基于快速傅里叶变换的MPSK调制下开环载波同步算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于快速傅里叶变换的MPSK调制下开环载波同步算法，技术方案主要分为两个步骤：首先对接收的MPSK信号进行下变频，再利用数据辅助信息去掉调制信息后，并对该信号作FFT变换得到信号频谱，利用频谱中峰值出现的位置来确定载波频偏的粗估值；然后利用信号频谱中峰值谱线以及峰值左右的两根谱线，通过谱线插值的方法获得频偏估计的小数部分，即载波频偏的精估值；最后通过所获取的载波频偏的粗估值和载波频偏的精估值来获取最终的载波频偏估计值。与现有的载波频偏估计方法相比，本发明专利技术能够有效提高载波频偏估计精度，同时不增加运算的复杂度，因此本发明专利技术在MPSK开环载波同步系统中有着非常广阔的应用前景。

Open loop carrier synchronization algorithm under MPSK modulation based on fast Fourier transform

The invention discloses a MPSK modulation based on fast Fourier transform under open loop carrier synchronization algorithm, technical scheme is divided into two steps: first down conversion to the received MPSK signal, then the data aided information removed from the modulation information, and the signal FFT transform to get the signal spectrum to determine the rough estimation of carrier frequency offset using the peak positions in the spectrum; then the signal spectrum peak lines and two peak spectra obtained fractional frequency offset estimation method by spectrum line interpolation, which is fine estimation of carrier frequency offset; finally, the carrier frequency offset estimation and carrier coarse the fine frequency offset to obtain the final valuation of carrier frequency deviation estimation. With the current carrier frequency offset estimation method is compared, the invention can effectively improve the frequency estimation accuracy, but does not increase the complexity of operation, so the invention in the MPSK open loop carrier synchronization system has a very broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
基于快速傅里叶变换的MPSK调制下开环载波同步算法
本专利技术属于载波同步技术，具体涉及一种基于快速傅里叶变换的MPSK调制下开环载波同步算法，通过新提出的载波细估公式来精确估计载波频偏。
技术介绍
在通信系统中，突发信号的载波同步是一个非常重要的问题，它直接影响到信号能否正确接收和通信质量的好坏。例如，在时分多址中，通常使用突发数据通信，需要快速高精度的载波频率估计算法来实现载波同步。由于传统的锁相环同步的捕获性能和跟踪性能由环路滤波器决定，且存在“悬搁”现象，即起始相差在不平衡的稳定点时，环路会难以判断，往往会需要很长时间才能入锁。这种情况不利于突发信号的快速载波同步。另外，锁相环的捕获时间远远超过了最佳线性相位估计所要求的最小值，所以锁相环等反馈同步算法难以满足实际的要求。开环载波同步具有算法实现简单，复杂度低以及快速同步的特点，能够很好地解决突发信号的载波同步问题。开环载波同步包括频域载波同步和时域载波同步两种方式。频域同步算法的基本思想是搜索周期图的峰值来大致确定频偏的位置，再利用峰值附近谱线的幅度信息或者相位信息，确定频偏的精确值。在文献中，提出了许多利用相关方法来估计频偏的算法。有文献提出了一种基于最小均方估计准则的频率和相位联合估计方法。由于接收的采样点数量限制了DFT变换后频谱分辨率，导致这种联合估计的方法在实际的应用中估计的精确度不够要求。通过插值算法，在一定程度上提高了频率估计的精度，但是频偏的位置会影响估计的精度，在某些频偏位置估计性能降低。相关文献提出了一种利用峰值以及峰值左右的两根谱线之间的非线性关系进行频偏估计。时域同步主要利用相关法或平均法从接收到得采样点来提取载波的频率信息。基于时域自相关函数的估计算法，其不同之处在于求极值的方法不同，最终导致的频偏的计算公式的不同。对于基于数据辅助MPSK载波频偏的估计，已有的算法有奎因（Quinn）算法,麦克劳（Macleod）算法,普拉波里克（Parabolic）算法,杰克布森（Jacobsen）算法，和修正杰克布森（Jacobsenwithbiascorrection）算法，其载波细估的公式依次如下：奎因（Quinn）算法：a1=Real(X(kp-1)/X(kp)),a2=Real(X(kp+1)/X(kp))δ1=a1/(1-a1),δ2=a2/(1-a2)ifδ1>0andδ2>0,麦克劳（Macleod）算法：普拉波里克（Parabolic）算法杰克布森（Jacobsen）算法修正杰克布森（Jacobsenwithbiascorrection）算法其中，以上现有的载波频偏算法都是改进了开环载波频偏细估的公式，从而提高MPSK载波频偏的估计精度。本专利技术在现有的开环载波频偏细估公式的基础上，进一步改进了相应的载波频偏的估计算法，从而在现有的开环载波频偏估计算法的性能基础上有了非常大的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于快速傅里叶变换的MPSK调制下开环载波同步算法，解决了突发通信中载波频偏估计问题。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于快速傅里叶变换的MPSK调制下开环载波同步算法，载波同步步骤如下：步骤1、对MPSK调制下的突发信号进行奈奎斯特采样，在下变频和去掉调制信息之后，并对所得到的离散信号序列进行补零：步骤1-1：对MPSK调制下的突发信号在下变频之后以采样周期Ts进行奈奎斯特采样，根据数据辅助去掉调制信息之后，得到长度为L的离散信号序列x(n),(0≤n≤L-1)；步骤1-2：在接收到的长度为L的离散信号序列x(n)后，补充与离散信号序列x(n)相同长度的零序列，以组成新的离散序列x′(n):{x(0),x(1),x(2),...,x(L-1),0,...,0}；步骤2、在载波粗估阶段，根据接收到的用于载波频偏估计的突发信号进行估计，从而得到载波频偏的粗估值：步骤2-1：对于包含载波频偏且已经进行补零操作后的离散序列x′(n):{x(0),x(1),x(2),...,x(L-1),0,...,0}作2L点的FFT变换，得到相应的离散傅里叶变换后的频谱序列Ω′(k),(0≤k≤2L-1)其中；j表示复数的虚部，ξ是包含载波频偏的一个变量，与载波频偏的关系为ξ=2fdLTs，表示ξ的估计值；θ是下变频之后的相偏；步骤2-2：对于频谱序列Ω′(k)进行求模运算得到频谱序列的幅度值|Ω′(k)|，并寻找到频谱序列中的峰值max(|Ω′(k)|)以及峰值所在的位置kp，步骤2-3：根据频谱峰值所在的位置kp，以及2L点FFT的频谱分辨率1/(2LTs)，得到频偏粗估值为kp/(2LTs)。步骤3、在载波细估阶段，根据频谱峰值所在的位置kp，以及峰值左右谱线的位置kp-1和kp+1的幅值进行插值估计，从而得到载波频偏细估值步骤3-1：根据频谱峰值所在的位置kp，以及峰值左右谱线的位置kp-1和kp+1，确定所对应的幅值|Ω′(kp)|、|Ω′(kp-1)|和|Ω′(kp+1)|；步骤3-2：根据载波频偏细估插值公式，确定载波频偏细估值其中，X=|Ω′(kp-1)|，Y=|Ω′(kp)|，Z=|Ω′(kp+1)|；X表示紧邻峰值左边的谱线幅值，Y表示谱线的峰值，Z表示紧邻峰值右边的谱线幅值；步骤3-3：最后根据载波频偏粗估值kp/(2LTs)与载波频偏细估值载波频偏细估值确定载波频偏的最终估计值步骤1-1中的对MPSK突发信号进行下变频之后和去掉调制信息之后，得到长度为L的离散信号序列x(n),(0≤n≤L-1)的表达式为：其中，A是归一化幅度；fd是下变频之后的频偏，θ是下变频之后的相偏。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：本专利技术利用FFT能够快速、精确的对突发信号进行载波频偏估计，从而实现突发信号的同步。本专利技术能够大幅提高载波频偏的估计精度，减小计算所需的同步数据和降低了计算的复杂度。附图说明图1是本专利技术的算法基于FFT的高精度开环载波同步算法的流程图。图2是本专利技术基于FFT的高精度开环载波同步算法的在不同频偏大小的情况下频偏估计性能对比图。图3是本专利技术基于FFT的高精度开环载波同步算法的在不同信噪比的情况下频偏估计性能对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。结合图1，整个流程图按照以下步骤进行，对接收的MPSK信号进行下变频，采样并去掉调制信息后获得长度为L的离散采样序列，补充与离散信号序列x(n)(0≤n≤L-1)相同长度的个零，以组成新的序列；对于x′(n):{x(0),x(1),x(2),...,x(L-1),0,...,0}作2L点的FFT变换，得到相应的离散傅里叶变换后的频谱序列Ω′(k)；寻找到频谱序列Ω′(k)中的峰值以及峰值所在的位置kp，根据频谱峰值所在的位置，以及峰值左右谱线的位置，计算出所对应的幅值|Ω′(kp-1)|、|Ω′(kp)|和|Ω′(kp+1)|，根据所推导出的载波频偏细估插值公式，计算出频偏估计的小数部分最后将载波粗估得到的估计值与载波细估得到的估计值合在一起，作为载波频偏的最终估计值结合图2，开环载波同步技术中载波频偏估计算法在不同的频偏大小频偏估计性能，载波频偏估计方法步骤如下：步骤1、根据开环载波同步的实际需求以及估计精度的要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于快速傅里叶变换的MPSK调制下开环载波同步算法，其特征在于，载波同步步骤如下：步骤1、对MPSK调制下的突发信号在下变频后进行奈奎斯特采样，然后去掉调制信息，并对所得到的离散信号序列进行补零：：步骤1-1：对MPSK调制下的突发信号在下变频之后以采样周期T

【技术特征摘要】
1.一种基于快速傅里叶变换的MPSK调制下开环载波同步算法，其特征在于，载波同步步骤如下：步骤1、对MPSK调制下的突发信号在下变频后进行奈奎斯特采样，然后去掉调制信息，并对所得到的离散信号序列进行补零：：步骤1-1：对MPSK调制下的突发信号在下变频之后以采样周期Ts进行奈奎斯特采样，根据数据辅助去掉调制信息之后，得到长度为L的离散信号序列x(n),(0≤n≤L-1)；步骤1-2：在接收到的长度为L的离散信号序列x(n)后，补充与离散信号序列x(n)相同长度的零序列，以组成新的离散序列x'(n):{x(0),x(1),x(2),...,x(L-1),0,...,0}；步骤2、在载波粗估阶段，根据接收到的用于载波频偏估计的突发信号进行估计，从而得到载波频偏的粗估值：步骤2-1：对于包含载波频偏且已经进行补零操作后的离散序列x'(n):{x(0),x(1),x(2),...,x(L-1),0,...,0}作2L点的FFT变换，得到相应的离散傅里叶变换后的频谱序列Ω'(k),(0≤k≤2L-1)其中j表示复数的虚部，ξ是包含载波频偏的一个变量，与载波频偏的关系为ξ＝2fdLTs；θ是下变频之后的相偏；步骤2-2：对于频谱序列Ω'(k)进行求模运算得到频谱序列的幅度值|Ω'(k)|，并寻找到频谱序列中的峰值max(|Ω'(k)|)以及峰值所在的位置kp，步骤2-3：根据频谱峰值所在的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爱军，张邦宁，梁小虎，潘小飞，郭道省，潘克刚，童新海，方华，杨思祥，叶展，龚超，刘贤，王桁，赵兵，续欣，陆溪平，晋军，张应宪，
申请(专利权)人：中国人民解放军理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32