【技术实现步骤摘要】
本申请涉及无线通信，具体而言，涉及一种载波频率偏移追踪方法及装置。
技术介绍
1、wi-fi感知能力高度依赖于信道状态信息(channel state information，csi)测量的精度，但由tx与rx的本地晶振(local oscillator，lo)频率差异产生的载波频率偏移(carrier frequency offset,cfo)会给csi带来累积相位误差。另外，lo对温度变化较为敏感，设备长时间的运行会使设备内部温度升高，导致cfo产生漂移，从而给csi带来更多的相位误差。因此，cfo给基于csi相位的感知技术发展带来严重影响，阻碍了无线相位同步、wi-fi相控阵、wi-fi成像等新一代wi-fi技术的发展。
2、在现有技术中有多种估计载波频偏(cfo)的方法，例如一种基于自相关运算的ofdm系统载波频偏估计方法能够有效地降低计算复杂度，同时经过仿真验证，改进后的算法表现良好。还有一种基于导频的载波频偏估计方法在保持估计精度的前提下扩大估计范围，虽然上述的方法均有效估计了cfo，但是第一种方法对噪声敏感，且自相关函数的计算量较大，第二种方法对导频的选择和发送有较为严格的要求，在高速移动的通信系统中，如果导频的发送周期太长，频偏的累积误差可能会很大；如果导频的发送周期太短，导频序列的长度可能不足以支持准确的频偏估计。
3、由于现有技术的方法的局限性使其难以应用于广泛的wi-fi感知实践，更重要的是，wi-fi感知需要长期稳定的cfo追踪才可以对其进行精确校准，短期的cfo估计无法满足wi-
技术实现思路
1、本申请的目的在于，为了克服现有的技术缺陷，提供了一种载波频率偏移追踪方法及装置，通过结合谱估计算法、多重信号分类算法、卡尔曼滤波器对cfo动态追踪，具有一定的鲁棒性。
2、本申请目的通过下述技术方案来实现：
3、第一方面，本申请提出了一种载波频率偏移追踪方法，所述方法应用于接收端，包括：
4、接收发送端发送的wi-fi帧，对所述wi-fi帧的信道状态信息进行测量得到相位序列及接收时间序列；
5、通过wi-fi帧中的标志位区分训练段帧和追踪段帧；
6、采用plomb功率谱估计算法与多重信号分类算法对相位序列及接收时间序列进行处理得到训练段帧的cfo估计值；
7、在追踪段帧中利用训练段帧的cfo估计值对卡尔曼滤波器进行初始化，并根据训练段帧的cfo估计值、解卷绕后的dc号子载波相位以及接收时间序列的帧间隔得到状态描述参数，解卷绕后的dc号子载波相位为将相位序列中的相位差补偿至预测相位形成的；
8、根据状态描述参数计算后验预测值和后验估计协方差矩阵；
9、利用后验估计协方差矩阵更新先验预测协方差矩阵，对追踪段帧进行循环运算得到多个后验预测值完成对cfo的长期追踪。
10、在一种可能的实施方式中，在追踪段帧中利用训练段帧的cfo估计值对卡尔曼滤波器进行初始化，并根据训练段帧的cfo估计值、解卷绕后的dc号子载波相位以及接收时间序列的帧间隔得到状态描述参数的步骤，包括：
11、在追踪段帧利用训练段帧的cfo估计值对卡尔曼滤波器的过程噪声和观测噪声进行初始化；
12、根据训练段帧的cfo估计值、解卷绕后的dc号子载波相位以及接收时间序列的帧间隔计算出k-1时刻帧的状态描述参数xk-1：
13、
14、其中，表示cfo变化率，表示当前cfo，δcfo表示当前cfo在帧间隔δt内的累积相位。
15、在一种可能的实施方式中，根据状态描述参数计算后验预测值和后验估计协方差矩阵；
16、基于状态描述参数计算当前时刻的先验预测协方差矩阵
17、将先验预测协方差矩阵结合解卷绕后的dc号子载波相位计算当前相位值；
18、根据当前时刻的先验预测协方差矩阵、观测噪声和观测矩阵计算卡尔曼增益；
19、根据当前相位值、观测矩阵和下一时刻k的先验预测值计算残差值；
20、利用残差值计算后验预测值；
21、利用卡尔曼增益、观测矩阵以及后验预测协方差矩阵计算后验估计协方差矩阵。
22、在一种可能的实施方式中，基于状态描述参数计算当前时刻的先验预测协方差矩阵的步骤，包括：
23、通过状态描述参数构建状态转移矩阵；
24、通过状态转移矩阵和状态描述参数得到下一时刻k的先验预测值；
25、使用上一时刻k-1的后验预测协方差矩阵来计算当前时刻的先验预测协方差矩阵。
26、在一种可能的实施方式中，根据状态描述参数，结合解卷绕后的dc号子载波相位计算当前相位值的步骤，包括：
27、计算下一时刻k的先验预测值的分量和解卷绕后的dc号子载波相位在复数空间上的预测残差；
28、将预测残差与下一时刻k的先验预测值的分量求和得到当前相位值。
29、在一种可能的实施方式中，利用残差值计算后验预测值的步骤，包括：
30、利用卡尔曼增益对残差值进行校正得到校正后的残差值；
31、将到校正后的残差值与下一时刻k的先验预测值进行加和得到后验预测值。
32、第二方面，本申请提出了一种载波频率偏移追踪装置，所述装置包括：
33、测量模块，用于接收发送端发送的wi-fi帧，对所述wi-fi帧的信道状态信息进行测量得到相位序列及接收时间序列；
34、帧划分模块，用于通过wi-fi帧中的标志位区分训练段帧和追踪段帧；
35、数据处理模块，用于采用plomb功率谱估计算法与多重信号分类算法对相位序列及接收时间序列进行处理得到训练段帧的cfo估计值；
36、初始化模块，用于在追踪段帧中利用训练段帧的cfo估计值对卡尔曼滤波器进行初始化，并根据训练段帧的cfo估计值、解卷绕后的dc号子载波相位以及接收时间序列的帧间隔得到状态描述参数，解卷绕后的dc号子载波相位为将相位序列中的相位差补偿至预测相位形成的；
37、计算模块，用于根据状态描述参数计算后验预测值和后验估计协方差矩阵；
38、输出模块，用于利用后验估计协方差矩阵更新先验预测协方差矩阵，对追踪段帧进行循环运算得到多个后验预测值完成对cfo的长期追踪。
39、在一种可能的实施方式中，所述初始化模块，还用于：
40、在追踪段帧利用训练段帧的cfo估计值对卡尔曼滤波器的过程噪声和观测噪声进行初始化；
41、根据训练段帧的cfo估计值、解卷绕后的dc号子载波相位以及接收时间序列的帧间隔计算出k-1时刻帧的状态描述参数xk-1：
42、
43、其中，表示cfo变化率，表示当前cfo，δcfo表示当前cfo在帧本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种载波频率偏移追踪方法，其特征在于，所述方法应用于接收端，包括：
2.如权利要求1所述的载波频率偏移追踪方法，其特征在于，在追踪段帧中利用训练段帧的CFO估计值对卡尔曼滤波器进行初始化，并根据训练段帧的CFO估计值、解卷绕后的DC号子载波相位以及接收时间序列的帧间隔得到状态描述参数的步骤，包括：
3.如权利要求1所述的载波频率偏移追踪方法，其特征在于，根据状态描述参数计算后验预测值和后验估计协方差矩阵；
4.如权利要求3所述的载波频率偏移追踪方法，其特征在于，基于状态描述参数计算当前时刻的先验预测协方差矩阵的步骤，包括：
5.如权利要求3所述的载波频率偏移追踪方法，其特征在于，根据状态描述参数，结合解卷绕后的DC号子载波相位计算当前相位值的步骤，包括：
6.如权利要求2所述的载波频率偏移追踪方法，其特征在于，利用残差值计算后验预测值的步骤，包括：
7.一种载波频率偏移追踪装置，其特征在于，所述装置包括：
8.如权利要求7所述的载波频率偏移追踪装置，其特征在于，所述初始化模块，还用于：
...【技术特征摘要】
1.一种载波频率偏移追踪方法，其特征在于，所述方法应用于接收端，包括：
2.如权利要求1所述的载波频率偏移追踪方法，其特征在于，在追踪段帧中利用训练段帧的cfo估计值对卡尔曼滤波器进行初始化，并根据训练段帧的cfo估计值、解卷绕后的dc号子载波相位以及接收时间序列的帧间隔得到状态描述参数的步骤，包括：
3.如权利要求1所述的载波频率偏移追踪方法，其特征在于，根据状态描述参数计算后验预测值和后验估计协方差矩阵；
4.如权利要求3所述的载波频率偏移追踪方法，其特征在于，基于状态描述参数计算当前时刻的先验预测协方差矩阵的步骤，包括：
5.如权利要求3所述的载波频率偏移追踪方法，其特征在于，根据状态描述参数，结合解卷绕后的dc号子载波...
【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞，蒋志平，李星睿，段渝，张岱阳，孙璟玥，皇甫丙祥，李云东，段永辉，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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