一种频相解耦合的载波恢复方法技术

本发明专利技术公开了一种频相解耦合的载波恢复方法，属于无线通信技术领域，解决传统的载波频相估计因较大载波频偏而导致后续相偏估计失效的问题，其技术要点是：1.在接收端，任取一段导频信号进行去调制操作，得到去调制信号；2.对去调制信号及其采样时刻间隔为β的延迟信号进行相关运算，利用该相关运算的结果得到频偏估计值；3.对取β为导频长度一半的相关运算结果的共轭形式与去调制信号联合作最大似然相偏估计，得到相偏估计值。本发明专利技术提高了相偏估计的抗频偏能力和降低了相偏估计的复杂度，避免人为地设置接收端采样零时刻位置，提高了在实际应用中的可行性，可用于包括卫星通信、航天测控等空间通信。

A Frequency-Phase Decoupled Carrier Recovery Method

The invention discloses a carrier recovery method of frequency-phase decoupling, which belongs to the field of wireless communication technology. It solves the problem of failure of subsequent phase offset estimation caused by large carrier frequency offset in traditional carrier frequency phase estimation. Its technical points are as follows: 1. At the receiving end, a pilot signal is selected for de-modulation operation to obtain the de-modulated signal; 2. The de-modulated signal and its sampling time interval are obtained. For the delayed signal of beta, the frequency offset estimation is obtained by using the results of the correlation operation. 3. The maximum likelihood phase offset estimation is obtained by combining the conjugate form of the correlation operation result which takes beta as half of the pilot length with the de-modulated signal. The invention improves the anti-frequency offset ability of phase offset estimation and reduces the complexity of phase offset estimation, avoids setting the zero-time position of sampling at the receiving end artificially, improves the feasibility of practical application, and can be used in space communication including satellite communication, space TT&C, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种频相解耦合的载波恢复方法
本专利技术属于无线通信
，特别涉及一种频相解耦合的载波恢复方法，可用于包括近地卫星通信、航天测控等空间通信。
技术介绍
在空间通信中，由于收发端存在相对高速的移动，从而产生较大的多普勒扩展，这也是载波频偏的主要来源。另外，这种通信领域的频谱资源非常宝贵以致于可利用的导频资源非常有限。因此，传统的载波同步模式会面临很大的挑战，从而严重影响系统相干解调的性能。对于这种载波同步模式，其过程是先进行频偏估计再进行相偏估计。由于经频偏补偿后所残留频偏会变成一种随采样时刻变化的相位，频偏估计会直接影响到相偏估计的性能。在过去的几十年里，相关研究层出不穷。Barbieri和Colavolpe在“Onpilot-symbol-asistedcarriersynchronizationforDVB-S2systems”(IEEETransactionsonBroadcasting，2007，53(3)：685-692)一文中提出了一种基于相关运算的低复杂度细频偏估计算法，该算法所使用的导频符号是由第二代数字广播卫星(DVB-S2)的帧方案中选择的；Li和Kim在“Data-aidedsynchronizationforMF-TDMAmulti-carrierdemultiplexer/demodulator(MCDD)”(IEEETransactions0nBroadcasting，2007，55(3)：623-632)一文中推导出了一种适用于卫星通信的联合恢复载波频偏和相偏的同步方法，其中频偏估计采用了自相关算法，相偏估计利用了简单的逻辑符号判决方法；Yuetal.在“Aphaseincrement-basedfrequencyestimatorforgeneralPSAMinburstcommunications”(IEEE83rdVehicleTechnologyConference，Nanjing，2016：1-5)一文中设计了一种基于两步相位增量的频偏估计器，它利用了多个不相交的导频块以获得较好的估计性能。然而，上述这些研究利用的都是串行处理方式，并没有考虑到频偏估计对相偏估计性能的影响，这样就势必要求发送端提供较大的导频开销。然而在空间通信中，有限的导频资源容易导致频偏估计失准而严重影响后续的相偏估计性能。Rice在“Carrier-phaseandfrequency-estimationboundsfortransmissionswithembeddedreferencesymbols”(IEEETransactionsonCommunications，2006，54(2)：221-225)一文中考虑了当数据帧格式的长度设为奇数时，人为地将接收端采样零时刻设置在该帧格式正中间的情况，发现了传统载波同步模式的克拉美罗界可以实现解耦合，但其相偏估计复杂度较高，且在实际应用中，人为地设置接收端的采样零时刻位置缺乏可行性。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种频相解耦合的载波恢复方法，以减小传统的载波同步模式中频偏估计对相偏估计的影响，降低相偏估计的复杂度，同时避免人为地设置接收端采样零时刻位置，提高在实际应用中的可行性，以解决上述
技术介绍
中的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种频相解耦合的载波恢复方法，在接收端，任取一段导频信号进行去调制操作，得到去调制信号，通过对这些去调制信号进行采样时刻间隔为α的相关运算，一方面利用该相关运算的结果作频偏估计，另一方面利用取α为导频长度一半的相关运算结果的共轭形式与去调制信号联合作最大似然相偏估计，实现传统的载波同步模式的解耦合，其实现步骤包括如下：(1)设定导频块C1的长度为P，数据块T1的长度为K，具有周期性的“数据-导频”分布图样C-T的长度为K′；(2)按照“数据块T1-导频块C1-分布图样C-T”的顺序复用连接，得到一种数据帧格式G；(3)利用导频块C1的调制信号m(k)，对接收信号进行去调制操作：3a)按照数据帧格式G的复用结构，设置采样时刻k，得到对应于导频块C1的采样时刻集合3b)利用采样时刻集合通过采样时刻k逐一提取，得到对应于导频块C1的接收信号3c)对接收信号与调制信号m(k)进行共轭相乘运算，得到去调制信号：其中，m(k)*为调制信号m(k)的共轭；(4)对去调制信号m1(k)及与其采样时刻间隔为β的延迟信号m1(k+β)进行相关运算，得到相关值O(β)：其中，为归一化因子，m1(k)*为去调制信号m1(k)的共轭，φ(β)为噪声累加项；(5)设定相关值O(β)中的采样时刻间隔β＝(P-1)/2，对得到的O((P-1)/2)与去调制信号m1(k)进行共轭相乘运算，得到频相解耦合因子其中，为相关值的共轭；(6)根据频相解耦合因子得到频相解耦合的载波同步模式：6a)利用相关值O(β)，通过频偏估计，得到频偏估计值6b)利用频相解耦合因子通过最大似然估计准则，得到相偏估计值作为本专利技术的进一步方案：其中步骤6a)中利用相关值O(β)，通过频偏估计，得到频偏估计值按如下步骤进行：6a1)对相关值O(β)进行取幅角运算，得到包含频偏的相位增量Θ：Θ＝arg{O(β)}；6a2)利用得到的相位增量Θ，通过频偏与相位增量的关系，得到频偏估计值其中，Ts表示符号周期。作为本专利技术的进一步方案：其中步骤6b)中利用频相解耦合因子通过最大似然估计准则，得到相偏估计值按如下步骤进行：661)对频相解耦合因子进行求和运算，得到平滑噪声值6b2)对平滑噪声值进行去幅角运算，得到相偏估计值作为本专利技术的进一步方案：其中步骤6b2)中得到相偏估计值其中，L(θ，f，K，P)表示一个关于相偏、频偏和导频初始位置及其长度的相位模糊函数。作为本专利技术的进一步方案：其中步骤3b)中对应于导频块C1的接收信号表示如下：其中，f为多普勒效应而产生的载波频偏，θ为信道引入的相偏，Ts表示符号周期，m(k)为能量归一化的已调信号，n(k)是均值为零、实部和虚部方差均为N0/2的圆对称复高斯随机变量，j是虚数单位。作为本专利技术的进一步方案：利用对应于导频块C1的接收信号与其调制信号m(k)进行共轭相乘运算，得到去调制信号m1(k)：作为本专利技术的进一步方案：噪声累加项φ(β)表达形式如下：综上所述，本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1.本专利技术由于对频相解耦合因子进行提取，并将其应用到传统的载波同步模式中，减小了传统的载波同步模式中的频偏估计对相偏估计的影响；2.本专利技术由于使用频相解耦合因子替代了所有的频偏校正值，不仅降低了传统的载波同步模式中相偏估计的计算复杂度，而且避免人为地设置接收端采样零时刻位置，提高了在实际应用中的可行性。为更清楚地阐述本专利技术的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本专利技术进行详细说明。附图说明图1是本专利技术的实现流程图；图2是本专利技术中使用的数据帧格式；图3是本专利技术在不同导频初始位置下的相偏估计性能仿真图；图4是本专利技术在不同相偏下的相偏估计期望仿真图；图5是本专利技术在不同信噪比下的相偏估计性能仿真图；图6是本专利技术在不同频偏下的相偏估计性能仿真图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案做本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种频相解耦合的载波恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：1)设定导频块C1的长度为P，数据块T1的长度为K，具有周期性的“数据‑导频”分布图样C‑T的长度为K′；2)按照“数据块T1‑导频块C1‑分布图样C‑T”的顺序复用连接，得到一种数据帧格式G；3)利用导频块C1的调制信号m(k)，对接收信号

【技术特征摘要】
1.一种频相解耦合的载波恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：1)设定导频块C1的长度为P，数据块T1的长度为K，具有周期性的“数据-导频”分布图样C-T的长度为K′；2)按照“数据块T1-导频块C1-分布图样C-T”的顺序复用连接，得到一种数据帧格式G；3)利用导频块C1的调制信号m(k)，对接收信号进行去调制操作：3a)按照数据帧格式G的复用结构，设置采样时刻k，得到对应于导频块C1的采样时刻集合3b)利用采样时刻集合通过采样时刻k逐一提取，得到对应于导频块C1的接收信号3c)对接收信号与调制信号m(k)进行共轭相乘运算，得到去调制信号：其中，m(k)*为调制信号m(k)的共轭；4)对去调制信号m1(k)及与其采样时刻间隔为β的延迟信号m1(k+β)进行相关运算，得到相关值O(β)：其中，为归一化因子，m1(k)*为去调制信号m1(k)的共轭，φ(β)为噪声累加项；5)设定相关值O(β)中的采样时刻间隔β＝(P-1)/2，对得到的O((P-1)/2)与去调制信号m1(k)进行共轭相乘运算，得到频相解耦合因子其中，为相关值的共轭；6)根据频相解耦合因子得到频相解耦合的载波同步模式：6a)利用相关值O(β)，通过频偏估计，得到频偏估计值6b)利用频相解耦合因子通过最大似然估计准则，得到相偏估计值2.根据权利要求1所述的一种频相解耦合的载波恢复方法，其特征在于，其中步骤6a)中利用相关值O(β)，通过频偏估...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐恒舟，朱海，罗振，许蒙蒙，周慢杰，郭冬，朱思峰，
申请(专利权)人：周口师范学院，
类型：发明
国别省市：河南,41