基于频率补偿的QAM信号的频偏估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于频率补偿的QAM信号的频偏估计方法，属于信号处理领域。选择传统的四次方倍频法和zfft相结合的方法，首先利用四次方倍频法和频谱搜索相结合的方法，初步估计出一个频偏值。然后利用这个粗估的频偏值进行下变频，把频谱搬移到较低的频段，再结合zfft频谱细化方法，利用频谱搜索估计出一个载波频偏值。最后把两步估计出的频偏值相加便得到了最终的载波频偏估计值。本发明专利技术由于采用zfft频谱细化的方法，相比于传统的四次方倍频法能大大的提高精度，相比于czt(Chirp‑Z,线性调频Z变换)算法复杂度也降低了很多，在实际中有较为广泛的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于频率补偿的QAM(正交幅度调制，Quadrature Amplitude Modulation)信号的频偏估计方法，属于信号处理领域。
技术介绍
近年来，随着电子对战的兴起，电磁环境变得日益复杂，通信信号的截获面临着信号源复杂且密集、噪声干扰大等一系列问题。QAM信号作为卫星通信领域一种常用的调制信号，具有频谱利用率高、信息传输速率高等优点。但是，由于其在接收端的解调性能对载波频率偏差非常敏感，并且如果频偏过大也会使一些QAM信号的识别算法性能下降。因此，对于QAM信号的载波频偏估计一直是热门的研究方向。正因如此，经过多年的研究，QAM信号的载频估计算法已经比较成熟，归纳起来主要有以下几个类别：最大似然法、自相关函数法、非线性变换法、循环累积量法等。其中，最大似然法虽然估计精度很高，逼近克拉美罗下限，但是算法对于频偏估计的范围较小，且算法复杂度较高；自相关函数法实现起来简单，性能较好且检测速度较快，缺点就是随着输入信噪比的下降，性能急剧下降，要以大量增加采样数据为代价才能改善性能。在非线性变换中，常见的就是平方倍频法和四次方倍频法，优点是能给出信号的载频参数，对干扰也有一定的抑制作用，但是其精确度较低，一般会偏差几赫兹左右。基于循环累积量法的载波频偏估计算法具有精度高、抗干扰能力强等优点，但是它的算法复杂度过高，而且对于高阶调制信号的测频性能不是特别理想。zoom-fft(选带傅里叶变换，以下简称zfft)能以指定的、足够高的采样频率分析频率轴上任一窄带内信号的频谱结构。在序列变换点数相同的情况下，zfft可以获得更高的频率分辨率；或者说，在相同的频率分辨率下，zfft比基带fft变换需要更少的傅里叶变换点数。因此，可以用zfft来进行相应的频谱细化。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于频率补偿的QAM信号的频偏估计方法，把非线性变换中的四次方倍频法和zfft结合起来，先利用四次方倍频法初步估计出一个载波频偏值，然后选定一个频率轴区间，利用zfft对这段频谱进行细化，得到一个补偿的频偏估计值，最终把两者结合起来即可以得到最终的结果。为达到上述目的，本专利技术采用以下的技术解决方案：一种基于频率补偿的QAM信号的频偏估计方法，具体步骤如下：步骤一、画出输入信号的fft变换的频谱图，大致确定信号的频谱范围；步骤二、利用步骤一所观测到的频谱范围，结合四次方倍频法初步求出载波频偏的估计初值；步骤三、通过阈值，确定需要细化分析的频谱的上下界的频率值，选定一个频率轴区间；步骤四、通过zfft变换对这段频谱进行细化，求出一个载波频偏估计补偿值；步骤五、把步骤二和步骤四求得的载波频偏估计初值和估计补偿值相加，即得最终的载波频偏估计值。与现有技术相比，本专利技术具有如下突出的优点：本专利技术方法利用四次方倍频法和zfft频谱细化的方法，在保证了算法的复杂度较低、运算速度较快的基础上，大幅度的提高了算法的精确度，对在实际应用中实时检测频偏具有重要意义。附图说明图1为输入信号的频谱图。图2是经过搬移后的信号频谱图。图3为对信号进行四次方倍频以后的频谱图。图4为对一段特定的频带进行细化后的频谱图。图5为zfft的流程图。图6为本专利技术的效果展示图。图7为整个专利技术的流程图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术做更详细的描述。如图7所示，一种基于频率补偿的QAM信号的频偏估计方法，其具体实施步骤如下：步骤一、画出输入信号的fft变换的频谱图，大致确定信号的频谱范围。如图1所示。这里为了处理数据的方便，把信号的中心频率移到10MHZ频率。如图2所示。步骤二、利用步骤一所观测到的频谱范围，结合四次方倍频法初步求出载波频偏的估计初值。本实施例采用的是16QAM信号，其信号模型可以建模如下： X k ( t ) = 2 p k c o s ( 2 πf c t + θ k ) + n ( t ) - - - ( 1 ) ]]>其中，Xk(t)代表接收到的信号，代表接收到的信号的能量，θk代表不同的相位信息，fc代表信号的载波频率，n(t)表示平稳的高斯白噪声。对式(1)进行平方变换，得到公式(2) X k 2 ( t ) = 2 p k cos 2 ( 2 πf c t + θ k ) + 2 2 p k n ( t ) c o s ( 2 πf c t + 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于频率补偿的QAM信号的频偏估计方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、画出输入信号的fft变换的频谱图，大致确定信号的频谱范围；步骤二、利用步骤一所观测到的频谱范围，结合四次方倍频法初步求出载波频偏的估计初值；步骤三、通过阈值，确定需要细化分析的频谱的上下界的频率值，选定一个频率轴区间；步骤四、通过zfft变换对这段频谱进行细化，求出一个载波频偏估计补偿值；步骤五、把步骤二和步骤四求得的载波频偏估计初值和估计补偿值相加，即得最终的载波频偏估计值。

【技术特征摘要】
1.一种基于频率补偿的QAM信号的频偏估计方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、画出输入信号的fft变换的频谱图，大致确定信号的频谱范围；步骤二、利用步骤一所观测到的频谱范围，结合四次方倍频法初步求出载波频偏的估计初值；步骤三、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，柴柯，徐灵，王培强，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31