一种基于多径能量的频偏估计方法与流程

1.本发明属于频偏估计技术领域，具体涉及一种基于多径能量的频偏估计方法。


背景技术：

2.随着信息传输速率的提升，以及对时延和传输可靠性的要求提高。同步技术是无线信号解调的基础，其中载波同步技术(频偏估计)在低信噪比、选择性衰落信道下进行稳定、高精度的频偏估计可以有效提升数据解调灵敏度。如果存在频偏如图1所示，会造成误码率的提升，降低了解调灵敏度。
3.传统的单载波频偏估计方法大多基于特殊同步头设计的差分方法，如图2所示典型的同步头结构，特别是在低信噪比条件下，无法利用数据部分进行频偏估计。如果能够利用数据部分的有效信息可以进一步的提升频偏估计精度。
4.如果利用数据部分的信息进行频偏估计需要使用基于频域的频偏估计方法，在盲信号解调中常用此方法，但是往往只能选择一条最强径进行频偏估计。而其他的多径中也包含着频偏的信息，因此本发明通过多径能量和与频偏的关系进行频偏估计。同时，可以通过ljea频域插值技术降低复杂度。
5.在实际的应用系统中会存在多普勒或者本地晶振频偏，特别是跳频通信中，需要准确的频偏估计。在突发信号传输系统中，信道环境复杂，由于实际应单位时间内跳数和带宽不断增加，那么对解调性能的提升或者维持提出了更高的要求。其中，频偏估计就是一个重要的过程，由于同步头比较短，如果只使用传统的差分方法无法提升性能。那么可以利用数据部分信息进行进一步的频偏修正。进而，能够在较低的信噪比下达到较高的灵敏度。
6.如果利用数据部分进行频偏估计，就破坏了同步头格式，无法进行差分估计，那么可以通过频率谱线估计方法。而传统通过频率谱线的估计方式是选择最强径进行频偏估计，如图3中的”a”径。本文利用窗口中”a～f”多径的能量之和进行频偏估计，进而提升低信噪比下的估计精度。


技术实现要素：

7.(一)要解决的技术问题
8.本发明要解决的技术问题是如何提供一种基于多径能量的频偏估计方法，以解决通过选择最强径进行频偏估计在低信噪比下精度不高的问题。
9.(二)技术方案
10.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于多径能量的频偏估计方法，该方法包括：假设经过经过粗频偏估计后，剩余频偏小于预设值，则在进行频偏补偿后再进行相关求和，计算窗口内所有多径的能量值，获得五个特定频点的多径能量和，然后再通过这五个点基于插值的ljea的方法计算最大值所在的位置，即得到频偏估计结果。
11.进一步地，预设值为fft变换的分辨率。
12.进一步地，分辨率为数据采样率/采用数据的个数。
13.进一步地，通过这五个点基于插值的ljea的方法计算最大值所在的位置，即得到频偏估计结果包括：依据归一化频域位置取0和
±
1，
±
1/2五个点的幅度ψ(0)，ψ(
±
1)，ψ(
±
1/2)，通过ljea方法对频偏δf＝fs·
δξ进行计算，fs表示采样率，δξ具体计算公式如下：
[0014][0015]
其中，|ψ(n
s-1)|表示傅里叶变换后的第n
s-1个点的幅度值，表示傅里叶变换后的第个点的幅度值，ns表示采用傅里叶变换的点数。
[0016]
本发明还提供一种基于多径能量的频偏估计方法，该方法包括如下步骤：
[0017]
第一步，假设采用计算的码片为n，每个码片一个采样点，那么接收的信号表示为：x(k)＝s(k)e
2πjδfk
n(k)，其中s(k)为信息码片序列，n(k)为接收的噪声，e
2πjδfk
表示发生频偏的载波，δf表示频偏量，k表示第k个采样点；假设信号的频偏小于预设值，则通过信道到达检测算法获取信号的同步头位置，然后获得带有频偏δf的信号x(k)；
[0018]
第二步，对x(k)进行频偏补偿，假设补偿的频偏为f，通过载波进行补偿，计算相关求和结果偿，计算相关求和结果其中表示第n个起始点的采样序列，对应的就是第n个多径采样序列；其中，fs表示采样率，n表示参与计算的所有采样点的总个数；
[0019]
第三步，利用第二步中的幅度值计算所有n个多径的能量和,即：其中width表示窗口宽度，表示选择计算总的多径个数；
[0020]
第四步，选择f分别为频点补偿位置计算r(f)，通过这五个点基于插值的ljea的方法计算最大值所在的位置，即得到频偏估计结果。
[0021]
进一步地，预设值为fft变换的分辨率。
[0022]
进一步地，分辨率为fs表示采样率，n表示参与计算的所有采样点的总个数。
[0023]
进一步地，频点补偿位置对应归一化频域位置取0和
±
1，
±
1/2的位置，即幅度最高点、幅度最低点和幅度为最高点1/2的位置。
[0024]
进一步地，依据归一化频域位置取0和
±
1，
±
1/2五个点的幅度ψ(0)，ψ(
±
1)，ψ(
±
1/2)，通过ljea方法对频偏δf＝fs·
δξ进行计算，δξ具体计算公式如下：
[0025]
[0026]
其中，|ψ(n
s-1)|表示傅里叶变换后的第n
s-1个点的幅度值，表示傅里叶变换后的第个点的幅度值，ns表示采用傅里叶变换的点数。
[0027]
进一步地，δξ计算公式通过傅里叶变换公式在零点的泰勒展开，留取低阶项化简得到插值结果。
[0028]
(三)有益效果
[0029]
本发明提供一种基于多径能量的频偏估计方法，本发明提出的改进方法具有两个效果：1)提升了在低信噪比下的稳定性，提升了估计精度；2)在多径的条件下提升了信息的利用率。
[0030]
本发明基于多径条件下频域的频偏估计做了进一步改进，能够在低信噪比下获得更加准确的频偏估计结果。利用多径能量求和的方法，在低信噪比情况下使得频偏估计更加准确。如图4所示，当信噪比小于2db时本文的方法优于基于差分的方法，如果再利用捕获部分的数据将会有更好的效果。同时在整个信噪比区间内，基于多径能量和的频偏估计方法要优于基于最强径的频偏估计方法。同时计算量没有明显的增加，在可接受的范围内。
附图说明
[0031]
图1为存在频偏情况下的单载波信号示意图；
[0032]
图2为同步数据帧结构示意图；
[0033]
图3为多径示意图；
[0034]
图4为估计精度对比结果；
[0035]
图5为通过ljea方法频偏估计方法计算说明示意图；
[0036]
图6为基于多径能量的频偏估计方法示意。
具体实施方式
[0037]
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
[0038]
本发明的基于多径能量的频偏估计方法，包括：
[0039]
假设经过经过粗频偏估计后，剩余频偏小于预设值，即小于fft变换的分辨率(数据采样率/采用数据的个数)。进行频偏补偿后再进行相关求和，计算窗口内所有多径的能量值。通过上述类似的过程获得五个特定频点的多径能量和，然后再通过这五个点基于插值的ljea的方法计算最大值所在的位置，即得到频偏估计结果。具体过程如下所示。
[0040]
实施例1：
[0041]
本发明的基于多径能量的频偏估计方法，包括：
[0042]
假设采用计算的码片为n，每个码片一个采样点，那么接收的信号可以表示为：其中s(k)为信息码片序列，n(k)为接收的噪声，e
2πjδfk
表示发生频偏的载波，δf表示频偏量，单位是hz，k表示第k个采样点。假设信号的频偏小于预设值，预设值为fs表示采样率，n表示参与计算的所有采样点的总个数。
[0043]
第一步，通过信道到达检测算法获取信号的同步头位置，然后获得带有频偏δf的信号x(k)；
[0044]
第二步，对x(k)进行频偏补偿，假设补偿的频偏为f，通过载波进行补偿，计算相关求和结果偿，计算相关求和结果其中表示第n个起始点的采样序列，对应的就是第n个多径采样序列；
[0045]
第三步，利用第二步中的幅度值计算所有n个多径的能量和,即：其中width表示窗口宽度，表示选择计算总的多径个数；
[0046]
第四步，如上图5所示，f分别为频点补偿位置计算r(f)，对应图5中归一化频域位置取0和
±
1，
±
1/2五个点(幅度最高点、幅度最低点和幅度为最高点1/2的位置)的幅度ψ(0)，ψ(
±
1)，ψ(
±
1/2)。通过ljea方法对频偏δf＝fs·
δξ进行计算，δξ具体计算公式如下：
[0047][0048]
其中，|ψ(n
s-1)|表示傅里叶变换后的第n
s-1个点的幅度值，表示傅里叶变换后的第个点的幅度值，ns表示采用傅里叶变换的点数。
[0049]
上述公式通过傅里叶变换公式在零点的泰勒展开，留取低阶项化简得到上述插值结果。这是一个成熟的方法具体参考相应的文献。
[0050]
本发明基于多径条件下频域的频偏估计做了进一步改进，能够在低信噪比下获得更加准确的频偏估计结果。利用多径能量求和的方法，在低信噪比情况下使得频偏估计更加准确。如图4所示，当信噪比小于2db时本文的方法优于基于差分的方法，如果再利用捕获部分的数据将会有更好的效果。同时在整个信噪比区间内，基于多径能量和的频偏估计方法要优于基于最强径的频偏估计方法。同时计算量没有明显的增加，在可接受的范围内。
[0051]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。