CN107682291B - 一种基于频率范围受限的自适应可变长的频偏估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于频率范围受限的自适应可变长的频偏估计方法，利用随机变化的信噪比，得到自适应的自相关特殊数据段的长度，并通过限制频偏估计范围，进而降低特殊数据段的自相关运算复杂度，实现在自相关运算复杂度得到控制的条件下自适应信噪比的变化，提高频偏估计的抗噪性和精度。

Description

一种基于频率范围受限的自适应可变长的频偏估计方法

技术领域

本发明涉及一种宽带数字信号处理系统中的下行频偏估计方法，属于移动通信、干扰抑制、数字信号处理等相关的技术领域。

背景技术

为了在宽带数字接收机系统中消除由于多普勒效应和收发端晶振不一致等因素引起的频偏，基于频率范围受限的频偏估计技术被提出。该技术是基于接收数据段中数据自相关从而获得，利用接收数据中两段特殊的相同数据，使其相关值是相关运算，得到频偏在时间上的积累，从而分析估计得到频偏。接收信号中特殊的数据段的相关值是很容易检测到的，该值包含着频偏值，避免了因为需要调整本地特殊序列而不得不额外增加载波同步和相位同步算法，提高了同步效率。

当前基于频率范围受限的频偏估计方法主要关注于在特殊数据段的固定的长度条件下的自相关运算。这些方案对于信噪比随机变化和需要较低的自相关运算复杂度的环境是很难执行的。对于已有的可以实现控制自相关运算复杂度的基于频率范围受限的频率估计方法，虽然可以通过调节相关数据段的长度控制自相关的运算复杂度，但是这些方法不能自适应控制和调节相关数据段的长度，而且忽略了由于缩短相关数据段的长度而导致的抗噪性能的下降，以及由于过度扩展相关长度所引起的频偏估计范围的缩小，这些缺点都是直接影响频偏估计的准确性，需要提出新的频偏估计方法，从而利用随机信噪比的变化和应对较高的相关运算复杂度。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于频率范围受限的自适应可变长的频偏估计方法，利用随机变化的信噪比，得到自适应的自相关特殊数据段的长度，并通过限制频偏估计范围，进而降低特殊数据段的自相关运算复杂度，实现在自相关运算复杂度得到控制的条件下自适应信噪比的变化，提高频偏估计的抗噪性和精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1，根据系统中存在频偏的上限f_{Δ_max}和接收信号的采样周期T_s得到参与相关数据长度L的最大值

步骤2，由L_max确定特殊数据段中的Frank序列的个数

其中，M为Frank序列的长度；

步骤3，构建相邻两段含有N个连续Frank序列的数据结构作为频偏估计数据段[F₁,F₂,...F_i...,F_N,F₁,F₂,...F_i...,F_N]，其中F_i代表第i个Frank序列，令频偏估计的相关距离K＝NM+1；

步骤4，根据信噪比γ调节参与相关的数据段的长度

其中，var[δ_ω]为固定的频偏估计误差，K为频偏估计的相关距离；

步骤5，长度为L′的相关数据段所包含Frank序列的个数

当(P+1)M＜L_max，则相关数据段的长度L＝PM；当(P+1)M＞L_max且PM≤L_max，则相关数据段的长度L＝PM；当PM＞L_max，则相关数据段的长度L＝NM；

步骤6，相关运算得到角频偏估计值

其中，

s(n)为收到的第n个采样点，τ为频偏估计数据段起始采样点的下标。

本发明的有益效果是：利用随机变化的信噪比，得到自适应的自相关特殊数据段的长度，并通过限制频偏估计范围，进而降低特殊数据段的自相关运算复杂度，实现在自相关运算复杂度得到控制的条件下自适应信噪比的变化，提高频偏估计的抗噪性和精度。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明包括以下步骤：

步骤1：根据系统中存在频偏的上限f_{Δ_max}得到参与相关数据长度L的最大值L_max,设接收信号的采样周期为T_s，即

步骤2：由L_max确定特殊数据段中的Frank序列的个数N。设Frank序列的长度为M，则

向下取整；

步骤3：构建相邻两段含有若干个Frank序列的数据结构作为频偏估计数据段。即每一段数据结构均含有N个连续的Frank序列，二者结构和数据完全一致，长度均为NM。数据结构如下：

[F₁,F₂,...F_i...,F_N,F₁,F₂,...F_i...,F_N]

其中F_i代表第i个Frank序列，令频偏估计的相关距离K＝NM+1。

步骤4：系统根据信噪比调节参与相关的数据段的长短。即利用

其中γ为信噪比，var[δ_ω]为固定的频偏估计误差，K为频偏估计的相关距离，L′为仅仅根据信噪比得到的相关数据段的长度。

步骤5：

向下取整，P为长度为L′的相关数据段所包含Frank序列的个数；

当(P+1)M＜L_max，则相关数据段的长度L＝PM；

当(P+1)M＞L_max且PM≤L_max，则相关数据段的长度L＝PM；

当PM＞L_max，则相关数据段的长度L＝NM；

步骤6：相关运算得到频偏估计值，即

其中ω_Δ为角频偏估计值，s(n)为收到的第n个采样点，τ为频偏估计数据段起始采样点的下标。

本发明的实施例提供了一种基于频率范围受限的自适应可变长的频偏估计方法。核心思想是利用随机变化的信噪比，得到自适应的自相关特殊数据段的长度，并通过限制频偏估计范围，进而降低特殊数据段的自相关运算复杂度，实现在自相关运算复杂度得到控制的条件下自适应信噪比的变化，提高频偏估计的抗噪性和精度。

参照图1，描述了基于频率范围受限的自适应可变长的频偏估计方法的总体流程，其中特殊数据段是由Frank序列构成。首先根据系统中存在频偏的上限得到参与相关数据长度L的最大值Lmax，其次由Lmax确定特殊数据段中的Frank序列的个数，然后构建相邻两段含有若干个Frank序列的数据结构作为频偏估计数据段，系统再根据信噪比调节参与相关的数据段的长短L′，接着通过

去判断PM与Lmax的关系，最终决定相关数据段的长度，最后相关运算得到频偏估计值。

为简化分析，本实例系统中存在频偏的上限为f_{Δ_max}＝3kHz，Frank序列长度为32，频偏估计误差var[δ_ω]＝0.0001，采样周期为T_s＝0.02×10^-3s,信噪比γ＝0.2dB，具体操作时：

步骤1：根据系统中存在频偏的上限f_{Δ_max}得到参与相关数据长度L的最大值L_max。即

步骤2：由L_max确定Frank序列的个数。Frank序列的长度为M＝32，

步骤3：构建相邻两段含有若干个Frank序列的数据结构作为频偏估计数据段。即每一段数据结构均含有2个连续的Frank序列，二者结构和数据完全一致，长度均为L＝2×32＝64。数据结构如下：

[F₁,F₂,F₁,F₂]

令相关距离K＝65。

步骤4：系统根据信噪比调节参与相关的数据段的长短。利用

即

L′为仅仅根据信噪比得到的相关数据段的长度。

步骤5：

因为(P+1)M＝2×32＝64＜L_max，则相关数据段的长度L＝PM＝32；

步骤6：相关运算得到频偏估计值，即

其中ω_Δ为角频偏估计值，s(n)为收到的第n个采样点，τ为频偏估计数据段起始采样点的下标，不失一般性，此处τ＝1，即第一个收到的采样点就是数据段起始采样点。

以上所述仅为本发明的具体实例，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求记载的技术方案及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内，这些基于本发明思想的修改和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于频率范围受限的自适应可变长的频偏估计方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤1，根据系统中存在频偏的上限f_{Δ_max}和接收信号的采样周期T_s得到参与相关数据长度L的最大值

步骤2，由L_max确定特殊数据段中的Frank序列的个数

其中，M为Frank序列的长度；

步骤3，构建相邻两段含有N个连续Frank序列的数据结构作为频偏估计数据段[F₁,F₂,...F_i...,F_N,F₁,F₂,...F_i...,F_N]，其中F_i代表第i个Frank序列，令频偏估计的相关距离K＝NM+1；

步骤4，根据信噪比γ调节参与相关数据长度

其中，var[δ_ω]为固定的频偏估计误差，K为频偏估计的相关距离；

步骤5，长度为L′的相关数据段所包含Frank序列的个数

当(P+1)M＜L_max，则相关数据段的长度L＝PM；当(P+1)M＞L_max且PM≤L_max，则相关数据段的长度L＝PM；当PM＞L_max，则相关数据段的长度L＝NM；

步骤6，相关运算得到角频偏估计值

其中，

s(n)为收到的第n个采样点，τ为频偏估计数据段起始采样点的下标。

Images