CN106101039B - 一种基于数据辅助精度可调的频偏估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于数据辅助精度可调的频偏估计方法。本方法为：通过计算相邻x个R函数的角度差值来估算频率偏差值；其中，R函数为接收机根据接收的符号序列计算得到的携带角度偏转信号的函数。计算该频率偏差值的公式为：2≤x≤N‑1且为偶数；3≤x≤N‑1为奇数；1≤m≤N，N为不大于L‑1的正整数。本方法在平坦衰落信道条件下，比M&M算法具有更好的精确度，比L&R算法、Fitz算法有更大的估计范围。

Description

一种基于数据辅助精度可调的频偏估计方法
技术领域
本发明属于数字通信技术领域，具体涉及单载波通信***中数字接收机对接收信号的频率偏差估计。
背景技术
载波频偏估计是关于数字接收机研究中的主要问题之一，常用方法是采用专用锁相环芯片构建硬件模块的方法，但是硬件方法存在反应时间长、测量带宽相对较窄、频率跟踪准确度和精度不稳定等问题。在数字域实现频偏估计的方法可以有效解决以上的问题，其中按是否需要训练序列辅助，可分为数据辅助(data-aided，DA)和非数据辅助(non-data-aided，NDA)，数据辅助条件下经典的算法包括最大似然函数法、L&R算法、Fitz算法、M&M算法等，它们可以应用于高斯白噪声信道和平坦衰落信道条件下。其中最大似然函数法计算较复杂，而后3种算法具有较好工程应用价值。其中，在AWGN信道条件下的这3种算法精度非常接近，而M&M算法的估计范围远大于另外两种。但是，在瑞利信道条件下，根据仿真结果，M&M算法估计精度较另两种算法大幅衰减。
本发明针对以上情况，对M&M算法进行了相应修改，修改后的算法在适当减少估计范围但仍有优势的情况下，可以根据实际需求调整参数获得更好估计精度。
发明内容：
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于数据辅助精度可调的频偏估计方法。
L&R算法、Fitz算法、M&M算法等数据辅助的频偏估计算法的原理都是在A/D转换后，通过对符号已知的接收序列进行类自相关的数学运算处理，来估计频偏造成的角度偏转值。
假设发送长度为L的符号序列Ck＝{c1,c2,...,ck,...,cn}，且
则接收符号为x(k)＝ckej(2πfkT+θ)+n(k),其中ck为发送的第k个码元序列，n(k)为噪声项。
对接收符号做类自相关运算得到携带角度偏转信号的函数，做两次类自相关运算，得
其中1≤m≤N
其中N为不大于L-1的正整数，则R函数的角度值即携带了频率偏转的角度信息，对R函数求角度有
arg{R(m)}≈[2πmfT+λ(m)]2π
其中f为所要求的频率值，λ(m)为噪声项，L&R算法、Fitz算法通过计算出N个R(m)函数的角度值并做适当加权平均对频率偏差做估计。
L&R算法：
Fitz算法：
M&M算法则通过计算两个相邻R函数的角度值并通过窗口函数做平滑处理对频率偏差进行估计。
M&M算法：
上面算法表达式中T为接收符号周期，arg{f(x)}为在[0,2π]范围内求f(x)角度的运算，w(m)为平滑窗口函数，M&M算法计算相邻两个R函数的角度差值包含单个f信息；而另两种算法最多有N个f信息，所能估计的角度值范围受N决定，因此，Fitz算法的理论估计范围为L&R算法为而M&M算法为M&M算法估计范围远大于另外两种。
但由于单个f信息较少，所以也更容易受噪声影响，在平坦衰落信道条件下，M&M算法精度较差。因此，本发明提出算法的修改方案，通过求相邻x个R函数的角度差值来估算频率偏差值，其表达式如下：
2≤x≤N-1且为偶数
3≤x≤N-1为奇数
上式中即为估计频偏值，x为正整数且2≤x≤N-1，上式的理论估计范围为仍大于L&R算法和Fitz算法。
因为可见在相同f信息的情况下，修改后的算法受噪声影响更小。
与现有技术相比，本发明的积极效果为：
在平坦衰落信道条件下，比M&M算法具有更好的精确度，比L&R算法、Fitz算法有更大的估计范围。
如图2、3所示的仿真结果表明，通过调整x的值，可以在适当缩小估计范围的情况下获得在平坦衰落瑞利信道下更好的估计精度。x越大，估计精度越佳，但估计范围随之减小；当x取最大值(N-1)时，算法估计范围与精度接近L&R算法。
附图说明
图1是程序流程示意图；
图2是当x取3时，本算法与其他三种算法在平坦衰落瑞利信道下的仿真估计均方差效果随信噪比变化图。
图3是当x取N-1时，本算法与其他三种算法在平坦衰落瑞利信道下的仿真估计均方差效果随信噪比变化图。
具体实施方式
1、假设发送长度为L的符号序列为Ck＝{c1,c2,...cn}，且
2、接收机A/D对收到的符号序列转换后得到的采样符号序列可表示为x(k)＝ckej (2πfkT+θ)+n(k),其中k为符号序数，ck为发送的符号序列中的码元序列，f为待估频偏值，T为符号周期，θ为符号调制角度，n(k)为第k个接收符号的噪声项。
3、对采样符号序列x(k)做两次类自相关运算得到携带角度偏转信号的R函数，如下
其中1≤m≤N
其中m、N为小于L的正整数，根据理论分析和仿真结果，时估计效果最佳，因此取
5、通过计算R函数角度值并做适当加权平均可以对频率偏差做估计，本发明提出的算法方案，其表达式如下：
2≤x≤N-1且为偶数
3≤x≤N-1为奇数
上式中即为估计频偏值，x为正整数且2≤x≤N-1，其理论估计范围为将接收符号除去造成的角度偏转，实现频率同步。

Claims (2)

1.一种基于数据辅助精度可调的频偏估计方法，其特征在于，通过计算相邻x个R函数的角度差值来估算频率偏差值；其中，R函数为接收机根据接收的符号序列计算得到的携带角度偏转信号的函数；
计算该频率偏差值的公式为：且为偶数；为奇数；其中，为该频率偏差值，x为正整数；L为符号序列的长度，T为符号序列的周期，1≤m≤N，N为不大于L-1的正整数；
获得该R函数的方法为：1)接收机对收到的符号序列进行转换后得到采样符号序列；其中，符号序列为Ck＝{c1,c2,...ck，...cn}，且采样符号序列为x(k)＝ckej(2πfkT+θ)+n(k)，ck为发送的第k个码元序列，f为待估频偏值，θ为符号调制角度，n(k)为第k个接收符号的噪声项；2)根据该符号序列对该采样符号序列做类自相关运算，得到携带角度偏转信号的函数；3)对该函数做类自相关运算构造R函数：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
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