CN104092635B - 载波频率偏移估计方法、载波补偿方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种载波频率偏移估计方法、载波补偿方法及装置，依据预设前导序列及滑动窗口计算得到本地相位差序列，滑动窗口在接收到的信号中滑动，每滑动至一个信号点，计算以当前信号点为起点的滑动窗口所覆盖的接收信号中满足固定间隔的两个信号点的相位差，得到M个接收相位差序列，将所述本地相位差序列分别与所述M个接收相位差序列中的每一个接收相位差序列取差值，得到M个差值序列；确定所述M个差值序列中每一个差值序列的离散度；将离散度符合预置条件的差值序列的均值作为频率偏移的估计值。本申请实施例提供的载波频率偏移估计方法降低了载波频率偏移估计所耗费的硬件资源量，同时降低了实现的复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，更具体地说，涉及一种无线传感网络中载波频率偏移估计方法、载波补偿方法及装置。
背景技术
目前，无线传感网络中广泛采用IEEE802.15.4协议，它是一种短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术，在2.4GHz频段采用的调制技术是偏移正交相移键控(Offset Quadrature Phase Shift Keying，O-QPSK)，偏移正交相移键控具有较高的频谱利用率和较好的解调性能。
目前常用的一种数字解调技术是非相干解调，然而，实际通信过程中，由于多普勒频移以及振荡器的不稳定引起的频率偏移和收发采样时钟频率偏差带来的相位偏移的存在，接收端直接对基带信号进行非相干解调会有一定的误码率，而为了降低非相干解调的误码率，需要先对接收到的信号进行频率偏移和补偿，以及相位偏移估计和补偿，然后对补偿后的基带信号进行非相干解调。目前，在进行频率偏移补偿时，先利用最大似然算法对基带信号进行载波频率偏移估计，然后利用计算得到的载波频率偏移估计对载波进行频率偏移补偿。
但是，发明人在实现本发明的过程中发现，现有的载波频率偏移估计方法需要大量的乘法运算，如现有的载波频率偏移估计方法经常用到的最大似然算法，需要用到大量的复数乘法运算，而复数乘法运算需要耗费很多的时钟周期和硬件资源，因此，现有的载波频率偏移估计方法在硬件实现时耗费的硬件资源量大，复杂度高。
发明内容
本发明的目的是提供一种载波频率补偿方法，以降低载波频率补偿所耗费的硬件资源量和实现复杂度。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种载波频率偏移估计方法，包括：
计算预设前导序列中，被滑动窗口所覆盖部分的序列中所有满足固定间隔的两个信号点的相位差值，得到本地相位差序列；
接收信号；
所述滑动窗口在接收到的信号中滑动，每滑动至一个信号点，计算一次以当前信号点为起点的滑动窗口所覆盖的接收信号中所有满足固定间隔的两个信号点的相位差值，得到M个接收相位差序列；
将所述本地相位差序列分别与所述M个接收相位差序列中的每一个接收相位差序列取差值，得到M个差值序列；
确定所述M个差值序列中每一个差值序列的离散度；
将离散度符合预置条件的差值序列的均值作为频率偏移的估计值。
上述方法，优选的，所述滑动窗口的长度为所述预设前导序列中的部分序列对应的长度，或者，所述预设前导序列对应的长度。
上述方法，优选的，在确定所述M个差值序列中每一个差值序列的离散度之后，还包括：
将离散度符合预置条件的差值序列对应的，滑动窗口所覆盖的接收信号序列确定为所述接收信号的前导序列，或者，所述接收信号的前导序列的一部分。
上述方法，优选的，在将离散度符合预置条件的差值序列的均值作为频率偏移的估计值之后，还包括：
将接收信号中的各个信号点的相位以最小的调节量调节至与该信号的相位最近邻的参考调制矢量上。
一种载波补偿方法，包括如上任意一项所述的载波频率偏移估计方法；在确定载波频率偏移估计值之后，还包括：频率偏移补偿的步骤，具体为：
对接收信号所在物理帧中的各个信号点进行相位反转；其中，第i个信号点的相位反转的角度为：所述频率偏移的估计值与所述第i个信号点的顺序号i的乘积。
上述方法，优选的，进行相位反转的信号点为所述接收信号所在物理帧的负载部分的信号点。
上述方法，优选的，还包括：相位偏移估计与补偿的步骤，具体为：
将离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号序列与所述滑动窗口所覆盖的预设前导序列的相位差的均值作为相位偏移估计值；
对接收信号所在物理帧中进行频率偏移补偿后的各个信号点反转所述相位偏移估计值。
一种载波补偿方法，包括如上所述的载波频率偏移估计方法；在将接收信号中的信号点的相位以最小的调节量调节至与该信号的相位最近邻的参考调制矢量上之后，还包括频率偏移补偿的步骤，具体为：
对接收信号所在物理帧中的各个信号点进行相位反转；其中，第i个信号点的相位反转的角度为：所述第i个信号点的相位调节量的累加值，以及所述频率偏移的估计值与所述第i个信号点的顺序号i的乘积之和；
所述第i个信号点的相位调节量的累加值为：将所述第i个信号点的相位调节至与该信号的相位最近邻的参考调节矢量所需的最小调节量与接收信号所在物理帧中第i个信号点之前的第i-1个信号点的相位调节量的累加值之和。
上述方法，优选的，还包括：相位偏移估计与补偿的步骤，具体为：
将离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号序列与所述滑动窗口所覆盖的预设前导序列的相位差的均值作为相位偏移估计值；
对接收信号所在物理帧中进行频率偏移补偿后的各个信号点反转所述相位偏移估计值。
上述方法，优选的，还包括：相位偏移估计与补偿的步骤，具体为：
用所述预设前导序列的实部与离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号的实部进行相关计算；或者用所述预设前导序列的实部分别与离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号的实部和虚报进行相关计算；依据相关运算结果得到相位偏移估计值；
根据与所述相位偏移估计值对应的补偿公式对进行频率偏移补偿后的各个信号点进行相位偏移补偿。
一种载波频率偏移估计装置，包括：
第一计算模块，用于计算预设前导序列中，被滑动窗口所覆盖部分的序列中所有满足固定间隔的两个信号点的相位差值，得到本地相位差序列；
接收模块，用于接收信号；
第二计算模块，用于在所述滑动窗口在接收到的信号中滑动时，每滑动至一个信号点，计算一次以当前信号点为起点的滑动窗口所覆盖的接收信号中所有满足固定间隔的两个信号点的相位差值，得到M个接收相位差序列；
第三计算模块，用于将所述本地相位差序列分别与所述M个接收相位差序列中的每一个接收相位差序列取差值，得到M个差值序列；
离散度确定模块，用于确定所述M个差值序列中每一个差值序列的离散度；
估计值确定模块，用于将离散度符合预置条件的差值序列的均值作为频率偏移的估计值。
上述装置，优选的，所述滑动窗口的长度为所述预设前导序列中的部分序列对应的长度，或者，所述预设前导序列对应的长度。
上述装置，优选的，还包括：
同步模块，用于将离散度符合预置条件的差值序列对应的，滑动窗口所覆盖的接收信号序列确定为所述接收信号的前导序列，或者，所述接收信号的前导序列的一部分。
上述装置，优选的，还包括：
微调模块，用于将接收信号中的各个信号点的相位以最小的调节量调节至与该信号的相位最近邻的参考调制矢量上。
一种载波补偿装置，包括如上任意一项所述的载波频率偏移估计装置；还包括：
第一频率偏移补偿模块，用于对接收信号所在物理帧中的各个信号点进行相位反转；其中，第i个信号点的相位反转的角度为：所述频率偏移的估计值与所述第i个信号点的顺序号i的乘积。
上述装置，优选的，进行相位反转的信号点为所述接收信号所在物理帧的负载部分的信号点。
上述装置，优选的，还包括：
第一相位偏移估计模块，用于将离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号序列与所述滑动窗口所覆盖的预设前导序列的相位差的均值作为相位偏移估计值；
第一相位偏移补偿模块，用于对接收信号所在物理帧中进行频率偏移补偿后的各个信号点反转所述相位偏移估计值。
一种载波补偿装置，包括如上所述的载波频率偏移估计装置；还包括：
第二频率偏移补偿模块，用于对接收信号所在物理帧中的各个信号点进行相位反转；其中，第i个信号点的相位反转的角度为：所述第i个信号点的相位调节量的累加值，以及所述频率偏移的估计值与所述第i个信号点的顺序号i的乘积之和；
所述第i个信号点的相位调节量的累加值为：将所述第i个信号点的相位调节至于该信号的相位最近邻的参考调节矢量所需的最小调节量与接收信号所在物理帧中第i个信号点之前的第i-1个信号点的相位调节量的累加值之和。
上述装置，优选的，还包括：
第二相位偏移估计模块，用于将离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号序列与所述滑动窗口所覆盖的预设前导序列的相位差的均值作为相位偏移估计值；
第二相位偏移补偿模块，用于对接收信号所在物理帧中进行频率偏移补偿后的各个信号点反转所述相位偏移估计值。
上述装置，优选的，还包括：
第三相位偏移估计模块，用于用所述预设前导序列的实部与离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号的实部进行相关计算；或者用所述预设前导序列的实部分别与离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号的实部和虚报进行相关计算；依据相关运算结果得到相位偏移估计值；
第三相位偏移补偿模块，用于根据与所述相位偏移估计值对应的补偿公式对进行相位偏移补偿后的各个信号点进行相位偏移补偿。
通过以上方案可知，本申请提供的一种载波频率偏移估计方法，依据预设前导序列及滑动窗口计算得到本地相位差序列，滑动窗口在接收到的信号中滑动，每滑动至一个信号点，计算以当前信号点为起点的滑动窗口所覆盖的接收信号中满足固定间隔的两个信号点的相位差，得到M个接收相位差序列，将所述本地相位差序列分别与所述M个接收相位差序列中的每一个接收相位差序列取差值，得到M个差值序列；确定所述M个差值序列中每一个差值序列的离散度；将离散度符合预置条件的差值序列的均值作为频率偏移的估计值。其中，离散度的计算(如最常用的离散度计算方法为计算方差)所用到的乘法运算远远小于最大似然算法所用到的乘法运算。因此，本申请实施例中，载波频率偏移的估计算法设计避免了大量复数乘法等复杂度高的运算，因此，本申请实施例提供的载波频率偏移估计方法降低了载波频率偏移估计所耗费的硬件资源量，同时降低了实现的复杂度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的载波频率偏移估计的一种实现流程图；
图2为本申请实施例提供的确定离散度符合预置条件的差值序列的一种实现方式的示意图；
图3为本申请实施例提供的载波频率偏移估计方法的另一种实现流程图；
图4为本申请实施例提供的相位偏移估计与补偿方法的一种实现流程图；
图5为本申请实施例提供的相位偏移估计与补偿方法的另一种实现流程图；
图6为本申请实施例提供的载波频率偏移估计装置的一种结构示意图；
图7为本申请实施例提供的载波频率偏移估计装置的另一种结构示意图；
图8为本申请实施例提供的载波频率偏移估计装置的又一种结构示意图；
图9为本申请实施例提供的载波补偿装置的一种结构示意图；
图10为本申请实施例提供的载波补偿装置的另一种结构示意图；
图11为本申请实施例提供的载波补偿装置的又一种结构示意图；
图12为本申请实施例提供的载波补偿装置的又一种结构示意图；
图13为本申请实施例提供的载波补偿装置的又一种结构示意图；
图14为本申请实施例提供的基于本申请实施例公开的载波补偿方法的解调方法在不同信噪比情况下的误码率的仿真结果图。
说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的部分，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示的以外的顺序实施。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的载波频率偏移估计的一种实现流程图，可以包括：
步骤S11：计算预设前导序列中，被滑动窗口所覆盖部分的序列中所有满足固定间隔的两个信号点的相位差值，得到本地相位差序列；
在数字通信系统中，信号以物理帧的方式进行传输，而为了实现物理帧的同步，每一个物理帧都携带有前导序列，对于接收端来说，前导序列是已知的。也就是说，对于接收端来说，每一个物理帧的前导序列的内容是已知的。
其中，预设前导序列为本地存储的前导序列，通常本地前导序列用于信号同步，本申请实施例中，基于本地前导序列进行载波频率偏移的估计。
满足固定间隔的两个信号点可以是指相邻的两个信号点，也可以是间隔一个信号点的两个信号点，或者是满足其他固定间隔的信号点，如，可以是间隔两个或更多个信号点的两个信号点。
步骤S12：接收信号；
步骤S13：所述滑动窗口在接收到的信号中滑动，每滑动至一个信号点，计算一次以当前信号点为起点的滑动窗口所覆盖的接收信号中所有满足固定间隔的两个信号点的相位差，得到M个接收相位差序列；
滑动窗口在接收到的信号中滑动，可以是逐比特位滑动，也可以是逐符号(如，逐相位)滑动，或者是以其它预设的滑动间隔滑动，如，相邻两个滑动位置间间隔一个比特位(即间隔一个信号点)，具体本申请不做具体限定。
M为大于或等于1的正整数，其值为滑动的次数。
滑动窗口每滑动一次，都会计算一次所述滑动窗口所覆盖的接收信号中所有满足固定间隔的两个信号点的相位差，从而获得一个接收相位差序列。显然，接收相位差序列的个数与滑动窗口的滑动次数相同，因此，当滑动窗口滑动M次时，就可以得到M个接收相位差序列。
步骤S14：将所述本地相位差序列分别与所述M个接收相位差序列中的每一个接收相位差序列取差值，得到M个差值序列；
可以理解的，将本地相位差序列与接收相位差序列取差值为将本地相位差序列与接收相位差序列的相同位置的元素取差值，得到差值序列。将本地差值序列与M个接收相位差序列中的每一个接收相位差序列取差值，得到M个差值序列
步骤S15：确定所述M个差值序列中每一个差值序列的离散度；
离散度可以用方差表征，即计算所述M个差值序列中每一个差值序列的方差。
方差的计算公式为：
其中，s为方差，即离散度；n为差值序列中元素的个数；xi为差值序列中的第i个元素；为差值序列中所有元素的均值。
离散度也可以用其它特征进行表征，例如，本申请实施例中，离散度可以用如下公式表征：
其中，s为差值序列的离散度；xi为差值序列中第i个元素的值；为差值序列中各个元素的平均值；n为差值序列的长度；
其中，在计算差值序列中各个元素的平均值时，如公式(3)所示，由于是二进制数的运算，因此，其除法运算可以通过移位和加法运算来实现。
步骤S16：将离散度符合预置条件的差值序列的均值作为频率偏移的估计值。
其中，离散度符合预置条件的差值序列可以是指离散度小于一预设阈值的差值序列；离散度符合预置条件的差值序列也可以是指M个差值序列中离散度最小的一个差值序列；或者，离散度符合预置条件的差值序列也可以是指按照接收信号的接收顺序计算得到的离散度小于预设阈值的第一个差值序列。
下面结合附图，以离散度符合预置条件的差值序列为按照接收信号的接收顺序计算得到的离散度小于预设阈值的第一个差值序列为例，对确定离散度符号预置条件的差值序列的过程进行说明，请参看图2，图2为本申请实施例提供的确定离散度符合预置条件的差值序列的一种实现方式的示意图；
为了方便区分滑动窗口的不同的滑动位置，图2中将不同滑动位置处的滑动窗口的高度进行了调整。
计算所述预设前导序列中，被滑动窗口所覆盖部分的序列中每两个具有固定间隔的信号点的相位的差值，得到一个本地相位差序列；
滑动窗口在接收到的信号中滑动，当滑动窗口在第一滑动位置时，计算所述滑动窗口所覆盖的接收信号中每两个具有所述固定间隔的信号点的相位差，从而获得一个所述接收相位差序列，将该接收相位差序列与所述预设前导序列的所述本地相位差序列中位于相同位置的相位差相减，得到一个差值序列，并计算该差值序列的离散度，如果该离散度小于预设阈值，则停止滑动所述滑动窗口，如果该离散度大于或等于预设阈值，则滑动所述滑动窗口至第二个滑动位置；假设滑动窗口在第一滑动位置时，离散度大于预设阈值；
当滑动窗口在第二滑动位置时，计算所述滑动窗口所覆盖的接收信号中每两个具有所述固定间隔的信号点的相位差，从而获得另一个所述接收相位差序列，将该接收相位差序列与所述预设前导序列的所述本地相位差序列中位于相同位置的相位差相减，得到另一个差值序列，并计算该差值序列的离散度，如果该离散度小于预设阈值，则停止滑动所述滑动窗口，如果该离散度大于或等于预设阈值，则滑动所述滑动窗口至第三个滑动位置；假设滑动窗口在第二滑动位置时，离散度等于预设阈值；
当滑动窗口在第三滑动位置时，计算所述滑动窗口所覆盖的接收信号中每两个具有所述固定间隔的信号点的相位差，从而获得又一个所述接收相位差序列，将该接收相位差序列与所述前导序列的所述本地相位差序列中位于相同位置的相位差相减，得到又一个差值序列，并计算该差值序列的离散度，如果该离散度小于预设阈值，则停止滑动所述滑动窗口，如果该离散度大于或等于预设阈值，则滑动所述滑动窗口至第四个滑动位置；假设滑动窗口在第三滑动位置时，离散度小于预设阈值，那么，可以确定，滑动窗口在第三滑动位置时的差值序列就是离散度满足预置条件的差值序列。
所述离散度符合预置条件的差值序列所对应的接收信号即为产生所述符合预置条件的差值序列的滑动位置处，所述滑动窗口所覆盖的接收信号。
本申请实施例提供的一种载波频率偏移估计方法，依据预设前导序列及滑动窗口计算得到本地相位差序列，滑动窗口在接收到的信号中滑动，每滑动至一个信号点，计算以当前信号点为起点的滑动窗口所覆盖的接收信号中满足固定间隔的两个信号点的相位差，得到M个接收相位差序列，将所述本地相位差序列分别与所述M个接收相位差序列中的每一个接收相位差序列取差值，得到M个差值序列；确定所述M个差值序列中每一个差值序列的离散度；将离散度符合预置条件的差值序列的均值作为频率偏移的估计值。其中，离散度的计算(如最常用的离散度计算方法为计算方差)所用到的乘法运算远远小于最大似然算法所用到的乘法运算。因此，本申请实施例中，载波频率偏移的估计算法设计避免了大量复数乘法等复杂度高的运算，因此，本申请实施例提供的载波频率偏移估计方法降低了载波频率偏移估计所耗费的硬件资源量，同时降低了实现的复杂度。
上述实施例中，优选的，所述滑动窗口的长度为所述预设前导序列中的部分序列对应的长度，或者，所述预设前导序列对应的长度。
也就是说，本申请实施例中，可以通过所述预设前导序列进行载波频率偏移估计，也可以通过所述预设前导序列中的部分序列进行载波频率偏移估计。
其中，所述部分序列可以是指预设前导序列的前半部分序列，或者是预设前导序列的后半部分序列，也可以是指预设前导序列的中间某部分序列。
上述实施例中，优选的，在确定所述M个差值序列中每一个差值序列的离散度之后，还可以包括：
将离散度符合预置条件的差值序列对应的，滑动窗口所覆盖的接收信号序列确定为所述接收信号的前导序列，或者，所述接收信号的前导序列的一部分。
所述产生所述离散度符合预置条件的差值序列的滑动位置处，所述滑动窗口所覆盖的接收信号即为接收到的一个物理帧的前导序列或前导序列的一部分。
具体的，当滑动窗口的长度为所述预设前导序列的长度时，离散度符合预置条件的差值序列对应的，滑动窗口所覆盖的接收信号序列即是接收信号的前导序列；当滑动窗口的长度为所述预设前导序列的一部分时，离散度符合预置条件的差值序列对应的，滑动窗口所覆盖的接收信号序列则为接收信号的前导序列的一部分，通过该部分前导序列在所述预设前导序列中的位置，就可以确定出接收信号的前导序列。
还以图2为例，在所述第三个滑动位置处，所述滑动窗口所覆盖的接收信号即为接收到的物理帧的前导序列或接收到的物理帧的前导序列的一部分。
可见，本申请实施例提供的载波频率偏移估计方法，在实现载波频率偏移估计的同时，还可以检测前导序列，实现了帧同步。
上述实施例中，优选的，在图1所示实施例的基础上，本申请实施例提供的载波频率偏移估计方法的另一种实现流程图如图3所示，在将离散度符合预置条件的差值序列的均值作为频率偏移的估计值之后，还可以包括：
步骤S31:将接收信号中的各个信号点的相位以最小的调节量调节至与该信号点的相位最近邻的参考调制矢量上。
在数字通信领域，不同的调制方式，参考调制矢量不同。例如，当调制方式为2相调制(即BPSK)时，参考调制矢量的相位为0°或180°；当调制方式为4相调制(即QPSK)时，参考调制矢量的相位为45°，135°，225°或-45°；当调制方式为8相调制(即8PSK)时，参考调制矢量的相位为0°，45°，90°，135°，180°，-135°，-90°或-45°；当调制方式为16相调制(即16PSK)时，参考调制矢量的相位为0°，22.5°，45°，67.5°，90°，112.5°，135°，157.5°，180°，-157.5°，-135°，-112.5°，-90°，-67.5°，-45°或-22.5°。
也就是说，本申请实施例中，在将离散度符合预置条件的差值序列的均值作为频率偏移的估计值之后，对接收信号中的各个信号点进行微调，使得接收信号的各个信号点的相位调节为参考调制矢量所对应的相位。
以QPSK为例，在QPSK星座图中，第一象限的参考调制矢量的相位为45°，第二象限的参考调制矢量的相位为135°，第三象限的参考调制矢量的相位为-135°，第四象限的参考调制矢量的相位为-45°，那么，对接收到的QPSK信号进行微调后，落在第一象限的信号点的相位将被调整到45°，落在第二象限的信号点的相位将被调整到135°，落在第三象限的信号点的相位将被调整到-135°，落在第四象限的信号点的相位将被调整到-45°。也就是说，经过微调后，接收信号的相位被调整到对应象限的角平分线处，那么，此时的载波相位偏移则只存在0°、90°、180°和-90°四种相位偏移量。例如，假设发送端某个经过QPSK调制后的信号点的相位为45°，接收端接收到的该信号后，应该将该信号点的相位补偿到45°，但是，该信号点在接收端经过微调后，可能被微调为45°，也可能被微调到135°，也可能被微调到225°，也有可能被微调到-45°，因此，经过微调后，载波相位偏移量只存在四种：0°、90°、180°或-90°；具体的，如果该信号点的相位被补偿到45°，则该信号点的相位偏移量即为45°-45°＝0°；如果该信号点的相位被补偿到135°，则该信号点的相位偏移量即为135°-45°＝90°；如果该信号点的相位被补偿到225°，则该信号点的相位偏移量即为225°-45°＝180°；如果该信号点的相位被补偿到-45°，则该信号点的相位偏移量即为-45°-45°＝-90°。
需要说明的是，本申请实施例中，是将相位角的范围定义在-180°到180°范围内，因此，如果根据上述计算公式计算出相位偏移量在-180°到180°范围外，则可以将相位偏移量换算到-180°到180°范围内，具体如何换算属于本领域公知常识，这里不再赘述。
当然，根据需要还可以将相位角的范围定义为其它范围，只要保证相位角的范围的最大值与最小值之差为360°即可。如可以定义为在0°到360°的范围内
基于图1或图2所示实施例，本申请实施例还提供一种载波补偿方法，本申请实施例提供的载波补偿方法包括如上所述的载波频率偏移估计方法；在确定载波频率偏移估计值之后，还包括频率偏移补偿的步骤，具体可以包括：
对接收信号所在物理帧中的各个信号点进行相位反转；其中，第i个信号点的相位反转的角度为：所述频率偏移的估计值与所述第i个信号点的顺序号i的乘积。
也就是说，对于所述符合预置条件的差值序列所对应的接收信号所在的物理帧进行频率偏移补偿时，对第一个信号点进行相位反转的角度为φ1，对第二个信号点进行相位反转的角度为2φ1，对第三个信号点进行相位反转的角度为3φ1，以此类推，直到符合预设值条件的差值序列所对应的接收信号所在的物理帧的所有信号都反转完成，则实现了对物理帧的频率偏移补偿。其中，φ1为所述频率偏移的估计值。
上述实施例中，优选的，进行相位反转的信号点为所述接收信号所在物理帧的负载部分。
也就是说，本申请实施例中，可以只对物理帧的负载部分进行相位反转。
当然，本申请实施例中，不限于只对物理帧的负载部分进行相位反转，也可以既对物理帧的前导序列进行相位反转，又对物理帧的负载部分进行相位反转。
上述实施例中，优选的，还可以包括相位偏移估计与补偿的步骤，具体的，本申请实施例提供的相位偏移估计与补偿方法的一种实现流程图如图4所示，可以包括：
步骤S41：将离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号序列与所述滑动窗口所覆盖的预设前导序列的相位差的均值作为相位偏移估计值；
相位偏移估计值用公式可以表示为：
其中，ΔΦ2为相位偏移估计值；φri'为所述离散度符合预置条件的差值序列所对应的接收信号中的第i'个信号点的相位，φpi'为所述滑动窗口所覆盖的预设前导序列的第i'个信号点的相位，L为所述滑动窗口的长度。
步骤S42：对接收信号所在物理帧中进行频率偏移补偿后的各个信号点反转所述相位偏移估计值。
本申请实施例中，在进行相位补偿时，各个信号点进行相位反转的角度相同，均为相位偏移估计值。
本申请实施例中，可以在对接收到的物理帧中的各个信号点都进行频率偏移补偿完成后，再对进行频率偏移补偿后的各个信号点进行相位偏移补偿；也可以当对接收到的物理帧中的第一信号点进行频率偏移补偿后，在对所述接收到的物理帧中的第二信号点进行频率偏移补偿的同时，对所述第一信号点进行相位偏移补偿，即两次相位反转同时进行。
本申请实施例中，在确定频率偏移估计值和/或相位偏移估计值后，为了进一步节省运算单元，可以通过CORDIC算法实现相位旋转，具体如何旋转属于本领域的公知常识，这里不再赘述。
基于图3所示实施例，本申请还提供另一种载波补偿方法，本申请实施例提供的载波补偿方法包括如图3所示的载波频率偏移估计方法；在将接收信号中的信号点的相位以最小的调节量调节至与该信号的相位最近邻的参考调制矢量上之后，还包括频率偏移补偿的步骤，具体可以包括：
对接收信号所在物理帧中的各个信号点进行相位反转；其中，第i个信号点的相位反转的角度为：所述第i个信号点的相位调节量的累加值，以及所述频率偏移的估计值与所述第i个信号点的顺序号i的乘积之和；
所述第i个信号点的相位调节量的累加值为：将所述第i个信号点的相位调节至与该信号的相位最近邻的参考调节矢量所需的最小调节量与接收信号所在物理帧中第i个信号点之前的第i-1个信号点的相位调节量的累加值之和。
第i个信号点的相位反转的角度用公式可以表示为：
其中，ΔΦi为第i个信号点的相位反转的角度，φ1为所述频率偏移的估计值，θm表示将第m个信号点的相位调节至与第m个信号点的相位最近邻的参考调制矢量上所需的最小调节量。
本申请实施例中，先对接收到的信号点进行微调再进行相位反转，减小了补偿误差，降低了后续对补偿后信号进行解调时的误码率。虽然增加了乘法运算“i*φ1”，但是，本申请实施例中增加的乘法运算简单，且运算量小，其实质是i个φ1的求和运算，因此，不会因为乘法运算“i*φ1”的增加而增大硬件开销。
上述实施例中，优选的，还可以包括相位偏移估计与相位偏移补偿的步骤，具体可以包括：
将离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号序列与所述滑动窗口所覆盖的预设前导序列的相位差的均值作为相位偏移估计值；
对接收信号所在物理帧中进行频率偏移补偿后的各个信号点反转所述相位偏移估计值。
本申请实施例提供的相位偏移估计与补偿的步骤可参看图4所示实施例，这里不再赘述。
上述实施例中，优选的，本申请实施例提供的相位偏移估计与补偿方法的另一种实现流程图如图5所示，可以包括：
步骤S51：用所述预设前导序列的实部与离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号的实部进行相关计算；或者，用所述预设前导序列的实部分别与离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号的实部和虚报进行相关计算；依据相关运算结果得到相位偏移估计值；
具体的，当接收到的信号为QPSK信号时，在对各个信号点进行微调后，可以按如下方法确定相位偏移估计值：
将所述滑动窗口所覆盖的预设前导序列的实部与所述符合预置条件的差值序列所对应的接收信号的实部进行相关计算，获得第一相关值，将所述滑动窗口所覆盖的预设前导序列的实部与所述符合预置条件的差值序列所对应的接收信号的虚部进行相关计算，获得第二相关值；
当所述第一相关值的绝对值大于或等于所述第二相关值的绝对值时，如果第一相关值大于或等于零，则确定相位偏移估计值为0°，如果第一相位值小于零，则确定相位偏移估计值为180°；
当上述第一相关值的绝对值小于上述第二相关值的绝对值时，如果第二相关值大于或等于零，则确定相位偏移估计值为90°，如果第二相关值小于零，则确定相位偏移估计值为-90°。
当接收到的信号为BPSK信号时，在对各个信号点进行微调后，可以按如下方法确定相位偏移估计值：
将所述滑动窗口所覆盖的预设前导序列的实部与所述符合预置条件的差值序列所对应的接收信号的实部进行相关计算，获得第一相关值；
如果所述第一相关值大于或等于零，则确定所述相位偏移估计值为0°，如果所述第一相关值小于零，则确定所述相位偏移估计值为180°。
本申请实施例中，优选的，相关计算可以采用乘累加的方法进行计算，例如：
实际通信系统中，接收端接收到的+1为二进制的1，接收到的-1为二进制的0，因此，假设预设前导序列的实部为：preamblei＝[1，0，0，1]，即preamblei＝[1，-1，-1,1]；符合预置条件的差值序列所对应的接收信号的实部为：iin＝[1，1，0，0]，即iin＝[1，1，-1，-1]；符合预置条件的差值序列所对应的接收信号的虚部为qin＝[0，1，1，1]，即qin＝[-1，1，1，1]；那么，预设前导序列的实部与所述符合预置条件的差值序列所对应的接收信号的实部进行相关计算得到的第一相关值pdti为1*1+(-1)*1+(-1)*(-1)+1*(-1)＝0；预设前导序列的实部与所述符合预置条件的差值序列所对应的接收信号的虚部进行相关计算得到的第二相关值pdtq为1*(-1)+(-1)*1+(-1)*1+1*1＝-2，进而通过pdti和pdtq的大小确定所述相位偏移估计值。
步骤S52：根据与相位偏移估计值对应的补偿公式对进行频率偏移补偿后的各个信号点进行相位偏移补偿。具体如下：
对于2相调制信号，即BPSK信号，也就是M＝2时，由于微调后的信号的相位只有两种情况：0°和180°(即，只有实部)，所以微调后的相位偏移只存在0°和180°偏移，相应的相位偏移补偿公式如表1所示：
表1
| 相位偏移量 | 相位补偿公式 |
| 0° | IPOC＝IRX |
| 180° | IPOC＝-IRX |
对于4相调制信号，即QPSK信号，也就是M＝4时，微调后的信号的相位只有4中情况：45°，135°，225°和-45°，则微调后的相位偏移量只有四种情况：0°，90°，180°，-90°，相应的相位偏移补偿公式如表2所示：
表2
| 相位偏移量 | 相位补偿公式 |
| 0° | IPOC＝IRX；QPOC＝QRX |
| 90° | IPOC＝QRX；QPOC＝-IRX |
| 180° | IPOC＝-IRX；QPOC＝-QRX |
| -90° | IPOC＝-QRX；QPOC＝IRX |
对于8相调制信号，即8PSK信号，也就是M＝8时，微调后的信号的相位只有8中情况：0°，45°，90°，135°，180°，-135°，-90°或-45°，则微调后的相位偏移只有八种情况：0°，45°，90°，135°，180°，-135°，-90°，-45°，相应的相位偏移补偿公式如表3所示：
表3
对于16相调制信号，即16PSK信号，也就是M＝16时，微调后信号的相位只有16中情况：0°，22.5°，45°，67.5°，90°，112.5°，135°，157.5°，180°，-157.5°，-135°，-112.5°，-90°，-67.5°，-45°或-22.5°微调后的相位偏移只有16种情况：0°，22.5°，45°，67.5°，90°，112.5°，135°，157.5°，180°，-157.5°，-135°，-112.5°，-90°，-67.5°，-45°，-22.5°，相应的相位偏移补偿公式如表4所示：
表4
由表1可知，当接收到的信号为BPSK信号时，如果接收到的信号点的相位偏移为0°，即没有发生相位偏移，那么，接收到的信号点的就是发送端发送的信号点，即不用进行相位偏移补偿；
如果接收到的信号的相位偏移为180°，那么，进行相位补偿后的信号点的实部等于接收到的信号点的实部的相反数。
由表2可知，当接收信号为QPSK信号时，如果接收到的信号点的相位偏移为0°，即没有发生相位偏移，那么，接收到的信号点就是发送端发送的信号点；
如果接收到的信号点的相位偏移为90°，那么，进行相位补偿后的信号点的实部就等于接收到的信号点的虚部，而进行相位补偿后的信号点的虚部就等于接收到的信号点的实部的相反数。也就是说，如果接收到的信号点的相位偏移为90°，那么，接收到的信号点的虚部就是进行相位补偿后的信号点的实部；接收到的信号点的实部做取相反数运算后得到的就是进行相位补偿后的信号点的虚部。
如果接收到的信号点的相位偏移为180°，那么，进行相位补偿后的信号点的实部等于接收到的信号点的实部的相反数，而进行相位补偿后的信号点的虚部等于接收到的信号点的虚部的相反数。也就是说，如果接收到的信号点的相位偏移为180°，那么，接收到的信号点的实部做取相反数运算后得到的就是进行相位补偿后的信号点的实部；接收到的信号点的虚部做取相反数运算后得到的就是进行相位补偿后的信号点的虚部。
如果接收到的信号点的相位偏移为-90°，那么，进行相位补偿后的信号点的实部等于接收到的信号点的虚部的相反数，而进行相位补偿后的信号点的虚部等于接收到的信号点的实部。也就是说，如果接收到的信号点的相位偏移为-90°，那么，接收信号的虚部做取相反数运算后得到的就是进行相位补偿后的信号的实部；接收到的信号点的实部就是进行相位补偿后的信号点的虚部。
由此可知，由于补偿公式个数有限，且，补偿公式中的补偿系数cos(x)和sin(x)的取值也是固定的几个数，因此，对接收信号进行微调后再进行相位补偿，可以进一步减少计算量，从而进一步提高补偿速度。其中，x为相位偏移角度。
尤其当接收信号为BPSK信号或QPSK信号时，不需要进行计算，直接根据相位偏移估计值对接收到的信号点的实部与虚部进行位置互换和/或取反操作即可实现相位偏移补偿。
为了进一步优化上述实施例，可以将补偿系数的值预先计算好存储在查找表里，在进行补偿时直接通过查表获取补偿系数，从而可以进一步提高补偿速率。
综上，本申请实施例中，在微调的基础上通过二进制序列相关计算获取相位反转角度，降低补偿时的计算量的同时进一步节省了功耗。
与方法实施例相对应，本申请实施例还提供一种载波频率偏移估计装置，本申请实施例提供的载波频率偏移估计装置的一种结构示意图如图6所示，可以包括：
第一计算模块61，接收模块62，第二计算模块63，第三计算模块64，离散度确定模块65和估计值确定模块66；其中，
第一计算模块61用于计算预设前导序列中，被滑动窗口所覆盖部分的序列中所有满足固定间隔的两个信号点的相位差值，得到本地相位差序列；
接收模块62用于接收信号；
第二计算模块63用于在所述滑动窗口在接收模块62接收到的信号中滑动时，每滑动至一个信号点，计算一次以当前信号点为起点的滑动窗口所覆盖的接收信号中所有满足固定间隔的两个信号点的相位差值，得到M个接收相位差序列；
第三计算模块64用于将所述本地相位差序列分别与所述M个接收相位差序列中的每一个接收相位差序列取差值，得到M个差值序列；
离散度确定模块65用于确定所述M个差值序列中每一个差值序列的离散度；
估计值确定模块66用于将离散度符合预置条件的差值序列的均值作为频率偏移的估计值。
本申请实施例提供的一种载波频率偏移估计装置，依据预设前导序列及滑动窗口计算得到本地相位差序列，滑动窗口在接收到的信号中滑动，每滑动至一个信号点，计算以当前信号点为起点的滑动窗口所覆盖的接收信号中满足固定间隔的两个信号点的相位差，得到M个接收相位差序列，将所述本地相位差序列分别与所述M个接收相位差序列中的每一个接收相位差序列取差值，得到M个差值序列；确定所述M个差值序列中每一个差值序列的离散度；将离散度符合预置条件的差值序列的均值作为频率偏移的估计值。其中，离散度的计算(如最常用的离散度计算方法为计算方差)所用到的乘法运算远远小于最大似然算法所用到的乘法运算。因此，本申请实施例中，载波频率偏移的估计算法设计避免了大量复数乘法等复杂度高的运算，因此，本申请实施例提供的载波频率偏移估计方法降低了载波频率偏移估计所耗费的硬件资源量，同时降低了实现的复杂度。
上述实施例中，优选的，所述滑动窗口的长度为所述预设前导序列中的部分序列对应的长度，或者，所述预设前导序列对应的长度。
也就是说，本申请实施例中，可以通过所述预设前导序列进行载波频率偏移估计，也可以通过所述预设前导序列中的部分序列进行载波频率偏移估计。
其中，所述部分序列可以是指预设前导序列的前半部分序列，或者是预设前导序列的后半部分序列，也可以是指预设前导序列的中间某部分序列。
在图6所示实施例的基础上，本申请实施例提供的载波频率偏移估计装置的另一种结构示意图如图7所示，还可以包括：
同步模块71，用于将离散度符合预置条件的差值序列对应的，滑动窗口所覆盖的接收信号序列确定为所述接收信号的前导序列，或者，所述接收信号的前导序列的一部分。
具体的，当滑动窗口的长度为所述预设前导序列的长度时，离散度符合预置条件的差值序列对应的，滑动窗口所覆盖的接收信号序列即是接收信号的前导序列；当滑动窗口的长度为所述预设前导序列的一部分时，离散度符合预置条件的差值序列对应的，滑动窗口所覆盖的接收信号序列则为接收信号的前导序列的一部分，通过该部分前导序列在所述预设前导序列中的位置，就可以确定出接收信号的前导序列。
可见，本申请实施例提供的载波频率偏移估计装置，在实现载波频率偏移估计的同时，还可以检测前导序列，实现了帧同步。
在图6或图7所示实施例的基础上，本申请实施例提供的载波频率偏移估计装置的又一种结构示意图如图8所示，还可以包括：
微调模块81，用于将接收信号中的各个信号点的相位以最小的调节量调节至与该信号的相位最近邻的参考调制矢量上。
在图6-图7任意一实施例的基础上，本申请还提供一种载波补偿装置，本申请实施例提供的载波补偿装置的一种结构示意图如图9所示，包括如图6-图7任意一实施例所述的载波频率偏移估计装置，还包括：
第一频率偏移补偿模块91，用于对接收信号所在物理帧中的各个信号点进行相位反转；其中，第i个信号点的相位反转的角度为：所述频率偏移的估计值与所述第i个信号点的顺序号i的乘积。
也就是说，对于所述符合预置条件的差值序列所对应的接收信号所在的物理帧进行频率偏移补偿时，对第一个信号点进行相位反转的角度为φ1，对第二个信号点进行相位反转的角度为2φ1，对第三个信号点进行相位反转的角度为3φ1，以此类推，直到符合预设值条件的差值序列所对应的接收信号所在的物理帧的所有信号都反转完成，则实现了对物理帧的频率偏移补偿。其中，φ1为所述频率偏移的估计值。
上述实施例中，优选的，进行相位反转的信号点为所述接收信号所在物理帧的负载部分。
也就是说，本申请实施例中，可以只对物理帧的负载部分进行相位反转。
当然，本申请实施例中，不限于只对物理帧的负载部分进行相位反转，也可以既对物理帧的前导序列进行相位反转，又对物理帧的负载部分进行相位反转。
在图9所示实施例的基础上，本申请实施例提供的载波补偿装置的另一种结构示意图如图10所示，还可以包括：
第一相位偏移估计模块101，用于将离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号序列与所述滑动窗口所覆盖的预设前导序列的相位差的均值作为相位偏移估计值；
第一相位偏移补偿模块102，用于对接收信号所在物理帧中进行频率偏移补偿后的各个信号点反转所述相位偏移估计值。
本申请实施例中，对接收到的信号进行频率偏移补偿后进行相位偏移补偿。
在图8所示实施例的基础上，本申请实施例提供的载波补偿装置的又一种结构示意图如图11所示，包括如图8所示的载波频率偏移估计装置，还包括：
第二频率偏移补偿模块111，用于对接收信号所在物理帧中的各个信号点进行相位反转；其中，第i个信号点的相位反转的角度为：所述第i个信号点的相位调节量的累加值，以及所述频率偏移的估计值与所述第i个信号点的顺序号i的乘积之和；
所述第i个信号点的相位调节量的累加值为：将所述第i个信号点的相位调节至于该信号的相位最近邻的参考调节矢量所需的最小调节量与接收信号所在物理帧中第i个信号点之前的第i-1个信号点的相位调节量的累加值之和。
本申请实施例中，先对接收到的信号点进行微调再进行相位反转，减小了补偿误差，降低了后续对补偿后信号进行解调时的误码率。虽然增加了乘法运算“i*φ1”，但是，本申请实施例中增加的乘法运算简单，且运算量小，其实质是i个φ1的求和运算，因此，不会因为乘法运算“i*φ1”的增加而增大硬件开销；其中，φ1为所述频率偏移的估计值。
在图11所示实施例的基础上，本申请实施例提供的载波补偿装置的又一种结构示意图如图12所示，还可以包括：
第二相位偏移估计模块121，用于将离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号序列与所述滑动窗口所覆盖的预设前导序列的相位差的均值作为相位偏移估计值；
第二相位偏移补偿模块122，用于对接收信号所在物理帧中进行频率偏移补偿后的各个信号点反转所述相位偏移估计值。
在图11所示实施例的基础上，本申请实施例提供的载波补偿装置的又一种结构示意图如图13所示，还可以包括：
第三相位偏移估计模块131，用于用所述预设前导序列的实部与离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号的实部进行相关计算；或者用所述预设前导序列的实部分别与离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号的实部和虚报进行相关计算；依据相关运算结果得到相位偏移估计值；
第三相位偏移补偿模块132，用于根据与所述相位偏移估计值对应的补偿公式对进行相位偏移补偿后的各个信号点进行相位偏移补偿。
本申请实施例提供的载波补偿装置，对接收信号进行微调后再进行相位补偿，可以进一步减少计算量，从而进一步提高补偿速度。其中，x为相位偏移角度。
本申请提供的载波补偿方案具有如下优点：
低复杂度：本申请的载波频偏移和相位偏移的估计和补偿的算法设计避免了复数乘法等复杂度高的运算，而诸如求均值等简单的运算则可以采用异或、加法和移位操作等逻辑运算来实现以降低硬件开销。而众所周知，复数乘法器输出结果需要耗费很多的时钟周期和硬件开销，且，乘法操作比加法和移位操作复杂，因此，本申请提供的方案可以降低硬件开销。通过使用Synopsys公司Design Compiler工具在SMIC65nm工艺库下，设计满足时序约束的本方案，其等效门数为3.3万门，功耗为270μW，而现有技术中，如文献1中公开的非相干载波频率偏移补偿方法，其设计实现的等效门数为7.8万门，功耗为1.8mW。
低功耗：本申请实施例提供的载波补偿方案，总功耗小于1mW(在40mAh的电池供电的情况下，在1％的占空比下可以工作1年以上时间，具体计算为：40mAh*3.3V/1mW＝132h>365*24*1％＝87.6h(1年的1％的占空比＝87.6小时))。
另外，为了降低补偿时的计算量和进一步节省功耗，引入了相位微调这一特征。
可靠性高：在IEEE802.15.4协议规定的仿真条件下(数据传输率为250kbps，帧长度20字节)，如图14所示，图14为本申请实施例提供的，基于本申请实施例公开的载波补偿方法的解调方法在不同信噪比情况下的误码率的仿真结果图；其中，“▽”曲线表示在最大频偏时，应用本方案在不通信噪比情况下进行解调时的误帧率；“○”曲线表示在随机频偏时，应用本方案在不通信噪比情况下进行解调时的误帧率，可见，应用本方案提供的频率补偿方法进行解调时，在信噪比大于6.6dB的环境下误帧率<1％(误码率低于10-5)，满足物联网在开放传输介质、资源受限和无人值守的环境下高可靠性通信的要求。由此可知，本设计在可靠性方面优于同类(非相干解调)技术方案，具体参见表5，其中，文献2公开的零中频过零检测的解调方法，在信噪比大于14.8dB的环境下，其误码率才低于10-5；而文献3公开的异步过零检测方法公开的解调方法，在信噪比大于9.5dB的环境下，其误码率才低于10-5；而文献4公开的相位过象限轴检测的解调方法，在信噪比大于8.8dB的环境下，其误码率才低于10-5。
表5
| 方案 | 解调方式 | 信噪比 |
| 本发明 | 载波频率补偿后进行解调 | 6.6dB |
| 文献2 | 零中频过零检测 | 14.8dB |
| 文献3 | 异步过零检测 | 9.5dB |
| 文献4 | 相位过象限轴检测 | 8.8dB |
其中，文献1为：Kai-hsin Chen,Hsi-Pin Ma,"A low power ZigBee basebandprocessor,"SoC Design Conference,2008.ISOCC'08.International,vol.01,24-25Nov.2008,pp.I-40-I-43。
文献2为：Hyuck M.Kwon,Huan Yue,Weiguang Hou,and In-Ha Hyun."ImprovedZero-Crossing demodulator for Minimum Shift Keying under staticenvironments".Global Telecommunications Conference(GLOBECOM’95),Singapore,Nov,1995,Vol.2,pp.1024-1028。
文献3为：N.Dehaese,S.Bourdel,H.Barthelemy and G.Bas."Simpledemodulator for802.15.4low-cost receiver".Radio and Wireless Symposium,SanDiego,CA,USA,Jan2006,pp.315-318。
文献4为：Yu Yunfeng,Meng Xin,Xiao Shimao,Ma Chengyan,Ye Tianchun."Anew low-cost demodulator for2.4GHz Zigbee receivers".Journal of Electronics(China),Vol.26No.2,March2009,pp.252-257。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (20)
1.一种载波频率偏移估计方法，其特征在于，包括：
计算预设前导序列中，被滑动窗口所覆盖部分的序列中所有满足固定间隔的两个信号点的相位差值，得到本地相位差序列；
接收信号；
所述滑动窗口在接收到的信号中滑动M次，每滑动至一个信号点，计算一次以当前信号点为起点的滑动窗口所覆盖的接收信号中所有满足固定间隔的两个信号点的相位差值，得到M个接收相位差序列；
将所述本地相位差序列分别与所述M个接收相位差序列中的每一个接收相位差序列取差值，得到M个差值序列；
确定所述M个差值序列中每一个差值序列的离散度；
将离散度符合预置条件的差值序列的均值作为频率偏移的估计值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滑动窗口的长度为所述预设前导序列中的部分序列对应的长度，或者，所述预设前导序列对应的长度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定所述M个差值序列中每一个差值序列的离散度之后，还包括：
将离散度符合预置条件的差值序列对应的，滑动窗口所覆盖的接收信号序列确定为所述接收信号的前导序列，或者，所述接收信号的前导序列的一部分。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，在将离散度符合预置条件的差值序列的均值作为频率偏移的估计值之后，还包括：
将接收信号中的各个信号点的相位以最小的调节量调节至与该信号点的相位最近邻的参考调制矢量上。
5.一种载波补偿方法，其特征在于，包括如权利要求1-3中任意一项所述的载波频率偏移估计方法；在确定载波频率偏移估计值之后，还包括：频率偏移补偿的步骤，具体为：
对接收信号所在物理帧中的各个信号点进行相位反转；其中，第i个信号点的相位反转的角度为：所述频率偏移的估计值与所述第i个信号点的顺序号i的乘积。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进行相位反转的信号点为所述接收信号所在物理帧的负载部分的信号点。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：相位偏移估计与补偿的步骤，具体为：
将离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号序列与所述滑动窗口所覆盖的预设前导序列的相位差的均值作为相位偏移估计值；
对接收信号所在物理帧中进行频率偏移补偿后的各个信号点反转所述相位偏移估计值。
8.一种载波补偿方法，其特征在于，包括如权利要求4所述的载波频率偏移估计方法；在将接收信号中的信号点的相位以最小的调节量调节至与该信号点的相位最近邻的参考调制矢量上之后，还包括频率偏移补偿的步骤，具体为：
对接收信号所在物理帧中的各个信号点进行相位反转；其中，第i个信号点的相位反转的角度为：所述第i个信号点的相位调节量的累加值，以及所述频率偏移的估计值与所述第i个信号点的顺序号i的乘积之和；
所述第i个信号点的相位调节量的累加值为：将所述第i个信号点的相位调节至与该信号点的相位最近邻的参考调节矢量所需的最小调节量与接收信号所在物理帧中第i个信号点之前的第i-1个信号点的相位调节量的累加值之和。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：相位偏移估计与补偿的步骤，具体为：
将离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号序列与所述滑动窗口所覆盖的预设前导序列的相位差的均值作为相位偏移估计值；
对接收信号所在物理帧中进行频率偏移补偿后的各个信号点反转所述相位偏移估计值。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：相位偏移估计与补偿的步骤，具体为：
用所述预设前导序列的实部与离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号的实部进行相关计算；或者用所述预设前导序列的实部分别与离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号的实部和虚部进行相关计算；依据相关运算结果得到相位偏移估计值；
根据与所述相位偏移估计值对应的补偿公式对进行频率偏移补偿后的各个信号点进行相位偏移补偿。
11.一种载波频率偏移估计装置，其特征在于，包括：
第一计算模块，用于计算预设前导序列中，被滑动窗口所覆盖部分的序列中所有满足固定间隔的两个信号点的相位差值，得到本地相位差序列；
接收模块，用于接收信号；
第二计算模块，用于在所述滑动窗口在接收到的信号中滑动M次时，每滑动至一个信号点，计算一次以当前信号点为起点的滑动窗口所覆盖的接收信号中所有满足固定间隔的两个信号点的相位差值，得到M个接收相位差序列；
第三计算模块，用于将所述本地相位差序列分别与所述M个接收相位差序列中的每一个接收相位差序列取差值，得到M个差值序列；
离散度确定模块，用于确定所述M个差值序列中每一个差值序列的离散度；
估计值确定模块，用于将离散度符合预置条件的差值序列的均值作为频率偏移的估计值。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述滑动窗口的长度为所述预设前导序列中的部分序列对应的长度，或者，所述预设前导序列对应的长度。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括：
同步模块，用于将离散度符合预置条件的差值序列对应的，滑动窗口所覆盖的接收信号序列确定为所述接收信号的前导序列，或者，所述接收信号的前导序列的一部分。
14.根据权利要求11-13任意一项所述的装置，其特征在于，还包括：
微调模块，用于将接收信号中的各个信号点的相位以最小的调节量调节至与该信号点的相位最近邻的参考调制矢量上。
15.一种载波补偿装置，其特征在于，包括如权利要求11-13任意一项所述的载波频率偏移估计装置；还包括：
第一频率偏移补偿模块，用于对接收信号所在物理帧中的各个信号点进行相位反转；其中，第i个信号点的相位反转的角度为：所述频率偏移的估计值与所述第i个信号点的顺序号i的乘积。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，进行相位反转的信号点为所述接收信号所在物理帧的负载部分的信号点。
17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，还包括：
第一相位偏移估计模块，用于将离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号序列与所述滑动窗口所覆盖的预设前导序列的相位差的均值作为相位偏移估计值；
第一相位偏移补偿模块，用于对接收信号所在物理帧中进行频率偏移补偿后的各个信号点反转所述相位偏移估计值。
18.一种载波补偿装置，其特征在于，包括如权利要求14所述的载波频率偏移估计装置；还包括：
第二频率偏移补偿模块，用于对接收信号所在物理帧中的各个信号点进行相位反转；其中，第i个信号点的相位反转的角度为：所述第i个信号点的相位调节量的累加值，以及所述频率偏移的估计值与所述第i个信号点的顺序号i的乘积之和；
所述第i个信号点的相位调节量的累加值为：将所述第i个信号点的相位调节至于该信号点的相位最近邻的参考调节矢量所需的最小调节量与接收信号所在物理帧中第i个信号点之前的第i-1个信号点的相位调节量的累加值之和。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，还包括：
第二相位偏移估计模块，用于将离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号序列与所述滑动窗口所覆盖的预设前导序列的相位差的均值作为相位偏移估计值；
第二相位偏移补偿模块，用于对接收信号所在物理帧中进行频率偏移补偿后的各个信号点反转所述相位偏移估计值。
20.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，还包括：
第三相位偏移估计模块，用于用所述预设前导序列的实部与离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号的实部进行相关计算；或者用所述预设前导序列的实部分别与离散度符合预置条件的差值序列对应的接收信号的实部和虚部进行相关计算；依据相关运算结果得到相位偏移估计值；
第三相位偏移补偿模块，用于根据与所述相位偏移估计值对应的补偿公式对进行频率偏移补偿后的各个信号点进行相位偏移补偿。
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