[发明专利]一种正交幅度调制信号的盲载波频偏估计方法

说明书

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，涉及一种正交幅度调制信号的盲载波频偏估计方法，特别是一种对数字调相信号进行非数据辅助的多普勒频偏估计的方法。

背景技术

在数字通信中，由于接收机振荡器不稳定和多普勒效应等因素，使得接收信号的载波与本地载波之间不能完全同步，存在一定的频率偏差，因此在经过相干解调和下变频后得到的基带信号中，通常含有载波频率偏移。在突发模式传输通信系统的相干检测中频偏估计具有关键作用，估计的准确性直接影响接收信号的误码率。

假设数据辅助的前导信息已知或者星座图类型和增益已知，那么在高信噪比条件下，可以较容易的估算接近理想值的频率偏移值。但是，额外的辅助数据需要占用频谱资源，降低了系统传输的有效性。

非数据辅助同步的频偏估计方面研究主要包括快似然函数估计算法、快速傅里叶变换(FFT)算法、直方图算法等。其中文献(Blind carrier frequency offset estimation for QAM signals based on weighted 4^th power of signal samples)中的似然估计算法的均方误差接近理想值，然而此算法没有闭式解，因此计算量较大，难以进行实时处理。而文献(Non-data-aided wide-range frequency offset estimation for QAM optical coherent receivers)中的FFT算法由于需要较长数据长度才能使频谱更接近连续模型，因此当有较短长度数据时，估计精度不高。相位直方图估计法如文献(Frequency offset estimation for unknown QAM constellations)，采用了粗-细估计，估计精度不够好，而且运算复杂度较大。因此有必要找到一种既能保证频率估计有较高的估计精度，又有较好运算效率的非数据辅助估计算法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种正交幅度调制信号的盲载波频偏估计方法，该方法利用WPH算法和FFT算法联合估计载波频偏，利用多级迭代保证估计精度，并对估计过程进行简化，减少运算量。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种正交幅度调制信号的盲载波频偏估计方法，在该方法中，QAM信号解调系统接收的射频信号经过匹配滤波、模数转换以及定时恢复等处理后得到含有载波频偏f₀的样值r_n，对于r_n中含有的频偏成分，不依赖其他任何的数据信息，联合FFT算法和WPH算法，通过多级估计逐步校正估计误差得到较为精确的频偏估计值。

进一步，所述多级估计的第一级采用FFT算法模型，缩小频偏估计范围，以下各级利用WPH算法模型迭代运算。

进一步，所述FFT算法，包括利用对四次方后的接收信号样值进行FFT变换，经过测量最大谱线的信息得到载波频偏值。

进一步，所述WPH算法包括，样值r_n经过f_e频率补偿后y_n的相位设为f_e为一个变量，取值范围为[-1/8,1/8]，n＝(1,2,···，N)表示第n个数据样值，N表示总数据长度；通过统计在[0,2π]的K等分相位间隔ψ_k中的特性得到y_n的相位直方图，即K为常数，可由设计者根据具体情况自行设定，一般来说，高阶QAM时K值设定较大，低阶QAM时K值设定较小；k＝(0,1,···，K-1)；rect(·)表示矩形运算，ψ_k＝π(2k+1)/K；进而经过测量该相位直方图加权后的函数的二阶矩的峰值，得到载波频率偏移值。

进一步，所述的计算相位直方图的方法如下：直方图ξ_k的计算从逐步统计相位的位置解析为由公式直接判决确定其位置，其中arg(Y)表示求y_n的角度；表示取整，如果，，其余ξ值为0；否则ξ_k＝0。

本发明的有益效果在于：本发明所述方法结合了FFT算法和WPH算法，规避了这两种算法中存在的不足，结合了各自的优势，通过多级估计的方式计算频偏，并对信号进行补偿，为下一阶段进行的符号判决提供了必要的先决条件。该方法在一定程度上缓解了算法中存在的计算精度和计算复杂度的有效性和可靠性之间的矛盾。

附图说明