MU-MIMO模式上行信道的频偏估计方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种MU-MIMO模式上行信道的频偏估计方法、装置、设备及介质。

背景技术

在5G(5th Generation)无线通信系统中，终端和基站构建通信链接的前提条件是时间和频率同步。在频率同步方面，通常是基站发送同步序列，终端接收机通过接收到的序列进行频率偏差估计，即载波频偏(Carrier Frequency Offset，CFO)估计，然后同时对终端的发射和接收信号进行频偏补偿，使终端和基站保持频率一致。通常补偿后残余的频率偏差已经很小，当系统要求不高时，影响不大；但是对于高阶调制系统，尤其是正交频分复用系统(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)，其对子载波间的正交性有严格的要求。频偏会破坏子载波间的正交性，影响接收端的正确解调，微小频偏对解调信号也能产生很大影响，导致解调失败，从而导致系统性能严重下降。因此，对于基站接收到来自终端的上行信号时，有必要估计出终端相对基站的残余频偏，然后进行补偿后再进行数据解调等操作，这样能够大大减少上行信道数据的误码率，从而提升通信系统的性能。

在频偏估计中，可以根据多符号的dm-rs(demodulation reference signal，解调参考信号)通过不同符号上的相位偏差来估计频率偏差。但是，在MU-MIMO(Multi-UserMultiple-Input Multiple-Output)模式下，如果不同终端的dm-rs复用在同一时频资源上，由于终端间干扰的存在，在基站接收侧不能简单的直接估计，如果要利用复用的dm-rs来估计频偏，则首先需要消除不同终端之间的干扰，然后分别对不同终端进行频率偏差估计。现有频偏估计方法主要分为非数据辅助的频偏估计方法和数据辅助的频偏估计方法。非数据辅助的频偏估计方法不需要占用额外的资源，但是估计精度和估计范围有限，如利用循环前缀(Cyclic Prefix，CP)在时域进行频偏估计的技术。数据辅助的频偏估计方案中，有的采用导频来进行频偏估计，例如LTE中利用物理上行共享信道PUSCH(PhysicalUplink Shared Channel)一个子帧中的两列导频的相位差来进行频偏估计；有的利用同步信号(SSS，PSS)或者相位跟踪参考信号(PT-RS)进行频偏估计；也有利用多种参考信号联合估计的方法。

对于以上提到的这些方案，有个很重要的应用场景它们不能适用：即当参考信号或者循环前缀是多个终端信号的复用叠加时(如MU-MIMO模式)，由于基站接收到的信号存在多终端之间的相互干扰，这些频偏估计的方法将不再有效，从而导致频率补偿失败，降低系统性能。MU-MIMO模式上行信道情况下，如果不同终端PUSCH的dm-rs通过不同端口复用在同一时频资源上，那么存在终端间干扰，基站接收侧不能直接通过dm-rs计算不同终端相对基站的频偏。如果要通过常用的频偏估计方法，势必需要把不同终端的dm-rs分配到不同时-频资源上，因此降低了OFDM符号的资源利用率。

可见，如何有效减少终端间干扰，从而实现多符号导频资源复用在同一时频资源下，不同终端相对基站的频偏估计是目前有待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种MU-MIMO模式上行信道的频偏估计方法、装置、设备及介质，能够有效减少终端间干扰，从而实现多符号导频资源复用在同一时频资源下，不同终端相对基站的频偏估计。其具体方案如下：

第一方面，本申请公开了一种MU-MIMO模式上行信道的频偏估计方法，应用于基站侧，包括：

通过基站的天线阵列获取相同时频资源上多终端叠加的接收信号，并利用预设角度估计算法确定所述多终端相对于所述基站各自对应的角度信息；

基于所述角度信息确定所述天线阵列中不同天线的加权系数，并利用所述加权系数对所述接收信号进行加权求和，以得到与所述角度信息对应的终端的累积信号；

对所述累积信号利用预设信道估计算法确定出所述多终端各自对应的信道估计值，并利用所述信道估计值确定出所述多终端相对于所述基站的各自的频偏信息。

可选的，所述通过基站的天线阵列获取相同时频资源上多终端叠加的接收信号，包括：

通过基站的天线阵列获取正交频分复用系统在MU-MIMO模式下，共享信道中的多符号、多子载波在相同时频资源上多终端叠加的接收信号Y

其中，

k＝[0，1，2…K-1]；

可选的，所述通过基站的天线阵列获取相同时频资源上多终端叠加的接收信号，并利用预设角度估计算法确定所述多终端相对于所述基站各自对应的角度信息，包括：

通过基站的天线阵列获取相同时频资源上所述多子载波中的任一子载波和所述多符号中的任一符号对应的多终端叠加的接收信号，以得到所述接收信号的接收向量；

基于所述接收向量，利用预设角度估计算法确定所述多终端相对于所述基站各自对应的角度信息。

可选的，所述基于所述角度信息确定所述天线阵列中不同天线的加权系数，包括：

基于所述角度信息，利用weight

可选的，所述利用所述加权系数对所述接收信号进行加权求和，以得到与所述角度信息对应的终端的累积信号，包括：

利用

可选的，所述对所述累积信号利用预设信道估计算法确定出所述多终端各自对应的信道估计值，包括：

对所述累积信号利用最小二乘信道估计算法，通过

可选的，所述利用所述信道估计值确定出所述多终端相对于所述基站的各自的频偏信息，包括：

当系统存在频偏时，估计的信道在时域上存在相位差；所述相位差满足

利用

第二方面，本申请公开了一种MU-MIMO模式上行信道的频偏估计装置，应用于基站侧，包括：

接收信号获取模块，用于通过基站的天线阵列获取相同时频资源上多终端叠加的接收信号；

角度信息确定模块，用于利用预设角度估计算法确定所述多终端相对于所述基站各自对应的角度信息；

加权系数确定模块，用于基于所述角度信息确定所述天线阵列中不同天线的加权系数；

累积信号确定模块，用于利用所述加权系数对所述接收信号进行加权求和，以得到与所述角度信息对应的终端的累积信号；

频偏信息确定模块，用于对所述累积信号利用预设信道估计算法确定出所述多终端各自对应的信道估计值，并利用所述信道估计值确定出所述多终端相对于所述基站的各自的频偏信息。

第三方面，本申请公开了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序由所述处理器加载并执行以实现如前所述的MU-MIMO模式上行信道的频偏估计方法。

第四方面，本申请公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；其中所述计算机程序被处理器执行时实现如前所述的MU-MIMO模式上行信道的频偏估计方法。

本申请中，应用于基站侧，首先通过基站的天线阵列获取相同时频资源上多终端叠加的接收信号，并利用预设角度估计算法确定所述多终端相对于所述基站各自对应的角度信息；然后基于所述角度信息确定所述天线阵列中不同天线的加权系数，并利用所述加权系数对所述接收信号进行加权求和，以得到与所述角度信息对应的终端的累积信号；最后对所述累积信号利用预设信道估计算法确定出所述多终端各自对应的信道估计值，并利用所述信道估计值确定出所述多终端相对于所述基站的各自的频偏信息。可见，对于基站接收到来自终端的上行信号，在不同终端复用同一时频资源的情况下，通过不同终端的角度信息，对基站侧的天线阵列中的不同天线设计加权系数，这样可以对终端形成一个有增益的虚拟波束，而在其他角度的终端没有增益，如此一来，可以过滤掉来自其他角度的终端信号，得到所需角度终端的信号，获取分集增益。另外，利用加权系数对接收信号进行加权求和，能够消除终端间的数据干扰，同时增强所需终端的信号强度，是进行终端频偏精确估计的前提。进一步的，对所述累积信号利用预设信道估计算法确定出所述多终端各自对应的信道估计值，并利用所述信道估计值确定出所述多终端相对于所述基站的各自的频偏信息，从而实现多符号导频资源复用在同一时频资源下，不同终端相对基站的频偏估计。通过本申请的技术方案，能够有效减少终端间干扰，支持多终端的信号复用在相同时频资源上时，提高资源利用率。并且通过天线加权累加技术，增加接收信号信噪比，提高频偏估计精度。

附图说明

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请公开的一种MU-MIMO模式上行信道的频偏估计方法流程图；

图2为本申请公开的一种MU-MIMO通信的示意图；

图3为本申请公开的一种PUSCH信道中的dm-rs示意图；

图4为本申请公开的一种终端达到线性阵列的相位差示意图；

图5为本申请公开的一种具体的MU-MIMO模式上行信道的频偏估计方法流程图；

图6为本申请公开的一种终端频偏估计流程图；

图7为本申请公开的一种MU-MIMO模式上行信道的频偏估计装置结构示意图；

图8为本申请公开的一种电子设备结构图。

具体实施方式

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。

当前，当参考信号或者循环前缀是多个终端信号的复用叠加时，由于基站接收到的信号存在多终端之间的相互干扰，如果要通过常用的频偏估计方法，势必需要把不同终端的信号分配到不同时频资源上，因此降低了OFDM符号的资源利用率。

为此，本申请公开了一种MU-MIMO模式上行信道的频偏估计方案，能够有效减少终端间干扰，从而实现多符号导频资源复用在同一时频资源下，不同终端相对基站的频偏估计。

本发明实施例公开了一种MU-MIMO模式上行信道的频偏估计方法，参见图1所示，该方法包括：

步骤S11：通过基站的天线阵列获取相同时频资源上多终端叠加的接收信号，并利用预设角度估计算法确定所述多终端相对于所述基站各自对应的角度信息。

本申请实施例中，当参考信号或者循环前缀是多个终端信号的复用叠加时，为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，以MU-MIMO模式中多符号dm-rs为例进行说明，后续不再赘述。如图2所示为一个典型的MU-MIMO通信的示意图。假设终端(UE)是单天线，共有N个终端，基站(GNB)的天线个数为M。在MU-MIMO模式上行信道情况下，以5G系统为例(OFDM调制)，不同终端PUSCH的dm-rs通过不同端口复用在同一时频资源上，PUSCH信道中的dm-rs占用两个时域符号，起始符号为l

本申请实施例中，通过基站的天线阵列获取正交频分复用系统在MU-MIMO模式下，共享信道中的多符号、多子载波在相同时频资源上多终端叠加的接收信号Y

需要指出的是，在图3中，第n个UE、第l个符号、第k个子载波上发送的dm-rs信号为X

本申请实施例中，当基站侧获取了多天线、多符号、多子载波的多终端叠加的dm-rs信号Y

具体的，通过基站的天线阵列获取相同时频资源上所述多子载波中的任一子载波和所述多符号中的任一符号对应的多终端叠加的接收信号，以得到所述接收信号的接收向量；基于所述接收向量，利用波束成型方法或MUSIC多信号分类算法确定所述多终端相对于所述基站各自对应的角度信息。

步骤S12：基于所述角度信息确定所述天线阵列中不同天线的加权系数，并利用所述加权系数对所述接收信号进行加权求和，以得到与所述角度信息对应的终端的累积信号。

本申请实施例中，由于终端间存在干扰，所以需要过滤掉来自其他角度的终端信号，消除终端间干扰。如图4所示，均匀分布线性阵列时，以阵列法线方向为基准，当终端从不同的角度到达基站侧的接收天线阵列，由于不同天线与终端距离不同，天线间存在着一定的相位差，在远场条件下，这个相位差在每两个相邻的天线间是相同的，即2π·d·sin(θ

本申请实施例中，利用加权系数weight

步骤S13：对所述累积信号利用预设信道估计算法确定出所述多终端各自对应的信道估计值，并利用所述信道估计值确定出所述多终端相对于所述基站的各自的频偏信息。

本申请实施例中，对加权累积后的终端n的信号Y′

需要指出的是，当系统存在频偏时，估计的信道

因此，终端n相对于基站的频偏可以用如下公式来估计：

本申请中，应用于基站侧，首先通过基站的天线阵列获取相同时频资源上多终端叠加的接收信号，并利用预设角度估计算法确定所述多终端相对于所述基站各自对应的角度信息；然后基于所述角度信息确定所述天线阵列中不同天线的加权系数，并利用所述加权系数对所述接收信号进行加权求和，以得到与所述角度信息对应的终端的累积信号；最后对所述累积信号利用预设信道估计算法确定出所述多终端各自对应的信道估计值，并利用所述信道估计值确定出所述多终端相对于所述基站的各自的频偏信息。可见，对于基站接收到来自终端的上行信号，在不同终端复用同一时频资源的情况下，通过不同终端的角度信息，对基站侧的天线阵列中的不同天线设计加权系数，这样可以对终端形成一个有增益的虚拟波束，而在其他角度的终端没有增益，如此一来，可以过滤掉来自其他角度的终端信号，得到所需角度终端的信号，获取分集增益。利用加权系数对接收信号进行加权求和，能够消除终端间的数据干扰，同时增强所需终端的信号强度，是进行终端频偏精确估计的前提。进一步的，对所述累积信号利用预设信道估计算法确定出所述多终端各自对应的信道估计值，并利用所述信道估计值确定出所述多终端相对于所述基站的各自的频偏信息，从而实现多符号导频资源复用在同一时频资源下，不同终端相对基站的频偏估计。通过本申请的技术方案，能够有效减少终端间干扰，支持多终端的信号复用在相同时频资源上时，提高资源利用率。并且通过天线加权累加技术，增加接收信号信噪比，提高频偏估计精度。

本申请实施例公开了一种具体的MU-MIMO模式上行信道的频偏估计方法，参见图5所示，该方法包括：

步骤S21：通过基站的天线阵列获取正交频分复用系统在MU-MIMO模式下，共享信道中的多符号、多子载波在相同时频资源上多终端叠加的接收信号Y

本申请实施例中，在MU-MIMO模式上行信道的频偏估计时，基站侧获取多天线、多符号、多子载波的多终端叠加的dm-rs信号Y

本申请实施例中，任意选择某个子载波k′、某个符号l′，得到所有天线的接收数据向量Y＝[Y

步骤S22：基于所述角度信息，利用weight

本申请实施例中，根据终端n的角度信息θ

步骤S23：对所述累积信号利用最小二乘信道估计算法，通过

步骤S24：利用

本申请实施例中，采用LS信道估计方法，获取终端n的多符号、多子载波的信道估计结果，也即，

可以理解的是，在确定出当前的终端相对于基站的频偏信息后，重复执行所述利用预设角度估计算法确定所述多终端相对于所述基站各自对应的角度信息的步骤，直到估计出所有终端的频偏信息。

如图6所示为终端频偏估计的整体流程示意图，通过基站侧多天线接收终端的dm-rs信号，以第0个天线为参考，选择某个子载波和符号的多天线dm-rs数据，估计当前的终端n的角度得到角度信息，利用该角度信息计算当前的终端n相对于基站侧不同天线的加权系数weight

通过本申请实施例，在不同终端dm-rs复用同一时频资源的情况下，能够有效减少终端间干扰，从而实现dm-rs资源复用下，不同终端相对基站的频偏估计。需要指出的是，在进行频偏估计时，估计频偏的dm-rs序列可以不正交，但是对于解信道均衡，还是需要导频序列正交，增加了导频序列的灵活性。

本申请中，应用于基站侧，首先通过基站的天线阵列获取相同时频资源上多终端叠加的接收信号，并利用预设角度估计算法确定所述多终端相对于所述基站各自对应的角度信息；然后基于所述角度信息确定所述天线阵列中不同天线的加权系数，并利用所述加权系数对所述接收信号进行加权求和，以得到与所述角度信息对应的终端的累积信号；最后对所述累积信号利用预设信道估计算法确定出所述多终端各自对应的信道估计值，并利用所述信道估计值确定出所述多终端相对于所述基站的各自的频偏信息。可见，对于基站接收到来自终端的上行信号，在不同终端复用同一时频资源的情况下，通过不同终端的角度信息，对基站侧的天线阵列中的不同天线设计加权系数，这样可以对终端形成一个有增益的虚拟波束，而在其他角度的终端没有增益，如此一来，可以过滤掉来自其他角度的终端信号，得到所需角度终端的信号，获取分集增益。利用加权系数对接收信号进行加权求和，能够消除终端间的数据干扰，同时增强所需终端的信号强度，是进行终端频偏精确估计的前提。进一步的，对所述累积信号利用预设信道估计算法确定出所述多终端各自对应的信道估计值，并利用所述信道估计值确定出所述多终端相对于所述基站的各自的频偏信息，从而实现多符号导频资源复用在同一时频资源下，不同终端相对基站的频偏估计。通过本申请的技术方案，能够有效减少终端间干扰，支持多终端的信号复用在相同时频资源上时，提高资源利用率。并且通过天线加权累加技术，增加接收信号信噪比，提高频偏估计精度。

相应的，本申请实施例还公开了一种MU-MIMO模式上行信道的频偏估计装置，参见图7所示，应用于基站侧，该装置包括：

接收信号获取模块11，用于通过基站的天线阵列获取相同时频资源上多终端叠加的接收信号；

角度信息确定模块12，用于利用预设角度估计算法确定所述多终端相对于所述基站各自对应的角度信息；

加权系数确定模块13，用于基于所述角度信息确定所述天线阵列中不同天线的加权系数；

累积信号确定模块14，用于利用所述加权系数对所述接收信号进行加权求和，以得到与所述角度信息对应的终端的累积信号；

频偏信息确定模块15，用于对所述累积信号利用预设信道估计算法确定出所述多终端各自对应的信道估计值，并利用所述信道估计值确定出所述多终端相对于所述基站的各自的频偏信息。

其中，关于上述各个模块更加具体的工作过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。

由此可见，通过本实施例的上述方案，应用于基站侧，首先通过基站的天线阵列获取相同时频资源上多终端叠加的接收信号，并利用预设角度估计算法确定所述多终端相对于所述基站各自对应的角度信息；然后基于所述角度信息确定所述天线阵列中不同天线的加权系数，并利用所述加权系数对所述接收信号进行加权求和，以得到与所述角度信息对应的终端的累积信号；最后对所述累积信号利用预设信道估计算法确定出所述多终端各自对应的信道估计值，并利用所述信道估计值确定出所述多终端相对于所述基站的各自的频偏信息。可见，对于基站接收到来自终端的上行信号，在不同终端复用同一时频资源的情况下，通过不同终端的角度信息，对基站侧的天线阵列中的不同天线设计加权系数，这样可以对终端形成一个有增益的虚拟波束，而在其他角度的终端没有增益，如此一来，可以过滤掉来自其他角度的终端信号，得到所需角度终端的信号，获取分集增益。利用加权系数对接收信号进行加权求和，能够消除终端间的数据干扰，同时增强所需终端的信号强度，是进行终端频偏精确估计的前提。进一步的，对所述累积信号利用预设信道估计算法确定出所述多终端各自对应的信道估计值，并利用所述信道估计值确定出所述多终端相对于所述基站的各自的频偏信息，从而实现多符号导频资源复用在同一时频资源下，不同终端相对基站的频偏估计。通过本申请的技术方案，能够有效减少终端间干扰，支持多终端的信号复用在相同时频资源上时，提高资源利用率。并且通过天线加权累加技术，增加接收信号信噪比，提高频偏估计精度。

进一步的，本申请实施例还公开了一种电子设备，图8是根据一示例性实施例示出的电子设备20结构图，图中内容不能认为是对本申请的使用范围的任何限制。

图8为本申请实施例提供的一种电子设备20的结构示意图。该电子设备20，具体可以包括：至少一个处理器21、至少一个存储器22、电源23、通信接口24、输入输出接口25和通信总线26。其中，所述存储器22用于存储计算机程序，所述计算机程序由所述处理器21加载并执行，以实现前述任一实施例公开的MU-MIMO模式上行信道的频偏估计方法中的相关步骤。

本实施例中，电源23用于为电子设备20上的各硬件设备提供工作电压；通信接口24能够为电子设备20创建与外界设备之间的数据传输通道，其所遵循的通信协议是能够适用于本申请技术方案的任意通信协议，在此不对其进行具体限定；输入输出接口25，用于获取外界输入数据或向外界输出数据，其具体的接口类型可以根据具体应用需要进行选取，在此不进行具体限定。

另外，存储器22作为资源存储的载体，可以是只读存储器、随机存储器、磁盘或者光盘等，其上所存储的资源可以包括操作系统221、计算机程序222及数据223等，数据223可以包括各种各样的数据。存储方式可以是短暂存储或者永久存储。

其中，操作系统221用于管理与控制电子设备20上的各硬件设备以及计算机程序222，其可以是Windows Server、Netware、Unix、Linux等。计算机程序222除了包括能够用于完成前述任一实施例公开的由电子设备20执行的MU-MIMO模式上行信道的频偏估计方法的计算机程序之外，还可以进一步包括能够用于完成其他特定工作的计算机程序。

进一步的，本申请实施例还公开了一种计算机可读存储介质，这里所说的计算机可读存储介质包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、内存、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、磁碟或者光盘或技术领域内所公知的任意其他形式的存储介质。其中，所述计算机程序被处理器执行时实现前述MU-MIMO模式上行信道的频偏估计方法。关于该方法的具体步骤可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

结合本文中所公开的实施例描述的MU-MIMO模式上行信道的频偏估计或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，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“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种MU-MIMO模式上行信道的频偏估计方法、装置、设备及介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。