CN105207766A - 频移补偿方法、装置及移动终端 - Google Patents

Abstract

一种频移补偿方法、装置及移动终端，用于对移动通信***中的多普勒频移进行补偿；所述方法包括：获取移动终端的位置信息；获取所述移动终端所接入的基站的位置信息；基于所述移动终端的位置信息、所述基站的位置信息和所述移动终端的移动速度获取多普勒频移；根据所述多普勒频移对所述移动终端的收发信号的频率进行补偿。该方法可以在移动终端运行的过程中，快速、准确地实现对移动终端的收发信号的多普勒频移的补偿，有效提高所述移动终端的接收寻呼的能力，提高所述移动终端传输语音与数据业务的质量，有效降低***的功耗，提高用户体验度。

Description

频移补偿方法、装置及移动终端

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种频移补偿方法、装置及移动终端。

背景技术

随着通信技术的不断进步，将无线移动通信应用于高速移动环境是一个重要的发展趋势。目前高铁的覆盖网络包括全球移动通信***(GSM)、宽带码分多址***(WCDMA)等，当所述GSM、WCDMA等制式的移动终端处于高铁等高速运行的模式时，存在着传输数据率低，掉话率高，用户体验差等问题。

与普通的移动通信环境相比，高速移动通信中最突出的问题之一就是多普勒频移会对基站和移动终端的解调性能造成严重的影响。

当移动终端在运动中，特别是在高速情况下通信时，移动终端和基站接收端的信号频率会发生变化，称为多普勒效应。在移动终端移动速度较高时，相应地会导致多普勒频率偏移也会比较严重，会严重影响到基站和移动终端的解调信号的性能，有时甚至会造成无法正确检测，造成移动终端待机模式下的丢号、业务状态下的掉话等现象发生。使得在移动终端高速移动环境下，难以保证信息传输的有效性和可靠性，基站和终端必须进行相应的频移补偿技术才能满足信息可靠、有效传输的需求。

现有技术中，已有多种多普勒频移的估计和补偿的方法，例如，基于信道相关特性的多普勒频移估计方法、利用特征空间估计方法、谱估计方法以及小波分析等方法对多普勒频移进行估计等，但这些方法计算速度慢，调整幅度较小，经常造成频率跟踪不及时，会导致丢话、掉话现象出现。

发明内容

本发明解决的是由于多普勒频移效应所导致的移动终端的解调性能较差，频率跟踪不及时，会导致丢话、掉话现象出现的问题。

为解决上述问题，本发明技术方案提供一种频移补偿方法，用于对移动通信***中的多普勒频移进行补偿；包括：

获取移动终端的位置信息；

获取所述移动终端所接入的基站的位置信息；

基于所述移动终端的位置信息、所述基站的位置信息和所述移动终端的移动速度获取多普勒频移；

根据所述多普勒频移对所述移动终端的收发信号的频率进行补偿。

可选的，所述基站的位置信息通过对所述基站所对应的服务小区的信号测量值进行确定。

可选的，所述信号测量值包括所述基站信号的强度值。

可选的，通过如下公式获取所述多普勒频移：

$f\_\mathrm{offset}=\frac{f0}{c}\×v\×\cos \mathrm{\θ}$

其中，f_offset为所述多普勒频移，θ为所述移动终端移动方向和所述基站信号传播方向的角度，v是所述移动终端运动的速度；c为电磁波的传播速度；f0为所述基站的载波频率。

可选的，所述移动终端移动方向和所述基站信号传播方向的角度基于所述移动终端的位置信息和所述基站的位置信息进行确定。

可选的，所述根据所述多普勒频移对所述移动终端的收发信号的频率进行补偿包括：

基于所述移动终端的收发信号的频率与所述多普勒频移确定所述移动终端的补偿后的收发信号的频率。

可选的，所述移动终端运动的环境为高速铁路环境。

可选的，所述移动通信***为GSM、GPRS、TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA和LTE通信***中的任意一种。

为解决上述问题，本发明技术方案还提供一种频移补偿装置，用于对移动通信***中的多普勒频移进行补偿；所述装置包括：

终端位置获取单元，用于获取移动终端的位置信息；

基站位置获取单元，用于获取所述移动终端所接入的基站的位置信息；

频移获取单元，用于基于所述移动终端的位置信息、所述基站的位置信息和所述移动终端的移动速度获取多普勒频移；

补偿单元，用于根据所述多普勒频移对所述移动终端的收发信号的频率进行补偿。

可选的，所述装置还包括：测量单元，用于获取所述基站所对应的服务小区的信号测量值。

可选的，所述频移获取单元通过如下公式获取所述多普勒频移：

$f\_\mathrm{offset}=\frac{f0}{c}\×v\×\cos \mathrm{\θ}$

其中，f_offset为所述多普勒频移，θ为所述移动终端移动方向和所述基站信号传播方向的角度，v是所述移动终端运动的速度；c为电磁波的传播速度；f0为所述基站的载波频率。

可选的，所述装置还包括计算单元，用于基于所述移动终端的位置信息和所述基站的位置信息确定所述移动终端移动方向和所述基站信号传播方向的角度。

为解决上述问题，本发明技术方案还提供一种移动终端，包括如上所述的频移补偿装置。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

通过移动终端的位置信息、所述移动终端所接入的基站的位置信息和所述移动终端的移动速度获取多普勒频移，进而实现对所述移动终端的输入信号的多普勒频移补偿，该方法可以在移动终端运行的过程中，快速、准确地实现对移动终端的收发信号的多普勒频移的补偿，有效提高所述移动终端的接收寻呼的能力，提高所述移动终端传输语音与数据业务的质量，有效降低***的功耗，提高用户体验度。

附图说明

图1是本发明技术方案提供的频移补偿方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的频移补偿方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的移动终端移动方向和所述基站信号传播方向的角度示意图；

图4是本发明实施例提供的移动终端的运行速度和最大多普勒频移之间的对应示意图；

图5是本发明实施例提供的移动终端的收发信号的多普勒频移补偿示意图；

图6是本发明实施例提供的频移补偿装置的结构示意图。

具体实施方式

当移动终端处于高速运行状态时，例如当所述移动终端处于高铁运行环境中时，相对基站运动的移动终端所接收到的信号会受到多普勒效应的影响，使得移动终端接收到的信号的频率相对基站所发送的信号的频率会有一定的频移，即存在多普勒频移，由所述多普勒频移效应会导致移动终端的解调性能较差，难以有效、可靠地对语音、数据业务等信息进行有效的传输。

现有技术中的多普勒频移估计和补偿方法通常需要基于对移动终端中收发信号的一系列的采样信号，通过复杂的数学迭代运算才可以获取到移动终端的多普勒频移，方法较为复杂，难以快速、准确地实现对移动终端的工作频率进行相应的补偿。

为了解决上述问题，本发明技术方案提供一种频移补偿方法，用于对移动通信***中的多普勒频移进行补偿。

图1是本发明技术方案提供的频移补偿方法的流程示意图，如图1所示，首先执行步骤S1，获取移动终端的位置信息。

可以通过对移动终端的定位来获取所述移动终端的位置信息，所述移动终端的定位是指通过特定的定位技术来获取所述移动终端的位置信息，例如所述移动终端的经纬度坐标信息，进而可以在电子地图上标出被定位对象的位置。

通常，移动终端的定位可以通过如下两种定位技术实现，一种是基于GPS的定位，一种是基于移动运营网的基站的定位。基于GPS的定位方式是利用移动终端上的GPS定位模块实现定位的。基于基站的定位方法则是利用基站对移动终端的距离的测算距离来确定移动终端的位置的。所述基于基站的定位方法不需要移动终端具有GPS定位能力，但是定位精度很大程度依赖于基站的分布及覆盖范围的大小，有时误差会比较大。基于GPS的定位精度较高。除此之外，还有其它对移动终端进行定位的方法，所述移动终端的位置信息的获取方法在此不做限定。

执行步骤S2，获取所述移动终端所接入的基站的位置信息。

所述基站的位置信息可以通过对所述基站所对应的服务小区的信号测量值进行确定，例如，在移动终端接入到基站后，根据所述移动终端从基站中所获取的一些相关的信息，可以对所述基站的位置进行确定。通过移动终端所接收到的信号获取基站信息，然后根据第三方公开的基站信息查找基站的经纬度值，进而可以根据经纬度值获取具体的地址信息。具体获取基站的位置信息的方法可以采用本领域技术人员所熟知的多种方法进行相应的获取。

执行步骤S3，基于所述移动终端的位置信息、所述基站的位置信息和所述移动终端的移动速度获取多普勒频移。

在确定所述移动终端的位置信息、所述移动终端所接入的基站的位置信息后，进而结合所述移动终端的运动速度，根据公式(1)所示出的多普勒频移计算公式可以获得所述移动终端和所述基站之间的多普勒频移。

$f\_\mathrm{offset}=\frac{f0}{c}\×v\×\cos \mathrm{\θ}---\left(1\right)$

其中，f_offset为所述多普勒频移，θ为所述移动终端移动方向和所述基站信号传播方向的角度，v是所述移动终端运动的速度，为电磁波的传播速度；f0为所述基站的载波频率。

执行步骤S4，由所述多普勒频移对所述移动终端的收发信号进行多普勒频移补偿。

在得到所述多普勒频移后，可以基于所述多普勒频移和所述移动终端的收发信号的频率对所述移动终端的收发信号进行多普勒频移补偿。

本方法可以根据所述移动终端的位置信息、所述移动终端所接入的基站的位置信息以及结合所述移动终端的运动速度信息，在移动终端高速运行的过程中，可以快速获取多普勒频偏，进而快速、简单的实现对移动终端的收发信号进行多普勒频移补偿，能够提高移动终端在高速运行环境下的解调性能，降低移动终端待机模式下的丢话概率，减少业务状态下的掉话概率，有效降低***功耗，提高用户体验度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

由于多普勒频移是指由于发射机和接收机之间的相互运动，使得接收机收到的频率与发射机发出的频率之间会有一定的偏差，这个偏差就是多普勒频移。多普勒频移将导致基站和移动终端之间的相干解调性能降低，所述多普勒频移会引起信道的衰落，进而对移动终端和基站之间的正常的语音业务、数据业务，以及移动终端的小区重选与切换等性能造成严重的影响。

第二代移动通信***中，移动终端的运动速度一般在160km/h(千米/小时)一下，而第三代移动通信***要求正常工作的移动终端的运动速度可以达到500km/h左右，运动速度的提高将导致多普勒频移的增大，在本实施例中，以移动终端运动的环境为高速铁路环境，且所述移动终端的网络制式为WCDMA为例进行说明。

在高铁等高速应用场景下，由于高速移动导致的多普勒频移对网络的性能造成较大影响。因而在高铁场景下，需要进行频偏校正来克服多普勒频移的影响。

图2是本实施例提供的频移补偿方法的流程示意图。

首先执行步骤S201，确定所述移动终端处于高速运行的模式。

因为在所述移动终端处于高速运行的模式时，产生的多普勒偏移较大，对移动终端的解调性能的影响比较大，所以此处可以先通过步骤S201确定所述移动终端是否处于高速运行的模式，例如，确定所述移动终端的是否运行在高铁环境中。

可以通过所述移动终端的速度来确定其是否处于高速运行的状态，在所述移动终端处于高速运行状态时，执行步骤S202。若所述移动终端未处于高速运行的状态，则可以采用常规的方法对移动终端的收发信号的频率进行补偿。

执行步骤S201，获取移动终端的位置信息。

所述移动终端的位置信息的获取可以采用多种方法进行获取，例如可以根据GPS信息获取所述移动终端的位置信息，也可以通过AGPS(AssistedGPS，辅助全球卫星定位***)结合网络基站信息和GPS信息对移动终端进行相应的定位。

执行步骤S202，获取所述移动终端所接入基站的位置信息。

可以通过移动终端对所驻扎的小区的信号的测量值的估算，实现对所述基站的定位。所述小区信号的测量值包括信号强度值、小区的ID信息等。例如可以通过信号强度值的大小对基站的远近进行相应的估算等，进而获取到所述移动终端所接入基站的位置信息。

执行步骤S203，获取所述移动终端移动方向和所述基站信号传播方向的角度。

请参考图3，在确定了基站的位置信息和所述移动终端的位置信息后，结合所述移动终端的移动方向，就可以快速的确定出所述移动终端移动方向和所述基站信号传播方向的角度，如图3中所示出的角度θ。

执行步骤S204，获取所述基站和所述移动终端之间的多普勒频移。

多普勒效应所引起所述多普勒频移可以通过如上所述的公式(1)进行获取。

具体地，所述f0的取值为2GHz，所述电磁波传播速度C的取值为3×10⁵km/s(千米/秒)。

从公式中可以看出，移动终端移动方向为向着基站方向移动时，所述多普勒频移补偿时应该为正值；而在移动终端移动方向原理基站方向移动时，所述多普勒频移补偿时应该为负值。

在移动终端移动过程中，多普勒频移随着用户位置的变化而变化，基站接收到的最大多普勒频移与移动终端的运动速度成正比，速度越高则频移越大。

在高铁环境中运行的移动终端应该具有从静止环境到500km/h移动环境的适应能力，这要求移动终端应能实时、快速的地估计出多普勒频偏，结合公式(1)根据所述移动终端的位置信息、基站位置信息和移动终端的速度信息，所述移动终端可以快速、准确地估算出多普勒频移。

图4是本实施例提供的通过如上步骤所获取到的移动终端的运行速度和最大多普勒频移之间的对应关系。

请参考图4，对于高速移动的用户，多普勒频移往往非常大，在车速高达500km/h时，基站和移动终端之间的多普勒频移达到1981Hz，这对于移动终端和基站的解调性能会造成严重的影响。

对于移动终端来说，估计接收到的频率值和移动终端固有的接收频率之间的频率误差并完成频率误差校正是移动终端所必须完成的功能，否则将对链路性能造成很大影响，移动终端需要应对频移快速变化的问题，保证能够迅速跟上频移变化速度并进行有效的补偿。

执行步骤S205，基于所述移动终端的收发信号的频率与所述多普勒频移确定所述移动终端的补偿后的收发信号的频率。

请结合参考图5，移动终端向着基站方向移动时，所述多普勒频移的补偿值应该为正值；在移动终端远离基站方向移动时，所述多普勒频移的补偿值应该为负值，如图5所示，在移动终端按照图5所示出的方向移动时，移动终端先向着基站方向移动，之后又远离基站方向移动。

对于移动终端的收发信号的频率而言，对于接收信号应考虑一倍的多普勒频偏，而对于基站而言，移动终端会根据所接收到信号的频率调整发送信号的频率，所以应该考虑两倍的多普勒频偏。

在所述移动终端向着基站方向移动的过程中，通过公式(1)得到多普勒频移f_offset，在对移动终端的收发信号进行补偿时，将F0+f_offset作为所述移动终端的接收信号补偿后的频率值，其中，所述F0为所述移动终端接收信号补偿前的频率值，将F1+2×f_offset作为所述移动终端的发送信号补偿后的频率值，所述F1为所述移动终端发送信号补偿前的频率值。

在所述移动终端背离基站方向移动的过程中，在对移动终端的收发信号进行补偿时，将F0-f_offset作为所述移动终端的接收信号补偿后的频率值，将F1-2×f_offset作为所述移动终端的发送信号补偿后的频率值。

本实施例所提供的频移补偿方法，可以在移动终端运行的过程中，快速、准确地实现对移动终端的收发信号的多普勒频移的补偿。

通过本实施例所提供的频移补偿方法，可以对移动终端的收发信号的频偏进行实时跟踪和校正，从而可以抑制高铁通信中较大的多普勒频移所带来的***解调性能的降低，保证高铁通信中的网络覆盖质量，提高用户的体验度。

需要说明的是，在本实施例中，在获取到移动终端的多普勒频移后，是基于所述移动终端的收发信号的频率和所述多普勒频移，结合移动终端的移动方法，实现对所述移动终端的多普勒补偿的，在其它实施例中，在得到所述多普勒频移值后，也可以采用其它方法实现对移动终端的补偿，具体补偿的方法在此不做具体限定。

需要说明的是，在本实施例中，是从对移动终端的多普勒频移补偿进行详细阐释的，在其它实施例中，也可以基于本实施例所提供的方法，实现对基站的多普勒频移的补偿，任何基于本实施例所提供的多普勒频移的获取方法，实现对移动终端、基站的多普勒频移的估计和补偿方法均属于本发明所要求保护的范围。

对应上述频移补偿方法，本发明实施例还提供一种频移补偿装置，用于对移动通信***中的多普勒频移进行补偿，图6是本实施例提供的频移补偿装置的结构示意图，所述装置包括终端位置获取单元U11、基站位置获取单元U12、频移获取单元U13和补偿单元U14。

所述终端位置获取单元U11，用于获取移动终端的位置信息；

所述基站位置获取单元U12，用于获取所述移动终端所接入的基站的位置信息；

所述频移获取单元U13，用于基于所述移动终端的位置信息、所述基站的位置信息和所述移动终端的移动速度获取多普勒频移；

所述补偿单元U14，用于根据所述多普勒频移对所述移动终端的收发信号的频率进行补偿。

所述装置还包括测量单元U15，用于获取所述基站所对应的服务小区的信号测量值，基于所述测量值确定所述基站的位置信息。

所述装置还包括计算单元U16，用于基于所述移动终端的位置信息和所述基站的位置信息确定所述移动终端移动方向和所述基站信号传播方向的角度。

对应上述频移补偿装置，本发明实施例还提供一种移动终端，包括如上所述的频移补偿装置。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种频移补偿方法，用于对移动通信***中的多普勒频移进行补偿；其特征在于，包括：

获取移动终端的位置信息；

获取所述移动终端所接入的基站的位置信息；

基于所述移动终端的位置信息、所述基站的位置信息和所述移动终端的移动速度获取多普勒频移；

根据所述多普勒频移对所述移动终端的收发信号的频率进行补偿。

2.如权利要求1所述的频移补偿方法，其特征在于，所述基站的位置信息通过对所述基站所对应的服务小区的信号测量值进行确定。

3.如权利要求1所述的频移补偿方法，其特征在于，所述信号测量值包括所述基站信号的强度值。

4.如权利要求1所述的频移补偿方法，其特征在于，通过如下公式获取所述多普勒频移：

$f\_\mathrm{offset}=\frac{f0}{c}\×v\×\cos \mathrm{\θ}$

其中，f_offset为所述多普勒频移，θ为所述移动终端移动方向和所述基站信号传播方向的角度，v是所述移动终端运动的速度；c为电磁波的传播速度；f0为所述基站的载波频率。

5.如权利要求4所述的频移补偿方法，其特征在于，所述移动终端移动方向和所述基站信号传播方向的角度基于所述移动终端的位置信息和所述基站的位置信息进行确定。

6.如权利要求1所述的频移补偿方法，其特征在于，所述根据所述多普勒频移对所述移动终端的收发信号的频率进行补偿包括：

基于所述移动终端的收发信号的频率与所述多普勒频移确定所述移动终端的补偿后的收发信号的频率。

7.如权利要求1所述的频移补偿方法，其特征在于，所述移动终端运动的环境为高速铁路环境。

8.如权利要求1所述的频移补偿方法，其特征在于，所述移动通信***为GSM、GPRS、TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA和LTE通信***中的任意一种。

9.一种频移补偿装置，用于对移动通信***中的多普勒频移进行补偿；其特征在于，包括：

终端位置获取单元，用于获取移动终端的位置信息；

基站位置获取单元，用于获取所述移动终端所接入的基站的位置信息；

频移获取单元，用于基于所述移动终端的位置信息、所述基站的位置信息和所述移动终端的移动速度获取多普勒频移；

补偿单元，用于根据所述多普勒频移对所述移动终端的收发信号的频率进行补偿。

10.如权利要求9所述的频移补偿装置，其特征在于，还包括：测量单元，用于获取所述基站所对应的服务小区的信号测量值。

11.如权利要求9所述的频移补偿装置，其特征在于，所述频移获取单元通过如下公式获取所述多普勒频移：

$f\_\mathrm{offset}=\frac{f0}{c}\×v\×\cos \mathrm{\θ}$

其中，f_offset为所述多普勒频移，θ为所述移动终端移动方向和所述基站信号传播方向的角度，v是所述移动终端运动的速度；c为电磁波的传播速度；f0为所述基站的载波频率。

12.如权利要求11所述的频移补偿装置，其特征在于，还包括：计算单元，用于基于所述移动终端的位置信息和所述基站的位置信息确定所述移动终端移动方向和所述基站信号传播方向的角度。

13.一种移动终端，其特征在于，包括：

如权利要求9至12任一项所述的频移补偿装置。