一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置及方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 1126881 A(43)申请公布日 2021.04.20

(21)申请号 202011607084.7(22)申请日 2020.12.30

(71)申请人 中电科仪器仪表（安徽）有限公司

地址 233010 安徽省蚌埠市禹会区迎河路

1300号(72)发明人 江丹　刘祖深　凌云志　张煜　

许虎　徐兰天　(74)专利代理机构 青岛智地领创专利代理有限

公司 37252

代理人 种艳丽(51)Int.Cl.

H04L 25/03(2006.01)H04L 27/26(2006.01)H04L 25/02(2006.01)

权利要求书2页 说明书4页 附图1页

()发明名称

一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置及方法(57)摘要

本发明公开了一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置及方法，属于5G技术领域，本发明方法包括上行信号同步模块，频偏估计与补偿模块，信道估计均衡模块，相位噪声估计与补偿模块。本发明对5G毫米波上行信号相位噪声进行估计，能够补偿UE中的本振引入的相位噪声。

CN 1126881 ACN 1126881 A

权　利　要　求　书

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1.一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置，其特征在于：包括上行信号同步模块、频偏估计与补偿模块、信道估计均衡模块以及相位噪声估计与补偿模块；上行信号同步模块、频偏估计与补偿模块、信道估计均衡模块、相位噪声估计与补偿模块通过线路依次连接；

上行信号同步模块，被配置为用于获取上行信号定时同步；频偏估计与补偿模块，被配置为用于对OFDM信号进行频偏补偿；信道估计均衡模块，被配置为用于对每个符号的OFDM信号进行均衡；相位噪声估计与补偿模块，被配置为用于对相位噪声进行估计和补偿。2.一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置，具体包括以下步骤：

步骤1：通过上行信号同步模块进行上行同步；

在时域利用循环前缀相关计算及DMRS盲检获取10ms无线帧同步点；步骤2：通过频偏估计与补偿模块进行频偏估计与补偿；获取帧同步信号以后，在时域计算频偏值ε并进行补偿；步骤3：FFT变换，通过信道估计均衡模块进行信道估计；将DMRS所在符号的时域信号进行FFT变换转换到频域，利用最小二乘算法在频域对信道参数进行估计，得到一帧内所有时隙的信道参数H1；

步骤4：通过信道估计均衡模块进行均衡，将均衡后的频域信号进行IFFT运算，通过相位噪声估计与补偿模块进行PN估计与补偿；

利用估计出的信道参数H1对其它符号的子载波进行均衡，将均衡后的频域信号Yl进行IFFT运算，并提取相应的PTRS信号yPTRS；根据3GPP协议相关描述生成PTRS信号tPTRS，计算yPTRS与tPTRS之间的相位误差值，进而得到相位噪声PN值，并对每个子载波进行补偿。

3.根据权利要求2所述的5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿方法，其特征在于：在步骤1中，具体包括以下步骤：

步骤1.1：利用滑动循环前缀相关计算得到时隙头位置T0；步骤1.2：利用DMRS盲检得到时隙号，结合隙头位置T0得到10ms无线帧的帧头。4.根据权利要求2所述的5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿方法，其特征在于：在步骤2中，具体包括以下步骤：

步骤2.1：利用循环前缀与相应的OFDM符号后部的N个采样点之间存在的相位差，计算频偏值ε：

其中，yl为每个符号对应的时域信号，*表示取共轭运算，n为时域采样点；

步骤2.2：利用步骤2.1中计算的频偏值ε来对时域信道进行频偏补偿。5.根据权利要求2所述的5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿方法，其特征在于：在步骤3中，具体包括以下步骤：

步骤3.1：将DMRS所在符号的时域信号进行FFT变换转换到频域；步骤3.2：利用最小二乘算法得到一帧内所有时隙的信道参数H1。

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6.根据权利要求2所述的5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿方法，其特征在于：在步骤4中，具体包括以下步骤：

步骤4.1：利用估计出的信道参数对其他符号的子载波进行均衡；步骤4.2：将均衡后的频域信号Yl进行IFFT运算，并提取相应的PTRS信号yptrs；步骤4.3：计算yPTRS与PTRS信号tptrs之间的相位误差值ω：

其中，yptrs为PTRS时域信号，*表示取共轭运算；步骤4.4：利用计算的相位误差值ω对每一个子载波进行补偿。

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一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置及方法

技术领域

[0001]本发明属于5G技术领域，具体涉及一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置及方法。

背景技术

[0002]由于UE(User Equipment)中的本振会引入相位噪声(PN,Phase Noise)，导致星座图以固定角度旋转，从而破坏了OFDM信号的正交性，进而引起子载波间干扰(ICI，Inter Carrier Interference)。在高频段这种现象更加明显。

[0003]3GPP标准中引入一种相位追踪参考信号(PTRS,Phase Tracking Reference Signal)信号,用于实时跟踪相位噪声的变化。本发明提出一种基于PTRS的相位噪声估计及补偿方法，确保了OFDM信号的正交性，进而满足了信号解调需求。发明内容

[0004]针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006]一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置，包括上行信号同步模块，频偏估计与补偿模块，信道估计均衡模块，相位噪声估计与补偿模块；[0007]上行信号同步模块，被配置为用于获取上行信号定时同步；[0008]频偏估计与补偿模块，被配置为用于对OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)信号进行频偏补偿；[0009]信道估计均衡模块，被配置为用于对每个符号的OFDM信号进行均衡；[0010]相位噪声估计与补偿模块，被配置为用于对相位噪声进行估计和补偿。[0011]此外，本发明还提到一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿方法，该方法采

具体包括以下步骤：用如上所述的一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置，

[0012]步骤1：通过上行信号同步模块进行上行同步；

[0013]在时域利用循环前缀相关计算及DMRS(Demodulation reference signal，解调参考信号)盲检获取10ms无线帧同步点；[0014]步骤2：通过频偏估计与补偿模块进行频偏估计与补偿；[0015]获取帧同步信号以后，在时域计算频偏值ε并进行补偿；[0016]步骤3：FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)变换，通过信道估计均衡模块进行信道估计；

[0017]将DMRS所在符号的时域信号进行FFT变换转换到频域，利用最小二乘算法在频域对信道参数进行估计，得到一帧内所有时隙的信道参数H1；[0018]步骤4：通过信道估计均衡模块进行均衡，将均衡后的频域信号进行IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换逆变换)运算，通过相位噪声估计与补偿模块进

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行PN估计与补偿；[0019]利用估计出的信道参数H1对其它符号的子载波进行均衡，将均衡后的频域信号Yl进行IFFT运算，并提取相应的PTRS(Phase Tracking Reference Signal，相位追踪参考信号)信号yPTRS；根据3GPP协议相关描述生成PTRS信号tPTRS，计算yPTRS与tPTRS之间的相位误差值，进而得到相位噪声PN值，并对每个子载波进行补偿。[0020]优选地，在步骤1中，具体包括以下步骤：[0021]步骤1.1：利用滑动循环前缀相关计算得到时隙头位置T0；[0022]步骤1.2：利用DMRS盲检得到时隙号，结合T0得到10ms无线帧的帧头。[0023]优选地，在步骤2中，具体包括以下步骤：[0024]步骤2.1：利用循环前缀与相应的OFDM符号后部的N个采样点之间存在的相位差，计算频偏值ε：

[0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035]

其中，yl为每个符号对应的时域信号，*表示取共轭运算。

步骤2.2：利用步骤2.1中计算的频偏值ε来对时域信道进行频偏补偿。优选地，在步骤3中，具体包括以下步骤：步骤3.1：将DMRS所在符号的时域信号进行FFT变换转换到频域；步骤3.2：利用最小二乘算法得到一帧内所有时隙的信道参数H1。优选地，在步骤4中，具体包括以下步骤：步骤4.1：利用估计出的信道参数对其他符号的子载波进行均衡；

并提取相应的PTRS信号yptrs。步骤4.2：将均衡后的频域信号Yl进行IFFT运算，

步骤4.3：计算yPTRS与PTRS信号tptrs之间的相位误差值ω：

其中，yptrs为PTRS时域信号，*表示取共轭运算；

[0037]步骤4.4：利用计算的相位误差值ω对每一个子载波进行补偿。[0038]本发明所带来的有益技术效果：

[0039]本发明公开的方法基于毫米波5G信号处理平台，提出一种相位噪声估计和补偿方法，解决了毫米波频段相位噪声引起的子载波干扰的问题。附图说明

[0040]图1本发明装置原理框图。

[0041]图2为相位噪声估计及补偿整体流程图。

具体实施方式

[0042]下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：[0043]实施例1：[0044]如图1所示，一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿装置，包括上行信号同步

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模块、频偏估计与补偿模块、信道估计均衡模块以及相位噪声估计与补偿模块；[0045]上行信号同步模块，被配置为用于获取上行信号定时同步；[0046]频偏估计与补偿模块，被配置为用于对OFDM信号进行频偏补偿；[0047]信道估计均衡模块，被配置为用于对每个符号的OFDM信号进行均衡；[0048]相位噪声估计与补偿模块，被配置为用于对相位噪声进行估计和补偿；[0049]此外，本发明还提到一种5G毫米波上行信号相位噪声估计与补偿方法，其流程如图2所示，具体包括以下步骤：[0050]步骤1：通过上行信号同步模块进行上行同步；

[0051]在时域利用循环前缀相关计算及DMRS盲检获取10ms无线帧同步点；[0052]具体包括以下步骤：[0053]步骤1.1：利用滑动循环前缀相关计算得到时隙头位置T0；[00]步骤1.2：利用DMRS盲检得到时隙号，结合T0得到10ms无线帧的帧头。[0055]步骤2：通过频偏估计与补偿模块进行频偏估计与补偿；[0056]获取帧同步信号以后，在时域计算频偏值ε并进行补偿；[0057]具体包括以下步骤：[0058]步骤2.1：利用循环前缀与相应的OFDM符号后部的N个采样点之间存在的相位差，计算频偏值ε：

[0059]

其中，yl为每个符号对应的时域信号，*表示取共轭运算。[0061]步骤2.2：利用步骤2.1中计算的频偏值ε来对时域信道进行频偏补偿。[0062]步骤3：FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)变换，通过信道估计均衡模块进行信道估计；

[0063]将DMRS所在符号的时域信号进行FFT变换转换到频域，利用最小二乘算法在频域对信道参数进行估计，得到一帧内所有时隙的信道参数H1；[00]具体包括以下步骤：[0065]步骤3.1：将DMRS所在符号的时域信号进行FFT变换转换到频域；[0066]步骤3.2：利用最小二乘算法得到一帧内所有时隙的信道参数H1。[0067]步骤4：通过信道估计均衡模块进行均衡，将均衡后的频域信号进行IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换逆变换)运算，通过相位噪声估计与补偿模块进行PN估计与补偿；[0068]利用估计出的信道参数H1对其它符号的子载波进行均衡，将均衡后的频域信号Yl进行IFFT运算，并提取相应的PTRS信号yPTRS；根据3GPP协议相关描述生成理想的PTRS信号tPTRS，计算yPTRS与tPTRS之间的相位误差值，进而得到相位噪声PN值，并对每个子载波进行补偿。具体包括以下步骤：[0069]步骤4.1：利用估计出的信道参数对其他符号的子载波进行均衡；[0070]步骤4.2：将均衡后的频域信号Yl进行IFFT运算，并提取相应的PTRS信号yptrs。[0071]步骤4.3：计算yPTRS与PTRS信号tptrs之间的相位误差值ω：

[0060]

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说　明　书

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其中，yptrs为PTRS时域信号，*表示取共轭运算；

[0074]步骤4.4：利用计算的相位误差值ω对每一个子载波进行补偿。[0075]当然，上述说明并非是对本发明的，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

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