一种载波相位跟踪方法及设备与流程

专利检索2022-05-10  230


本发明涉及无线通信技术领域,特别涉及一种载波相位跟踪方法及设备。

背景技术

3GPP TS 22.862[1]标准中定义下一代3GPP(3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划)无线通信系统在80%的应用场景中支持小于3米的定位精度。同时,3GPP TS 22.261[2]标准中还定义3GPP无线通信系统在某些应用场景中应该支持0.5米的高精度定位要求。根据目前的评估结果,现有的基于无线通信网络信号的定位方法的定位误差范围从十几米到几十米或更大,难以达到下一代3GPP无线通信系统的定位精度要求。

GNSS(Global navigation satellite system,全球卫星导航定位系统)载波相位定位技术是一种高精度定位技术。在GNSS载波相位定位中,GNSS接收机例如用户终端通过测量GNSS卫星信号所获得的载波相位测量值来精确地确定自身的位置。

目前在构建GNSS载波相位定位系统,从而进行载波相位定位时,通常需要先利用OFDM信号的仿真系统模型,根据GNSS载波相位定位场景进行定位系统建模,以验证构建GNSS载波相位定位系统的可实施性,为GNSS载波相位定位系统的构建提供指导及理论支撑。目前采用OFDM信号的仿真系统模型进行GNSS载波相位定位系统的仿真建模时,包括模拟网络侧设备与用户终端之间定位参考信号的收发过程,以及用户终端根据接收的定位参考信号进行载波相位跟踪,并根据跟踪到的载波相位确定其位置信息的过程,其中,定位参考信号由OFDM符号承载。

现有的对载波相位定位系统进行建模的OFDM符号传输模拟系统,在建模传输时延,进行载波相位跟踪时,是通过基带信号的整数倍Ts(射频采样间隔)时延循环移位来实现的,并未建模载波在对应时延上的相位旋转,且基带信号的小数倍Ts时延未真实建模到发送端的OFDM信号模型中。因此,目前OFDM符号传输模拟系统模拟载波相位跟踪的方法,存在传输时延建模误差,会导致接收端接收的信号与真实时延产生的相位存在误差,无法满足5G NR系统的高精度定位要求。



技术实现要素:

本发明提供了一种载波相位跟踪方法及设备,用以解决现有的OFDM符号传输模拟系统模拟载波相位跟踪的方法存在传输时延建模误差,无法满足5G NR系统的高精度定位要求的问题。

根据本发明实施例的第一方面,提供一种载波相位跟踪方法,应用于正交频分复用OFDM符号传输模拟系统中模拟的接收端,所述OFDM符号传输模拟系统包括模拟的发送端和所述接收端,该方法包括:

接收所述发送端发送的进行整数倍传输时延调整后的OFDM符号;

对所述OFDM符号进行载波相位跟踪,得到承载定位参考信号PRS的子载波的跟踪相位;

根据得到的跟踪相位,确定相邻子载波之间的相位阶跃量;

根据所述相位阶跃量及承载PRS的子载波的跟踪相位,确定中心载波的跟踪相位,以根据所述中心载波的跟踪相位对所述接收端进行定位。

可选地,所述根据得到的跟踪相位,确定相邻子载波之间的相位阶跃量,包括:

对承载PRS的子载波中相邻子载波的跟踪相位进行差分运算,并对得到的差分运算结果取平均值,得到相邻子载波之间的相位阶跃量。

可选地,所述根据所述相位阶跃量及承载PRS的子载波的跟踪相位,确定中心载波的跟踪相位,包括:

根据所述相位阶跃量及承载PRS的子载波的跟踪相位,通过曲线拟合,将承载PRS的子载波的跟踪相位拟合到同一斜率的曲线上;

根据所述曲线上对应的承载PRS的子载波的跟踪相位,及所述相位阶跃量,确定中心载波的跟踪相位。

可选地,所述根据所述曲线上对应的承载PRS的子载波的跟踪相位,及所述相位阶跃量,确定中心载波的跟踪相位,包括:

计算

其中,为中心载波的跟踪相位,为所述曲线上承载PRS的子载波中第K个子载波的跟踪相位,为所述相位阶跃量,所述K为整数。

可选地,所述接收所述发送端发送的进行整数倍传输时延调整后的OFDM符号,包括:

接收所述发送端根据OFDM符号传输模拟系统对应的场景,估计发送端与接收端之间的预估传输时延,根据所述预估传输时延,对射频采样间隔取整得到整数倍传输时延,并添加所述整数倍传输时延后发送的OFDM符号。

可选地,所述接收所述发送端发送的进行整数倍传输时延调整后的OFDM符号,包括:

接收所述发送端对OFDM符号进行快速傅里叶逆变换、等效上变频及整数倍传输时延调整后,通过射频载波发送的OFDM信号;

对所述OFDM信号进行等效下变频及快速傅里叶变换后,得到所述OFDM符号。

可选地,所述对所述OFDM符号进行相位跟踪,包括:

利用基于相位锁定环PLL的载波相位跟踪算法,对所述OFDM符号进行相位跟踪。

可选地,所述对承载PRS的子载波中相邻子载波的跟踪相位进行差分运算,包括:

将承载PRS的子载波的跟踪相位组成相位矩阵,对所述相位矩阵进行差分运算,其中,所述相位矩阵为行矩阵或列矩阵。

根据本发明实施例的第二方面,提供一种载波相位跟踪设备,包括:

信号接收模块,用于接收所述发送端发送的进行整数倍传输时延调整后的OFDM符号;

载波跟踪模块,用于对所述OFDM符号进行载波相位跟踪,得到承载定位参考信号PRS的子载波的跟踪相位;

参数计算模块,用于根据得到的跟踪相位,确定相邻子载波之间的相位阶跃量;

载波跟踪确定模块,用于根据所述相位阶跃量及承载PRS的子载波的跟踪相位,确定中心载波的跟踪相位,根据所述中心载波的跟踪相位对所述接收端进行定位。

可选地,所述参数计算模块根据得到的跟踪相位,确定相邻子载波之间的相位阶跃量,包括:

对承载PRS的子载波中相邻子载波的跟踪相位进行差分运算,并对得到的差分运算结果取平均值,得到相邻子载波之间的相位阶跃量。

可选地,所述载波跟踪确定模块根据所述相位阶跃量及承载PRS的子载波的跟踪相位,确定中心载波的跟踪相位,包括:

根据所述相位阶跃量及承载PRS的子载波的跟踪相位,通过曲线拟合,将承载PRS的子载波的跟踪相位拟合到同一斜率的曲线上;

根据所述曲线上对应的承载PRS的子载波的跟踪相位,及所述相位阶跃量,确定中心载波的跟踪相位。

可选地,所述载波跟踪确定模块根据所述曲线上对应的承载PRS的子载波的跟踪相位,及所述相位阶跃量,确定中心载波的跟踪相位,包括:

计算

其中,为中心载波的跟踪相位,为所述曲线上承载PRS的子载波中第K个子载波的跟踪相位,为所述相位阶跃量,所述K为整数。

可选地,所述信号接收模块接收所述发送端发送的进行整数倍传输时延调整后的OFDM符号,包括:

接收所述发送端根据OFDM符号传输模拟系统对应的场景,估计发送端与接收端之间的预估传输时延,根据所述预估传输时延,对射频采样间隔取整得到整数倍传输时延,并添加所述整数倍传输时延后发送的OFDM符号。

可选地,所述信号接收模块接收所述发送端发送的进行整数倍传输时延调整后的OFDM符号,包括:

接收所述发送端对OFDM符号进行快速傅里叶逆变换、等效上变频及整数倍传输时延调整后,通过射频载波发送的OFDM信号;

对所述OFDM信号进行等效下变频及快速傅里叶变换后,得到所述OFDM符号。

可选地,所述载波跟踪模块对所述OFDM符号进行相位跟踪,包括:

利用基于相位锁定环PLL的载波相位跟踪算法,对所述OFDM符号进行相位跟踪。

可选地,所述参数计算模块对承载PRS的子载波中相邻子载波的跟踪相位进行差分运算,包括:

将承载PRS的子载波的跟踪相位组成相位矩阵,对所述相位矩阵进行差分运算,其中,所述相位矩阵为行矩阵或列矩阵。

根据本发明实施例的第三方面,提供一种载波相位跟踪设备,包括:存储器和处理器;其中:

所述存储器用于存储计算机程序;

所述处理器用于读取所述存储器中的程序并执行:

接收所述发送端发送的进行整数倍传输时延调整后的OFDM符号;

对所述OFDM符号进行载波相位跟踪,得到承载定位参考信号PRS的子载波的跟踪相位;

根据得到的跟踪相位,确定相邻子载波之间的相位阶跃量;

根据所述相位阶跃量及承载PRS的子载波的跟踪相位,确定中心载波的跟踪相位,根据所述中心载波的跟踪相位对所述接收端进行定位。

可选地,所述处理器根据得到的跟踪相位,确定相邻子载波之间的相位阶跃量,包括:

对承载PRS的子载波中相邻子载波的跟踪相位进行差分运算,并对得到的差分运算结果取平均值,得到相邻子载波之间的相位阶跃量。

可选地,所述处理器根据所述相位阶跃量及承载PRS的子载波的跟踪相位,确定中心载波的跟踪相位,包括:

根据所述相位阶跃量及承载PRS的子载波的跟踪相位,通过曲线拟合,将承载PRS的子载波的跟踪相位拟合到同一斜率的曲线上;

根据所述曲线上对应的承载PRS的子载波的跟踪相位,及所述相位阶跃量,确定中心载波的跟踪相位。

可选地,所述处理器根据所述曲线上对应的承载PRS的子载波的跟踪相位,及所述相位阶跃量,确定中心载波的跟踪相位,包括:

计算

其中,为中心载波的跟踪相位,为所述曲线上承载PRS的子载波中第K个子载波的跟踪相位,为所述相位阶跃量,所述K为整数。

可选地,所述处理器接收所述发送端发送的进行整数倍传输时延调整后的OFDM符号,包括:

接收所述发送端根据OFDM符号传输模拟系统对应的场景,估计发送端与接收端之间的预估传输时延,根据所述预估传输时延,对射频采样间隔取整得到整数倍传输时延,并添加所述整数倍传输时延后发送的OFDM符号。

可选地,所述处理器接收所述发送端发送的进行整数倍传输时延调整后的OFDM符号,包括:

接收所述发送端对OFDM符号进行快速傅里叶逆变换、等效上变频及整数倍传输时延调整后,通过射频载波发送的OFDM信号;

对所述OFDM信号进行等效下变频及快速傅里叶变换后,得到所述OFDM符号。

可选地,所述处理器对所述OFDM符号进行相位跟踪,包括:

利用基于相位锁定环PLL的载波相位跟踪算法,对所述OFDM符号进行相位跟踪。

可选地,所述处理器对承载PRS的子载波中相邻子载波的跟踪相位进行差分运算,包括:

将承载PRS的子载波的跟踪相位组成相位矩阵,对所述相位矩阵进行差分运算,其中,所述相位矩阵为行矩阵或列矩阵。

根据本发明实施例的第四方面,提供一种芯片,所述芯片与设备中的存储器耦合,使得所述芯片在运行时调用所述存储器中存储的程序指令,实现本申请实施例上述各个方面以及各个方面涉及的任一可能涉及的方法。

根据本发明实施例的第五方面,提供一种计算机可读存储介质,该计算机存储介质存储有程序指令,当其在计算机上运行时,使得计算机执行本发明实施例上述各个方面以及各个方面涉及的任一可能涉及的方法。

根据本发明实施例的第六方面,提供一种计算机程序产品,当所述计算机程序产品在电子设备上运行时,使得所述电子设备执行实现本申请实施例上述各个方面以及各个方面涉及的任一可能涉及的方法。

利用本发明提供的载波相位跟踪方法及设备,具有以下有益效果:

本发明提供的载波相位跟踪方法及设备,应用于正交频分复用OFDM符号传输模拟系统中的接收端,接收端对接收的OFDM符号进行载波相位跟踪后,根据小数倍时延对应的载波相位存在阶跃的特征,根据得到的跟踪相位,确定相邻子载波之间的相位阶跃量,从而可以确定中心载波的跟踪相位,上述时延建模过程不存在OFDM符号中其他子载波的跟踪相位中由于发送端未建模小数倍传输时延造成的误差,因此能使接收端基于准确的载波跟踪相位进行准确定位,解决了现有OFDM符号传输模拟系统模拟载波相位跟踪的方法存在传输时延建模误差,无法满足5G NR系统的高精度定位要求的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例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一些实施例,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,还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例中提供的一种载波相位跟踪方法应用的OFDM符号传输模拟系统的示意图;

图2为本发明实施例中提供的一种载波相位跟踪方法示意图;

图3为本发明实施例中提供的一种OFDM符号传输模拟系统信号传输示意图;

图4为本发明实施例提供的针对目前OFDM符号传输模拟系统中载波跟踪相位的分析示意图;

图5为本发明实施例中提供的一种基于PLL的载波相位跟踪环路结构示意图;

图6为本发明实施例中提供的一种整数倍时延不变时一个子帧内OFDM符号频域相位变化情况示意图;

图7为本发明实施例中提供的一种整数倍时延变化时一个子帧内OFDM符号频域相位变化情况示意图;

图8为本发明实施例中提供的一种载波相位跟踪设备的示意图;

图9为本发明实施例中提供的一种载波相位跟踪设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述,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它实施例,都属于本发明保护的范围。

本申请实施例中“和/或”,描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

为了方便理解,下面对本发明实施例中涉及的名词进行解释:

1)OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用):指通过频分复用实现高速串行数据的并行传输,具有较好的抗多径衰弱的能力,能够支持多用户接入;OFDM的主要思想是将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速数据流,调制到每个子信道上利用子载波进行传输,各子载波相互正交,因此扩频调制后的频谱可以相互重叠,不但减少了子载波间的相互干扰,还能够提高频谱利用率;

2)PLL(Phase Lock Loop,相位锁定环):PLL是一种反馈控制电路,通过测量本地载波和输入载波之间的相位差来保持对输入信号相位的跟踪,可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪,通常用于闭环跟踪电路;锁相环通常由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器三部分组成。

在基于5G载波相位跟踪的高精度定位研究中,通常利用OFDM符号传输模拟系统对载波相位定位场景进行系统建模,验证相关定位算法的可实施性及进行相关调整改进等,进而构建5G高精度载波相位定位系统。其中,在模拟网络侧设备与用户终端之间定位参考信号的收发过程时,由于实际定位场景中网络侧设备与用户终端之间的信号传输存在传输时延,因此OFDM符号传输模拟系统中信号的收发也需要对定位场景中的传输时延进行建模,将该传输时延添加到信号传输过程中,以保证与实际定位场景的一致性。

目前对传输时延进行建模时,是通过基带信号的整数倍Ts(射频采样间隔)时延循环移位来实现的,而传输时延中的小数倍时延,由于数字通信系统离散时间间隔的限制,无法在信号传输过程进行添加。目前OFDM符号传输模拟系统中,接收端接收的发送端发送的基带信号中只添加了整数倍时延,因此,接收端的信号与真实时延产生的相位存在小数倍传输时延误差,导致定位精度降低,无法满足高精度定位要求。

鉴于此,本发明实施例提出一种载波相位跟踪方法,应用于正交频分复用OFDM符号传输模拟系统中模拟的接收端,具体应用于该OFDM符号传输模拟系统对5G高精度载波相位定位场景的模拟中。所述OFDM符号传输模拟系统包括模拟的发送端和所述接收端。

参照图1,为本发明实施例提供的载波相位跟踪方法应用的OFDM符号传输模拟系统的示意图。如图所示,本发明实施例提供的OFDM符号传输模拟系统包括发送端101和接收端102。

接收端102用于接收所述发送端101发送的进行整数倍传输时延调整后的OFDM符号;对所述OFDM符号进行载波相位跟踪,得到承载定位参考信号PRS的子载波的跟踪相位;根据得到的跟踪相位,确定相邻子载波之间的相位阶跃量;根据所述相位阶跃量及承载PRS的子载波的跟踪相位,确定中心载波的跟踪相位,以根据所述中心载波的跟踪相位对所述接收端进行定位。

发送端101用于根据OFDM符号传输模拟系统对应的场景,估计发送端与接收端之间的预估传输时延;将所述预估传输时延,对射频采样间隔取整得到整数倍传输时延;对所述OFDM符号添加整数倍传输时延后发送到所述接收端102。

本发明实施例中,模拟的接收端为模拟的实际定位场景中的用户终端设备,该用户终端设备具体可以指接入终端、用户单元、用户站、移动站、移动台、远方站、远程终端、移动设备、用户终端、终端、无线通信设备、用户代理或用户装置。接入终端可以是蜂窝电话、无绳电话、会话启动协议(Session Initiation Protocol,SIP)电话、无线本地环路(Wireless Local Loop,WLL)站、个人数字处理(Personal Digital Assistant,PDA)、具有无线通信功能的手持设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备、车载设备、可穿戴设备以及5G网络中的移动台或者未来演进的公共陆地移动网(Public Land Mobile NetworK,PLMN)网络中的订阅设备等。接收端能够实现与模拟的上述用户终端设备相同的功能。

本发明实施例中,模拟的发送端为模拟的实际定位场景中的网络侧设备,该网络侧设备可为5G系统中的下一代基站(generation Node B,gNB),可以是全球移动通讯(Global System of Mobile communication,GSM)系统或码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)中的基站(Base Transceiver Station,BTS),也可以是宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access,WCDMA)系统中的基站(NodeB,NB),还可以是长期演进(Long Term Evolution,LTE)系统中的演进型基站(Evolutional Node B,eNB或eNodeB)等。发送端能够实现与模拟的上述网络侧设备相同的功能。

图1中为方便描述,只示例出模拟的一个发送端和一个接收端,实际模拟系统中,可能存在多个模拟的发送端及接收端共存,在此不再赘述。需要说明的是,上述系统架构仅是对本发明实施例适用系统架构的举例说明,本发明实施例适用的系统架构相比图1所示的系统架构还可以增加其它模拟的实体,或减少部分模拟的实体。

实施例1

本发明实施例提供一种载波相位跟踪方法,应用于正交频分复用OFDM符号传输模拟系统。所述OFDM符号传输模拟系统包括模拟的发送端和接收端,如图2所示,该方法包括:

步骤S201,接收端接收所述发送端发送的进行整数倍传输时延调整后的OFDM符号;

参照图3,为本发明实施例提供的一种OFDM符号传输模拟系统信号传输示意图。

本发明实施例提供的OFDM符号传输模拟系统中,发送端根据OFDM符号传输模拟系统对应的场景,估计发送端与接收端之间的预估传输时延;将所述预估传输时延,对射频采样间隔取整得到整数倍传输时延;对所述OFDM符号添加整数倍传输时延后发送到所述接收端。

如图3所示,发送端对OFDM符号进行快速傅里叶逆变换、等效上变频及整数倍传输时延调整后,通过射频载波发送调整后的OFDM信号。

具体的,发送端发送定位参考信号时,产生用于载波相位跟踪的PRS序列,序列频域模式类型为Gold序列,对于该序列,利用具有N个子载波的OFDM符号进行传输,其中,OFDM符号中,子载波间隔为Δfscs,采样时间间隔为Ts=1/(NΔfscs)。

OFDM传输是基于块OFDM模型的,即每个OFDM符号内的信道保持不变。每个OFDM符号之内包括多个经过调制的子载波的合成信号,其中每个子载波都可以受到相移键控PSK或正交幅度调制QAM的调制。本实施例假设对每个子载波进行QAM调制,假设得到的N个QAM调制符号K∈{0,1,…,N-1}被分组为矢量在传输时隙的第m个OFDM符号中发送。对做归一化逆离散时间傅里叶变换IDFT,将其频谱表达式变换到时域,可得持续时间为T=NTs=1/Δfscs的OFDM符号的复包络的连续时间表示,如下公式所示:

其中,为第m个OFDM符号的第K个子载波信号的频域表示,xm(t)为第m个OFDM符号的复包络的时域表示,T为OFDM符号的持续时间,N为OFDM符号中子载波的数量即OFDM符号的长度,m、N为整数。

对xm(t)通过采样时间间隔Ts采样获得的数字基带中的离散时间信号在时刻n∈{0,1,…,N-1}可以表示为:

其中,为第m个OFDM符号的复包络采样获得的数字基带中tn时刻的离散时间信号。

上述时域信号xm(t)被上变频到中心频率fc得到的射频信号表示为:

其中,0≤t≤T,T为OFDM符号的持续时间,为第m个OFDM符号的第K个子载波信号的频域表示,xm(t)为第m个OFDM符号的复包络的时域表示。

发送端对上述上变频后得到的信号添加整数倍传输时延后,通过射频载波发送到接收端。如图3所示,发送端在对OFDM符号进行上变频之前,可以对对OFDM符号添加循环前缀CP,对其进行保护。对于上述的OFDM符号,包含N个子载波,子载波间隔为Δfscs,设循环前缀长度为Ncp,则将Ncp=N Ncp表示为一个OFDM符号的长度。由于实际场景中,传输路径造成的时延、收发两端采样时钟和晶振频率存在偏差以及传输过程中引入的过程噪声的存在,到达接收端的信号与发送端发送的信号相比存在相位、频率和采样时间的偏移,分别用Δf、Δt表示,发送端对上述偏移进行估计,并添加到上述确定的待发送的信号中,接收端接收发送端发送的含以上三种偏移的信号,并做快速傅里叶变换FFT,得到接收的频域数据:

其中,为接收端接收信号的频域表示,δf=Δf/fscs为以子载波间隔进行归一化后的归一化频偏,l表示第l个OFDM符号,K表示OFDM符号中第K个子载波,为信道冲激响应,为第l个OFDM符号的第K个子载波上携带的复数域数据,为包含噪声及载波间干扰在内的噪声数据,l、K为整数。

本发明实施例中,发送端在对发送的OFDM符号添加传输时延时,是在基带基于整数倍样值点进行循环移位实现的,具体的,发送端根据OFDM符号传输模拟系统对应的实际场景,估计发送端与接收端之间的预估传输时延射,频载波基于该预估传输时延整体添加到所有载波上,因此传输时延Δτ(t)的添加包括两部分,首先将时延Δτ(t)添加到射频载波中心频率fc上,即在时域信号上添加一个公共的相位旋转量-2πfcΔτ(t),然后在基带进行循环移位,移位点数为floor(Δτ(t))=Nτ,其中floor表示对Δτ(t)取整,Nτ表示对Δτ(t)取整得到的整数。

本发明实施例中上述发送端对发送的OFDM符号添加整数倍传输时延的方法可采用与现有技术相同的方法,此处不再详述。

本发明实施例中,发送端根据上述方法对OFDM符号进行整数倍时延调整后,发送到接收端,接收端接收OFDM符号并进行载波相位跟踪。如图3所示,接收端接收发送端对OFDM符号进行快速傅里叶逆变换、等效上变频及整数倍传输时延调整后,通过射频载波发送的OFDM信号;所述接收端对所述OFDM信号进行等效下变频及快速傅里叶变换后,得到所述OFDM符号,并对所述OFDM符号进行载波相位跟踪。

步骤S202,对所述OFDM符号进行载波相位跟踪,得到承载定位参考信号PRS的子载波的跟踪相位;

上述步骤发送端根据Δτ(t)添加的整数倍时延可表示为Nτ*Ts,将未添加的小数倍时延表示为Δτ'(t),则有Δτ(t)=Nτ*Ts Δτ'(t)。发送端添加整数倍时延时,OFDM符号中第K个子载波上添加的理论相位为:

-2πfcΔτ(t)-2πKfscs*Nτ*Ts

参照图4,为本发明实施例提供的针对目前OFDM符号传输模拟系统中载波跟踪相位的分析示意图。在PLL对所有子载波的相位进行跟踪的基础上,OFDM符号中所有子载波相位曲线如图中直线L1所示,真实的无误差的OFDM符号中所有子载波相位曲线如图中直线L2所示,两条曲线均包含左半边的负频率和右半边的正频率,其中,垂直于频率f轴的平行线段,每个线段代表一个使用的子载波,两条直线L1、L2之间存在随子载波序号K变化的相位建模误差为-2πKfscs*Δτ'(t),即小数倍传输时延误差。

上述图4中所示的曲线L1、L2为对载波跟踪结果进行理论分析确定的结果,在本发明实施例提供的建模过程中,通过根据跟踪到的OFDM符号中子载波的跟踪相位进行曲线拟合得到曲线L1、L2。

上述过程仅添加了整数倍时延而未添加小数倍时延,因此,造成了对每个子载波相位的建模误差,如图4所示,该误差可表示为-2πKfscs*Δτ'(t),该误差的存在导致接收端无法达到最好的定位精度。

如图4所示,建模的频域相位与真实的频域相位变化情况体现在曲线斜率上的不同,曲线L1的斜率为建模的时延,曲线L2的斜率为真实的时延,时延不同,斜率不同,但是无误差的曲线L2和包含误差的曲线L1,都穿过了准确的fc相位点,因此基带建模误差,不影响fc相位,只要接收端能准确输出fc的相位,就能消除基带时延建模误差带来的影响。

由误差-2πKfscs*Δτ'(t)可得,传输时延建模误差与子载波序号K相关,K越小,则建模误差越小,当K=0时,建模误差为零,接收端确定的载波相位就是精确的载波相位。但是,通常发送端发送的定位参考信号PRS序列中,K=0的载波不存在,因此接收端无法直接跟踪OFDM符号中中心载波的跟踪相位。目前接收端的相位跟踪算法只能输出使用的子载波相位,而这些相位都是存在建模误差的。因此,跟踪的载波相位输出的与载波序号K相关的跟踪相位中都会存在误差,且该误差会随载波序号K的增加而增大。

本发明实施例中,通过接收端对发送端发送的OFDM符号中所有子载波的相位进行跟踪,然后通过频域拟合确定无建模误差的OFDM符号中中心载波的跟踪相位,根据该中心载波的跟踪相位进行定位,则能够避免未建模小数倍传输时延造成的误差,得到精确的定位结果。

具体的,上述接收端接收到发送端发送的OFDM符号后,利用基于相位锁定环PLL的载波相位跟踪算法,对所述OFDM符号进行相位跟踪,得到OFDM符号中承载PRS的所有子载波的跟踪相位,并根据子载波的跟踪相位确定中心载波的跟踪相位。

参照图5,为本发明实施例提供的一种基于PLL的载波相位跟踪环路结构示意图。如图所示,基于相位锁定环PLL的载波相位跟踪算法构建的载波相位跟踪环路包括内环鉴相器PED、内环取斜率模块、内环滤波器及内外环数控振荡器NCO。鉴相器用于鉴别输入信号的相位,将输入信号与输出信号之间的相位进行比较,产生相位误差来调整输出信号的相位。内环滤波器用于对环路的相关参数进行动态调整,内外环数控振荡器用于产生可控的正弦或余弦信号。其中,内环环路用于对输入信号即接收端接收的OFDM符号中子载波进行频域相位跟踪,外环环路用于对输入信号进行时域相位跟踪。

具体实施时,上述基于PLL的载波相位跟踪环路对OFDM符号中子载波的相位进行跟踪可采用现有技术,此处不再详述。

步骤S203,根据得到的跟踪相位,确定相邻子载波之间的相位阶跃量;

接收端根据上述步骤对接收的OFDM符号中承载PRS的子载波进行载波相位跟踪,得到子载波的跟踪相位后,对承载PRS的子载波中相邻子载波的跟踪相位进行差分运算,并对得到的差分运算结果取平均值,得到相邻子载波之间的相位阶跃量。具体的,将承载PRS的子载波的跟踪相位组成相位矩阵,对所述相位矩阵进行差分运算,其中,所述相位矩阵为行矩阵或列矩阵。可将OFDM符号中承载承载PRS的子载波的跟踪相位值,按照子载波序号组成行矩阵或列矩阵格式的相位矩阵,矩阵中每一行/每一列数据表示一个子载波的跟踪相位值。

步骤S204,根据所述相位阶跃量及承载PRS的子载波的跟踪相位,确定中心载波的跟踪相位,以根据所述中心载波的跟踪相位对所述接收端进行定位。

确定相邻子载波间相位阶跃量后,根据所述相位阶跃量及承载PRS的子载波的跟踪相位,通过曲线拟合,将承载PRS的子载波的跟踪相位拟合到同一斜率的曲线上;根据所述曲线上对应的承载PRS的子载波的跟踪相位,及所述相位阶跃量,确定中心载波的跟踪相位。

确定中心载波的跟踪相位时,根据如下公式计算:

其中,为中心载波的跟踪相位,为所述曲线上承载PRS的子载波中第K个子载波的跟踪相位,为所述相位阶跃量,所述K为整数。

确定中心载波的跟踪相位后,则可根据该跟踪相位对接收端进行定位,具体实施时可采用现有技术,此处不再详述。

本发明实施例中上述OFDM符号传输模拟系统的信号传输实施方式,可采用现有OFDM信号系统的信号传输方法实现,相对图3所示的过程还可增加其他步骤,或减少部分步骤,或改变部分步骤的具体实施方式,例如发送端对OFDM符号进行快速傅里叶逆变换还可替换为发送端对OFDM符号进行离散傅里叶逆变换IDFT等。

参照图6,为本发明实施例提供的整数倍时延不变时一个子帧内OFDM符号频域相位变化情况示意图。假设接收端相对于发送端匀速运动,逐渐远离发送端,即接收端距离发送端的距离逐渐增大,则信号的传输时延逐渐增大。如图所示,给出了一个子帧内接收端跟踪到的载波相位的变化情况,若上述发送端在基带进行循环移位的点数Nτ不变,所有子载波对应的曲线斜率不发生变化,且fc的相位是准确的,每个OFDM符号跳变一次。不同时刻的载波相位会离散式的逐渐分离,不同曲线间的相位差反应了载波的时延的真实变化。

参照图7,为本发明实施例提供的整数倍时延变化时一个子帧内OFDM符号频域相位变化情况示意图。若接收端运动过程中,时延变化超过一个Ts,导Nτ发生变化,则内环相位线的斜率会发生跳变,但是跳变后的曲线仍然穿过准确的fc相位点。

因此可知,在高精度定位系统仿真建模中,精确的时延建模对相位跟踪存在较大影响,但是由于目前数字仿真系统中,通常OFDM符号通过信道时只能进行整数倍的Ts循环移位来实现非精确的时延建模,因此会对载波相位跟踪产生建模误差。但是,本发明实施例提供的上述方法,在接收端进行载波相位跟踪时,根据子载波的跟踪相位输出子载波序号K=0即中心载波的跟踪相位,能够得到不存在传输时延建模误差的跟踪结果,获得精确的载波相位跟踪效果。

本发明实施例上述提供的载波相位跟踪方法,接收端接收发送端进行整数倍时延调整后的OFDM符号,并对该OFDM符号进行载波相位跟踪,根据跟踪到的承载定位参考信号PRS的子载波的跟踪相位,确定中心载波的跟踪相位,从而根据该中心载波的跟踪相位对该接收端进行定位。使接收端在存在发送端OFDM符号相位建模误差的条件下,能够消除小数倍传输时延建模误差,准确获取接收OFDM符号的载波相位值。解决了现有OFDM符号传输模拟系统模拟载波相位跟踪的方法存在传输时延建模误差,无法满足5G NR系统的高精度定位要求的问题。

本发明实施例描述的系统架构以及业务场景是为了更加清楚的说明本发明实施例的技术方案,并不构成对于本发明实施例提供的技术方案的限定,本领域普通技术人员可知,随着系统架构的演变和新业务场景的出现,本发明实施例提供的技术方案对于类似的技术问题,同样适用。

实施例2

以上对本发明中一种载波相位跟踪方法进行说明,以下对执行上述载波相位跟踪方法的设备进行说明。

请参阅图8,本发明实施例提供一种载波相位跟踪设备,包括:

信号接收模块801,用于接收所述发送端发送的进行整数倍传输时延调整后的OFDM符号;

载波跟踪模块802,用于对所述OFDM符号进行载波相位跟踪,得到承载定位参考信号PRS的子载波的跟踪相位;

参数计算模块803,用于根据得到的跟踪相位,确定相邻子载波之间的相位阶跃量;

载波跟踪确定模块804,用于根据所述相位阶跃量及承载PRS的子载波的跟踪相位,确定中心载波的跟踪相位,根据所述中心载波的跟踪相位对所述接收端进行定位。

可选地,所述参数计算模块根据得到的跟踪相位,确定相邻子载波之间的相位阶跃量,包括:

对承载PRS的子载波中相邻子载波的跟踪相位进行差分运算,并对得到的差分运算结果取平均值,得到相邻子载波之间的相位阶跃量。

可选地,所述载波跟踪确定模块根据所述相位阶跃量及承载PRS的子载波的跟踪相位,确定中心载波的跟踪相位,包括:

根据所述相位阶跃量及承载PRS的子载波的跟踪相位,通过曲线拟合,将承载PRS的子载波的跟踪相位拟合到同一斜率的曲线上;

根据所述曲线上对应的承载PRS的子载波的跟踪相位,及所述相位阶跃量,确定中心载波的跟踪相位。

可选地,所述载波跟踪确定模块根据所述曲线上对应的承载PRS的子载波的跟踪相位,及所述相位阶跃量,确定中心载波的跟踪相位,包括:

计算

其中,为中心载波的跟踪相位,为所述曲线上承载PRS的子载波中第K个子载波的跟踪相位,为所述相位阶跃量,所述K为整数。

可选地,所述信号接收模块接收所述发送端发送的进行整数倍传输时延调整后的OFDM符号,包括:

接收所述发送端根据OFDM符号传输模拟系统对应的场景,估计发送端与接收端之间的预估传输时延,根据所述预估传输时延,对射频采样间隔取整得到整数倍传输时延,并添加所述整数倍传输时延后发送的OFDM符号。

可选地,所述信号接收模块接收所述发送端发送的进行整数倍传输时延调整后的OFDM符号,包括:

接收所述发送端对OFDM符号进行快速傅里叶逆变换、等效上变频及整数倍传输时延调整后,通过射频载波发送的OFDM信号;

对所述OFDM信号进行等效下变频及快速傅里叶变换后,得到所述OFDM符号。

可选地,所述载波跟踪模块对所述OFDM符号进行相位跟踪,包括:

利用基于相位锁定环PLL的载波相位跟踪算法,对所述OFDM符号进行相位跟踪。

可选地,所述参数计算模块对承载PRS的子载波中相邻子载波的跟踪相位进行差分运算,包括:

将承载PRS的子载波的跟踪相位组成相位矩阵,对所述相位矩阵进行差分运算,其中,所述相位矩阵为行矩阵或列矩阵。

本发明实施例所提供的上述载波相位跟踪设备与本发明上述实施例提供的载波相位跟踪方法及设备属于同一发明构思,应用到上述实施例提供的载波相位跟踪设备的各种实施方式,可以应用到本实施例中的载波相位跟踪设备进行实施,这里不再重述。

上面从模块化功能实体的角度对本申请实施例中的载波相位跟踪设备进行了描述,下面从硬件处理的角度对本申请实施例中的载波相位跟踪设备进行描述。

实施例3

请参阅图9,本申请实施例中载波相位跟踪设备的另一个实施例包括:

处理器900、存储器901、收发机902以及总线接口903。

处理器900负责管理总线架构和通常的处理,存储器901可以存储处理器900在执行操作时所使用的数据。收发机902用于在处理器900的控制下接收和发送数据。

总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥,具体由处理器900代表的一个或多个处理器和存储器901代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其它电路链接在一起,这些都是本领域所公知的,因此,本文不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。处理器900负责管理总线架构和通常的处理,存储器901可以存储处理器900在执行操作时所使用的数据。

本发明实施例揭示的流程,可以应用于处理器900中,或者由处理器900实现。在实现过程中,信号处理流程的各步骤可以通过处理器900中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。处理器900可以是通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件,可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成,或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器,闪存、只读存储器,可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器901,处理器900读取存储器901中的信息,结合其硬件完成信号处理流程的步骤。

具体地,处理器900,用于读取存储器901中的程序并执行:

接收所述发送端发送的进行整数倍传输时延调整后的OFDM符号;

对所述OFDM符号进行载波相位跟踪,得到承载定位参考信号PRS的子载波的跟踪相位;

根据得到的跟踪相位,确定相邻子载波之间的相位阶跃量;

根据所述相位阶跃量及承载PRS的子载波的跟踪相位,确定中心载波的跟踪相位,根据所述中心载波的跟踪相位对所述接收端进行定位。

可选地,所述处理器根据得到的跟踪相位,确定相邻子载波之间的相位阶跃量,包括:

对承载PRS的子载波中相邻子载波的跟踪相位进行差分运算,并对得到的差分运算结果取平均值,得到相邻子载波之间的相位阶跃量。

可选地,所述处理器根据所述相位阶跃量及承载PRS的子载波的跟踪相位,确定中心载波的跟踪相位,包括:

根据所述相位阶跃量及承载PRS的子载波的跟踪相位,通过曲线拟合,将承载PRS的子载波的跟踪相位拟合到同一斜率的曲线上;

根据所述曲线上对应的承载PRS的子载波的跟踪相位,及所述相位阶跃量,确定中心载波的跟踪相位。

可选地,所述处理器根据所述曲线上对应的承载PRS的子载波的跟踪相位,及所述相位阶跃量,确定中心载波的跟踪相位,包括:

计算

其中,为中心载波的跟踪相位,为所述曲线上承载PRS的子载波中第K个子载波的跟踪相位,为所述相位阶跃量,所述K为整数。

可选地,所述处理器接收所述发送端发送的进行整数倍传输时延调整后的OFDM符号,包括:

接收所述发送端根据OFDM符号传输模拟系统对应的场景,估计发送端与接收端之间的预估传输时延,根据所述预估传输时延,对射频采样间隔取整得到整数倍传输时延,并添加所述整数倍传输时延后发送的OFDM符号。

可选地,所述处理器接收所述发送端发送的进行整数倍传输时延调整后的OFDM符号,包括:

接收所述发送端对OFDM符号进行快速傅里叶逆变换、等效上变频及整数倍传输时延调整后,通过射频载波发送的OFDM信号;

对所述OFDM信号进行等效下变频及快速傅里叶变换后,得到所述OFDM符号。

可选地,所述处理器对所述OFDM符号进行相位跟踪,包括:

利用基于相位锁定环PLL的载波相位跟踪算法,对所述OFDM符号进行相位跟踪。

可选地,所述处理器对承载PRS的子载波中相邻子载波的跟踪相位进行差分运算,包括:

将承载PRS的子载波的跟踪相位组成相位矩阵,对所述相位矩阵进行差分运算,其中,所述相位矩阵为行矩阵或列矩阵。

本发明实施例所提供的上述载波相位跟踪设备与本发明上述实施例提供的载波相位跟踪方法及设备属于同一发明构思,应用到上述实施例提供的载波相位跟踪设备各种实施方式,可以应用到本实施例中的载波相位跟踪设备进行实施,这里不再重述。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质,包括指令,当其在计算机上运行时,使得计算机执行上述实施例提供的载波相位跟踪方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的装置和模块的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统,装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述模块的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的,作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外,在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中,也可以是各个模块单独物理存在,也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

在上述实施例中,可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时,可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。

所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时,全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其它可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中,或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输,例如,所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质,(例如,软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如,DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disK,SSD))等。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍,本申请中应用了具体个例对本申请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申请的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本申请的思想,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申请的限制。

本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其它可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其它可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其它可编程数据处理设备上,使得在计算机或其它可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

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