CN107483078A - 一种船舶vdes***asm体制接收频偏估计实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法，首先中频信号经过I、Q正交混频之后，分别输出同相分量I和正交分量Q；同相分量I和正交分量Q分别经过抽取和低通滤波；低通滤波之后的同相分量I和正交分量Q经过鉴相处理，输出鉴相误差；将鉴相误差缓存到RAM中，做变速率处理，以适应FFT快速计算；对FFT计算的输出数据进行最大峰值检测；找到最大值的下标n，计算出估计频偏fd；将计算的频偏fd补偿到标称频率f0上，即此时的标称频率变为f0+fd；本发明方法具有在没有预知位同步信息的情况下，从任意时刻起始均可进行正确估计，且频偏估计范围大，估计精度高，此外本发明采用最大峰值检测判决，比门限判决检测法更适应低信噪比信号估计。

Description

一种船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法
技术领域
本发明涉及信号检测估计技术领域，特别涉及一种船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法。
背景技术
一般通信***中收、发两端由于频率基准的差异和相对运动的原因，会造成相对频率偏差，如果没有频偏估计手段补偿该频率偏差，信号将无法进行解调。
2015年10月国际电信联盟ITU-R M.2092-0建议书提出VHF水上移动频段内的VHF数据交换***(VDES)的技术特性，对VDES***中ASM体制的通信技术特性作出了相应的规定，但是未对实现方式作出相应规定。特别是对接收信号频偏估计的实现方式，没有明确说明实现方式。
现有的频率估计手段是利用同步序列符号之间的相位差值做估计，但是对于频率偏差较大的情况，同步序列难以找到，所以无法进行频率估计。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法，该方法在无法获取位同步信息的情况下，依然可以正确进行频偏估计，克服了现有技术利用位同步先验信息估计方法需要预知位同步的缺陷，此外本发明采用了最大峰值检测判决的方法，比门限判决检测法更能适应低信噪比信号估计。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
一种船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法，包括如下步骤：
(1)、中频信号与本地载波信号经过I、Q正交混频之后，分别输出同相分量I和正交分量Q；
(2)、同相分量I和正交分量Q依次经过抽取和低通滤波；
(3)、低通滤波之后的同相分量I和正交分量Q经过鉴相处理，输出鉴相误差；
(4)、将所述鉴相误差写入缓存，并从缓存中读取鉴相误差数据进行FFT计算；
(5)、对FFT计算得到的数据进行最大峰值检测，得到最大峰值的位置；
(6)、根据所述最大峰值的位置，计算中频信号的估计频偏；
(7)、将所述估计频偏补偿到本地载波信号的标称频率上，得到补偿后的标称频率。
在上述船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法中，所述步骤(4)中将所述鉴相误差以低速率写进缓存，当缓存中写入的鉴相误差数据达到设定点数时，以高速率读取鉴相误差数据进行FFT计算。
在上述船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法中，所述读取鉴相误差数据的速率是写入鉴相误差数据速率的2～5倍。
在上述船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法中，所述设定点数通过如下公式获得：
Δf＝fs/N
其中：N为设定点数，Δf为估计精度，fs为鉴相误差数据的采样速率。
在上述船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法中，所述步骤(4)中FFT计算采用FPGA芯片中IPcore实现。
在上述船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法中，所述步骤(5)中最大峰值检测的范围为1～N/2范围内的鉴相误差数据，N为设定点数，即FFT的计算点数。
在上述船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法中，所述步骤(6)中计算中频信号的估计频偏的具体公式如下：
fd＝n·Δf，
其中：fd为估计频偏；Δf为估计精度，n为最大峰值的位置。
在上述船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法中，所述步骤(7)中将估计频偏补偿到本地载波信号的标称频率上，得到补偿后的标称频率f0+fd，其中fd为估计频偏，f0为本地载波信号的标称频率。
在上述船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法中，所述步骤(3)中鉴相误差计算公式如下：
Pd＝I·sign[Q]–Q·sign[I]，
其中：I、Q为低通滤波之后的同相分量和正交分量，sign[]为取符号操作。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)、本发明提供的船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法，该方法采用快速傅里叶变换(FFT)方式实现接收信号载波频偏的估计，接收端通过对接收载波的鉴相误差进行检测，其中鉴相采用判决反馈方式，计算量小，该方法克服了利用位同步先验信息估计方法需要预知位同步的缺陷，在无法获取位同步信息的情况下，依然可以正确进行频偏估计，且具有频偏估计范围大，估计精度高等特点。
(2)、本发明采用了最大峰值检测判决的方法，克服了门限检测判决法在低信噪比情况下容易造成误判的缺陷，提高了正确检测判决概率。
(3)、本发明通过对频偏估计实现方法中具体参数的优化设计，进一步提高了频偏估计范围和频偏估计精度。
(4)、本发明船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法，适用于ASM体制接收信号频偏范围大、估计精度要求较高、信噪比较低的情况。
附图说明
图1为本发明的船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示为本发明的船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法的原理框图，本发明的船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法包括下列步骤：
(1)、中频信号与本地载波信号经过I、Q正交混频之后，分别输出同相分量I和正交分量Q；
(2)、同相分量I和正交分量Q分别经过抽取和低通滤波；
(3)、低通滤波之后的同相分量I和正交分量Q经过鉴相处理，输出鉴相误差，鉴相误差计算公式可以根据需要采用多种形式。本实施例中鉴相误差计算公式如下：
Pd＝I·sign[Q]–Q·sign[I]，
其中：I、Q为低通滤波之后的同相分量和正交分量，sign[]为取符号操作，“·”表示乘号。
(4)、为了在高速时钟下进行FFT计算，需要先将鉴相误差数据缓存在双口RAM中。鉴相误差数据以低速率写进RAM，当RAM中写入的鉴相误差数据达到设定点数(个数)时，然后以高速率读取RAM数据，设定点数N通过如下公式获得：
Δf＝fs/N
其中：Δf为估计精度；fs为鉴相误差数据的采样速率。
本发明中读取鉴相误差数据的速率是写入鉴相误差数据速率的2～5倍。
(5)、对读取数据进行FFT计算，本实施例中FFT计算采用FPGA芯片中IPcore实现。
(6)、对FFT计算的输出数据进行最大峰值检测，得到最大峰值的位置n，即最大峰值所对应的点的位置(即第几个点)。检测范围为1～N/2点范围内的数据，N为设定点数，即FFT的计算点数。
(7)、根据步骤(6)中找到的最大峰值的位置n，计算出中频信号的估计频偏fd；计算公式为：fd＝n·Δf，Δf为估计精度，“·”表示乘号。
(8)、将步骤(7)中计算的估计频偏fd补偿到本地载波信号的标称频率f0上，即此时补偿后的标称频率变为f0+fd。
本发明的具体技术方案为：中频信号经过I、Q正交混频之后，分别输出同相分量I和正交分量Q；同相分量I和正交分量Q分别经过抽取和低通滤波；滤波之后的同相分量I和正交分量Q经过鉴相处理，输出鉴相误差；将鉴相误差缓存到RAM中，做变速率处理，以适应FFT快速计算；对FFT计算的输出数据进行最大峰值检测；找到最大值的下标n，计算出估计频偏fd；将计算的频偏fd补偿到标称频率f0上，即此时的标称频率变为f0+fd；
本发明采用快速傅里叶变换(FFT)方式实现接收信号载波频偏的估计。具有在没有预知位同步信息的情况下，从任意时刻起始均可进行正确估计，且具有频偏估计范围大，估计精度高等特点。另外最大峰值检测判决的方法克服了门限检测判决法在低信噪比情况下容易造成误判的缺陷，提高了正确检测判决概率。
实施例1
在本实施例中，船舶VDES***ASM体制的数据率fb＝19.2kbps，调制方式为pi/4QPSK，中频6.4MHz，抽取后数据采样率为fs＝400kHz，低通滤波器的带宽为10kHz，FFT计算点数为N＝8192，估计精度Δf＝fs/N＝48.83Hz，估计范围为F＝Δf·N/2＝200kHz；缓存RAM的深度为8192，位宽根据AD量化位数选择；RAM的写入速率为400kHz，读取速率为***工作时钟。
鉴相误差计算公式可以采用：Pd＝I·sign[Q]–Q·sign[I]，I、Q为滤波之后的同相分量和正交分量，sign[]为取符号操作。
峰值检测过程采用冒泡法，从1至N/2范围内，依次将FFT输出数据中的新值与最大值A进行比较，如果大于A，就将该值赋给最大值变量A，否则A值不变。
以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)、中频信号与本地载波信号经过I、Q正交混频之后，分别输出同相分量I和正交分量Q；
(2)、同相分量I和正交分量Q依次经过抽取和低通滤波；
(3)、低通滤波之后的同相分量I和正交分量Q经过鉴相处理，输出鉴相误差；
(4)、将所述鉴相误差写入缓存，并从缓存中读取鉴相误差数据进行FFT计算；
(5)、对FFT计算得到的数据进行最大峰值检测，得到最大峰值的位置；
(6)、根据所述最大峰值的位置，计算中频信号的估计频偏；
(7)、将所述估计频偏补偿到本地载波信号的标称频率上，得到补偿后的标称频率。
2.根据权利要求1所述的船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法，其特征在于：所述步骤(4)中将所述鉴相误差以低速率写进缓存，当缓存中写入的鉴相误差数据达到设定点数时，以高速率读取鉴相误差数据进行FFT计算。
3.根据权利要求2所述的船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法，其特征在于：所述读取鉴相误差数据的速率是写入鉴相误差数据速率的2～5倍。
4.根据权利要求2所述的船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法，其特征在于：所述设定点数通过如下公式获得：
Δf＝fs/N
其中：N为设定点数，Δf为估计精度，fs为鉴相误差数据的采样速率。
5.根据权利要求1所述的船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法，其特征在于：所述步骤(4)中FFT计算采用FPGA芯片中IPcore实现。
6.根据权利要求1～5之一所述的船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法，其特征在于：所述步骤(5)中最大峰值检测的范围为1～N/2范围内的鉴相误差数据，N为设定点数，即FFT的计算点数。
7.根据权利要求1～5之一所述的船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法，其特征在于：所述步骤(6)中计算中频信号的估计频偏的具体公式如下：
fd＝n·Δf，
其中：fd为估计频偏；Δf为估计精度，n为最大峰值的位置。
8.根据权利要求1～5之一所述的船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法，其特征在于：所述步骤(7)中将估计频偏补偿到本地载波信号的标称频率上，得到补偿后的标称频率f0+fd，其中fd为估计频偏，f0为本地载波信号的标称频率。
9.根据权利要求1～5之一所述的船舶VDES***ASM体制接收频偏估计实现方法，其特征在于：所述步骤(3)中鉴相误差计算公式如下：
Pd＝I·sign[Q]–Q·sign[I]，
其中：I、Q为低通滤波之后的同相分量和正交分量，sign[]为取符号操作。
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