频偏预校准方法和设备 【技术领域】
本发明涉及无线通信领域， 尤其涉及一种频偏预校准方法和设备。背景技术 移动通信系统中， 基站采用固定频点的频率 fc 进行多用户信号的收发， 终端通过 自动频率控制 (Automatic Frequency Control， AFC) 技术跟踪接收信号的频率。在高速移 动环境中， 基站以 fc 的频率发送信号， 经过信道终端接收信号频率为 fc+Δf， Δf 为多普勒 频移， 经过一段时间后终端的收发频率都稳定在接收信号频率 fc+Δf 附近。这样终端发送 信号的频率为 fc+Δf， 经过上行信道后基站接收信号的频率为 fc+2Δf， 而基站接收频率 为 fc， 即基站接收信号中的最大频偏为 2Δf， 如图 1 所示。
终端在小区切换前是远离基站方向运动， 根据多普勒频移的计算， 终端的接收频 率稳定在 fc-fd 附近。 切换后终端是向接近新的基站运动， 接收信号频偏为 fc+fd， 由于 AFC 控制的延后性， 终端仍以 fc-fd 频率接收信号， 导致终端的检测信号中的频偏瞬间增加为 最大 2fd， 如图 2 所示， 图中括号内的值表示基站或终端的收发频率。
频 偏 跳 变 对 终 端 的 影 响 在 于 突 然 频 偏 扩 大， 导致终端在切换后的一段时间 内 性 能 突 然 恶 化， 用 户 感 受 变 差 甚 至 会 出 现 掉 话。 以 时 分 同 步 码 分 多 址 (TimeDivi sion-Synchronisation Code Division Multiple Access， TD-SCDMA) 系统为例， 在 400Km/ h 的高速移动环境下该频偏最大可达 1500Hz， 会严重恶化终端的解调性能， 为此需要引入 基站频偏预校准方案， 提高终端的解调性能。
如图 3 所示， 频偏预校正基本思想就是基站根据目标用户上行信道估计多普勒 频偏 fd， 用估计出的频偏对该用户下行发送信号频率进行预校正， 即下行发送频率调整为 fc-fd， 预先补偿掉下行频偏的影响， 使得终端接收到的信号的频率在频点频率 fc 附近， 终 端检测信号中不存在大的多普勒频偏的影响， 提高终端检测性能。
基站采用频偏预校准后， 终端在小区切换时几乎感受不到频偏的明显变化， 此时 切换前后基站和终端收发信号频偏的示意图如图 4 所示， 图中括号内的值表示基站或终端 的收发频率。终端以频率 fc 发送信号， 基站以频点 fc 接收经过上行信道的信号， 该信号频 率为 fc+fd， 基站可以估计出频偏 fd。基站在下行发送该用户的数据时， 发送频率调整为 fc-fd， 这样发送信号经过下行信道后， 终端接收信号的频率仍为 fc。在终端切换前其工作 频率一直稳定在小区频点 fc 附近， 终端切换后以新的小区频点工作， 从而减小了终端的频 偏变化， 提高了终端的解调性能。这种方案通过增加基站的复杂度， 改善了网络的性能。
高速移动信道的多普勒频移变化示意图如图 5 所示， 以 TD-SCDMA 系统为例， 终端 开机后， 通过下行特殊时隙 (Downlink Pilot Time Slot， DwPTS) 和主公共控制物理信道 (Primary Common Control Physical Channel， PCCPCH) 等广播信道进行锁频处理， 完成锁 频后终端的本振工作在接收信号频率上。根据图 5 中的多普勒频移变化关系， 终端在不同 位置开机时， 锁定的频率也不一样， 变化范围为 [fc-fd， fc+fd]Hz， 其中 fc 表示基站发送信 号的频率， fd 表示最大多普勒频移。
现有的频偏预校准方案不能应用于广播信道， 因此当信道的多普勒频移为 fd 时 终端锁频到 fc+fd， 此时基站侧估计的频偏为 2fd， 如果此时开始业务连接， 对业务信道进 行频偏预校准处理， 则业务信道发送的频偏为 fc-2fd， 经过信道后终端接收信号的频率为 fc-fd， 而终端本振为 fc+fd， 此时终端解调信号中会存在 2fd 的频偏， 在 TD-SCDMA 系统中， 车速为 400Km/h 时， 该值约为 1500Hz， 会严重恶化终端的信号检测性能。 发明内容
本发明实施例提供一种频偏预校准方法和设备， 用于提高终端的信号检测性能。
本发明实施例提供一种频偏预校准方法， 该方法包括 ：
估算终端的上行频偏值， 并获取对所述终端进行频偏预校准已使用的历史上行频 偏预校准值 ；
根据所述历史上行频偏预校准值确定所述终端的当前上行频偏预校准值， 所述当 前上行频偏预校准值比所述历史上行频偏预校准值更接近所述上行频偏值 ；
利用所述当前上行频偏预校准值， 对所述终端进行频偏预校准。
本发明实施例提供一种基站， 该基站包括 ： 频偏估算单元， 用于估算终端的上行频偏值 ；
频偏确定单元， 用于获取对所述终端进行频偏预校准已使用的历史上行频偏预校 准值 ； 根据所述历史上行频偏预校准值确定所述终端的当前上行频偏预校准值， 所述当前 上行频偏预校准值比所述历史上行频偏预校准值更接近所述上行频偏值 ；
频偏预校准单元， 用于利用所述当前上行频偏预校准值， 对所述终端进行频偏预 校准。
本发明中， 基站估算终端的上行频偏值， 并获取对终端进行频偏预校准已使用的 历史上行频偏预校准值 ； 确定终端的当前上行频偏预校准值， 该当前上行频偏预校准值比 历史上行频偏预校准值更接近上行频偏值， 然后利用确定的当前上行频偏预校准值对终端 进行频偏预校准。 由于本次对终端进行频偏预校准时使用的当前上行频偏预校准值都比之 前使用的历史上行频偏预校准值更接近上行频偏值 fd， 因此使用当前上行频偏预校准值进 行频偏预校准后基站对终端的信号发送频率更接近于 fc-fd， 那么经过信道多普勒频移后终 端的信号接收频率更接近于 fc， fc 为基站的工作频点， 从而终端的解调信号中不会存在较 大的频偏， 有效的提高了终端的信号检测性能。
附图说明
图 1 为现有技术中未采用频偏预校准方案的信号收发频率示意图 ； 图 2 为现有技术中未采用频偏预校准方案时终端小区切换的信号收发频率示意 图 3 为现有技术中采用频偏预校准方案的信号收发频率示意图 ； 图 4 为现有技术中采用频偏预校准方案时终端小区切换的信号收发频率示意图 ； 图 5 为现有技术中高速移动信道的多普勒频移变化示意图 ； 图 6 为本发明实施例提供的方法流程示意图 ； 图 7 为本发明实施例提供的基站结构示意图。6图；
101958744 A CN 101958745说明书3/7 页具体实施方式
为了提高终端的信号检测性能， 本发明实施例提供一种频偏预校准方法， 本方法 中， 根据估算的终端的上行频偏值和对该终端进行频偏预校准已使用的历史上行频偏预校 准值确定本次对该终端进行频偏预校准所使用的上行频偏预校准值。
参见图 6， 本发明实施例提供的频偏预校准方法， 具体包括以下步骤 ：
步骤 60 ： 估算终端的上行频偏值， 并获取对该终端进行频偏预校准已使用的历史 上行频偏预校准值 ；
步骤 61 ： 确定终端的当前上行频偏预校准值， 该当前上行频偏预校准值比历史上 行频偏预校准值更接近估算的上行频偏值 ；
步骤 62 ： 利用确定的当前上行频偏预校准值， 对终端进行频偏预校准。
步骤 61 中， 可以采用以下公式确定终端的当前上行频偏预校准值 ：
其中， fu，p(n) 为第 u 个终端的第 n 个子帧的上行频偏预校准值， 即所述当前上行 频偏预校准值 ； fu，c(n) 为估算的第 u 个终端第 n 个子帧的上行频偏值 ； fu，p(n-m) 为第 u 个终端的第 n-m 个子帧的上行频偏预校准值， 即所述历史上行频偏预校准值 ； am 和 b 为大于 0 且小于 1 的递归平滑因子， 并且各递归平滑因子之和等于 1， M 为不小于 1 的整数。
在 m 值仅取 1 时， 上述公式为 ：
fu， p(n) ＝ a1*fu， p(n-1)+b*fu， c(n)。
步骤 60-62 的执行主体可以是基站， 也可以是其他任何能够估算终端的上行频偏 值以及对终端进行频偏预校准的网络实体。 在执行主体为基站时， 上述两个公式中， 若终端 业务刚开始建立， 终端在所述基站建立业务连接时， 则 fu，p(n) 的初始值可以为 0 或预先设 定的第一频偏值， 第一频偏值是根据仿真确定的、 在系统的频偏估计范围之内对系统性能 没有明显恶化的频偏值大小， 例如， 在 TD 系统中第一频偏值可以在 (0， 200)Hz 范围内取值。
若终端切换到所述基站后需要承接在源基站建立的业务， 即终端在除所述基站之 外的其他基站建立业务连接后切换到所述基站时， fu， p(n) 的初始值可以为预先设定的第二 频偏值， 或所述其他基站对终端进行频偏预校准时所采用的上行频偏预校准值。
第二频偏值在终端的最大多普勒频移值附近取值。例如， 在 TD 系统中， 第二频偏 值可以在 (500， 1500)Hz 范围内取值， 比如， 在终端以 200km/h 的速度移动时， 根据多普勒频 移公式， 第二频偏值的取值可以为 600Hz， 在终端以 300km/h 的速度移动时， 根据多普勒频 移公式， 第二频偏值的取值可以为 1000Hz， 在终端以 400km/h 的速度移动时， 根据多普勒频 移公式， 第二频偏值的取值可以为 1300Hz。
在 fu，p(n) 的初始值采用所述其他基站对终端进行频偏预校准时所采用的上行频 偏预校准值时， 切换前的其他基站需要将对该终端进行频偏预校准时所采用的上行频偏预 校准值发送给切换后的基站。 具体的， 在 2G(2nd Generation) 通信系统中， 切换前的其他基 站通过基站控制器 (Base Station Controller， BSC) 将上行频偏预校准值发送给切换后的 基站 ； 在 3G(3nd Generation) 通信系统中， 切换前的其他基站通过无线网络控制器 (Radio Network Controller， RNC) 将上行频偏预校准值发送给切换后的基站 ； 在长期演进 (LongTerm Evolution， LTE) 通信系统中， 切换前的其他基站直接通过与切换后的基站间的接口 将上行频偏预校准值发送给切换后的基站。 切换前的其他基站对终端进行频偏预校准时所 采用的上行频偏预校准值可以是估算的上行频偏值， 也可以是采用步骤 61 中的方式确定 出的上行频偏预校准值。
为了保证高速移动时终端的本振调整速度和公式中上行频偏预校准值 fu，p(n) 的 变化速度接近， 递归平滑因子 b 的取值需结合终端本振的调整方案确定， 因此可以采用如 下公式确定 b 的取值 ：
b ＝终端的本振调整量 /( 终端的本振调整时间 * 第三频偏值 )， 第三频偏值在终 端的多普勒频偏 fd 与该多普勒频偏的两倍 2fd 之间取值。例如， 在终端以 200km/h 的速度 移动时， 第三频偏值的取值可以为 fd， 在终端以 400km/h 的速度移动时， 第三频偏值的取值 可以为 2fd。
当然， 步骤 61 中， 基站确定终端的当前上行频偏预校准值， 使得该当前上行频偏 预校准值比历史上行频偏预校准值更接近估算的上行频偏值， 其实现方法并不局限于使用 上述两个公式， 还可以有其他多种方法来实现， 例如， 首先确定上行频偏值与历史上行频偏 预校准值的差值， 根据该差值设置收敛步长因子， 使得收敛步长因子的绝对值小于该差值 的两倍， 然后将历史上行频偏预校准值与收敛步长因子相叠加， 叠加结果即为当前上行频 偏预校准值。例如， 历史上行频偏预校准值为 2， 估算的上行频偏值为 5， 设置收敛步长因子 为 1， 则当前上行频偏预校准值为 2+1 ＝ 3， 当前上行频偏预校准值比历史上行频偏预校准 值更接近上行频偏值 ； 再例如， 历史上行频偏预校准值为 8， 估算的上行频偏值为 5， 设置收 敛步长因子为 -1， 则当前上行频偏预校准值为 8-1 ＝ 7， 当前上行频偏预校准值比历史上行 频偏预校准值更接近上行频偏值。因此， 任何能够确定比历史上行频偏预校准值更接近上 行频偏值的当前上行频偏预校准值的实现方法， 均在本发明的保护范围内。 步骤 62 中， 基站利用当前上行频偏预校准值对终端进行频偏预校准， 具体方法是 对该终端的数据进行频偏预校准后以额定载频发送， 其数据发送频率＝ fc-fu， 其中， fc 为 p， 基站的工作频点， fu， p 为确定的当前上行频偏预校准值。
较佳的， 在基站确定终端的当前上行频偏预校准值之后， 并且利用该当前上行频 偏预校准值对终端进行频偏预校准之前， 基站确定估算出的上行频偏值与基站在估算该上 行频偏值之前估算出的历史上行频偏值的差值， 例如， 确定 fu，c(n) 与 fu，c(n-1) 的差值 ； 判 断该差值是否大于预先设定的第一频偏门限值， 若是， 则将步骤 61 中确定的当前上行频偏 预校准值与该差值相加， 将相加结果作为频偏预校准时使用的频偏值。 当然， 这里的历史上 行频偏值的差值还可以是其他值， 比如 fu， fu， c(n-2)、 c(n-3) 等。
根据图 5 所示的终端穿过小区时多普勒频移变化关系曲线， 可以看出当终端从基 站下方经过时， 多普勒频移会发生快速变化。 此时可以跟踪频偏估计结果的变化量， 当这个 变化量超过设置的第一频偏门限值时， 则判断此时信道的多普勒频移在进行快速的变化， 可以在频偏预校准值 fu， 保证频偏预校准值能跟上信道多普勒频移的 p(n) 上增加该变化量， 变化。
第一频偏门限值的设定， 可以参考信道快速变化时的单位时间内的变化量进行设 定。 具体的， 获取基站已估算出的终端的两个上行频偏值， 并确定该两个上行频偏值的第一 差值， 然后确定估算该两个上行频偏值的时间的第二差值， 再确定第一差值与第二差值的
比值， 将第一频偏门限值的取值设定为该比值。 例如， 可以采用以下公式确定第一频偏门限 值的取值 ：
第一频偏门限值＝ (fu， c(n)-fu， c(n-1))/(t1-t2)，
其中， fu， fu， c(n) 为估算的第 u 个终端第 n 个子帧的上行频偏值， c(n-1) 为估算的 第 u 个终端第 n-1 个子帧的上行频偏值， t1 为估算 fu，c(n) 的时间点， t2 为估算 fu，c(n-1) 的时间点。
当然， 这里基站已估算出的终端的两个上行频偏值还可以采用其他值， 例如 fu， fu， c(n-2)、 c(n-2) 与 fu， c(n-3) 等。 c(n-1) 与 fu，
较佳的， 在基站利用当前上行频偏预校准值对终端进行频偏预校准之后， 确定步 骤 61 中确定的当前上行频偏预校准值与步骤 60 中估算的上行频偏值的差值， 若该差值小 于预先设定的第二频偏门限值， 则设置接近标记， 后续基站根据该接近标记选择利用估算 出的上行频偏值对终端进行频偏预校准。
根据基站估计频偏的特点， 当终端的本振稳定在频点 fc 附近时， 基站估计出的频 偏和下行发送时的频偏预校准值接近相同。因此可以设定第二频偏门限值， 当基站侧估计 出的上行频偏值和确定出的上行频偏预校准值低于第二频偏门限值时， 就可以认为终端的 本振达到了频点频率 fc 附近， 此后可以直接采用估算的上行频偏值进行预校准处理， 会具 有更好的性能。
第二频偏门限值是根据仿真确定的、 在系统的频偏估计范围之内对系统性能没有 明显恶化的频偏值大小， 例如第二频偏门限值可以在 0 小于 200HZ 的范围内取值。
下面以具体实例对本发明方法进行说明 ：
假设当前小区中共有 M 个终端 (User Equipment， UE)， 则对每个 UE 的上行频偏预 校准值计算步骤如下 ：
步骤 1 ： 读取第 m 个 UE 的频偏并保存， 该频偏表示基站侧估算出的该 UE 的上行频 偏值， 其中包含多普勒频移和本振偏移的影响 ；
步骤 2 ： 第 m 个 UE 的子帧计算器加 1 ；
步骤 3 ： 根据读取的上行频偏值， 利用步骤 61 中使用的公式进行预校准频偏值的 递归处理， 得到当前子帧的上行频偏预校准值 ；
步骤 4 ： 根据计数器结果， 计算估算出的当前子帧与上一子帧的上行频偏值间的 差值， 初始子帧的差值用 0 表示 ；
步骤 5 ： 根据步骤 4 的结果对步骤 3 得到的上行频偏预校准值进行修正 ： 若步骤 4 的差值大于第一门限值 Thre_f1， 则将步骤 3 得到的上行频偏预校准值加上该差值 ；
步骤 6 ： 计算该 UE 的上行频偏值和步骤 5 的计算结果的差值， 如果该差值小于第 二门限值 Thre_f2， 则做一个标记， 根据该标记后续直接采用估算出的上行频偏值对 UE 进 行频偏预校准， 否则后续仍然采用计算出的上行频偏预校准值对 UE 进行频偏预校准 ；
步骤 7 ： 根据第 6 步的比较结果， 输出上行频偏预校准值。
参见图 7， 本发明实施例还提供一种基站， 该基站包括 ：
频偏估算单元 70， 用于估算终端的上行频偏值 ；
频偏确定单元 71， 用于获取对所述终端进行频偏预校准已使用的历史上行频偏预 校准值 ； 根据所述历史上行频偏预校准值确定所述终端的当前上行频偏预校准值， 所述当前上行频偏预校准值比所述历史上行频偏预校准值更接近所述上行频偏值 ；
频偏预校准单元 72， 用于利用所述当前上行频偏预校准值， 对所述终端进行频偏 预校准。
所述频偏确定单元 71 用于 ：
采用以下公式确定所述终端的当前上行频偏预校准值 ：
其中， tu，p(n) 为第 u 个终端的第 n 个子帧的上行频偏预校准值， 即所述当前上行 频偏预校准值 ； fu，c(n) 为估算的第 u 个终端第 n 个子帧的上行频偏值 ； fu，p(n-m) 为第 u 个 终端的第 n-m 个子帧的上行频偏预校准值， 即所述历史上行频偏预校准值 ； am 和 b 为大于 0 且小于 1 的递归平滑因子， 并且各递归平滑因子之和等于 1， M 为不小于 1 的整数。
所述频偏预校准单元 72 用于 ：
根据所述当前上行频偏预校准值对终端的数据进行频偏预校准后以额定载频发 送。
所述频偏确定单元 71 用于 ： 在所述终端是在所述基站建立业务连接时， 将所述 fu，
(n) 的初始值设置为 0 或预先设定的第一频偏值。
所述频偏确定单元 71 用于 ： 在所述终端是在除所述基站之外的其他基站建立业 务连接后切换到所述基站时， 将所述 fu，p(n) 的初始值设置为预先设定的第二频偏值， 或所 述其他基站对所述终端进行频偏预校准时所采用的上行频偏预校准值。
所述频偏确定单元 71 用于 ： 采用如下公式确定递归平滑因子 b 的取值 ：
b ＝所述终端的本振调整量 /( 所述终端的本振调整时间 * 第三频偏值 )， 所述第 三频偏值在所述终端的多普勒频偏与该多普勒频偏的两倍之间。
该基站还包括 ：
频偏修正单元 73， 用于确定所述上行频偏值与所述基站在估算该上行频偏值之前 估算出的历史上行频偏值的差值， 若该差值大于预先设定的第一频偏门限值， 则将所述当 前上行频偏预校准值与所述差值相加， 将相加结果作为当前上行频偏预校准值。
所述频偏修正单元 73 用于 ：
获取所述基站已估算出的所述终端的两个上行频偏值， 确定该两个上行频偏值的 第一差值， 确定估算所述两个上行频偏值的时间的第二差值 ； 确定所述第一差值与所述第 二差值的比值 ； 将所述比值确定为所述第一频偏门限值的取值。
该基站进一步包括 ：
标记单元 74， 用于确定所述当前上行频偏预校准值与所述上行频偏值的差值， 若 该差值小于预先设定的第二频偏门限值， 则设置接近标记， 该接近标记用于标识所述基站 后续利用估算出的上行频偏值对所述终端进行频偏预校准。
综上， 本发明的有益效果包括 ：
本发明实施例提供的方案中， 基站估算终端的上行频偏值， 并获取对终端进行频 偏预校准已使用的历史上行频偏预校准值 ； 确定终端的当前上行频偏预校准值， 该当前上 行频偏预校准值比历史上行频偏预校准值更接近上行频偏值， 然后利用确定的当前上行频 偏预校准值对终端进行频偏预校准。相对于现有的频偏预校准方案， 本发明提出的优化的p频偏预校准方案， 能够更好地对抗高速移动环境下的大多普勒频移对终端检测性能的影 响， 提高终端的信号检测性能， 具体分析如下 ：
由于本次对终端进行频偏预校准时使用的当前上行频偏预校准值都比之前使用 的历史上行频偏预校准值更接近上行频偏值 fd， 因此使用当前上行频偏预校准值进行频偏 预校准后基站对终端的信号发送频率更接近于 fc-fd， 那么经过信道多普勒频移后终端的信 号接收频率更接近于 fc， fc 为基站的工作频点， 进而使得终端的解调信号中不会存在较大 的频偏， 有效的提高了终端的信号检测性能。
同时， 本发明用于确定当前上行频偏预校准值的公式中， 递归平滑因子 b 的取值 结合终端本振的调整方案来确定， 能够保证对终端进行频偏预校准时使用的上行频偏预校 准值的变化速度与终端的本振调整速度接近， 以适应终端 AFC 调整的慢变化特点， 从而更 好的对抗高速移动环境下的大多普勒频移对终端检测性能的影响， 提高终端的性能。
显然， 本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样， 倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内， 则本发明也意图包含这些改动和变型在内。