CN104994053B - 一种mapsk的载波估计的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MAPSK的载波估计方法，具体方法是基于MAPSK调制标准星座图，确定基准圆环的基准半径，并对获取的MAPSK待估载频信号进行功率归一化处理；然后根据基准圆环的基准半径筛选经功率归一化处理的MAPSK待估载频信号的星座图中的星座点，并对经筛选后的MAPSK待估载频信号进行N次方运算，再对N次方的运算结果求解FFT，而得到MAPSK待估载频信号的N次方频谱，接着对MAPSK待估载频信号的N次方频谱进行模运算，最高谱线对应的频率则为MAPSK待估载频信号的载波频率的N倍，从而确定MAPSK待估载频信号的载波频率。本发明避免MAPSK的载波估计偏差较大的状况，同时减少运算量，增加载波估计精度。

Description

一种MAPSK的载波估计的方法
技术领域
本发明涉及离散信号分析领域，特别涉及一种MAPSK的载波估计的方法。
背景技术
随着信号环境的日益复杂化、密集化，信号调制方式也趋于多样化，通信信号在很宽的频带上具有不同调制参数的各种调制样式，快速高效地识别这些通信信号，在军用和民用领域都具有重要的积极意义。
由于信号的调制识别技术主要是研究数字信号的频域特性，而精确载波估计对信号的调制识别技术有至关重要的辅助作用。因此，需要快速高效地识别日益复杂化，密集化的通信信号，则要求快速、准确地确定载波频率。
现有的载波估计方法常采用非线性变换法，对调制信号进行适当的非线性变换，从而去除调制信息的影响，使信号产生与载波频率相关的单频分量，并在频谱中产生较为突出的谱线。其中对调制信号进行N次方运算是一种常用的去除调制信息的非线性变换方法，特别在MPSK(Multiple Phase Shift Keying)的载波估计中有很好的效果。对调制信号经N次方后所得信号做FFT(Fast Fourier Transformation)变换后，将会在N倍载波频率处出现突出的谱线，从而确定载波频率。
但对于MAPSK(Multiple Amplitude Phase Shift Keying)而言，其调制标准星座图是非严格调相信号，对调制信号进行N次方并对调制信号经N次方后所得信号做FFT(FastFourier Transformation)求解运算，得到的载波估计偏差较大。
因此，需要一种提高载波估计精度和估计速度的MAPSK的载波估计方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种MAPSK的载波估计方法。
本发明的MAPSK的载波估计方法的步骤包括：
步骤一：基于MAPSK调制标准星座图，确定基准圆环的基准半径；
步骤二：获取MAPSK待估载频信号，并对所述MAPSK待估载频信号进行功率归一化处理，使所述MAPSK待估载频信号的星座图与所述MAPSK调制标准星座图匹配；
步骤三：根据所述基准圆环的基准半径筛选经功率归一化处理的所述MAPSK待估载频信号的星座图中的星座点；
步骤四：对经筛选后的所述MAPSK待估载频信号进行N次方运算，并对N次方的运算结果求解FFT，而得到所述MAPSK待估载频信号的N次方频谱，其中，N为正整数；
步骤五：对所述MAPSK待估载频信号进行模运算，最高谱线对应的频率则为所述MAPSK待估载频信号的载波频率的N倍，从而确定所述MAPSK待估载频信号的载波频率。
根据一种优选的实施方式，MAPSK为16APSK时，所述基准圆环的基准半径为内环半径和外环半径之和的一半；
MAPSK为32APSK时，所述基准圆环的基准半径为两个内环的半径之和的一半。
根据一种优选的实施方式，对所述MAPSK待估载频信号进行功率归一化处理，使所述MAPSK待估载频信号的星座图的所有星座点的幅度与所述MAPSK调制标准星座图的标准幅度匹配。
根据一种优选的实施方式，将所述基准圆环的圆心置于所述MAPSK待估载频信号的星座图的原点，并且，将所述MAPSK待估载频信号的星座图中到原点的距离大于所述基准圆环的基准半径的星座点置零，所述MAPSK待估载频信号的星座图中的其它星座点不变。
根据一种优选的实施方式，对由所述基准圆环上和所述基准圆环内的星座点表征的所述MAPSK待估载频信号进行N次方运算，并对N次方运算的结果求解FFT，从而根据FFT的运算结果的绝对值，获取所述MAPSK待估载频信号的N次方频谱。
根据一种优选的实施方式，所述N次方为四次方。
根据一种优选的实施方式，获取所述MAPSK待估载频信号时增加高斯白噪声。
本发明的有益效果在于：针对MAPSK的调制标准星座图为非严格调相信号的特点，为使运用N次方运算去除调制信息的方法有效，通过基准圆环的基准半径对MAPSK待估载频信号的星座图的星座点进行筛选，然后再进行载波估计，从而避免载波估计偏差较大的状况，同时减少运算量，增加载波估计精度。
附图说明
图1是本发明MAPSK的载波估计方法的流程图；
图2是16APSK标准星座图及对应基准圆环示意图；
图3是16APSK无载频待估载频信号星座图；
图4是16APSK无载频的待估载频信号筛选后的星座图；
图5是16APSK无载频的待估载频信号的四次方谱图；
图6是16APSK有载频的待估载频信号星座图；
图7是16APSK有载频的待估载频信号筛选后的星座图；
图8是16APSK有载频的待估载频信号的四次方谱图；
图9是本发明MAPSK的载波估计NMSE的示意图。
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
结合图1所示的本发明MAPSK的载波估计方法的流程图；其中，本发明MAPSK的载波估计方法的步骤包括：
步骤一：基于MAPSK调制标准星座图，确定基准圆环的基准半径。
具体的，MAPSK为16APSK时，基准圆环的基准半径为内环半径和外环半径之和的一半，其中，内环半径R1为0.4182，外环半径R2为1.1291，基准半径
MAPSK为32APSK时，基准圆环的基准半径为两个内环的半径之和的一半。第一内环半径R1为0.2721，第二内环半径R2为0.7184，外环半径R3为1.2627，基准半径
步骤二：获取MAPSK待估载频信号的星座图，并对MAPSK待估载频信号的星座图进行功率归一化处理，使MAPSK待估载频信号的星座图与MAPSK调制标准星座图匹配。
具体的，对MAPSK待估载频信号进行功率归一化处理，使MAPSK待估载频信号的星座图的所有星座点的幅度与MAPSK调制标准星座图的标准幅度匹配。
步骤三：根据基准圆环的基准半径筛选经功率归一化处理的MAPSK待估载频信号的星座图中的星座点。
具体的，将基准圆环的圆心置于MAPSK待估载频信号的星座图的原点，并且，将MAPSK待估载频信号的星座图中到原点的距离大于基准圆环的基准半径的星座点置零，MAPSK待估载频信号的星座图中的其它星座点不变。
步骤四；对经筛选后的MAPSK待估载频信号进行N次方运算，并对N次方的运算结果求解FFT，而得到待估载频信号的N次方频谱。
具体的，对由在基准圆环上和基准圆环内的星座点表征的MAPSK待估载频信号进行N次方运算，并对N次方运算的结果求解FFT，从而根据FFT的运算结果的绝对值，获取MAPSK待估载频信号的N次方频谱。
步骤五：对MAPSK待估载频信号的N次方频谱进行模运算，最高谱线所对应的频率为待估载频信号的载波频率的N倍，从而确定MAPSK待估载频信号的载波频率。
具体的，对N次方频谱进行模运算，最高谱线对应的频率则为MAPSK待估载频信号的载波频率的N倍，即最高谱线对应的频率的N分之一为待估载频信号的载波频率。
结合图2所示的16APSK标准星座图及对应基准圆环示意图，其中，基准圆环位于外环和内环之间，具体的，基准圆环圆周分别沿径向到内环和外环的距离相等。
结合图3至图5分别所示的16APSK无载频待估载频信号星座图、16APSK无载频的待估载频信号筛选后的星座图、16APSK无载频的待估载频信号的四次方谱图；其中，图3为加了高斯白噪声的16APSK待估载频信号的星座图(SNR＝16dB)，将16APSK待估载频信号的星座图中到原点的距离大于基准圆环的基准半径的星座点置零，16APSK待估载频信号的星座图中的其它星座点不变，从而获得图4中16APSK无载频的待估载频信号筛选后的星座图。对图4中的信号进行四次方运算，并对四次方的运算结果进行FFT求解运算，从而获得图5中的待估载频信号的四次方频谱，再对该四次方频谱进行模运算，最高谱线对应的频率的四分之一为16APSK待估载频信号的载波频率，零的四分之一还是零。因此，表明16APSK待估载频信号无载频。
结合图6至图8分别所示的16APSK有载频待估载频信号星座图、16APSK有载频的待估载频信号筛选后的星座图、16APSK有载频的待估载频信号的四次方谱图；其中，图6为加了高斯白噪声载频为50KHz的16APSK待估载频信号星座图(SNR＝16dB)，将16APSK待估载频信号的星座图中到原点的距离大于基准圆环的基准半径的星座点置零，16APSK待估载频信号的星座图中的其它星座点不变，从而获得图7中16APSK无载频的待估载频信号筛选后的星座图。对图7中的信号进行四次方运算，并对四次方的运算结果进行FFT求解运算，从而获得图8中的待估载频信号的四次方频谱，再对四次方频谱进行模运算，最高谱线对应的频率的四分之一为16APSK待估载频信号的载波频率，200KHz的四分之一是50KHz。因此，表明16APSK待估载频信号的载频频率为50KHz。
结合图9所示的本发明MAPSK的载波估计NMSE的示意图；其中，MAPSK待估载频信号的SNR分别达到14dB和19dB以后，16APSK和32APSK均能对载波频率进行准确估计。
本发明针对MAPSK的调制标准星座图为非严格调相信号的特点，为使运用N次方运算去除调制信息的方法有效，通过基准圆环的基准半径对MAPSK待估载频信号星座图的星座点进行筛选，然后再进行载波估计，从而避免载波估计偏差较大的状况，同时减少运算量，增加载波估计精度。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种MAPSK的载波估计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：基于MAPSK调制标准星座图，确定基准圆环的基准半径；其中，MAPSK为16APSK时，所述基准圆环的基准半径为内环半径和外环半径之和的一半；MAPSK为32APSK时，所述基准圆环的基准半径为两个内环的半径之和的一半；
步骤二：获取MAPSK待估载频信号，并对所述MAPSK待估载频信号进行功率归一化处理，使所述MAPSK待估载频信号的星座图与所述MAPSK调制标准星座图匹配；
步骤三：根据所述基准圆环的基准半径筛选经功率归一化处理的所述MAPSK待估载频信号的星座图中的星座点；
步骤四：对经筛选后的所述MAPSK待估载频信号进行N次方运算，并对N次方的运算结果求解FFT，而得到所述MAPSK待估载频信号的N次方频谱，其中，N为正整数；
步骤五：对所述MAPSK待估载频信号的N次方频谱进行模运算，最高谱线对应的频率则为所述MAPSK待估载频信号的载波频率的N倍，从而确定所述MAPSK待估载频信号的载波频率。
2.如权利要求1所述的MAPSK的载波估计方法，其特征在于，对所述MAPSK待估载频信号进行功率归一化处理，使所述MAPSK待估载频信号的星座图的所有星座点的幅度与所述MAPSK调制标准星座图的标准幅度匹配。
3.如权利要求1所述的MAPSK的载波估计方法，其特征在于，将所述基准圆环的圆心置于所述MAPSK待估载频信号的星座图的原点，并且，将所述MAPSK待估载频信号的星座图中到原点的距离大于所述基准圆环的基准半径的星座点置零，所述MAPSK待估载频信号的星座图中的其它星座点不变。
4.如权利要求3所述的MAPSK的载波估计方法，其特征在于，对由所述基准圆环上和所述基准圆环内的星座点表征的所述MAPSK待估载频信号进行N次方运算，并对N次方运算的结果求解FFT，从而根据FFT的运算结果的绝对值，获取所述MAPSK待估载频信号的N次方频谱。
5.如权利要求1所述的MAPSK的载波估计方法，其特征在于，所述N次方为四次方。
6.如权利要求1所述的MAPSK的载波估计方法，其特征在于，获取所述MAPSK待估载频信号时增加高斯白噪声。
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