一种超窄带通信的频偏估计与补偿方法技术

本发明专利技术公开一种超窄带通信的频偏估计与补偿方法，在新设计的ZCM序列的基础上，利用其幅值特性和良好的相关性，当接收端无先验信息时，可较好地判断前导码的索引号，并且在此基础上进行频偏估计。首先进行小数倍频偏估计与补偿，其核心是采用相关运算得到接收序列的相位，并利用差分的方法从序列中提取相位，用于计算频偏估计值。然后进行整数倍频偏估计与补偿，提供了一种新的差分共轭乘积矩阵的整数倍频偏估计函数，可以通过调节差分共轭乘积矩阵互相关求和的行数来实现估计性能和计算复杂度之间的权衡。本发明专利技术通过结合小数倍估计与整数倍估计，提高了低信噪比环境下的频偏估计与补偿性能。补偿性能。补偿性能。

【技术实现步骤摘要】
一种超窄带通信的频偏估计与补偿方法


[0001]本专利技术涉及通信
，更具体的，涉及一种超窄带通信的频偏估计与补偿方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着无线通信业务的快速发展，可用的频谱资源变得越来越稀缺。因此，如何高效地使用有限的频谱成为了研究的焦点。超窄带通信是一种可以提供极高频谱利用率的技术，其采用先进的编码技术，通过缩小调制码元之间的波形差别，使得占用的带宽尽可能的窄，从而获得较高的频谱利用率。在超窄带通信中，信号具有传输距离远及穿透能力强的特点，并且由于振荡器不匹配或多普勒频移的存在，导致载波频率偏移问题的出现。因此，为了保证通信的稳定，需要对频偏估计及补偿技术进行研究。
[0003]目前对频偏估计方法已有不少研究，可以按其是否需要特殊序列辅助分为两大类，即基于特殊序列辅助的频偏估计方法和基于非特殊序列辅助的盲估计方法。基于非特殊序列辅助的盲估计方法主要有基于循环前缀进行频偏估计和利用虚拟子载波进行频偏估计等方法。这类算法的主要特点就是频谱利用率高，但计算复杂度相对较高。基于特殊序列辅助的频偏估计方法主要的特点在于使用了特殊序列，如导频、前导码或训练序列等。该类算法的主要原理是在发射端设计特殊的序列，接收端接收到信号后利用提取出此序列与发送端的序列进行相关等操作，从而求得接收信号的频偏估计值。基于特殊序列辅助的盲频偏估计方法的优点是捕获速度较快，而且精度较高，非常适用于信噪比较低的环境下的频偏估计与补偿。
[0004]不过，目前已有的频偏估计算法仍存在不足，其中最主要的是如何提升在低信噪比环境下，接收端进行频偏估计的精度，从而提升频偏补偿的性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对超窄带通信下的载波频率偏移问题，基于新构造的ZCM序列，利用其恒幅值特性和良好的相关性，使得接收端在没有先验信息的情况下，能够较好地判断前导码的索引号，并且在此基础上进行频偏估计。另外，提供了一种基于本地频域序列的差分共轭乘积矩阵和接收频域序列的差分共轭乘积矩阵的整数倍频偏估计函数，可以通过调节差分共轭乘积矩阵互相关求和的行数来实现估计性能和计算复杂度之间的权衡。通过结合小数倍频偏估计与整数倍频偏估计，提高了低信噪比环境下的频偏补偿性能。
[0006]为实现上述目标，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种超窄带通信的频偏补偿算法，包括以下步骤：
[0008]S1：输入经过定时同步与解调的接收信号r(n)，n＝0，1，
……
，L
‑
1，从中提取出前导码序列r
′
(k)，k＝0，1，
……
，N
‑
1，N＜L；
[0009]S2：判断前导码序列r
′
(k)的索引号，得到本地对应索引号的前导码序列s(k)；
[0010]S3：进行小数倍频偏估计，得到小数倍频偏估计值
[0011]S4：对接收信号进行小数倍频偏补偿；
[0012]S5：进行整数倍频偏估计，得到整数倍频偏估计值
[0013]S6：对接收信号进行整数倍频偏补偿；
[0014]S7：频偏补偿结束，输出结果。
[0015]优选地，步骤S1中的前导码的设计，具体为：
[0016]采用M序列x
m
(k)加扰ZC序列获得的ZCM序列，其表达式为：
[0017][0018]其中，为ZC序列表达式，N为序列长度，u为根序列索引。x
m
(k)序列由线性反馈移位寄存器生成，生成表达式为p
10
+p3+1，初始状态设定为[1，0，0，0，0，0，0，0，0，0]。
[0019]优选地，步骤S2中判断前导码序列r
′
(k)的索引号，具体为：
[0020]S2.1：所有本地序列x(k)一次与接收序列r
′
(k)进行相关操作，得到功率时延谱，其表达式为
[0021]S2.2：将功率时延谱的峰值记为T，若T＜γ，则判断为该本地序列的索引号错误，并进行下一个本地序列相关运算，直到存在相关峰T
i
＞γ，该本地序列对应的索引号i即为当前接收端接收信号的前导码索引号；
[0022]S2.3：利用索引号i搜索到前导码s(k)。
[0023]优选地，步骤S2.2中阈值γ的设定，具体为：
[0024][0025]式中，α为阈值常数，变化范围为[1，1.1，1.2，
…
，15.9，16]，在前导码索引号的检测中从小到大遍历α，直到得到满足所设定的检测漏警率的最小阈值常数。
[0026]优选地，步骤S3中小数倍频偏估计的方法，具体为：
[0027]S3.1：将接收信号中的前导码序列r
′
(k)与本地对应索引号的前导码s(k)进行共轭相乘，计算相关序列，即y(k)＝r
′
(k)
·
s
*
(k)；
[0028]S3.2：将相关序列的前半部分[y(1)，y(2)，...，y(N/2)]和后半部分S3.2：将相关序列的前半部分[y(1)，y(2)，...，y(N/2)]和后半部分进行共轭相关得到w，其表达式为：
[0029][0030]S3.3：计算小数倍频偏估计值
[0031]优选地，步骤S4中对接收信号补偿小数倍频偏的表达式为：
[0032][0033]优选地，步骤S5中整数倍频偏估计的方法，具体为：
[0034]S5.1：从小数倍频偏补偿后的接收信号中提取出前导码序列r
″
(k)，并对其进行DFT，即得到频域序列R＝[R0，R1，...，R
N
‑1]＝[R(0)，R(1)，...，R(N
‑
1)]；
[0035]S5.2：对R进行循环移位得到循环移位接收序列利用R
v
构造接收差分共轭乘积矩阵Q
v
；
[0036]S5.3：类似的，对本地时域前导码序列s(k)进行DFT，即得到本地频域序列S＝[S0，S1，...，S
N
‑1]＝[S(0)，S(1)，...，S(N
‑
1)]，利用S构造差分共轭乘积矩阵C；
[0037]S5.4：使用本地差分共轭乘积矩阵C和接收差分共轭乘积矩阵Q
v
的前L行元素进行互相关，并对其绝对值求和，得到互相关绝对值和函数P(v)，其表达式为互相关，并对其绝对值求和，得到互相关绝对值和函数P(v)，其表达式为其中L是互相关值求和的行数，1≤L≤N
‑
1；
[0038]S5.5：得到整数频偏估计函数其中I(v)为归一化函数，表达式为其中I(v)为归一化函数，表达式为
[0039]S5.6：对整数倍频偏估计函数T(v)进行峰值搜索，得到整数倍频偏估计值表达式为：
[0040]优选地，步骤S5.2中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超窄带通信的频偏估计与补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：输入经过定时同步与解调的接收信号r(n),n＝0,1,
……
,L
‑
1，从中提取出前导码序列r
′
(k),k＝0,1,
……
,N
‑
1,N<L；S2：判断前导码序列r
′
(k)的索引号，得到本地对应索引号的前导码序列s(k)；S3：进行小数倍频偏估计，得到小数倍频偏估计值S4：对接收信号进行小数倍频偏补偿；S5：进行整数倍频偏估计，得到整数倍频偏估计值S6：对接收信号进行整数倍频偏补偿；S7：频偏补偿结束，输出结果。2.根据权利要求1所述的超窄带通信的频偏估计与补偿方法，其特征在于，步骤S1中的前导码的设计，具体为：采用M序列x
m
(k)加扰ZC序列获得的ZCM序列，其表达式为：其中，为ZC序列表达式，N为序列长度，u为根序列索引。x
m
(k)序列由线性反馈移位寄存器生成，生成表达式为p
10
+p3+1，初始状态设定为[1,0,0,0,0,0,0,0,0,0]。3.根据权利要求2所述的超窄带通信的频偏估计与补偿方法，其特征在于，步骤S2中判断前导码序列r
′
(k)的索引号，具体为：S2.1：所有本地序列x(k)一次与接收序列r
′
(k)进行相关操作，得到功率时延谱，其表达式为S2.2：将功率时延谱的峰值记为T，若T<γ，则判断为该本地序列的索引号错误，并进行下一个本地序列相关运算，直到存在相关峰T
i
>γ，该本地序列对应的索引号i即为当前接收端接收信号的前导码索引号；S2.3：利用索引号i搜索到前导码s(k)。4.根据权利要求3所述的超窄带通信的频偏估计与补偿方法，其特征在于，步骤S2.2中阈值γ的设定，具体为：式中，α为阈值常数，变化范围为[1,1.1,1.2,
…
,15.9,16]，在前导码索引号的检测中从小到大遍历α，直到得到满足所设定的检测漏警率的最小阈值常数。5.根据权利要求4所述的超窄带通信的频偏估计与补偿方法，其特征在于，步骤S3中小数倍频偏估计的方法，具体为：S3.1：将接收信号中的前导码序列r
′
(k)与本地对应索引号的前导码s(k)进行共轭相乘，计算相关序列，即y(k)＝r
′
(k)
·<...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜园，王沿朝，何汶璐，汤荔豪，赵磊，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：