该频率上，并向上行发送信号。当/ _re=2X , 此时基站侧接收到的信号频率为 F + /_pre-2X=F , 因此解决了基站侧上行 2 倍频偏的问题； f_pre=X , 此时用户终端侧接收到的下行信号频率为

F + f_pre-X=F , 这样，抵消了多普勒频偏对用户终端正确解调产生的不利影响。

实施例二

图 2为本发明实施例二的频偏预补偿的方法的流程图，如图 2所示，对于用户终端在两基站间切换时，本示例的频偏预补偿的方法包括以下步骤：

步骤 201: 原小区（切换前小区）的基站 A对上行接收到的用户终端的上行信号进行频偏估计，得到的该用户终端的上行信号的频偏值 X。

步骤 202: 基站 A在向该用户终端发射下行信号时，根据该用户终端的上行频偏估计值对待发射的下行信号进行频偏预补偿，频偏预补偿的频率值为 f_pre。 f_pre的取值是上行频偏估计值 X的函数，比如 f_pre = X。这样使得用户终端实际接收的下行频偏基本为 0。

该用户终端移动到小区边缘（切换到基站 B下的小区前）时，基站 A 根据用户终端 i的信号测量强度，判决用户终端切换出原小区，同时基站 A 将其所估计的该用户终端的多普勒频偏 X上报给 RNC, RNC向新小区的基站 B发送该用户终端的多普勒频偏估计值 x。

步骤 203: 用户终端在切换前，接收基站 A的下行信号，并锁频到该下行信号的频率 = F + / _re - X = F上。这样，该用户终端实际接收的下行频偏基本为 0。

步骤 204: 基站 B在向该用户终端发射下行信号时，根据 RNC传递过来的该用户终端的多普勒频偏估计值，对发射的下行信号进行负频偏预补偿，即频偏预补偿的频率值为/ _pre = -X。由于用户终端切换到基站 B上的小区后，其所遭受的下行多普勒频偏也改变了符号，因此基站 B预补偿后，用户终端在小区 B 实际接收的下行频偏为 = F + / _re + X = F , 下行频偏仍基本为 0, 这样该用户在切换过程中保持了频偏的平滑过渡。

实施例三

在高速铁路、高速公路沿线，由于其道路的线性特点，布网时往往釆用多个远端射频单元（RRU, Remote Radio Unit )合并来覆盖线路。具体布网时，基站中的大容量基带处理单元（BBU, Baseband Unit ) 集中放置在一个中心机房内，釆用光纤连接将许多个 RRU连接到 BBU; 这些 RRU单元拥有相同或不同类型天线、连续地覆盖逐段铁路沿线，使得单个小区的覆盖范围增大，并在基带侧构造成一个逻辑小区，也即将多个物理位置不同，类型不同的 RRU通过基带处理的方式，归入一个逻辑小区。

图 3为本发明实施例三的频偏预补偿的方法的流程图，如图 3所示，引入多个 RRU单元后，本示例的频偏预补偿的方法包括以下步骤：

步骤 301 : 基站的 RRU单元接收用户终端的上行射频信号，将其下变频后发送给 BBU, BBU对下变频后的基带信号估计该用户终端的上行信号的频偏值，并且 BBU计算出发送给该用户终端的下行信号的频偏预补偿的频率值，控制 RRU对下行信号进行预补偿。步骤 302: 当用户终端发生跨 RRU切换前，原 RRU单元向该用户终端发射下行信号时， BBU根据该用户终端的上行频偏估计值控制 RRU对下行发射信号进行频偏预补偿，频偏预补偿的频率值为 f_pre。 f_pre的取值是上行频偏估计值的函数，比如 f_pre = x ; 使得用户终端实际接收的下行频偏接近于 0。

步骤 303: 当用户终端发生跨 RRU切换后， BBU控制新 RRU单元向该用户终端发射下行信号，对发射的下行信号进行负频偏预补偿，即频偏预补偿的频率值 /_pre = -X。这样，用户终端在切换后从新 RRU单元实际接收的下行信号频率为 f_ue = F + f_{pre +} X = F，频偏也接近为 0。

图 4为本发明频偏预补偿的装置的组成结构示意图，如图 4所示，本发明频偏预补偿的装置包括频偏估计单元 40和第一频偏补偿单元 41，其中，频偏估计单元 40用于根据用户终端的上行信号进行频偏估计。第一频偏补偿单元 41用于根据频偏估计单元 40的频偏估计值对发送给所述用户终端的下行信号进行频偏预补偿。

如图 4所示，本发明频偏预补偿的装置还包括通知单元 42、第二频偏补偿单元 43和发送单元 44, 其中，通知单元 42用于将切换前小区的基站中所述用户终端的上行信号的频偏估计值通过 RNC通知目标基站；第二频偏补偿单元 43 ,位于所述目标基站中，用于根据通知单元 42所通知的频偏估计值为所述用户终端确定下行信号的频偏预补偿的频率值，按所确定的频偏预补偿的频率值对下行信号进行预补偿；发送单元 44用于将频偏预补偿后的下行信号发送给所述用户终端。

频偏估计单元 40位于基站的 BBU中；第一频偏补偿单元 41及第二频偏补偿单元 43位于基站的 RRU中。

图 5为本发明频偏估计单元的组成结构示意图，如图 5所示，本发明频偏估计单元 40包括接收单元 401、检测单元 402和确定单元 403 , 其中，接收单元 401用于接收所述用户终端的上行信号；检测单元 402用于检测所述用户终端的上行信号的频率；确定单元 403 用于确定所检测的上行信号频率与所述用户终端发射的上行信号发射频率之间的差值，作为频偏估计值。

本领域技术人员应当理解，图 4所示的频偏预补偿的装置是为实现前述的频偏预补偿的方法而设置的，图 4所示的装置中各处理单元可参照前述图 1至图 3中的相关描述而理解，其功能可通过运行于处理器上的程序而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。

以上所述，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。

Claims

权利要求书

1、一种频偏预补偿的方法，其特征在于，所述方法包括：

2、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述基站根据用户终端的上行信号进行频偏估计为：

所述基站检测接收到的所述用户终端的上行信号的频率，估计所检测的上行信号的频率与所述用户终端发射的上行信号频率之间的差值，作为频偏估计值。

3、根据权利要求 2所述的方法，其特征在于，所述基站估计所检测的接收到的上行信号的频率与所述用户终端发射的上行信号频率之间的差值为：

4、根据权利要求 1至 3任一项所述的方法，其特征在于，所述频偏预补偿的频率值是频偏估计值 X的函数。

5、根据权利要求 4所述的方法，其特征在于，所述频偏预补偿的频率值是频偏估计值的函数，包括： f _pre = X , 或者 f _{pre =} _X , 或者 f _pre= 2X , 或者/ _pre= _2X 。

6、根据权利要求 3 所述的方法，其特征在于，所述根据频偏估计值对发送给所述用户终端的下行信号进行频偏补偿为：

所述 BBU根据估计出的上行信号的频偏值为所述用户终端确定下行信号的频偏预补偿的频率值，并控制所述 RRU按所确定的频偏预补偿的频率值对发射的下行信号进行预补偿；

所述 RRU对下行信号进行预补偿后，发送给所述用户终端。

7、根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，对于用户终端在小区间切换的场景下，所述方法还包括：

切换前小区的基站将所述用户终端的上行信号的频偏估计值发送给无线网络控制器 RNC; RNC将该频偏估计值转发给目标切换小区的基站，所述目标切换小区的基站根据所接收到的频偏估计值为所述用户终端确定下行信号的频偏预补偿的频率值，按所确定的频偏预补偿的频率值对下行信号进行预补偿后，发送给所述用户终端。

8、根据权利要求 3或 6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：所述 BBU确定所述用户终端由切换前 RRU中切换到目标 RRU中时，根据在所述切换前 RRU中所述用户终端的上行信号频偏估计值确定出所述目标 RRU中发射给所述用户终端的下行信号的频偏预补偿的频率值，所述目标 RRU按所确定的频偏预补偿的频率值对下行信号进行预补偿后，发送给所述用户终端。

9、一种频偏预补偿的装置，其特征在于，所述装置包括频偏估计单元和第一频偏补偿单元；其中，

频偏估计单元，用于根据用户终端的上行信号进行频偏估计；第一频偏补偿单元，用于根据所述频偏估计单元的频偏估计值对发送给所述用户终端的下行信号进行频偏补偿。

10、根据权利要求 9所述的装置，其特征在于，所述频偏估计单元包括接收单元、检测单元和确定单元；其中，

接收单元，用于接收所述用户终端的上行信号；

检测单元，用于检测所述用户终端的上行信号的频率；

确定单元，用于确定所检测的上行信号频率与所述用户终端发射的上行信号发射频率之间的差值，作为频偏估计值。

11、根据权利要求 9 所述的装置，其特征在于，所述装置还包括通知单元、第二频偏补偿单元和发送单元；其中，

通知单元，用于将切换前小区的基站中所述用户终端的上行信号的频偏估计值通过 RNC通知目标基站；

第二频偏补偿单元，位于所述目标基站中，用于根据所述通知单元所通知的频偏估计值为所述用户终端确定下行信号的频偏预补偿的频率值，按所确定的频偏预补偿的频率值对下行信号进行预补偿；

发送单元，用于将频偏预补偿后的下行信号发送给所述用户终端。

12、根据权利要求 9至 11任一项所述的装置，其特征在于，所述频偏估计单元位于基站的 BBU中；所述第一频偏补偿单元及所述第二频偏补偿单元位于基站的 RRU中。