基于对称帧的载波同步方法技术

本发明专利技术公开了一种基于对称帧的载波同步方法，本发明专利技术的步骤包括：1、产生导频块和数据块；2、设置数据帧结构；3、发送端发送信号；4、接收端进行联合频相偏估计；5、解调频相偏校正信号；6、Turbo码译码。本发明专利技术克服了现有技术无法将频偏估计和相偏估计解耦合，不能有效地解决较大剩余频偏对误码性能影响的缺点，通过设置对称的数据帧结构，解决了联合频相估计中频偏和相偏估计的耦合的问题，减小较大频偏对估计性能的影响；同时也克服了频偏估计时相偏的影响不能抵消掉，从而影响译码的误比特率的缺点，通过将对称帧解调后的信号进行Turbo码译码，得到输出的码字，降低了译码的误比特率。

【技术实现步骤摘要】
基于对称帧的载波同步方法
本专利技术属于无线通信
，更进一步涉及数字通信
中的一种基于对称帧的载波同步方法。本专利技术可在军事通信、卫星通信、遥测通信等领域，借助对称的帧结构对接收的无线通信信号进行频相偏估计，实现无线通信信号的恢复，保证无线通信的可靠性。
技术介绍
传统的频相偏估计技术中的数据辅助DA主要依靠导频序列对频相偏进行估计。这些导频序列可以分插至数据帧的不同位置而形成不同的帧结构。电子科技大学申请的专利“极低信噪比级联Hadamard码辅助载波同步方法”(申请号：CN201010606437.1，公开号：CN102111239A)中提出了一种在极低信噪比环境下级联Hadamard码辅助的迭代载波同步的方法。该专利技术包括发送端和接收端两部分，发送端包括LDPC-Hadamard级联码编码和添加导频。在接收端，与以往的单纯的导频联合码辅助载波不同，该专利技术首先利用Hadamard码的正交性先进行Hadamard码相关搜索，预估计出大范围的频偏，并进行补偿，这一过程能极大地补偿频偏。接下来对补偿后的信息提取导频做粗同步，然后利用译码迭代和最大似然的思想进一步精同步，最后进行译码判决。该方法的不足之处是，该方法无法将频偏估计和相偏估计解耦合；同时在数据解调和译码中，它也不能有效地解决较大剩余频偏对误码性能的影响。J.Palmer，M.Rice在其发表的论文“Low-ComplexityFrequencyEstimationUsingMultipleDisjointPilotBlocksinBurst-ModeCommunications”(IEEETransactionCommunication，PP.3135-3145，2011)中提出了一种基于导频符号辅助调制PSAM：Pilot-Symbol-Assisted-Modulation的数据帧结构。该方法将导频分成两部分，一部分含有若干个连续的导频符号，放置在帧头；另一部分需细分成离散的导频符号，插至帧中和帧尾，其采样时刻的零点都被设定在帧头。由此组成的这种帧结构可以解决传统单一导频的帧结构无法解决低信噪比下噪声的干扰问题。但是，该方法存在的不足之处在于，由于采用非对称的帧结构，频偏估计时相偏的影响不能抵消掉，从而影响译码的误比特率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于对称帧的载波同步方法，利用关于零点对称的数据帧结构，解除频偏和相偏估计的相互影响，有效地实现了载波同步，提高估计精度和误码性能。为了实现上述目的，本专利技术方法的思路是：首先将数据帧结构设置成为对称的帧结构，然后对对称帧结构进行联合频相偏估计和解调译码操作，实现有效地载波同步。本专利技术方法的实现步骤如下：(1)产生导频块和数据块：(1a)将导频P等分成n小块，每一个导频块的长度为LP/n，其中，n表示导频块的个数，n≥2，LP表示导频P的长度；(1b)产生数据块的数据长度为N＝(n-1)×t的二进制比特序列Y，其中，N表示数据块的数据长度，n表示导频块的个数，n≥2，t表示Turbo编码前发送端发送的一个数据块的长度；(2)设置数据帧结构：(2a)将二进制比特序列Y经过Turbo码编码，得到n-1个数据块，将导频P中的第一个导频块放置在数据帧的帧头，最后一个导频块放置在数据帧的帧尾，其余导频块均匀插入数据帧中，得到基于导频符号辅助调制的数据帧，其中，n表示导频块的个数，n≥2；(2b)将基于导频符号辅助调制的数据帧的中部设为采样的零时刻，得到对称的数据帧结构；(3)发送端发送信号将具有对称数据帧结构的基带信号经过信道发送到接收端；(4)接收端进行联合频相偏估计：(4a)从接收端接收的具有对称数据帧结构的基带信号中取出导频；(4b)采用频偏估计算法，对接收端接收的具有对称数据帧结构的基带信号的导频进行频偏估计，得到对称帧的频偏估计值；(4c)利用复共轭相乘的方法，对接收端接收的具有对称数据帧结构的基带信号进行校正，得到对称帧的频偏校正信号；(4d)将对称帧的频偏校正信号的导频进行去调制操作，得到去调制信号；(4e)采用最大似然估计方法，对去调制信号进行估计，得到对称帧的对数估计子；(4f)将对称帧的对数估计子表示成复指数坐标形式，得到对称帧的等效对数估计子；(4g)将对称帧的等效对数估计子取幅角，得到对称帧的相偏估计值；(5)解调频相偏校正信号：(5a)将对称帧的相偏估计值以复共轭的形式乘以对称帧的频偏校正信号，得到对称帧的补偿信号；(5b)将对称帧的补偿信号进行解调，得到解调后的信号；(6)Turbo码译码：将对称帧解调后的信号进行Turbo码译码，得到输出的码字。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：第一，由于本专利技术将采样的零时刻设于数据帧的中部，得到对称的数据帧结构，克服了现有技术无法将频偏估计和相偏估计解耦合，不能有效地解决较大剩余频偏对误码性能影响的缺点，使得本专利技术解决联合频相估计中频偏和相偏估计的耦合的问题，减小较大频偏对估计性能的影响。第二，由于本专利技术将对称帧解调后的信号进行Turbo码译码，得到输出的码字，克服了频偏估计时相偏的影响不能抵消掉，从而影响译码的误比特率的缺点，使得本专利技术译码的误比特率得到降低。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术的数据帧结构示意图；图3为本专利技术仿真实验中联合频相估计的相偏性能图；图4为本专利技术仿真实验中数据解调译码的误码性能图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的描述。参照附图1，对本专利技术的方法做进一步描述。步骤1，产生导频块和数据块。将导频P等分成n小块，每一个导频块的长度为LP/n，其中，n表示导频块的个数，n≥2，LP表示导频P的长度。产生数据块的数据长度为N＝(n-1)×t的二进制比特序列Y，其中，N表示数据块的数据长度，n表示导频块的个数，n≥2，t表示Turbo编码前发送端发送的一个数据块的长度。步骤2，设置数据帧结构。将二进制比特序列Y经过Turbo码编码，得到n-1个数据块，将导频P中的第一个导频块放置在数据帧的帧头，最后一个导频块放置在数据帧的帧尾，其余导频块均匀插入数据帧中，得到基于导频符号辅助调制的数据帧，其中，n表示导频块的个数，n≥2。将基于导频符号辅助调制的数据帧的中部设为采样的零时刻，得到对称的数据帧结构。参照附图2，对本专利技术的数据帧结构做进一步描述。本专利技术的数据帧结构设置成为帧头和帧尾均为导频，中间为导频均匀插入数据的结构，时刻k的零时刻设置在帧的中间，帧尾的时刻k＝(L-1)/2，L为数据帧的长度。图2(a)表示当导频块个数n为奇数时的数据帧结构，图2(b)表示当导频块个数n为偶数时的数据帧结构。当导频块个数n为奇数时，采样的零时刻k位于第(n+1)/2个导频块的中部，当导频块个数n为偶数时，采样的零时刻k位于第n/2个数据块的中部。步骤3，发送端发送信号。将具有对称数据帧结构的基带信号经过信道发送到接收端。步骤4，接收端进行联合频相偏估计。从接收端接收的具有对称数据帧结构的基带信号Z中取出导频P1。采用频偏估计算法，对接收端接收的具有对称数据帧结构的基带信号的导频P1进行频偏估计，得到对称帧的频偏估计值频偏估计算法可以采用快速傅立叶变换FFT算法、旋转平均周期图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于对称帧的载波同步方法，包括如下的步骤：(1)产生导频块和数据块：(1a)将导频P等分成n小块，每一个导频块的长度为LP/n，其中，n表示导频块的个数，n≥2，LP表示导频P的长度；(1b)产生数据块的数据长度为N＝(n‑1)×t的二进制比特序列Y，其中，N表示数据块的数据长度，n表示导频块的个数，n≥2，t表示Turbo编码前发送端发送的一个数据块的长度；(2)设置数据帧结构：(2a)将二进制比特序列Y经过Turbo码编码，得到n‑1个数据块，将导频P中的第一个导频块放置在数据帧的帧头，最后一个导频块放置在数据帧的帧尾，其余导频块均匀插入数据帧中，得到基于导频符号辅助调制的数据帧，其中，n表示导频块的个数，n≥2；(2b)将基于导频符号辅助调制的数据帧的中部设为采样的零时刻，得到对称的数据帧结构；(3)发送端发送信号：将具有对称数据帧结构的基带信号经过信道发送到接收端；(4)接收端进行联合频相偏估计：(4a)从接收端接收的具有对称数据帧结构的基带信号中取出导频；(4b)采用频偏估计算法，对接收端接收的具有对称数据帧结构的基带信号的导频进行频偏估计，得到对称帧的频偏估计值；(4c)利用复共轭相乘的方法，对接收端接收的具有对称数据帧结构的基带信号进行校正，得到对称帧的频偏校正信号；(4d)将对称帧的频偏校正信号的导频进行去调制操作，得到去调制信号；(4e)采用最大似然估计方法，对去调制信号进行估计，得到对称帧的对数估计子；(4f)将对称帧的对数估计子表示成复指数坐标形式，得到对称帧的等效对数估计子；(4g)将对称帧的等效对数估计子取幅角，得到对称帧的相偏估计值；(5)解调频相偏校正信号：(5a)将对称帧的相偏估计值以复共轭的形式乘以对称帧的频偏校正信号，得到对称帧的补偿信号；(5b)将对称帧的补偿信号进行解调，得到解调后的信号；(6)Turbo码译码：将对称帧解调后的信号进行Turbo码译码，得到输出的码字。...

【技术特征摘要】
1.一种基于对称帧的载波同步方法，其特征在于，包括如下的步骤：(1)产生导频块和数据块：(1a)将导频P等分成n小块，每一个导频块的长度为LP/n，其中，n表示导频块的个数，n≥2，LP表示导频P的长度；(1b)产生所有数据块的数据长度为N＝(n-1)×t的二进制比特序列Y，其中，N表示所有数据块的数据长度，n表示导频块的个数，n≥2，t表示Turbo编码前发送端发送的一个数据块的长度；(2)设置数据帧结构：(2a)将二进制比特序列Y经过Turbo码编码，得到n-1个数据块，将导频P中的第一个导频块放置在数据帧的帧头，最后一个导频块放置在数据帧的帧尾，其余导频块均匀插入数据帧中，得到基于导频符号辅助调制的数据帧；(2b)将基于导频符号辅助调制的数据帧的中部设为采样的零时刻，得到对称的数据帧结构；(3)发送端发送信号：将具有对称数据帧结构的基带信号经过信道发送到接收端；(4)接收端进行联合频相偏估计：(4a)从接收端接收的具有对称数据帧结构的基带信号中取出导频；(4b)采用频偏估计算法，对接收端接收的具有对称数据帧结构的基带信号的导频进行频偏估计，得到对称帧的频偏估计值；(4c)利...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙锦华，刘洪微，余忠洋，吴小钧，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61