专利名称：频偏预补偿方法、随机接入方法、设备及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及信息处理技木，尤其涉及一种频偏预补偿方法、随机接入方法、设备及系统，属于通信技术领域。
背景技术：
在移动通信系统中，由于终端的移动，会在基站和终端之间产生多普勒频移，特别是在高速场景下，这种频偏尤为明显。根据现有的LTE协议，基站(eNB)能支持的终端的移动速度在350km/h，在某些载频下最高移动速度可以支持到500km/h，而且在某些特殊场景下(如飞机上)，移动速度可达到80(Tl000km/h。在这些场景下，因终端的高速移动而产生的大频偏极大地降低了上行接 入的成功率，并且还对通信系统的容量和覆盖产生影响。然而，目前的終端都不具备频偏的纠正能力，使得在高速运动的场景下，終端难以成功上行接入。
发明内容
本发明实施例提供一种频偏预补偿方法、随机接入方法、设备及系统，用于实现由终端对上行信号进行频偏预补偿。根据本发明实施例的一方面，提供一种频偏预补偿方法，包括获取小区下行额定的中心频点；通过频率同步获取下行频偏信息；根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏预补偿。根据本发明实施例的另一方面，提供ー种用户设备，包括第一处理模块，用于获取小区下行额定的中心频点；第二处理模块，用于通过频率同步获取下行频偏信息；第三处理模块，用于根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏预补偿。根据本发明实施例的又一方面，提供一种随机接入方法，包括用户设备根据本发明实施例提供的频偏预补偿方法对物理随机接入信道(PRACH)基带信号进行频偏预补偿；所述用户设备对频偏预补偿后的PRACH基带信号进行上变频并上行发送，以使基站根据接收到的上行信号完成随机接入。根据本发明实施例的再一方面，还提供另ー种用户设备，包括第四处理模块，用于根据本发明实施例提供的频偏预补偿方法对PRACH基带信号进行频偏预补偿；第五处理模块，用于对频偏预补偿后的PRACH基带信号进行上变频并上行发送，以使基站根据接收到的上行信号完成随机接入。根据本发明实施例的再一方面，提供另ー种随机接入方法，包括
基站接收用户设备发送的上行信号，其中所述上行信号为所述用户设备根据本发明实施例提供的频偏预补偿方法对PRACH基带信号进行频偏预补偿并进行上变频获得的信号;所述基站根据所述上行信号完成随机接入。根据本发明实施例的再一方面，还提供一种基站，包括第六处理模块，用于接收用户设备发送的上行信号，其中所述上行信号为所述用户设备根据如权利要求1-8任一所述的频偏预补偿方法对PRACH基带信号进行频偏预补偿并进行上变频获得的信号；第七处理模块，用于根据所述上行信号完成随机接入。 根据本发明实施例的再一方面，还提供一种随机接入系统，包括本发明实施例提供的用户设备，以及本发明实施例提供的基站。根据本发明实施例提供的频偏预补偿方法、随机接入方法、设备及系统，通过由UE在进行下行同步后，获取小区下行额定的中心频点，将下变频的參考频率同步到所述中心频点，井根据同步后的下变频的參考频率对接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取下行频偏信息，并根据下行频偏信息对上行基带信号进行频偏预补偿，从而实现了在UE侧的频偏预补偿。
为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为典型的通信系统架构图；图2为本发明实施例一的频偏预补偿方法的流程示意图；图3为UE在下行接收过程中进行频偏估计的示意图；图4为UE在上行发射过程中进行频偏预补偿的第一示意图；图5为PLL工作原理示意图；图6为UE在上行发射过程中进行频偏预补偿的第二示意图；图7为本发明实施例四的用户设备的结构示意图；图8为本发明实施例五的随机接入方法的流程示意图；图9为UE采用TA预补偿方式发送接入前导序列的示意图；图10为本发明实施例六的用户设备的结构示意图；图11为本发明实施例七的随机接入方法的流程示意图；图12为eNodeB分二次截取采样窗ロ的示意图；图13为本发明实施例八的基站的结构示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。实施例一
图I为典型的通信系统架构图。如图I所示，该通信系统包括基站(eNodeB)和用户设备(UE)。本发明实施例一的频偏预补偿方法由UE来执行。本发明频偏预补偿方法包括以下步骤获取小区下行额定的中心频点；通过频率同步获取下行频偏信息；根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏补偿。本发明的执行频偏预补偿的用户设备，包括第一处理模块，用于获取小区下行额定的中心频点；第二处理模块，用于通过频率同步获取下行频偏信息；第三处理模块，用于根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏预补偿。以下实施例将具体说明本发明方法，其宗_都不离开上述核心思想。图2为本发明实施例一的频偏预补偿方法的流程示意图。如图2所示，该频偏预补偿方法包括以下步骤步骤S201，获取小区下行额定的中心频点；步骤S202，将下变频的參考频率同步到所述中心频点，井根据同步后的下变频的參考频率对接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取下行频偏信息；步骤S203，根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏预补偿。具体地，UE开机之后，首先通过同步信道(Synchronization Channel, SCH)进行下行同步，找到无线帧、子帧的接收起点以及小区标识(Cell ID)，然后检测广播信道(Broadcast Channel,BCH),并接收eNodeB下发的下行载频信号。因此,可通过获取小区下行额定的中心频点，将下变频的參考频率同步到所述中心频点，井根据同步后的下变频的參考频率对接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，以获取下行频偏信息。其中，例如采用现有技术的任意频偏估计算法对下变频后获得的基带信号进行频偏估计，此处不作限定。UE获取下行频偏信息后，由于下行中心频点和上行中心频点相同或存在固定偏差，因此可根据下行频偏信息确定上行频偏信息，从而对上行基带信号进行频偏预补偿。根据本实施例的频偏预补偿方法，通过由UE在进行下行同步后，获取小区下行额定的中心频点，将下变频的參考频率同步到所述中心频点，井根据同步后的下变频的參考频率对接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取下行频偏信息，并根据下行频偏信息对上行基带信号进行频偏预补偿，从而实现了在UE侧的频偏预补偿。实施例ニ在实施例一的基础上，所述获取小区下行额定的中心频点具体包括从小区广播消息中解析获取所述小区下行额定的中心频点；或者获取预先设定的小区下行额定的中心频点。其中，从小区广播消息中解析获取所述小区下行额定的中心频点具体包括根据公式fc = f (F_index)+fi*F_step确定所述小区下行额定的中心频点，其中，fc为所述小区下行额定的中心频点，F_index为小区广播消息中所指示的频段编号，f (F_index)是F_index所指示频段编号对应的频段的起始物理频点ばi是F_index所指示频段编号对应的频段内的子频段编号，F_step是Fjndex所指示频段编号对应的频段内的子频段的间隔。
获取小区下行额定的中心频点后，令输出的下变频的參考频率同步到中心频点。具体的若UE采用本地高精度晶振(例如采用误差范围+-0. Olppm的晶振)提供高精准基准频率源，即自身内部基准频率很精确，则直接可令输出的下变频的參考频率同步到中心频点，若UE自身内部基准频率精度无法保证，则可利用外部基准频率源作为參考，例如这个外部的基准频率通过全球定位系统(Global Positioning System, GPS)进行校准,令输出的下变频的參考频率同步到中心频点。接着对接收到的下行载频信号进行下变频以获取基带信号，井根据同步后的下变频的參考频率对所获取的基带信号进行频偏估计，获取下行频偏信息。优先地，UE根据同步后的下变频的參考频率对不同时刻接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取并更新下行频偏信息。广播消息中例如采用以下方式携帯小区下行额定的中心频点相关信息I)从广播信道的“ SystemlnformationBlockTypel ” 域和 “SystemInformationBlockType2” 域分别提取“freqBandlndicator” 字段和“ul-CarrierFreq”字段的数值，并根据所提取的数值查找3GPP协议中对应的中心频点，具体的在TDD模式下，小区下行额定的中心频点即为“ul-CarrierFreq”字段对应的频点，在FDD模式下，需要根据“freqBandlndicator”字段查找LTE 36101协议的表5. 7. 4-1,即表uTX-RXcarrier centre frequency separation，，，和“ul-CarrierFreq，，字段计算出下行中心频点。2)先根据 “ SystemlnformationBlockTypel ” 域的“ freqBandlndicator，，字段获取频点在哪个频带(band),接着利用MasterInformationBlock信息中预留的IObits信息确定下行的频点。我们知道现有协议中规定的每个band的带宽在200MHz之内，若用MasterInformationBlock信息中的IObits来表不2OOMHz范围，步长选为200KHz即可覆盖这个范围。更为具体地，图3为UE在下行接收过程中进行频偏估计的示意图。如图3所示，UE通过检测下行广播，获取小区下行额定的中心频点，根据小区下行额定的中心频点选择一个精确的基准频率fwt，该基准频率f；ut例如为UE自身内部基准频率或者由GPS的时钟产生。UE中预置有ー个锁相环(Phase Locked Loop，PLL)，利用PLL对基准频率f；ut进行锁定，以获取eNodeB发射的下行信号的标准中心频点，即小区下行额定的中心频点f。。UE获取下行信号的实际中心频点为，若设定信道的多普勒频移为fD()P，则fr^t+fMP。UE根据中心频点f。对获取的下行信号进行下变频处理，获得基带信号，利用基带信号进行频偏估计，则可获得下行频偏Λ f = f。-；^，理论上存在Λ f=fDQP。UE在上行发送过程中，假设系统工作在TDD模式下(即上下行发射标准中心频点相同)，针对上述获得的下行频偏Λ f对上行发送的信号进行频偏补偿。图4为UE在上行发射过程中进行频偏预补偿的第一示意图。如图4所示，UE利用下行频偏Λ f对默认基带信号进行频偏预补偿，并对频偏预补偿后的基带信号和中心频点f。进行上变频，获得上变频的參考频率为f^=f。+ Δ f的上行发送信号，该上行发送信号例如为接入前导序列或任意其他上行信号。若系统工作在FDD模式下(即上下行发射标准中心频点不同)，则上行预补偿频偏值Af_UL应为AfXK，其中系数K=上行基带信号上变频的參考频率/小区下行额定的中心频点。为了简化讨论，以下以TDD模式为例说明。对PLL的工作原理具体说明如下。图5为PLL工作原理示意图。如图5所示，PLL将基准频率f；ut作为參考时钟，利用鉴相器、低通滤波器(LPF)和压控振荡器(VCO)对基准频率f；ut进行处理，获得下变频的參考频率fKF，并利用分频器对fKF进行分频处理，并反馈至鉴相器。设定f；ut=f；/N，其中N为分频器的倍数，则最后产生的下变频的參考频率频率为
fEF=fc°实施例三在上述实施例的基础上，根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏预补 偿具体包括根据所述下行频偏信息，获取上行基带信号的预补偿频偏值，井根据所述预补偿频偏值对所述上行基带信号进行频偏预补偿；根据所述小区下行额定的中心频点，设置频偏预补偿后的上行基带信号上变频的參考频率，井根据所述上变频的參考频率对所述频偏预补偿后的上行基带信号进行上变频并发送。其中，根据所述下行频偏信息，获取上行基带信号的预补偿频偏值具体包括若小区为TDD系统，则确定所述预补偿频偏值为下行频偏信息；若小区为FDD系统，则确定所述预补偿频偏值为AfXK，其中Af为所述下行频偏信息，K为上行基带信号上变频的參考频率与所述小区下行额定的中心频点的商；相应地，所述根据所述预补偿频偏值对所述上行基带信号进行频偏预补偿具体包括根据所述预补偿频偏值对所述上行基带信号进行单次频偏预补偿；或者将所述预补偿频偏值分为上行基带信号子载波整数倍的频偏和小数倍的频偏，并分别根据所述整数倍的频偏和所述小数倍的频偏，对所述上行基带信号进行频偏预补偿。进ー步地，所述根据所述小区下行额定的中心频点，设置频偏预补偿后的上行基带信号上变频的參考频率具体包括若所在小区为时分双エTDD系统，则将所述上变频的參考频率设置为所述小区下行额定的中心频点；若小区为频分双エFDD 系统，则根据小区广播消息“SystemlnformationBlockTypel ”域中的“freqBandlndicator”字段值查表获取偏移值，并将所述上变频的參考频率设置为所述小区下行额定的中心频点与所述偏移值之差。图6为UE在上行发射过程中进行频偏预补偿的第二示意图。如图6所示，例如，所获得的预补偿频偏值Afm=(k+0f)ィ_ ，其中，k为整数，Qf为小数，为子载波间隔。则在利用频偏Λ f对发送信号进行频偏补偿时，整数倍频偏采用子载波频移的方式，小数倍频偏在基带信号发送时处理。如图6中所示，在离散傅里叶逆变换(IFFT)之前对于发送信号进行整数倍频偏补偿，即子载波平移k个单位，在IFFT之后加CP之前对于发送信号进行小数倍频偏补偿，即在对基带信号上行发送之前乘以ー个相位偏移量W 夂铲，
其中ak为第k个频域子载波，fk为第k个频域子载波对应的频率，η为第η个子载波标号，N为IFFT的点数。针对频偏补偿的误差范围以TDD系统为例作出分析。表I为TDD系统频率误差分析，其中，:在表一中dfBS为eNodeB侧的频率误差，dfUE为UE侧的频率误差，根据LTE实测參考数据，这2项数值分别为±0. 05ppm和±0. Ippm以内，若中心频点为2GHz，则基站侧接收到的上行信号总的频偏误差范围为[-600Hz，600Hz]，而在现有LTE系统中子载波间隔为
I.25KHz，频偏误差小于1/2子载波间隔。表I
权利要求
1.一种频偏预补偿方法，其特征在于，包括 获取小区下行额定的中心频点； 通过频率同步获取下行频偏信息； 根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏补偿。
2.根据权利要求I所述的频偏预补偿方法，其特征在于，所述通过频率同步获取下行频偏信息，包括 将下变频的參考频率同步到所述中心频点，井根据同步后的下变频的參考频率对接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取所述下行频偏信息。
3.根据权利要求2所述的频偏预补偿方法，其特征在于，所述获取小区下行额定的中心频点具体包括 从小区广播消息中解析获取所述小区下行额定的中心频点；或者 获取预先设定的小区下行额定的中心频点。
4.根据权利要求3所述的频偏预补偿方法，其特征在于，所述从小区广播消息中解析获取所述小区下行额定的中心频点具体包括根据公式fc=f (F_index)+fi*F_step确定所述小区下行额定的中心频点，其中，fc为所述小区下行额定的中心频点，Fjndex为小区广播消息中所指示的频段编号，f (F_index)是F_index所指示频段编号对应的频段的起始物理频点；fi是F_index所指示频段编号对应的频段内的子频段编号，F_step是F_index所指示频段编号对应的频段内的子频段的间隔。
5.根据权利要求2所述的频偏预补偿方法，其特征在于，所述将下变频的參考频率同步到所述中心频点具体包括 利用外部晶振或本地晶振提供基准频率源，井根据所述基准频率源，通过锁相环将所述下变频的參考频率同步到所述中心频点。
6.根据权利要求2所述的频偏预补偿方法，其特征在于，所述根据同步后的下变频的參考频率对接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取所述下行频偏信息具体包括根据同步后的下变频的參考频率对不同时刻接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取并更新所述下行频偏信息。
7.根据权利要求2所述的频偏预补偿方法，其特征在干，所述根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏预补偿具体包括 根据所述下行频偏信息，获取上行基带信号的预补偿频偏值，并根据所述预补偿频偏值对所述上行基带信号进行频偏预补偿； 根据所述小区下行额定的中心频点，设置频偏预补偿后的上行基带信号上变频的參考频率，井根据所述上变频的參考频率对所述频偏预补偿后的上行基带信号进行上变频并发送。
8.根据权利要求7所述的频偏预补偿方法，其特征在于，所述根据所述小区下行额定的中心频点，设置频偏预补偿后的上行基带信号上变频的參考频率具体包括 若所在小区为时分双エTDD系统，则将所述上变频的參考频率设置为所述小区下行额定的中心频点； 若小区为频分双エFDD系统，则根据小区广播消息“SystemlnformationBlockTypel”域中的“freqBandlndicator”字段值查表获取偏移值，并将所述上变频的參考频率设置为所述小区下行额定的中心频点与所述偏移值之差。
9.根据权利要求7所述的频偏预补偿方法，其特征在于，所述根据所述下行频偏信息，获取上行基带信号的预补偿频偏值具体包括 若小区为TDD系统，则确定所述预补偿频偏值为下行频偏信息； 若小区为FDD系统，则确定所述预补偿频偏值为AfXK，其中Af为所述下行频偏信息，K为上行基带信号上变频的參考频率与所述小区下行额定的中心频点的商； 相应地，所述根据所述预补偿频偏值对所述上行基带信号进行频偏预补偿具体包括 根据所述预补偿频偏值对所述上行基带信号进行单次频偏预补偿；或者 将所述预补偿频偏值分为上行基带信号子载波整数倍的频偏和小数倍的频偏，并分别根据所述整数倍的频偏和所述小数倍的频偏，对所述上行基带信号进行频偏预补偿。
10.ー种用户设备，其特征在于，包括 第一处理模块，用于获取小区下行额定的中心频点； 第二处理模块，用于通过频率同步获取下行频偏信息； 第三处理模块，用于根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏预补偿。
11.根据权利要求10所述的用户设备，其特征在于，所述第二处理模块具体用于将下变频的參考频率同步到所述中心频点，井根据同步后的下变频的參考频率对接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取所述下行频偏信息。
12.根据权利要求11所述的用户设备，其特征在于，所述第一处理模块还用于从小区广播消息中解析获取所述小区下行额定的中心频点，或者获取预先设定的小区下行额定的中心频点。
13.根据权利要求12所述的用户设备，其特征在于，所述第一处理模块还用于根据公式fc=f (F_index)+fi*F_step确定所述小区下行额定的中心频点,其中，fc为所述小区下行额定的中心频点，F_index为小区广播消息中所指示的频段编号,f (F_index)为F_index所指示频段编号对应的频段的起始物理频点ばi为F_index所指示频段编号对应的频段内的子频段编号，F_step为F_index所指示频段编号对应的频段内的子频段的间隔。
14.根据权利要求11所述的用户设备，其特征在于，所述第二处理模块还用于利用外部晶振或本地晶振提供基准频率源，井根据所述基准频率源，通过锁相环将所述下变频的參考频率同步到所述中心频点。
15.根据权利要求11所述的用户设备，其特征在于，所述第二处理模块还用于根据同步后的下变频的參考频率对不同时刻接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取并更新所述下行频偏信息。
16.根据权利要求11所述的用户设备，其特征在于，所述第三处理模块还用于根据所述下行频偏信息，获取上行基带信号的预补偿频偏值，井根据所述预补偿频偏值对所述上行基带信号进行频偏预补偿；根据所述小区下行额定的中心频点，设置频偏预补偿后的上行基带信号上变频的參考频率，井根据所述上变频的參考频率对所述频偏预补偿后的上行基带信号进行上变频并发送。
17.根据权利要求16所述的用户设备，其特征在于，所述第三处理模块还用于若所在小区为时分双エTDD系统，则将所述上变频的參考频率设置为所述小区下行额定的中心频点；若小区为频分双エFDD系统,则根据小区广播消息“SystemlnformationBlockTyperr^中的“freqBandlndicator”字段值查表获取偏移值，并将所述上变频的參考频率设置为所述小区下行额定的中心频点与所述偏移值之差。
18.根据权利要求16所述的用户设备，其特征在于，所述第三处理模块还用于若小区为TDD系统，则确定所述预补偿频偏值为下行频偏信息；若小区为FDD系统，则确定所述预补偿频偏值为AfXK,其中Af为所述下行频偏信息，K为上行基带信号上变频的參考频率与所述小区下行额定的中心频点的商；根据所述预补偿频偏值对所述上行基带信号进行单次频偏预补偿；或者将所述预补偿频偏值分为上行基带信号子载波整数倍的频偏和小数倍的频偏，并分别根据所述整数倍的频偏和所述小数倍的频偏，对所述上行基带信号进行频偏预补偿。
19.一种随机接入方法，其特征在于，包括 用户设备根据如权利要求1-9任一所述的频偏预补偿方法对物理随机接入信道PRACH基带信号进行频偏预补偿； 所述用户设备对频偏预补偿后的PRACH基带信号进行上变频并上行发送，以使基站根据接收到的上行信号完成随机接入。
20.ー种用户设备，其特征在于，包括 第四处理模块，用于根据如权利要求1-9任一所述的频偏预补偿方法对PRACH基带信号进行频偏预补偿； 第五处理模块，用于对频偏预补偿后的PRACH基带信号进行上变频并上行发送，以使基站根据接收到的上行信号完成随机接入。
21.一种随机接入方法，其特征在于，包括 基站接收用户设备发送的上行信号，其中所述上行信号为所述用户设备根据如权利要求1-9任一所述的频偏预补偿方法对PRACH基带信号进行频偏预补偿并进行上变频获得的信号; 所述基站根据所述上行信号完成随机接入。
22.根据权利要求21所述的随机接入方法，其特征在于，所述基站根据所述上行信号完成随机接入具体包括 所述基站根据预设的采样窗ロ从所述上行信号中获取采样序列，将所述采样序列与本地序列进行相关，获取功率时延谱； 将所述功率时延谱中的最大峰值作为回环时延，井根据所述回环时延完成随机接入。
23.—种基站，其特征在于，包括 第六处理模块，用于接收用户设备发送的上行信号，其中所述上行信号为所述用户设备根据如权利要求1-8任一所述的频偏预补偿方法对PRACH基带信号进行频偏预补偿并进行上变频获得的信号； 第七处理模块，用于根据所述上行信号完成随机接入。
24.根据权利要求23所述的基站，其特征在于，所述第七处理模块还用于根据预设的采样窗ロ从所述上行信号中获取采样序列，将所述采样序列与本地序列进行相关，获取功率时延谱；将所述功率时延谱中的最大峰值作为回环时延，并根据所述回环时延完成随机接入。
25.一种随机接入系统，其特征在于，包括如权利要求20所述的用户设备，以及如权利要求23或24所述的基站。全文摘要
本发明实施例提供频偏预补偿方法、随机接入方法、设备及系统。该频偏预补偿方法包括获取小区下行额定的中心频点；将下变频的参考频率同步到所述中心频点，并根据同步后的下变频的参考频率对接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取下行频偏信息；根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏预补偿。本发明提供的频偏预补偿方法、随机接入方法、设备及系统用于实现由用户设备侧对上行信号进行频偏预补偿。
文档编号H04L25/03GK102724149SQ20121015178
公开日2012年10月10日 申请日期2012年5月16日 优先权日2012年5月16日
发明者李 浩, 谷蓉婷 申请人:华为技术有限公司