一種高鐵環(huán)境下多普勒頻偏估計(jì)方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高鐵通信服務(wù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高鐵環(huán)境下多普勒頻偏估計(jì) 方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 高速列車作為現(xiàn)代重要交通工具，與人們的生活息息相關(guān)。當(dāng)前我國(guó)高速鐵路正 在大規(guī)模建設(shè)并投入運(yùn)營(yíng)，列車時(shí)速可達(dá)350km/h，未來(lái)運(yùn)行速度可達(dá)500km/h甚至更高， 這使人們的生活更加便捷高效。在乘坐高速列車的幾個(gè)小時(shí)中，乘客需要處在實(shí)時(shí)"信息在 線"狀態(tài)，高速列車不能成為"信息孤島"，所以乘客必須能夠通過(guò)手機(jī)、筆記本等無(wú)線終端 實(shí)時(shí)與外界保持聯(lián)系，這就要求在高速移動(dòng)條件下，高速鐵路為乘客提供可靠有效的數(shù)據(jù) 業(yè)務(wù)。然而，由于高速列車的高速移動(dòng)，列車上的用戶無(wú)法享受到低速環(huán)境下平穩(wěn)流暢的通 信服務(wù)，車體穿透損耗大、多普勒頻移和小區(qū)間頻繁切換為高鐵信息化進(jìn)程中面臨的三大 嚴(yán)峻考驗(yàn)。高速帶來(lái)的多普勒頻移會(huì)破壞0FDM子載波的正交性，導(dǎo)致基站和移動(dòng)終端的相 干解調(diào)性能降低，直接影響網(wǎng)絡(luò)性能，用戶感知變差；頻繁的小區(qū)重選和切換會(huì)導(dǎo)致成功率 下降，甚至因切換不及時(shí)而導(dǎo)致掉話，頻繁的小區(qū)重選也將影響PS業(yè)務(wù)速率等指標(biāo)；無(wú)線 信號(hào)穿透車體穿透損耗大，影響車內(nèi)無(wú)線覆蓋。
[0003] 目前，高速鐵路的速度在300km/h以上，以高速鐵路的速度為400km/h進(jìn)行分析， 多普勒頻移的公式可以表示為Af= (fXv)/c，其中f為載波頻率，v是終端與信號(hào)發(fā)射端 之間的相對(duì)速度。當(dāng)v= 400km/h，f= 2. 5G時(shí)，最大多普勒頻移圪~740Hz，相對(duì)于0FDM 子載波帶寬15kHz，頻偏約為5%。具體說(shuō)來(lái)，當(dāng)移動(dòng)終端離基站越來(lái)越近時(shí)，頻偏減小，而 頻偏的變化更劇烈，相反，當(dāng)移動(dòng)終端離基站越來(lái)越遠(yuǎn)時(shí)，頻偏增加，而頻偏的變化更緩慢。 0FDM系統(tǒng)同步包括時(shí)間同步和頻率同步，時(shí)間同步包括精確地找到每個(gè)0FDM符號(hào)開(kāi)始的 時(shí)間。頻率同步則是為了找到并且糾正由于在移動(dòng)信道環(huán)境下的多普勒頻移造成的接收端 和發(fā)送端振蕩器的不同步。同步產(chǎn)生的錯(cuò)誤會(huì)大幅影響0FDM子載波之間的正交性，產(chǎn)生載 波間干擾ICI，影像系統(tǒng)的性能。為了保持0FDM系統(tǒng)的同步，必須對(duì)頻偏進(jìn)行補(bǔ)償。目前的 頻偏補(bǔ)償算法主要基于0FDM系統(tǒng)的導(dǎo)頻信息和CP統(tǒng)計(jì)特性?，F(xiàn)有的基于0FDM系統(tǒng)的導(dǎo)頻 信息和CP統(tǒng)計(jì)特性的頻偏估計(jì)算法都是利用接收信號(hào)的相位變化信息，或用已知的導(dǎo)頻 和判決數(shù)據(jù)，或利用數(shù)據(jù)的重復(fù)性來(lái)提取頻偏值，然而，利用CP的頻偏估計(jì)算法性能最差， 利用已知導(dǎo)頻的算法性能雖然好一些，但其復(fù)雜度高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出了一種鐵環(huán)境下多普勒頻偏估計(jì)方法和系統(tǒng)，其運(yùn)算復(fù)雜度低、精度 高，能夠有效消除頻偏突跳，釋放了射頻拉遠(yuǎn)單元的負(fù)荷，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。
[0005] 本發(fā)明所提供的高鐵環(huán)境下多普勒頻偏估計(jì)方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟10,獲取時(shí)域信道估計(jì)，其中步驟10具體包括：
[0007] 步驟101，提取頻域接收信號(hào)中的0FDM導(dǎo)頻信號(hào)，并利用該接收信號(hào)中的導(dǎo)頻符 號(hào)和發(fā)送信號(hào)中的導(dǎo)頻符號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，得到導(dǎo)頻位置頻域信道響應(yīng)：
[0008]
[0009] 在公式⑴中，mp為帶有導(dǎo)頻符號(hào)的標(biāo)識(shí)，kp為導(dǎo)頻子載波位置的標(biāo)識(shí)，Y(mp，kp) 為位置（mp，kp)處的頻域接收信號(hào)，X(mp，kp)為位置（mp，kp)處的頻域發(fā)送信號(hào)，P為大于1 的整數(shù)；
[0010] 步驟102,對(duì)導(dǎo)頻位置頻域信道響應(yīng)進(jìn)行內(nèi)插，得到整個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)上其 他數(shù)據(jù)子載波上的信道頻域響應(yīng)//(%,,&)_d為大于1的整數(shù)；
[0011] 步驟103,對(duì)頻域信道響應(yīng)進(jìn)行IFFT變換處理，得到時(shí)域信道估計(jì)值：
[0012]
[0013] 在公式⑵中，^?v，o):是時(shí)域信道第一徑系數(shù)的估計(jì)值，&是時(shí)域信 道第L-1徑系數(shù)的估計(jì)值，L為發(fā)射天線和接收天線之間萊斯徑的記憶長(zhǎng)度，L為大于1的 整數(shù)；
[0014] 步驟20,分離含L0S徑信道估計(jì)值，具體為從時(shí)域信道估計(jì)值中提取帶有L0S 分量的徑，即第一徑
[0015] 步驟30,進(jìn)行頻偏估計(jì)，具體為利用不同位置信道有L0S分量的徑進(jìn)行頻偏估計(jì)：
[0016]
[0017] 在公式⑶中，#為頻偏估計(jì)值，Kp為帶有導(dǎo)頻0FDM符號(hào)位置集合，D為兩個(gè)進(jìn)行 相關(guān)處理帶有導(dǎo)頻的0FDM符號(hào)間隔的符號(hào)數(shù)，&為進(jìn)行相關(guān)處理的0FDM組數(shù)，每組2個(gè)符 號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，D和m為大于1的整數(shù)。
[0018] 優(yōu)選的，在所述步驟30之后還包括如下步驟：
[0019] 步驟40,檢測(cè)多普勒頻移突跳點(diǎn)，如果檢測(cè)到頻偏突跳0FDM符號(hào)則進(jìn)入步驟50， 反之，如果檢測(cè)到非頻偏突跳0FDM符號(hào)，則進(jìn)入步驟60 ;
[0020] 步驟50，計(jì)算頻偏突跳0FDM符號(hào)上的頻偏估計(jì)值；
[0021 ] 步驟60，計(jì)算非頻偏突跳0FDM符號(hào)上的頻偏估計(jì)值。
[0022] 優(yōu)選的，所述步驟40具體包括如下步驟：
[0023] 步驟401，計(jì)算當(dāng)前0FDM符號(hào)上的頻偏估計(jì)值的絕對(duì)值與前一 0FDM符號(hào)利用鎖相 環(huán)跟蹤后的頻偏估計(jì)值的絕對(duì)值的差值，這里令第i個(gè)0FDM符號(hào)上的頻偏差值為
[0024]
[0025] 在公式⑷中，I為第i_l個(gè)OFDM符號(hào)上利用鎖相環(huán)跟蹤后的頻偏估計(jì)值，i為 大于2的整數(shù)，L可由公式（5)得到
[0026] ￡,._| = + (1 -?)'f,_|公式（5)
[0027] 其中，1:1是第i_l個(gè)0FDM符號(hào)上利用前一0FDM符號(hào)鎖相環(huán)跟蹤后的頻偏值i;_2 補(bǔ)償后還剩余的頻偏，a為鎖相環(huán)跟蹤因子，a取值范圍為0.9-1;
[0028] 步驟402,將設(shè)定的突跳判決閾值與步驟401中得到的頻偏差值A(chǔ)1進(jìn)行比較，若 第一次出現(xiàn)頻偏差值大于突跳判決閾值時(shí)，則判斷該頻偏差值對(duì)應(yīng)的0FDM符號(hào)為頻偏突 跳符號(hào)，反之，則判斷該頻偏差值對(duì)應(yīng)的0FDM符號(hào)為非頻偏突跳符號(hào)。
[0029] 優(yōu)選的，設(shè)定多個(gè)突跳判決閾值的初始值，計(jì)算在所述多個(gè)突跳判決閾值的初始 值時(shí)沒(méi)有突跳出現(xiàn)時(shí)誤判為突跳的概率與正確檢測(cè)到突跳的概率，選取沒(méi)有突跳出現(xiàn)時(shí)誤 判為突跳的概率最小的突跳判決閾值的初始值，以及選取正確檢測(cè)到突跳的概率最大的突 跳判決閾值的初始值，將選取出來(lái)的兩個(gè)突跳判決閾值的初始值的中間值作為突跳判決閾 值。
[0030] 優(yōu)選的，所述步驟50具體包括如下步驟：
[0031] 步驟501，利用所述步驟40的方法進(jìn)行頻率突跳點(diǎn)檢測(cè)后，若判斷得到第j+1個(gè) 0FDM符號(hào)上出現(xiàn)頻偏突跳，則對(duì)其直接補(bǔ)償m倍的前一 0FDM符號(hào)經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)跟蹤后的頻偏 值，這里令第j+1個(gè)0FDM符號(hào)上得到的頻偏估計(jì)值為&:+1，第j個(gè)0FDM符號(hào)的經(jīng)過(guò)鎖相環(huán) 跟蹤后的頻偏估計(jì)值為& ?則倍數(shù)m的取值如下：
[0034] 其中，pi表示向上取整，卜」表示向下取整，余數(shù)￡表示取1的余數(shù)； J)
[0035] 步驟502,利用步驟501獲得的m值通過(guò)公式（6)獲得第j+1個(gè)0FDM符號(hào)上的頻 偏估計(jì)值
[0036]
[0037] 優(yōu)選的，所述步驟60具體為：利用上述公式（5)