【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信的信道测量，尤其涉及一种用于信道状态信息中载波频偏追踪的粒子滤波方法。
技术介绍
1、wi-fi感知能力高度依赖于csi(信道状态信息)测量的精度，但由发送端与接收端的本地晶振频率差异产生的cfo(载波频率偏移)会给csi带来累积相位误差。另外，逻辑接口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，导致载波频率偏移产生漂移，从而给csi带来更多的相位误差。因此，载波频率偏移给基于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、现有技术中，已有对载波频率偏移进行比较成熟的估计方法，如专利技术专利cn201310363774.6一种快变信道下正交频分复用系统载波频偏估计算法，该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；专利技术专利cn201610147118.6一种适用于mimo-ofdm系统的载波频偏估计方法，该方法利用接收到的短训练序列和长训练序列来进行粗频偏和精频偏估计及补偿，从而有效提高了mimo系统载波频偏估计的精度；专利技术专利202210328295.x一种基于导频的载波频偏估计方法，该方法能够在保持估计精度的前提下扩大估计范围。
3、上述提供的估计方法均有效地估计了载波频率偏移，但基于自相关运算的方法对噪声敏感，且自相关函数的计算量较大，基于导频的估计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
技术实现思路
1、本专利技术为了
技术介绍
中无法对载波频率偏移进行长时间动态地追踪缺陷，导致估计精确度不高、鲁棒性低的问题，提供了一种用于信道状态信息中载波频偏追踪的粒子滤波方法，采用esprit算法，对训练段帧进行载波频率偏移估计，再在此基础上，对wi-fi帧进行粒子滤波，得到追踪段帧csi的长时间动态的载波频率偏移估计值序列,具有高鲁棒、低计算开销以及估计值精确度高的有益效果。
2、本专利技术目的通过下述技术方案来实现：
3、一种用于信道状态信息中载波频偏追踪的粒子滤波方法，包括如下步骤：
4、s1、发送端向接收端发送若干wi-fi帧，接收端对各帧的信道状态信息进行dc号子载波插值，并获得含dc号子载波的相位序列θdc，将相位序列θdc分为训练段帧相位序列和追踪段帧相位序列并构建间隔序列dt；
5、s2、通过esprit算法对训练段帧相位序列进行谱估计得到训练段帧的载波频率偏移估计值
6、s3、构建用于载波频率偏移追踪的粒子滤波器的状态向量x,所述状态向量x包括4个状态变量，依次为载波频率偏移变化率frate、载波频率偏移数值fcfo、解卷绕的相位积累量θunwrap以及未解卷绕的相位积累量θwrap，其中通过k的取值依次表示4个状态变量，k的取值范围为1至4；
7、s4、通过状态转移函数fk分别计算4个状态变量在t状态的先验粒子集合
8、s5、通过先验粒子集合与相位序列θdc计算粒子权重集合w(t)；
9、s6、通过粒子权重集合w(t)对先验粒子集合重采样，构建4个状态变量的后验粒子集合
10、s7、通过后验粒子集合的期望作为4个状态变量的后验预测值其中状态变量载波频率偏移数值fcfo的后验预测值为载波频率偏移动态追踪的结果。
11、与现有技术相比，本技术方案的有益效果在于：
12、(1)采用了esprit算法计算训练段帧载波频率偏移的估计值，保证载波频率偏移估计精度的同时降低时间复杂度，具有高分辨率和低计算复杂性。
13、(2)通过使用粒子滤波器构建对应的状态变量的状态转移函数，并计算出对应状态变量的先验粒子集合，再根据先验粒子集合与相位序列计算粒子权重集合，最后根据粒子权重集合对先验粒子集合重采样，得出状态变量的后验粒子集合，确保了粒子的分布能够反映系统状态的后验概率分布，通过不断迭代，可以得到系统状态的后验概率密度函数的近似值，保证了最后的状态变量的载波频率偏移数值fcfo的后验预测值作为载波频率偏移长期追踪结果的精确度，具有估计值精确度高、高鲁棒性的优点。
14、(3)本专利技术中的提供对载波频率偏移长期追踪的粒子滤波方法对设备配置要求低，仅需要商用网卡即可完成载波频率偏移的长期追踪，更便于实际操作，降低操作成本。
15、优选的，步骤s4包括以下分步骤：
16、s41、通过4个状态变量构建状态向量x,具体构建方式如下：
17、
18、其初始值依次为0、状态向量x的初始值x[1]即为
19、s42、构建对应状态变量的粒子集合mk，每个粒子集合包含pn个粒子，具体构建如下：
20、
21、式中，k表示状态变量，n表示正态分布，表示状态向量对应状态变量初始值，qk表示对应状态变量的过程噪声方差；
22、s43、对每个状态变量的粒子集合mk进行初始化，得到对应状态变量的所有粒子初始化集合即为对应状态变量的初始值集合：
23、
24、式中，表示第i个粒子对应状态变量的初始值，并通过以下公式进行计算，
25、
26、式中，表示从状态向量x的初始值x[1]中取得对应状态变量的初始值；
27、s44、根据转移函数fk计算当前t状态的先验粒子集合
28、
29、
30、式中，参数为对应状态变量t-1状态下的先验粒子，其初始值为参数wk为过程噪声。
31、进一步优选的，步骤s44转移函数fk为：
32、
33、式中，转移函数fk下标k的取值依次对应状态变量的计算公式，(k取值1至4)表示对应状态变量当前t状态的先验预测值，表示对应状态变量的t-1状态的后验预测值，wk表示对应状态变量的过程噪声，dt表示帧间隔序列，wraptopi()表示将相位卷绕至[-π,π]之间。
34、进一步优选的，步骤s44中过程噪声wk计算方式为：
35、
36、式中，qk为过程噪声方差。
37、优选的，步骤s5包括以下分步骤：
38、s51、根据相位序列θdc，通过观测函数g，计算出状态变量θwrap在t状态下的观测向量z[t]；
39、s52、根据状态变量θwrap的观测向量z[t]和先验粒子集合通过权重计算公式计算出的粒子权重wi，并构建出粒子权重集合w(t)＝本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于信道状态信息中载波频偏追踪的粒子滤波方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于信道状态信息中载波频偏追踪的粒子滤波方法，其特征在于：步骤S4包括以下分步骤：
3.根据权利要求2所述的一种用于信道状态信息中载波频偏追踪的粒子滤波方法，其特征在于：步骤S44转移函数Fk为：
4.根据权利要求2所述的一种用于信道状态信息中载波频偏追踪的粒子滤波方法，其特征在于：步骤S44中过程噪声wk计算方式为：
5.根据权利要求1所述的一种用于信道状态信息中载波频偏追踪的粒子滤波方法，其特征在于：步骤S5包括以下分步骤：
6.根据权利要求5所述的一种用于信道状态信息中载波频偏追踪的粒子滤波方法，其特征在于：分步骤S51中观测向量Z[t]的构建过程如下：
7.根据权利要求5所述的一种用于信道状态信息中载波频偏追踪的粒子滤波方法，其特征在于：分步骤S52中的粒子权重计算公式如下：
8.根据权利要求1所述的一种用于信道状态信息中载波频偏追踪的粒子滤波方法，其特征在于：步骤S7中后验预测值
9.根据权利要求1或权利要求3所述的一种用于信道状态信息中载波频偏追踪的粒子滤波方法，其特征在于：所述间隔序列dt的构建方式为：
...【技术特征摘要】
1.一种用于信道状态信息中载波频偏追踪的粒子滤波方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于信道状态信息中载波频偏追踪的粒子滤波方法，其特征在于：步骤s4包括以下分步骤：
3.根据权利要求2所述的一种用于信道状态信息中载波频偏追踪的粒子滤波方法，其特征在于：步骤s44转移函数fk为：
4.根据权利要求2所述的一种用于信道状态信息中载波频偏追踪的粒子滤波方法，其特征在于：步骤s44中过程噪声wk计算方式为：
5.根据权利要求1所述的一种用于信道状态信息中载波频偏追踪的粒子滤波方法，其特征在于：步骤s5包...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋志平，李瑞，段渝，李云东，杨兰琪，张岱阳，皇甫丙祥，段永辉，李星睿，
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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