一种调制信号的频偏估计方法技术

本发明专利技术提供一种调制信号的频偏估计方法。该方法包括以下步骤：对于需要进行频偏估计的调制信号，从第二个符号起，计算所有符号与前一个符号之间的相位差，进行相位判决后作为调制相位差，其中，第一个符号直接进行相位判决，之后计算各符号至第一个符号的调制相位差的累加值，该累加值记为各符号相对于第一个符号的调制相位；将各符号相对于第一个符号的调制相位差的累加值去除，以获得当前符号去除调制相位后的实际相位；基于各符号的实际相位与频偏值的关系获得估计的频偏值。本发明专利技术的频偏估计方法，能够在低信噪比时兼顾估计范围和估计精度。

A Frequency Offset Estimation Method for Modulated Signals

The invention provides a frequency offset estimation method of a modulated signal. The method consists of the following steps: for the modulated signal requiring frequency offset estimation, the phase difference between all the symbols and the previous symbol is calculated from the second symbol, and then the phase difference is determined as the modulated phase difference. The first symbol carries out the phase decision directly, and then calculates the accumulated value of the modulated phase difference from each symbol to the first symbol. The accumulated value is recorded as each symbol. The modulation phase of the symbol relative to the first symbol; the cumulative value of the modulation phase difference of each symbol relative to the first symbol is removed to obtain the actual phase of the current symbol after removing the modulation phase; and the estimated frequency offset is obtained based on the relationship between the actual phase of each symbol and the frequency offset. The frequency offset estimation method of the present invention can take into account both the estimation range and the estimation accuracy when the signal-to-noise ratio is low.

【技术实现步骤摘要】
一种调制信号的频偏估计方法
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种调制信号的频偏估计方法。
技术介绍
在通信系统中，频偏估计与补偿的精度是正确解调的关键。典型地，频偏估计算法包括有数据辅助算法和无数据辅助算法，两者区别在于是否在突发中加入已知的辅助数据。有数据辅助的频偏估计算法通常基于最大似然估计，例如Fitz算法、Kay算法、L&R算法和M&M算法等。无数据辅助的频偏估计算法通常基于数据辅助算法的改进，例如，采用时域信号相关与相位旋转的方式去除QPSK信号的调制相位，再用Kay算法或者L&R算法进行频率偏移计算，当使用Kay算法时估计范围较大但算法的噪声门限较高，而使用L&R算法估计时，能够提高估计精度，但会降低估计范围；又如，通过Q次倍归一化信号进行自相关差分相位的加权求和得到频率偏移；再如，基于对M&M算法的改进，提出了A&C算法，其使用A&C算法粗估计，再利用L&R算法精估计，该算法实现了低信噪比时的大范围频偏估计，但是这种两步法的估计方式增加了估计时间和复杂度。综上，现有的无数据辅助频偏估计算法在低信噪比时无法兼顾估计范围和估计精度，在对低信噪比信号进行频偏估计时，提高估计精度通常会减小估计范围。例如，经验证，现有的经典估计算法用于π/4-CQPSK(π/4偏置四相相移键控)调制信号的频偏估计时，直接采用常规的M次方去调制法相对于QPSK调制信号，频偏估计范围会降低一半。因此，需要对现有技术进行改进，以提供改进的调制信号的频偏估计方法。
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缺陷，提供一种调制信号的频偏估计方法。根据本专利技术的第一方面，提供了一种调制信号的频偏估计方法。该方法包括以下步骤：步骤1：对于需要进行频偏估计的调制信号，从第二个符号起，计算所有符号与前一个符号之间的相位差，进行相位判决后作为调制相位差，其中，第一个符号直接进行相位判决，之后计算各符号至第一个符号的调制相位差的累加值，该累加值记为各符号相对于第一个符号的调制相位；步骤2：将各符号相对于第一个符号的调制相位差的累加值去除，以获得当前符号去除调制相位后的实际相位；步骤3：基于各符号的实际相位与频偏值的关系获得估计的频偏值。在一个实施例中，步骤1包括以下子步骤：步骤11：对第i个符号和对i-1个符号共轭复乘后取相位，获得相位差步骤12：根据以下公式对所述相位差进行判决，获得第i个符号和第i-1个符号的实际调制相位差在一个实施例中，在步骤2中，当前符号去除调制相位后的实际相位表示为：其中，i表示符号位置，N表示需要进行频偏估计的调制信号范围内的符号数，Δfi表示当前符号i的频偏值，为调制相位，为初始相偏，Tc为符号周期，n(i)为噪声项。在一个实施例中，步骤3包括以下子步骤：步骤31：建立当前符号i和符号i-m之间的相位增量的关系R(m)，表示为：其中，m表示延时值，N表示需要进行频偏估计的调制信号范围内的符号数，表示噪声相位增量，2πΔfmTc表示频偏相位。步骤32：利用R(m)＝k·m+b的关联关系通过线性拟合方法获得频偏值，其中k＝2πΔfTc，Δf表示频偏值，Tc为符号周期。在一个实施例中，步骤32包括：对R(m)和m进行加权，利用加权之后的R(m)和m之间的关联关系拟合出估计的频偏值。在一个实施例中，拟合的估计频偏值Δf为：R(m)和m的加权公式为：其中，m表示延时值，N表示需要进行频偏估计的调制信号范围内的符号数，m＝1,2,…N-1，Tc为符号周期。在一个实施例中，所述调制信号为π/4-CQPSK调制信号。根据本专利技术的第二方面，提供了一种频偏估计装置。该装置用于执行以下步骤：对于需要进行频偏估计的调制信号，从第二个符号起，计算所有符号与前一个符号之间的相位差，进行相位判决后作为调制相位差，其中，第一个符号直接进行相位判决，之后计算各符号至第一个符号的调制相位差的累加值，该累加值记为各符号相对于第一个符号的调制相位；将各符号相对于第一个符号的调制相位差的累加值去除，以获得当前符号去除调制相位后的实际相位；基于各符号的实际相位与频偏值的关系获得估计的频偏值。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：根据累计调制相位差去调制，延时相关得到各延时值的相位增量，并基于相位增量和频偏值的关系加权平滑线性拟合估计频偏值，解决了现有的无数据辅助经典估计算法无法兼顾估计精度和估计范围的问题，能够在低信噪比环境下同时保障估计精度与估计范围，尤其适用于π/4-CQPSK调制信号的频偏估计。附图说明以下附图仅对本专利技术作示意性的说明和解释，并不用于限定本专利技术的范围，其中：图1示出了根据本专利技术一个实施例的调制信号的频偏估计方法的流程图；图2示出了根据本专利技术一个实施例的频偏估计方法和现有技术的Fitz方法的频偏估计范围的对比图；图3示出了根据本专利技术一个实施例的频偏估计方法在不同噪声情况下的频偏估计范围的效果图；图4示出了根据本专利技术一个实施例的频偏估计方法和现有技术的Fitz方法的均方误差的效果对比图；图5示出了根据本专利技术一个实施例的频偏估计方法和现有技术的Fitz方法的估计范围内的均方误差的效果对比图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种调制信号的频偏估计方法，下文将以π/4-CQPSK调制信号为例进行介绍。简言之，该实施例考虑π/4-CQPSK调制信号的相位特点，通过从调制信号中去除累加调制相位差的方式去除调制相位，再对信号延时差分得到相位增量信息，进而利用不同延时值的差分相位增量进行线性拟合获得估计的频偏值。具体地，参见图1所示，该实施例包括以下步骤：步骤S110，判决获得调制信号的前后符号的实际调制相位差。在本文中，采用以下的调制信号模型：其中，i为符号位置，A(i)表示复数幅度值，Tc为符号周期，Δf为频偏(Δfi中下标i表示符号位置索引)，为调制相位，为初始相偏，N为符号数，n(i)为复高斯白噪声序列，其实部与虚部皆均值为0，方差为δ2。将公式(1)的前后符号共轭复乘，得到：其中，Δf为前后符号(即第i个符号和第i+1个符号)的频偏，为前后符号调制相位差，对于π/4-CQPSK调制方式，前后符号的调制相位差取值为对于公式(2)取相位，获得前后符号的调制相位差：对于公式(3)，不考虑噪声的影响，同时假设由频偏Δf引起的相偏2πΔfTc大于小于的情况下，可通过对调制相位差直接进行判决获得前后符号的实际调制相位差判决方式表示为：由公式(4)可知，当相位差大于等于-π并且小于时，将前后符号的实际调制相位差判决为等于因此，基于公式(4)可获得不同对应的前后符号的实际调制相位差。步骤S120，通过去除前后符号实际调制相位差的累加值的方式获得各符号的实际相位。对于符号S(i)的调制相位，其可以看作是符号S(i-1)的调制相位和两符号(即第i和i-1符号)调制相位差之和，通过递推可知，当前符号i的调制相位可以看作是第一个符号的调制相位与当前符号之前所有前后符号调制相位差的和。因此，各符号的调制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调制信号的频偏估计方法，包括以下步骤：步骤1：对于需要进行频偏估计的调制信号，从第二个符号起，计算所有符号与前一个符号之间的相位差，进行相位判决后作为调制相位差，其中，第一个符号直接进行相位判决，之后计算各符号至第一个符号的调制相位差的累加值，该累加值记为各符号相对于第一个符号的调制相位；步骤2：将各符号相对于第一个符号的调制相位差的累加值去除，以获得当前符号去除调制相位后的实际相位；步骤3：基于各符号的实际相位与频偏值的关系获得估计的频偏值。

【技术特征摘要】
1.一种调制信号的频偏估计方法，包括以下步骤：步骤1：对于需要进行频偏估计的调制信号，从第二个符号起，计算所有符号与前一个符号之间的相位差，进行相位判决后作为调制相位差，其中，第一个符号直接进行相位判决，之后计算各符号至第一个符号的调制相位差的累加值，该累加值记为各符号相对于第一个符号的调制相位；步骤2：将各符号相对于第一个符号的调制相位差的累加值去除，以获得当前符号去除调制相位后的实际相位；步骤3：基于各符号的实际相位与频偏值的关系获得估计的频偏值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括以下子步骤：步骤11：对第i个符号和对i-1个符号共轭复乘后取相位，获得相位差步骤12：根据以下公式对所述相位差进行判决，获得第i个符号和第i-1个符号的实际调制相位差3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤2中，当前符号去除调制相位后的实际相位表示为：其中，i表示符号位置，N表示需要进行频偏估计的调制信号范围内的符号数，Δfi表示当前符号i的频偏值，为调制相位，为初始相偏，Tc为符号周期，n(i)为噪声项。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3包括以下子步骤：步骤31：建立当前符号i和符号i-m之间的相位增量的关系R(m)，表示为：其中，m表示延时值，N表示需要进行频偏估计的调制信号范围内的符号数，表示噪声相位增量，2πΔfmTc表示频偏相位。步骤32：利用R(m)＝k·m+b的关联关系...

【专利技术属性】
技术研发人员：李质彬，司伟立，韩娟，石晶林，
申请(专利权)人：北京中科晶上科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11