CN110048975A - 移动终端频率补偿方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种移动终端频率补偿方法及装置，其中，该方法包括：计算接收到的网络侧信号的频率偏差；根据所述网络侧信号的频率偏差得到接收所述网络侧信号的频率；通过匹配网络对所述网络侧信号的频率进行频率补偿，解决了相关技术中在高速移动的环境中，基站下发的网络侧信号会因为多普勒效应的存在，导致终端接收到的信号存在频率偏差，最终影响终端信号解调、误码率上升的问题，移动终端通过与数据中心建立连接实现了数据的交互，提高了用户体验。

Description

移动终端频率补偿方法及装置
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种移动终端频率补偿方法及装置。
背景技术
随着移动通信的普及，终端所处的网络环境复杂多变，特别是当终端处于高速移动中，其终端性能会受到严重影响。比如，高速覆盖场景对LTE***性能影响最大的是多普勒效应。接收到的信号的波长因为信号源和接收机的相对运动而产生变化，称作多普勒效应。在移动通信***中，特别是高速场景下，这种效应尤其明显。
目前网络侧对高速移动导致的多普勒频偏有很多优化和解决办法：
图1是根据相关技术中的RRU组网的示意图，如图1所示，从组网覆盖性能角度出发，高铁LTE采用专网建设，采用双通道远端射频单元(RRU)技术覆盖组网，利用MIMO技术提升网络数据业务速率；同时采用多RRU共小区，减少了小区间切换提升网络性能，可适应复杂的高铁沿线、隧道等场所。
重叠覆盖区的合理规划，能保障及时切换，避免过早或过晚切换，同时还可避免乒乓切换的发生。切换带设置应使UE在切换带内能进行2次切换。即允许UE在第一次切换失败后立即进行第2次切换补充。图2是根据相关技术中的高铁小区切换的示意图，如图2所示，过渡区域A是临小区信号强度达到切换门限所需要的距离，切换执行区域B是满足A事件至切换完成所需要的距离，需考虑2次切换需求距离。A事件是LTE同频小区基于覆盖切换时的一个主要事件，当邻小区的测量值好于当前服务小区的测量值时会出发A事件。
而终端侧还没有很好的办法可以解决高速运动场景下的多普勒频偏问题。在高速移动的环境中，基站下发的网络侧信号会因为多普勒效应的存在，导致终端接收到的信号存在频差，最终影响终端信号解调，误码率上升。
针对相关技术中在高速移动的环境中，基站下发的网络侧信号会因为多普勒效应的存在，导致终端接收到的信号存在频率偏差，最终影响终端信号解调、误码率上升的问题，尚未提出解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种移动终端频率补偿方法及装置，以至少解决相关技术中在高速移动的环境中，基站下发的网络侧信号会因为多普勒效应的存在，导致终端接收到的信号存在频率偏差，最终影响终端信号解调、误码率上升的问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种移动终端频率补偿方法，其特征在于，包括：
计算接收到的网络侧信号的频率偏差；
根据所述网络侧信号的频率偏差得到接收所述网络侧信号的频率；
通过匹配网络对所述网络侧信号的频率进行频率补偿。
可选地，通过所述匹配网络对所述网络侧信息的频率进行频率补偿包括：
根据所述网络侧信号的频率确定所述匹配网络待调整的电容值；
调整所述电容值对所述网络侧信号的频率进行补偿。
可选地，调整所述电容值对所述网络侧信号的频率进行补偿包括：
通过压控信号改变控制电压的方式调整电容值对所述网络侧信号的频率进行补偿。
可选地，
通过以下公式计算接收到的网络侧信号的频率偏差：
根据所述网络侧信号的频率偏差得到接收所述网络侧信号的频率为：
其中，υ为移动终端移动的速度，c为光速，f为静止状态下移动终端接收网络侧信号的频率，θ为所述移动终端移动方向和基站的夹角。
可选地，根据所述网络侧信号的频率确定所述匹配网络待调整的电容值包括：
根据预定计算方式得到所述fDoppler与CDoppler的对应关系，其中，CDoppler为所述待调整的电容值。
可选地，调整所述电容值对所述网络侧信号的频率进行补偿包括：
通过压控信号改变控制电压的方式将电容C的值调整为CDoppler。
可选地，所述匹配网络为L型、π型、T型、并联谐振型或组合型网络。
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种移动终端频率补偿装置，包括：
计算模块，用于计算接收到的网络侧信号的频率偏差；
确定模块，用于根据所述网络侧信号的频率偏差得到接收所述网络侧信号的频率；
补偿模块，用于通过匹配网络对所述网络侧信号的频率进行频率补偿。
根据本发明的又一个实施例，还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行上述任一项所述的方法。
根据本发明的又一个实施例，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述任一项所述的方法。
通过本发明，计算接收到的网络侧信号的频率偏差；根据所述网络侧信号的频率偏差得到接收所述网络侧信号的频率；通过匹配网络对所述网络侧信号的频率进行频率补偿，解决了相关技术中在高速移动的环境中，基站下发的网络侧信号会因为多普勒效应的存在，导致终端接收到的信号存在频率偏差，最终影响终端信号解调、误码率上升的问题，移动终端通过与数据中心建立连接实现了数据的交互，提高了用户体验。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据相关技术中的RRU组网的示意图；
图2是根据相关技术中的高铁小区切换的示意图；
图3是本发明实施例的频率补偿方法的移动终端的硬件结构框图；
图4是根据本发明实施例的移动终端频率补偿方法的流程图；
图5是根据本发明实施例的频率补偿的示意图；
图6是根据本发明实施例的移动终端在高铁运行场景的示意图；
图7是根据本发明实施例的匹配网络的示意图；
图8是根据本发明实施例的移动终端频率补偿装置的框图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
实施例1
本申请实施例一所提供的方法实施例可以在移动终端、计算机终端或者类似的运算装置中执行。以运行在移动终端上为例，图3是本发明实施例的频率补偿方法的移动终端的硬件结构框图。如图3所示，移动终端10可以包括一个或两个(图中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)、用于存储数据的存储器104、以及用于通信功能的传输装置106。本领域普通技术人员可以理解，图3所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，移动终端10还可包括比图3中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
存储器104可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的数据传输方法对应的程序指令/模块，处理器102通过运行存储在存储器104内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者两个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至移动终端10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括移动终端10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(NetworkInterface Controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(Radio Frequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
本发明实施例提供了一种移动终端频率补偿方法，图4是根据本发明实施例的移动终端频率补偿方法的流程图，如图4所示，包括：
步骤S402，计算接收到的网络侧信号的频率偏差；
步骤S404，根据所述网络侧信号的频率偏差得到接收所述网络侧信号的频率；
步骤S406，通过匹配网络对所述网络侧信号的频率进行频率补偿。
通过上述步骤，计算接收到的网络侧信号的频率偏差，根据所述网络侧信号的频率偏差得到接收所述网络侧信号的频率，通过匹配网络对所述网络侧信号的频率进行频率补偿，解决了相关技术中在高速移动的环境中，基站下发的网络侧信号会因为多普勒效应的存在，导致终端接收到的信号存在频率偏差，最终影响终端信号解调、误码率上升的问题，移动终端通过与数据中心建立连接实现了数据的交互，提高了用户体验。
可选地，通过所述匹配网络对所述网络侧信息的频率进行频率补偿可以包括：根据所述网络侧信号的频率确定所述匹配网络待调整的电容值，调整所述电容值对所述网络侧信号的频率进行补偿。
可选地，调整所述电容值对所述网络侧信号的频率进行补偿包括：通过压控信号改变控制电压的方式调整电容值对所述网络侧信号的频率进行补偿。
可选地，通过以下公式计算接收到的网络侧信号的频率偏差：
根据所述网络侧信号的频率偏差得到接收所述网络侧信号的频率为：
其中，υ为移动终端移动的速度，c为光速，f为静止状态下移动终端接收网络侧信号的频率，θ为所述移动终端移动方向和基站的夹角。
可选地，根据所述网络侧信号的频率确定所述匹配网络待调整的电容值可以包括：根据预定计算方式得到所述fDoppler与CDoppler的对应关系，其中，CDoppler为所述待调整的电容值。
可选地，调整所述电容值对所述网络侧信号的频率进行补偿可以包括：通过压控信号改变控制电压的方式将电容C的值调整为CDoppler。
可选地，所述匹配网络为L型、π型、T型、并联谐振型或组合型网络。
图5是根据本发明实施例的频率补偿的示意图，如图5所示，以LNA为例子，最重要的单元为匹配网络。匹配网络可以有很多种组合，具体以实际电路设计时，以具体的频段和射频前端芯片的物理特性为条件，设计最佳匹配网络。比如L型、π型、T型、并联谐振型或者组合型网络。LNA为射频前端器件中的接收器件。主要用于接收信号的放大以及噪声的抑制。
基站信号从天线进入匹配网络。此时，终端处于高速移动中，根据多普勒频偏的公式计算得出频率偏差。然后根据频率偏差得到匹配网络需要调整的值。最后，通过压控信号去改变可变电容值大小，达到动态调节匹配网络的最优化。
终端LNA的匹配网络的动态调整能力。在设计电路时，LNA到天线的匹配电路，即LC匹配网络需要使用可变电容。可以采用片外可变电容，也可以采用封装好的匹配网络，组合使用。通过改变控制电压调节可变电容大小，从而调整匹配网络的阻抗值。
首先通过
计算终端接收到网络侧信号的频率偏差。然后，通过计算，得到终端接收到的频率fDoppler。fDoppler＝f+fd，其中fDoppler是终端接收到的实际频率，即受到多普勒频偏影响的频偏，fDUT是终端LNA静态环境下的解调频率，fd是多普勒频偏。
当终端处于静止状态，手机接收到的信号就是网络侧发出的信号，即fDUT，也即终端LNA接收频率。此时，LNA的匹配网络为设计电路时的最佳匹配网络，可以很好得抑制噪声，放大信号。而当终端高速移动时，接收到的信号频率为fDoppler，此时终端根据计算得到的频率，通过GPIO去改变可变电容的值，从而改变匹配网络的阻抗，得到最优匹配，提高LNA的性能。
下面以高速运动的列车高铁承载移动终端运动为例，进行进一步说明。列车高速运动将会导致接收端接收信号频率发生变化，频率变化将降低接收机解调性能。
图6是根据本发明实施例的移动终端在高铁运行场景的示意图，如图6所示，在如此高速的移动速度，多普勒效应势必会进一步影响终端的接收性能。因此，如果有一套能够补偿多普勒效应的方法，则可以极大得改善高铁上的移动通信的体验。而如果终端能够主动做出频率补偿，则可以在网络没有优化的前提下，提升用户体验，降低成本。
图6中，高铁处于高速运行中，终端以高铁为载体，也处于高速移动当中。此时，假设基站广播的信号频率为f。则此时，因为多普勒效应的存在，终端接收到的信号频率和基站信号频率有一个偏差，即fDoppler。这会导致射频前端的接收机性能下降，进而影响信号解调，误码率上升，影响用户体验。
高铁行驶方向与基站的夹角为θ，则终端接收到网络侧信号的频率偏差fd为：
υ为车速，c为光速，f为静止状态下终端接收工作频率，改变基站和铁路间距，可得多普勒频偏与d的关系如下：
fDoppler＝f+fd(2)
得到了高铁高速移动中，终端接收到的实际频率为fDoppler。
此时，当终端在静止状态时，射频前端LNA的中心频率是f。此时，假设匹配网络为并联谐振网络，图7是根据本发明实施例的匹配网络的示意图，如图7所示，并联谐振电路的中心频率为：
而当终端在高铁场景下，由式(1)和(2)，得到
式中fDoppler为终端在高铁场景下接收到的基站信号频率，L为静态时匹配网络的电感值，C为静态时匹配网络的电容值，f为静态时终端LNA的工作频率，C为光速，υ为车速，θ为列车行驶方向和基站的夹角。
根据式(4)和(5)，得到
从而得到高铁环境下，中心频率为fDoppler所对应的匹配网络所需要的电容为：
此时通过改变控制电压，使可变电容从C变成CDoppler。最终得到LNA匹配网络的中心频率为fDoppler。这样即让终端射频前端接收机以最优方式工作，不会受到终端高速移动而导致的多普勒效应。
本发明优选实施例中，提供了一种更加精确的频率偏差估计法，根据最小均方误差的频率与相位估计算法：
信号表达式：
r(n)＝[1+v(n)]Aej(2πfnT+θ)(8)
其中，v(n)表示一个联合高斯白噪声序列，定义如式(9)
设
当信噪比SNR》1时，式(11)可化为：
1+v(n)≈exp{jarctan[vQ(n)]}≈exp{jvQ(n)}(12)
所以
其中，vQ(n)表示相位噪声。
式(12)右边，其相位角包含相位θ和频率偏移f的估计所需信息，即：
Φ(n)＝2πfnT+θ+vQ(n)(14)
由于最小均方误差在噪声有高斯特性条件下可以近似为最大似然估计，因此用他来分别对f和θ进行估计。最小均方误差表达式如(15)
分别对和求偏导数得：
利用式(16)，可以得到更精确的频率偏差，将(16)式和(7)式结合可以得到更精确的电容值。
并且根据环境温度、湿度、地形，进行估计，会使得频率偏差模型更精准。
实施例2
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种移动终端频率补偿装置，图8是根据本发明实施例的移动终端频率补偿装置的框图，如图8所示，包括：
计算模块82，用于计算接收到的网络侧信号的频率偏差；
确定模块84，用于根据所述网络侧信号的频率偏差得到接收所述网络侧信号的频率；
补偿模块86，用于通过匹配网络对所述网络侧信号的频率进行频率补偿。
实施例3
本发明的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质包括存储的程序，其中，上述程序运行时执行上述任一项所述的方法。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：
S11，计算接收到的网络侧信号的频率偏差；
S12，根据所述网络侧信号的频率偏差得到接收所述网络侧信号的频率；
S13，通过匹配网络对所述网络侧信号的频率进行频率补偿。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
实施例4
本发明的实施例还提供了一种处理器，该处理器用于运行程序，其中，该程序运行时执行上述任一项方法中的步骤。
可选地，在本实施例中，上述程序用于执行以下步骤：
S21，计算接收到的网络侧信号的频率偏差；
S22，根据所述网络侧信号的频率偏差得到接收所述网络侧信号的频率；
S23，通过匹配网络对所述网络侧信号的频率进行频率补偿。
可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在两个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的两个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种移动终端频率补偿方法，其特征在于，包括：
计算接收到的网络侧信号的频率偏差；
根据所述网络侧信号的频率偏差得到接收所述网络侧信号的频率；
通过匹配网络对所述网络侧信号的频率进行频率补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述匹配网络对所述网络侧信息的频率进行频率补偿包括：
根据所述网络侧信号的频率确定所述匹配网络待调整的电容值；
调整所述电容值对所述网络侧信号的频率进行补偿。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调整所述电容值对所述网络侧信号的频率进行补偿包括：
通过压控信号改变控制电压的方式调整电容值对所述网络侧信号的频率进行补偿。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
通过以下公式计算接收到的网络侧信号的频率偏差：
根据所述网络侧信号的频率偏差得到接收所述网络侧信号的频率为：
其中，υ为移动终端移动的速度，c为光速，f为静止状态下移动终端接收网络侧信号的频率，θ为所述移动终端移动方向和基站的夹角。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述网络侧信号的频率确定所述匹配网络待调整的电容值包括：
根据预定计算方式得到所述fDoppler与CDoppler的对应关系，其中，CDoppler为所述待调整的电容值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，调整所述电容值对所述网络侧信号的频率进行补偿包括：
通过压控信号改变控制电压的方式将电容C的值调整为CDoppler。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述匹配网络为L型、π型、T型、并联谐振型或组合型网络。
8.一种移动终端频率补偿装置，其特征在于，包括：
计算模块，用于计算接收到的网络侧信号的频率偏差；
确定模块，用于根据所述网络侧信号的频率偏差得到接收所述网络侧信号的频率；
补偿模块，用于通过匹配网络对所述网络侧信号的频率进行频率补偿。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至7中任一项所述的方法。
10.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至7中任一项所述的方法。
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