联合频偏估计方法及系统与流程

[0001]
本发明涉及频偏估计技术领域，具体地，涉及一种联合频偏估计方法及系统。


背景技术：

[0002]
对于无线通信系统，由于无线信道的时变性使得无线信号在传输过程中出现多普勒频移，或者在发射机载波频率与接收机本地振荡器之间产生频率偏差，这些都会破坏ofdm系统之间的正交性，进而导致子载波之间的相互干扰，使系统性能恶化。严重的时候会导致整个接收机运行状态瘫痪，出现掉网问题。因此，在信号检测之前，必须对载波频偏进行估计，然后在接收端进行对应的纠正补偿，以保证接收机性能。
[0003]
在5g nr系统中只存在周期性配置的trs和ssb信号用于同步跟踪，且ssb和trs的频偏估计精度在高信噪比下也存在一定的误差，而高阶调制方式对频偏精度的要求很高。如果频偏估计偏差超过20hz，将导致高阶调制方式下的接收机系统性能恶化。因此，通过在检测后引入频偏尝试模块，给ue提供更高的频偏估计精度，提升接收机的性能和吞吐率。
[0004]
专利文献cn102130873a公开了一种频偏估计方法,该方法包括:为用于频偏估计的本地参考符号加入正向参考频偏和负向参考频偏；根据加入正向参考频偏以及负向参考频偏的本地参考符号和接收到的参考符号进行频偏估计。本发明还公开了一种频偏估计装置,该装置包括相连的正负频偏添加单元、频偏估计单元；其中,所述正负频偏添加单元,用于为进行频偏估计的本地参考符号加入正向参考频偏和负向参考频偏；所述频偏估计单元,用于根据加入正向参考频偏以及负向参考频偏的本地参考符号和接收到的参考符号进行频偏估计。该专利的结构和性能仍然有待提高的空间。


技术实现要素：

[0005]
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种联合频偏估计方法及系统。
[0006]
根据本发明提供的一种联合频偏估计方法，其特征在于，包括：
[0007]
步骤s1：根据使用ssb的频偏信息、使用trs的频偏信息，对于使用ssb或trs的频偏估计值进行补偿，获取补偿结果信息；
[0008]
步骤s2：根据补偿结果信息，对于补偿后的信号经过中间处理后，执行信道估计模块，获取信道估计模块执行结果信息；
[0009]
步骤s3：根据信道估计模块执行结果信息，对于信道估计后的结果执行mimo检测模块，获取mimo检测模块执行结果信息；
[0010]
步骤s4：根据mimo检测模块执行结果信息，对mimo检测后的结果执行频偏尝试，获取频偏尝试执行结果信息；
[0011]
步骤s5：根据频偏尝试执行结果信息，存储发送端调制后的信号，将存储的发送端调制后的信号作为频偏尝试模块的入口数据；
[0012]
步骤s6：进行mimo检测信号的频偏调整，获取频偏调整后的mimo检测信号。
[0013]
优选地，步骤s1包括：
[0014]
步骤s1.1：计算符号之间的时域相关；
[0015]
步骤s1.2：将相关结果进行累加；
[0016]
步骤s1.3：计算频偏估计的相位角；
[0017]
步骤s1.4：计算频偏估计值；
[0018]
步骤s1.5：对接收端时域数据进行频偏补偿。
[0019]
优选地，所述步骤s6包括：
[0020]
步骤s6.1：设置频偏尝试的集合为：cfo＝[-20,-15,-10,-5,0,5,10,15,20]；
[0021]
步骤s6.2：计算每个符号上的频偏尝试的旋转角度。
[0022]
优选地，所述步骤s6还包括：
[0023]
步骤s6.3：对mimo检测后的信号进行频偏尝试；
[0024]
步骤s6.4：将频偏尝试后的信号与发送端调制信号进行mse计算。
[0025]
优选地，所述步骤s6还包括：
[0026]
步骤s6.5：计算mse最小值以及对应的索引；
[0027]
步骤s6.6：计算出频偏值和频偏补偿后的mimo检测信号，并分别输出给频偏补偿和译码模块。
[0028]
根据本发明提供的一种联合频偏估计系统，包括：
[0029]
模块m1：根据使用ssb的频偏信息、使用trs的频偏信息，对于使用ssb或trs的频偏估计值进行补偿，获取补偿结果信息；
[0030]
模块m2：根据补偿结果信息，对于补偿后的信号经过中间处理后，执行信道估计模块，获取信道估计模块执行结果信息；
[0031]
模块m3：根据信道估计模块执行结果信息，对于信道估计后的结果执行mimo检测模块，获取mimo检测模块执行结果信息；
[0032]
模块m4：根据mimo检测模块执行结果信息，对mimo检测后的结果执行频偏尝试，获取频偏尝试执行结果信息；
[0033]
模块m5：根据频偏尝试执行结果信息，存储发送端调制后的信号，将存储的发送端调制后的信号作为频偏尝试模块的入口数据；
[0034]
模块m6：进行mimo检测信号的频偏调整，获取频偏调整后的mimo检测信号。
[0035]
优选地，模块m1包括：
[0036]
模块m1.1：计算符号之间的时域相关；
[0037]
模块m1.2：将相关结果进行累加；
[0038]
模块m1.3：计算频偏估计的相位角；
[0039]
模块m1.4：计算频偏估计值；
[0040]
模块m1.5：对接收端时域数据进行频偏补偿。
[0041]
优选地，所述模块m6包括：
[0042]
模块m6.1：设置频偏尝试的集合为：cfo＝[-20,-15,-10,-5,0,5,10,15,20]；
[0043]
模块m6.2：计算每个符号上的频偏尝试的旋转角度。
[0044]
优选地，所述模块m6还包括：
[0045]
模块m6.3：对mimo检测后的信号进行频偏尝试；
[0046]
模块m6.4：将频偏尝试后的信号与发送端调制信号进行mse计算；
[0047]
模块m6.5：计算mse最小值以及对应的索引；
[0048]
模块m6.6：计算出频偏值和频偏补偿后的mimo检测信号，并分别输出给频偏补偿和译码模块。
[0049]
优选地，采用联合频偏估计装置，用于终端；
[0050]
所述联合频偏估计装置包括：频偏估计和补偿单元，所述频偏估计和补偿单元使用ssb/trs参考信号进行频偏估计，并将估计值补偿到接收端的时域数据上；
[0051]
所描述的联合频偏估计装置还包括：估计单元；所述估计单元是对补偿后的数据进行信道估计；
[0052]
所描述的联合频偏估计装置还包括：检测单元，所述检测单元是对信道估计后的结果进检测；
[0053]
所描述的联合频偏估计装置还包括：频偏尝试单元，所述频偏尝试单元是对残余频偏进行尝试，使mimo检测后的星座图更接近于发送端的星座图；
[0054]
所描述的联合频偏估计装置还包括：存储单元，所述存储单元是对发送端调制后的信号进行存储，作为频偏尝试单元的入口；
[0055]
所描述的联合频偏估计装置还包括：计算单元，所述计算单元是对频偏尝试后的结果，选取出最优频偏值和频偏补偿后的mimo检测结果。
[0056]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0057]
1、本发明对于ssb和trs参考信号为周期性参考信号，且频偏估计存在一定的误差，通过在检测模块中引入频偏尝试进行联合频偏估计，进一步提升频偏估计的精度；
[0058]
2、本发明对于高阶调制方式对频偏估计的精度要求更高，通过引入频偏尝试进行联合频偏估计，进一步提升了接收机系统的性能和吞吐率；
[0059]
3、本发明流程构造合理，使用方便，能够克服现有技术的缺陷。
附图说明
[0060]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0061]
图1为本发明的联合频偏估计流程示意图
[0062]
图2为本发明的联合频偏估计装置的示意图
[0063]
图3为本发明实施例中的64qam调制下联合频偏估计误帧率对比示意图
[0064]
图4为本发明实施例中的64qam调制下联合频偏估计吞吐率对比的示意图
[0065]
图5为本发明实施例中的256qam调制下联合频偏估计误帧率对比的示意图。
具体实施方式
[0066]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0067]
一种联合频偏估计方法包括：
[0068]
步骤1：对于使用ssb或trs的频偏估计值进行补偿；
[0069]
步骤2：对于补偿后的信号经过中间一系列处理后，执行信道估计模块；
[0070]
步骤3：对于信道估计后的结果执行mimo检测模块；
[0071]
步骤4：该过程对mimo检测后的结果执行频偏尝试；
[0072]
步骤5：该过程为存储的发送端调制后的信号，作为频偏尝试模块的入口数据；
[0073]
步骤6：该过程为频偏调整后的mimo检测信号；
[0074]
其中，步骤1包括如下步骤：以ssb的频偏估计为例；
[0075]
步骤1.1：计算符号之间的时域相关，参考s1中的公式1.1和1.2；
[0076]
步骤1.2：将相关结果进行累加，参考s1中的公式1.3；
[0077]
步骤1.3：计算频偏估计的相位角，参考s1中的公式1.4；
[0078]
步骤1.4：计算频偏估计值，参考s1中的公式1.5；
[0079]
步骤1.5：对接收端时域数据进行频偏补偿，参考s1中的公式1.6；
[0080]
其中，步骤6包括如下步骤：
[0081]
步骤6.1：设置频偏尝试的集合为：cfo＝[-20,-15,-10,-5,0,5,10,15,20]；
[0082]
步骤6.2：计算每个符号上的频偏尝试的旋转角度，参考公式1.7；
[0083]
步骤6.3：对mimo检测后的信号进行频偏尝试，参考公式1.8；
[0084]
其中detect_out为mimo检测后的结果，re(l)为每个符号上对应的re点数；
[0085]
步骤6.4：将频偏尝试后的信号与发送端调制信号进行mse计算，参考公式1.9；
[0086]
步骤6.5：计算mse最小值以及对应的索引，参考公式1.10；
[0087]
步骤6.6：计算出频偏值和频偏补偿后的mimo检测信号，并分别输出给频偏补偿和译码模块，参考公式1.11和1.12；
[0088]
为了解决上述技术问题，本发明实施例还公开了一种联合频偏估计装置，用于终端，如图2所示。所描述的联合频偏估计装置包括：频偏估计和补偿单元，主要使用ssb/trs参考信号进行频偏估计，并将估计值补偿到接收端的时域数据上。
[0089]
所描述的联合频偏估计装置还包括：估计单元，主要是对补偿后的数据进行信道估计；
[0090]
所描述的联合频偏估计装置还包括：检测单元，主要是对信道估计后的结果进检测。
[0091]
所描述的联合频偏估计装置还包括：频偏尝试单元，主要是对残余频偏进行尝试，使mimo检测后的星座图更接近于发送端的星座图。
[0092]
所描述的联合频偏估计装置还包括：存储单元，主要是对发送端调制后的信号进行存储，作为频偏尝试单元的入口。
[0093]
所描述的联合频偏估计装置还包括：计算单元，主要是对频偏尝试后的结果，选取出最优频偏值和频偏补偿后的mimo检测结果。
[0094]
具体地，在一个实施例中，一种联合频偏估计方法包括：
[0095]
步骤s1：对于使用ssb或trs的频偏估计值进行补偿。其中估计和补偿结果如下所示：
[0096]
以ssb的频偏估计为例
[0097]
1、符号之间的时域相关：
[0098]
corr(rx,tx,re，0)＝h(rx,tx,re,sym1)*conj(h(rx,tx,re,sym(0)))
ꢀꢀꢀ
(1.1)
[0099]
corr(rx,tx,re，1)＝h(rx,tx,re,sym2)*conj(h(rx,tx,re,sym(1)))
ꢀꢀꢀ
(1.2)
[0100]
其中，corr(rx,tx,re，0)表示ssb中的第一个pbch符号上第rx根天线的re子载波与ssb中的sss符号上第rx根天线的re子载波相关，corr(rx,tx,re，1)表示ssb中的sss符号上第rx根天线的re子载波与ssb中的第二个pbch符号上第rx根天线的re子载波相关。rx表示接收天线，tx表示天线端口，re表示子载波。
[0101]
2、将相关结果进行累加为：
[0102]
corr＝∑
re
∑
tx
∑
rx
∑
l＝0,1
corr(rx,tx,re,l)
ꢀꢀꢀ
(1.3)
[0103]
corr表示ssb的3个符号之间的相位偏移量。
[0104]
3、计算频偏估计的相位角
[0105][0106]
接下来对估计角度判断如下：
[0107]
如果imag(corr)≥0，且real(corr)≥0,或imag(corr)≤0，且real(corr)≥0则ang＝ang1
[0108]
如果imag(corr)≥0，且real(corr)≤0,则ang＝ang1+π
[0109]
如果imag(corr)≤0，且real(corr)≤0,则ang＝ang1-π
[0110]
因此，ang∈[-π,π]
[0111]
4、计算频偏估计值
[0112]
δf＝ang*scal
ꢀꢀꢀ
(1.5)
[0113]
其中scal为ssb的频偏估计因子，δf表示频偏估计值。
[0114]
5、对接收端的数据进行频偏补偿
[0115]
data(re)＝data(re)*exp(-jδf*re/f
s
)
ꢀꢀꢀ
(1.6)
[0116]
其中，data(re)为接收端的时域数据，re为采样点数，f
s
为采样率。
[0117]
步骤s2：对于补偿后的信号经过中间一系列处理后，执行信道估计模块。
[0118]
步骤s3：对于信道估计后的结果执行mimo检测模块。
[0119]
步骤s4：该过程对mimo检测后的结果执行频偏尝试，由于高阶调制方式对于频偏的要求比较高，通过仿真验证能容忍的频偏范围为20hz，且高阶调制方式一般对应的信噪比很高。因此具体估计算法如下所示：
[0120]
(1)设置频偏尝试的集合为：cfo＝[-20,-15,-10,-5,0,5,10,15,20]
[0121]
(2)计算每个符号上的频偏尝试的旋转角度为：
[0122]
θ(index,l)＝-2*π*cfo(index)*l*(n+cp)/f
s
ꢀꢀꢀ
(1.7)
[0123]
其中，index为频偏尝试的集合索引，取值为index＝1,...9，l为一个时隙中的pdsch符号索引，假设一个时隙中pdsch的符号为l个，则l取值为l＝1,...l，n为fft大小，cp为循环前缀的长度，f
s
为采样率。
[0124]
(3)对mimo检测后的信号进行频偏尝试，得到结果为：
[0125]
detect_out1(index，：)＝detect_out(index,re(l)).*exp(jθ(index,l))
ꢀꢀꢀ
(1.8)
[0126]
其中detect_out为mimo检测后的结果，re(l)为每个符号上对应的re点数。
[0127]
(4)将频偏尝试后的信号与发送端调制信号进行mse计算，得到结果为：
[0128]
mse(index)＝sum(abs(detect_out(index,：)-mapper_out(1,：))
ꢀꢀꢀ
(1.9)
[0129]
(5)计算mse最小值以及对应的索引
[0130]
[mse_min,index_min]＝min(mse(index))
ꢀꢀꢀ
(1.10)
[0131]
(6)计算出频偏值和频偏补偿后的mimo检测信号，并分别输出给频偏补偿和译码模块
[0132]
δf＝-cfo(index_min)
ꢀꢀꢀ
(1.11)
[0133]
detect_out＝detect_out1(index_min,：)
ꢀꢀꢀ
(1.12)
[0134]
步骤s5：该过程为存储的发送端调制后的信号，作为频偏尝试模块的入口数据。
[0135]
步骤s6：该过程为频偏调整后的mimo检测信号，对应步骤s4式1.12计算的检测信号。
[0136]
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0137]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。