频偏估计方法、装置、计算机设备和存储介质

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种频偏估计方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

发射机和接收端之间的振荡器不匹配或者存在多普勒频移时，会导致采样时钟频率偏差，这种采样时钟频率偏差简称为频偏。在移动通信领域中，部分技术如OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）要求子载波之间满足相互正交的特性，因此对频偏比较敏感。为解决频偏问题，需要先对频偏进行估计，再对频偏提出补偿方案。

针对频偏估计的技术中，有一种抗噪声干扰性能优异的方案，即通过估计不同符号间时域径的相位变化来进行频偏测量。具体地，通过对两个时域符号的时域抽头值进行共轭相乘，获取两个导频的相位差，再根据相位差获得两个导频的频偏。

然而，上述技术方案仅适用于导频频域分布对称的情况，无法适用于导频频域分布不对称的情况，该问题有待解决。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种适用于导频频域分布不对称情况的频偏估计方法、装置、计算机设备和存储介质。

第一方面，本申请提供了一种频偏估计方法。该方法包括：

基于导频获取信号和信道相关信息；信号和信道相关信息包括若干时域径及时域径对应特性、导频频域分布间隔、导频频域偏置、子载波间隔和插有导频符号的相邻两个时域符号间的时延间隔；

利用预设门限值对时域径进行筛选，获取若干有效径；

根据导频频域分布间隔和有效径，获取有效径时延；

根据有效径时延、导频频域偏置、子载波间隔和有效径，获取插有导频符号的相邻两个时域符号间的相位变化值；

根据相位变化值和时延间隔，获取频偏估计值。

在其中一个实施例中，基于导频获取信号和信道相关信息包括：

基于导频进行信道估计，获取频域信道估计值；

对频域信道估计值进行傅里叶逆变换，获取用于表示时域径对应特性的时域抽头值。

在其中一个实施例中，利用预设门限值对时域径进行筛选，获取若干有效径包括：

获取对应于每个时域径的判决参考值；判决参考值为时域径对应时域抽头值的模的平方；

将所有判决参考值中最大的判决参考值与预设门限值相乘，获得第一乘积；

分别将各个判决参考值与第一乘积进行对比，根据对比结果从时域径中选取有效径；有效径对应的判决参考值大于第一乘积。

在其中一个实施例中，根据导频频域分布间隔和有效径，获取有效径时延包括：

获取有效径在时域径序列中的相对位置，结合导频频域分布间隔，获取有效径时延；

时域径序列为时域径按时序排列获得。

在其中一个实施例中，根据有效径时延、导频频域偏置、子载波间隔和有效径，获取插有导频符号的相邻两个时域符号间的相位变化值包括：根据有效径时延、导频频域偏置和子载波间隔，获取载波偏置引入的相位差；

针对同一有效径，将插有导频符号的相邻两个时域符号对应于有效径的时域抽头值进行共轭相乘，并与相位差相乘，获得第二乘积；

对各个有效径对应的第二乘积进行求和，获得总数；

对总数进行相位角提取，获取相位变化值。

在其中一个实施例中，根据相位变化值和时延间隔，获取频偏估计值包括：

根据相位变化值与时延间隔的比值，获取频偏估计值。

第二方面，本申请还提供了一种频偏估计装置。该装置包括：

参数获取模块，用于基于导频获取信号和信道相关信息；信号和信道相关信息包括若干时域径及时域径对应特性、导频频域分布间隔、导频频域偏置、子载波间隔和插有导频符号的相邻两个时域符号间的时延间隔；

筛选模块，用于利用预设门限值对时域径进行筛选，获取若干有效径；

第一获取模块，用于根据导频频域分布间隔和有效径，获取有效径时延；

第二获取模块，用于根据有效径时延、导频频域偏置、子载波间隔和有效径，获取插有导频符号的相邻两个时域符号间的相位变化值；

估测模块，用于根据相位变化值和时延间隔，获取频偏估计值。

在其中一个实施例中，参数获取模块还用于基于导频进行信道估计，获取若干频域信道估计值；对频域信道估计值进行傅里叶逆变换，获取用于表示时域径对应特性的时域抽头值。

第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。该计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

基于导频获取信号和信道相关信息；信号和信道相关信息包括若干时域径及时域径对应特性、导频频域分布间隔、导频频域偏置、子载波间隔和插有导频符号的相邻两个时域符号间的时延间隔；

利用预设门限值对时域径进行筛选，获取若干有效径；

根据导频频域分布间隔和有效径，获取有效径时延；

根据有效径时延、导频频域偏置、子载波间隔和有效径，获取插有导频符号的相邻两个时域符号间的相位变化值；

根据相位变化值和时延间隔，获取频偏估计值。

第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

基于导频获取信号和信道相关信息；信号和信道相关信息包括若干时域径及时域径对应特性、导频频域分布间隔、导频频域偏置、子载波间隔和插有导频符号的相邻两个时域符号间的时延间隔；

利用预设门限值对时域径进行筛选，获取若干有效径；

根据导频频域分布间隔和有效径，获取有效径时延；

根据有效径时延、导频频域偏置、子载波间隔和有效径，获取插有导频符号的相邻两个时域符号间的相位变化值；根据相位变化值和时延间隔，获取频偏估计值。

上述频偏估计方法、装置、计算机设备和存储介质，基于导频获取信号和信道相关信息，并根据信号和信道相关信息中的有效径时延、导频频域偏置、子载波间隔和有效径计算相位变化值，能够适用于导频频域分布不对称场景的频偏估计；同时，本申请基于符号间时域抽头互相关进行频偏估计，从而保障了在抗噪声干扰上的优异性能。

附图说明

图1为一个实施例中频偏估计方法的应用环境图；

图2为导频频域分布对称情况与不对称情况的对比示意图；

图3为一个实施例中频偏估计方法的流程示意图；

图4为一个实施例中频偏估计结果统计图；

图5为一个实施例中频偏估计方法的流程示意图；

图6为一个实施例中频偏估计装置的结构框图；

图7为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例提供的频偏估计方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，终端102通过通信网络与服务器104进行通信。数据存储系统可以存储服务器104需要处理的数据。数据存储系统可以集成在服务器104上，也可以放在云上或其他网络服务器上。其中，终端102可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机和平板电脑。服务器104可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。

在进行信道估计时，一种有效的方法是在RB（Resource Block，二维时频域资源块）中插入一定数目的导频，然后在接收端利用所插入的导频序列进行信道估计。如图2所示，以OFDM为例，RB在时域上占用7个OFDM符号，在频域上占用12个连续子载波。图2中的一个网格表示一个RE（Resource Element，资源单元），在时域上占用1个符号，在频域上占用1个子载波。图2中的RS（Reference Signal，参考信号）即为插入的导频符号。导频是以固定频率持续发送的已知信号。对图2中12个子载波用0至11的自然数自上而下依次标注其位置编号，l

传统频偏估计方法通过对两个时域符号的时域抽头值进行共轭相乘，获取两个导频的相位差，再根据相位差获得两个导频的频偏。

然而，上述传统技术方案仅适用于在符号间导频频域分布对称的场景，当符号间导频频域分布不对称时，计算相位差的过程中，会引入频偏引起的相位旋转量，导致无法直接计算出频偏估计值。

在一个实施例中，如图3所示，提供了一种频偏估计方法，以该方法应用于图1中的终端102为例进行说明，包括以下步骤：

步骤302，基于导频获取信号和信道相关信息；信号和信道相关信息包括若干时域径及时域径对应特性、导频频域分布间隔、导频频域偏置、子载波间隔和插有导频符号的相邻两个时域符号间的时延间隔。

通过在发送数据流中插入固定频率的已知数据（导频符号），在接收端接收传输数据。接收端根据已知数据经过信道衰落后的变化，与原始导频符号进行比较，获得导频信号所在时刻和子载波上信道衰落的估计值，即信道估计，得到信道相关信息。根据接收端接收的信号，同时可以分析获取信号相关信息。因此，对信号和信道进行分析，即可获得信号和信道相关信息。

步骤304，利用预设门限值对时域径进行筛选，获取若干有效径。

利用预设门限值对若干个时域径进行筛选，将满足一定条件的时域径设定为有效径。也就是说，有效径所组成的集合为时域径所组成集合的子集。筛选条件可以包括功率等。

步骤306，根据导频频域分布间隔和有效径，获取有效径时延。

其中，通过导频频域分布间隔可以获取时域径的时延，再根据有效径与时域径的关系，即可获取有效径时延。

步骤308，根据有效径时延、导频频域偏置、子载波间隔和有效径，获取插有导频符号的相邻两个时域符号间的相位变化值。

根据有效径时延、导频频域偏置和子载波间隔，获取载波偏置引入的相位差，再结合两个时域符号的有效径的特性，获取两个时域符号间的相位变化值。需要说明的是，该相位变化值针对插有导频符号的相邻两个时域符号。

步骤310，根据相位变化值和时延间隔，获取频偏估计值。

对相位变化值和时延间隔进行运算，最终获取频偏估计值。

上述频偏估计方法中， 基于导频获取信号和信道相关信息，并根据信号和信道相关信息中的有效径时延、导频频域偏置、子载波间隔和有效径，计算相位变化值，能够适用于导频频域分布不对称场景的频偏估计；同时，本申请基于符号间时域径特性进行频偏估计，从而保障了在抗噪声干扰上的优异性能。

在一个实施例中，步骤302包括：基于导频进行信道估计，获取若干频域信道估计值；对频域信道估计值进行傅里叶逆变换，获取用于表示时域径对应特性的时域抽头值。

基于导频进行信道估计的方法，如LS（least square method，最小二乘法）、MMSE（MinimumMean Squared Error，最小均方误差法）等，获得若干频域信道估计值。然后对频域信道估计值进行傅里叶逆变换，获得时域抽头值。变换公式如下：

；

其中，

在一个实施例中，发送端发送的数据流为加扰后的数据流，接收端需进行解扰后再进行信道估计，即频域信道估计值为解扰后的频域信道估计值。

在一个实施例中，步骤304包括：获取对应于每个时域径的判决参考值；判决参考值为时域径对应时域抽头值的模的平方；将所有判决参考值中最大的判决参考值与预设门限值相乘，获得第一乘积；分别将各个判决参考值与第一乘积进行对比，根据对比结果从时域径中选取有效径；有效径对应的判决参考值大于第一乘积。

具体地，

在一个实施例中，步骤306包括：获取有效径在时域径序列中的相对位置，结合导频频域分布间隔，获取有效径时延；其中，时域径序列为时域径按时序排列获得。

本实施例通过有效径的索引确定有效径在时域径序列的相对位置。时域径序列的索引n依次为0、1、2、…、N-1，从这N个时域径中选取的有效径的索引

；

其中，

在一个实施例中，步骤308包括：根据有效径时延、导频频域偏置和子载波间隔，获取载波偏置引入的相位差；针对同一有效径，将插有导频符号的相邻两个时域符号对应于有效径的时域抽头值进行共轭相乘，并与相位差相乘，获得第二乘积；对各个有效径对应的第二乘积进行求和，获得总数；对总数进行相位角提取，获取相位变化值。

相位变化值的计算公式为：

；

其中，

在一个实施例中，步骤310包括：根据相位变化值与时延间隔的比值，获取频偏估计值。

频偏估计值

；

其中，

本实施例在导频符号频域分布非对称情况，也能使用基于符号间时域抽头互相关的方法进行频偏估计，继承基于时域抽头互相关频偏测量方案优异的抗噪声干扰特点。证明如下：

；

；

；

；

其中，

；

其中，

。

由此，可以获得

最后即可通过相位变化值

在同时存在导频符号频域分布非对称及对称情况，往往非对称符号间的时延更小，则频偏测量范围更大。具体推导如下：

由此可见，时延间隔越小，频偏测量范围越大。例如在LET（long Term Evolution，长期演进）技术中，CRS（Cell Reference Signal，小区参考信号）导频符号在第0、4两个时域符号上为非对称，在第 0、7两个时域符号上为对称，0、4时延间隔约为0、7的一半，频偏测量范围扩大近一倍，适用于高速场景的频偏估计。如果LTE里使用导频符号0、7仅能估计正负1kHz的频偏，采用本申请对0、4频域非对称符号进行频域估计，对1.5kHz的频偏估计结果如图4所示。图4的横坐标为频偏估计，纵坐标为CDF（Cumulative Distribution Function，指累积分布函数），用于描述随机变量的概率分布。从AWGN（Additive White GaussianNoise，加性高斯白噪声）和ETU（Extended TypicalUrban model，扩展典型市区模型）的频偏估计来看，评估性能优良。由于相较于导频符号频域分布对称的情况，导频符号频域分布不对称的情况对频偏的测量范围更大，因此应用频域分布不对称的导频符号具有一定现实意义。相应地，本申请提出在导频符号频域分布不对称的情况下进行频偏估计，也有利于准确评估频偏和后续频偏补偿，进而提高系统解调性能。

在一个实施例中，如图5所示，在LTE网络中，eNB全称为Evolved Node B，是LTE网络中的无线基站。UE全称为User Equipment，即用户设备。UE接收来自eNB的下行参考信号后，通过信道估计得到时域抽头值，再根据时域抽头值进行频偏估计。当导频频域分布不对称场景下，根据上述实施例提出的基于时域抽头值的频偏估计方法，获取频偏估计值。

在一个实施例中，频偏估计方法包括以下步骤：

基于导频获取信号和信道相关信息；信号和信道相关信息包括若干时域径及时域径对应特性、导频频域分布间隔、导频频域偏置、子载波间隔和插有导频符号的相邻两个时域符号间的时延间隔；其中，时域径的特性获取方法为：通过基于导频进行信道估计，获取频域信道估计值；对频域信道估计值进行傅里叶逆变换，获取用于表示时域径对应特性的时域抽头值。

获取对应于每个时域径的判决参考值；判决参考值为时域径对应时域抽头值的模的平方；将所有判决参考值中最大的判决参考值与预设门限值相乘，获得第一乘积；分别将各个判决参考值与第一乘积进行对比，根据对比结果从时域径中选取有效径；有效径对应的判决参考值大于第一乘积。

获取有效径在时域径序列中的相对位置，结合导频频域分布间隔，获取有效径时延；其中，时域径序列为时域径按时序排列获得。

根据有效径时延、导频频域偏置和子载波间隔，获取载波偏置引入的相位差；针对同一有效径，将插有导频符号的相邻两个时域符号对应于有效径的时域抽头值进行共轭相乘，并与相位差相乘，获得第二乘积；对各个有效径对应的第二乘积进行求和，获得总数；对总数进行相位角提取，获取相位变化值。

根据相位变化值与时延间隔的比值，获取频偏估计值。

应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的频偏估计方法的频偏估计装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个频偏估计装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于频偏估计方法的限定，在此不再赘述。

在一个实施例中，如图6所示，提供了一种频偏估计装置，包括：参数获取模块602、筛选模块604、第一获取模块606、第二获取模块608和估测模块610，其中：

参数获取模块602，用于基于导频获取信号和信道相关信息；信号和信道相关信息包括若干时域径及时域径对应特性、导频频域分布间隔、导频频域偏置、子载波间隔和插有导频符号的相邻两个时域符号间的时延间隔；

筛选模块604，用于利用预设门限值对时域径进行筛选，获取若干有效径；

第一获取模块606，用于根据导频频域分布间隔和有效径，获取有效径时延；

第二获取模块608，用于根据有效径时延、导频频域偏置、子载波间隔和有效径，获取插有导频符号的相邻两个时域符号间的相位变化值；

估测模块610，用于根据相位变化值和时延间隔，获取频偏估计值。

其中，参数获取模块602还用于基于导频进行信道估计，获取频域信道估计值；对频域信道估计值进行傅里叶逆变换，获取用于表示时域径对应特性的时域抽头值。

筛选模块604还用于获取对应于每个时域径的判决参考值；判决参考值为时域径对应时域抽头值的模的平方；将所有判决参考值中最大的判决参考值与预设门限值相乘，获得第一乘积；分别将各个判决参考值与第一乘积进行对比，根据对比结果从时域径中选取有效径；有效径对应的判决参考值大于第一乘积。

第一获取模块606还用于获取有效径在时域径序列中的相对位置，结合导频频域分布间隔，获取有效径时延；其中，时域径序列为时域径按时序排列获得。

第二获取模块608还用于根据有效径时延、导频频域偏置和子载波间隔，获取载波偏置引入的相位差；针对同一有效径，将插有导频符号的相邻两个时域符号对应于有效径的时域抽头值进行共轭相乘，并与相位差相乘，获得第二乘积；对各个有效径对应的第二乘积进行求和，获得总数；对总数进行相位角提取，获取相位变化值。

估测模块610还用于根据相位变化值与时延间隔的比值，获取频偏估计值。

上述频偏估计装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括处理器、存储器、输入/输出接口(Input/Output，简称I/O）和通信接口。其中，处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接，通信接口通过输入/输出接口连接到系统总线。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储信号数据。该计算机设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种频偏估计方法。

本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例中的所有步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中的所有步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中的所有步骤。

需要说明的是，本申请所涉及的用户信息（包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等）和数据（包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据，且相关数据的收集、使用和处理需要遵守相关国家和地区的相关法律法规和标准。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器（ReRAM）、磁变存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）、铁电存储器（FerroelectricRandom Access Memory，FRAM）、相变存储器（Phase Change Memory，PCM）、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory，SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic Random AccessMemory，DRAM）等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。