[发明专利]基于部分解耦合的联合频相估计方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种联合频相估计方法，可用于包括卫星通信、无人机通信和航天测控的空间通信。

背景技术

在空间通信中，收发两端往往会面临这样两个不利因素：较大的多普勒频移和较少的导频资源，从而会严重影响相干解调的性能。为此，需要在接收端引入载波同步，即传统联合频相估计环节。传统联合频相估计的过程是一种串行处理的过程，即先进行频偏估计再进行相偏估计。显然，频偏估计的性能优劣会直接影响到相偏估计的性能。因为经频偏补偿后所残留频偏会变成一种随采样时刻变化的相位。

一方面，载波同步接收机的性能与所使用的估计模式密切相关。为了获得较为理想的估计性能，首要工作就是选择合适的估计模式。通常，估计模式分为数据辅助和非数据辅助两类。其中，数据辅助估计模式的主要思想是利用接收到的一段已知的导频信息通过线性去调制方式获得包含频偏和相偏的单音信号用于估计。而非数据辅助估计模式的本质是利用接收到的未知数据信息通过非线性去调制方式，或是利用解调软信息或译码软信息辅助的方法进行估计。但由于非线性变换的影响，非数据辅助估计模式一般具有较高的信噪比门限和复杂度。

另一方面，载波同步接收机的性能还与所使用的估计算法息息相关。ZibarD et al.在“Joint iterative carrier synchronization and signal detection employing expectation maximization”(Journal of Lightwave Technology,2014,32(8):1608-1615)一文中提出了一种针对相干光通信系统的基于期望最大算法的联合频相估计；胡景明等在“基于三角多项式插值的频率和相位联合估计算法”(数据采集与处理,2014,29(3):431-438)一文中提出了一种针对低信噪比下的基于改进快速傅里叶变换的联合频相估计。这两种算法均需要利用充足的导频资源才能获得较好的估计性能，且都没有考虑频偏估计对相偏估计性能的影响。然而在空间通信中，有限的导频资源容易导致频偏估计失准而严重影响后续的相偏估计性能。Rice F在“Carrier-phase and frequency-estimation bounds for transmissions with embedded reference symbols”(IEEE Transactions on Communications,2006,54(2):221-225)一文中考虑了当突发结构的长度设为奇数时，人为地将接收端采样零时刻设置在突发结构正中间的情况，发现了联合频相估计的克拉美罗界的解耦合特性，但其相偏估计复杂度较高，且在实际应用中，人为地设置接收端的采样零时刻位置缺乏可行性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于部分解耦合的联合频相估计方法，以减小传统联合频相估计中的频偏估计对相偏估计的影响，降低相偏估计的复杂度，同时避免人为地设置接收端采样零时刻位置，提高在实际应用中的可行性。

本发明的技术思路是：在接收端，任取一段导频信号进行去调制操作，得到去调制信号，通过对这些去调制信号进行采样时刻间隔为α的相关运算，一方面利用该相关运算的结果作频偏估计，另一方面利用取α为导频长度一半的相关运算结果的共轭形式与去调制信号联合作最大似然相偏估计，实现传统联合频相估计的解耦合，其实现步骤包括如下：

(1)设定导频块P₁的长度为L，数据块D₁的长度为N，具有周期性的“数据-导频”分布图样P-D的长度为N′；

(2)按照“数据块D₁—导频块P₁—分布图样P-D”的顺序复用连接，得到一种突发帧格式F；

(3)利用导频块P₁的调制信号s(k)，对接收信号r_P1(k)进行去调制操作：

3a)按照突发帧格式F的复用结构，设置采样时刻k，得到对应于导频块P₁的采样时刻集合κ_P1＝{N+1,N+2,...,N+L}；

3b)利用采样时刻集合κ_P1，通过采样时刻k逐一提取，得到对应于导频块P₁的接收信号r_P1(k)；