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CN107018568B - 一种用于空地通信的随机接入多普勒频偏的预补偿方法 - Google Patents

一种用于空地通信的随机接入多普勒频偏的预补偿方法 Download PDF

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CN107018568B
CN107018568B CN201710315818.6A CN201710315818A CN107018568B CN 107018568 B CN107018568 B CN 107018568B CN 201710315818 A CN201710315818 A CN 201710315818A CN 107018568 B CN107018568 B CN 107018568B
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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，具体的说是涉及一种用于空地通信的随机接入多普勒频偏的预补偿方法。本发明的主要方法为：空中用户获取自身与地面基站之间的距离；空中用户根据系统参数计算多普勒频偏；判断步骤S2中获得的多普勒频偏是整数倍频偏还是小数倍频偏，若是整数倍频偏，则通过对ZC序列循环移位进行随机接入前缀的频偏预补偿；若是小数倍频偏，则根据具体的频偏倍数生成一个补偿序列，与ZC序列相乘进行预补偿。本发明的有益效果是：提出了一种用于空地通信的随机接入多普勒频偏的预补偿方法。

Description

一种用于空地通信的随机接入多普勒频偏的预补偿方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体的说是涉及一种用于空地通信的随机接入多普勒频偏的预补偿方法。
背景技术
在移动通信系统中，收发双方存在相对移动，将会产生多普勒频偏，尤其在空地通信的场景下，由于飞机用户的移动速度可达到1000～1200km/h，这种高速移动会产生很大的多普勒频偏，极大地降低了随机接入的成功率。
根据现有的LTE协议，最大可支持的移动速度不超过500km/h，故目前的设备难以支持空地场景下的随机接入。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提出一种用于空地通信的随机接入多普勒频偏的预补偿方法。
本发明的技术方案是：一种用于空地通信的随机接入多普勒频偏的预补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、空中用户获取自身与地面基站之间的距离；
S2、空中用户根据系统参数计算多普勒频偏；
S3、判断步骤S2中获得的多普勒频偏是整数倍频偏还是小数倍频偏，若是整数倍频偏，则进入步骤S4；若是小数倍频偏，则进入步骤S5；
S4、通过对ZC序列循环移位进行随机接入前缀的频偏预补偿；
S5、根据具体的频偏倍数生成一个补偿序列，与ZC序列相乘进行预补偿。
进一步的，所述步骤S2的具体方法为：
通过如下公式计算多普勒频偏△f：
Figure GDA0002226131010000021
其中，v是空中用户的移动速度，f是载波频率，
Figure GDA0002226131010000022
θ是空中用户移动速度v与载频f方向的夹角，c是光速，h是空中用户的飞行高度，d是步骤S1中获得的空中用户与地面基站之间的距离。
进一步的，所述步骤S3中判断步骤S2中获得的多普勒频偏是整数倍频偏还是小数倍频偏的具体方法是：
采用△表示多普勒频偏与子载波的比值，则△＝△f/fRA，fRA为子载波频率，最后判断△是整数还是小数。
进一步的，所述步骤S5中的补偿序列为exp(-j2π△n/Nzc)序列，其中n＝0,1,2,…,Nzc-1。
与上述方案对应的，本发明还提供一种用户设备，包括：
第一处理模块，通过定位系统获取自己与基站之间的距离；
第二处理模块，根据系统参数计算多普勒频偏；
第三处理模块，用于判断该频偏是整数倍频偏还是小数倍频偏，整数倍频偏指的是多普勒频偏与子载波的比值为整数，小数倍频偏指的是多普勒频偏与子载波的比值为小数；
第四处理模块，处理随机接入整数倍频偏的预补偿；
第五处理模块，处理随机接入小数倍频偏的预补偿。
本发明的有益效果是：提出了一种用于空地通信的随机接入多普勒频偏的预补偿方法。
附图说明
图1为实施例中空地通信场景示意图；
图2为本发明实施例随机接入前缀频偏预补偿流程图；
图3为本发明的用户设备结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案：
实施例
图1为典型的空地通信场景的示意图。如图1所示，该场景包括飞机用户和基站。本发明实施例中的频偏预补偿方法由飞机用户端来执行。
图2为本发明实施例随机接入前缀频偏预补偿流程图。根据图1，飞机移动速度为v，飞行高度h，载波频率为f，下面就本实施例详细描述本发明的技术方案。
步骤201：利用飞机上的定位系统，可获得基站的位置，从而可测得飞机与基站的距离为d，由此可计算速度v与载频f的夹角θ余弦值：
Figure GDA0002226131010000031
步骤202：根据步骤201计算出的数值及系统参数，计算出多普勒频偏：
Figure GDA0002226131010000032
步骤203：判断202获得的多普勒频偏是整数倍频偏还是小数倍频偏，△＝△f/fRA为多普勒频偏与子载波的比值，即判断△为整数还是小数。
下面对随机接入前缀进行频偏预补偿。LTE随机接入前缀基带信号由ZC序列经过FFT、IFFT变化生成的，ZC序列生成：
Figure GDA0002226131010000033
其中，u是随机接入ZC序列的物理根序列号，Nzc是ZC序列长度。
多普勒频偏对随机接入的影响直接表现为ZC序列的相位旋转，具体见下式：
Figure GDA0002226131010000034
下面进行频偏预补偿：
Figure GDA0002226131010000035
步骤204：当△为整数即整数倍频偏时，令K＝△，根据推导：
其中，du是与ZC序列循环移位有关的参数，由u确定，c＝exp(jπu·(Kdu+K2du2)/Nzc)为常数。根据上述推导可知，当多普勒频偏为整数倍频偏时，可以通过对ZC序列循环移位来实现随机接入前缀的频偏预补偿。
步骤205：当△为小数即小数倍频偏时，明显无法通过循环移位来预补偿，此时就需要转到模块五直接生成一个exp(-j2π△n/Nzc)序列，与ZC序列相乘进行预补偿。
图3为本发明的用户设备结构示意图。下面对该设备进行说明。
第一处理模块31，利用定位系统获取自己与基站之间的距离；第二处理模块32，根据系统参数计算多普勒频偏；第三处理模块33，用于判断该频偏是整数倍频偏还是小数倍频偏；第四处理模块34和第五处理模块35分别对整数倍频偏、小数倍频偏进行预补偿。
经过上述频偏预补偿可以解决空地通信场景下随机接入前缀出现的严重的多普勒频偏问题。
对于本发明需要说明的是：本发明仅适用于用户具有定位系统的场景中。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。上述实施例中的各模块可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块形式实现。本发明不限制与任何特定形式的硬件与软件结合。

Claims (2)

1.一种用于空地通信的随机接入多普勒频偏的预补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、空中用户获取自身与地面基站之间的距离；
S2、空中用户根据系统参数计算多普勒频偏；具体方法为：
通过如下公式计算多普勒频偏△f：
Figure FDA0002226129000000011
其中，v是空中用户的移动速度，f是载波频率，c是光速，
Figure FDA0002226129000000012
h是空中用户的飞行高度，d是步骤S1中获得的空中用户与地面基站之间的距离；
S3、判断步骤S2中获得的多普勒频偏是整数倍频偏还是小数倍频偏，具体方法是：
采用△表示倍数，则△＝△f/fRA，fRA为子载波频率，最后判断△是整数还是小数；
若是整数倍频偏，则进入步骤S4；若是小数倍频偏，则进入步骤S5；
S4、通过对ZC序列循环移位进行随机接入前缀的频偏预补偿；
S5、根据具体的频偏倍数生成一个补偿序列，与ZC序列相乘进行预补偿。
2.根据权利要求1所述的一种用于空地通信的随机接入多普勒频偏的预补偿方法，其特征在于，所述步骤S5中的补偿序列为exp(-j2π△n/Nzc)序列，其中n＝0,1,2,…,Nzc-1，Nzc是ZC序列长度。
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