CN113839900A - 载波频偏估计方法及装置、计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

一种载波频偏估计方法及装置、计算机可读存储介质，所述载波频偏估计方法包括：获取鉴相输出的信号所处目标区域；所述目标区域为N个候选区域中的一个，所述N个候选区域的并集范围为[π，‑π]，且N≥2；根据所述目标区域，获取所述鉴相输出的信号对应直流分量的第一估计值；采用所述直流分量的第一估计值，对所述鉴相输出的信号进行载波频偏补偿。通过对直流分量的第一估计值进行运算处理，实现更精准的计算载波频偏和有效补充。上述方案，能够在鉴相输出的信号出现溢出的情况下仍能够计算载波频偏，进而提高接收机解调的准确度。

Description

载波频偏估计方法及装置、计算机可读存储介质

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种载波频偏估计方法及装置、计算机可读存储介质。

背景技术

频移键控(Frequency-Shifting Keying，FSK)利用载波频率的变化来传输有效的数字信号。由于码元在0、1之间跳变，在码元跳变时会出现相位不连续的现象，引起频谱扩展。为了克服频谱扩展，同时为了进一步减少通信信号的带宽，高斯频移键控(GaussFrequency-Shifting Keying，GFSK)成为一种常用的调制方式。

出于低成本低功耗等需求，通常情况下，采用非相关解调方式对GFSK或FSK信号进行解调。非相干解调方法包括直接鉴相检测方法、互相关检测方法以及差分检测方法等。其中，直接鉴相检测方法是上述几种非相干解调方法中性能较好的一种方法。

由于发送机与接收机之间晶振频率的不一致，导致载波频偏的产生。载波频偏会在非相干解调的输出信号中引入一个直流分量。对于直接鉴相检测方法，得到的直流分量为2πΔfτ，Δf为载波频率偏差，τ是计算相位差的采样间隔。因此，在解调判决之前，需要对直接鉴相检测方法得到的输出信号进行载波频偏估计和补偿。

对于直接鉴相检测方法而言，载波频偏估计就是计算鉴相输出的信号中的直流分量，补偿即是减小鉴相输出的信号中的直流分量。载波频偏估计方法通常包括极值法、平均法、低通滤波法等。

然而，当载波频偏较大时，可能会出现鉴相输出的信号溢出的情况(相位大于π或小于-π)，此时，现有的载波频偏估计方法无法计算载波频偏，进而导致接收机无法准确解调。

发明内容

本发明实施例解决的是在鉴相输出的信号溢出的情况下，无法计算载波频偏进而导致接收机无法准确解调。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种载波频偏估计方法，包括：获取鉴相输出的信号所处目标区域；所述目标区域为N个候选区域中的一个，所述N个候选区域的并集范围为[π，-π]，且N≥2；根据所述目标区域，获取所述鉴相输出的信号对应直流分量的第一估计值；采用所述直流分量的第一估计值，对所述鉴相输出的信号进行载波频偏补偿。

可选的，所述获取鉴相输出的信号所处目标区域，包括：获取所述鉴相输出的信号落在每一个候选区域内的采样点数；选取采样点数最大的候选区域，作为所述目标区域。

可选的，对所述鉴相输出的信号进行量化，获取量化后的鉴相输出的信号所处目标区域。

可选的，对所述鉴相输出的信号进行量化，获取量化后的鉴相输出的信号所处目标区域。获取所述目标区域的中心值，将所述中心值作为所述第一估计值。

可选的，在对所述鉴相输出的信号进行载波频偏补偿之后，还包括：对所述进行载波频偏补偿之后的信号进行精准估计与补偿。

可选的，所述对所述进行载波频偏补偿之后的信号进行精准估计与补偿，包括以下任一种：采集极值法，对所述进行载波频偏补偿之后的信号进行精准估计与补偿；采用平均法，对所述进行载波频偏补偿之后的信号进行精准估计与补偿；采用低通滤波法，对所述进行载波频偏补偿之后的信号进行精准估计与补偿。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种载波频偏估计装置，包括：目标区域获取单元，用于获取鉴相输出的信号所处目标区域；所述目标区域为N个候选区域中的一个，所述N个候选区域的并集范围为[π，-π]，且N≥2；第一估计值获取单元，根据所述目标区域，获取所述鉴相输出的信号对应直流分量的第一估计值；载波频偏补偿单元，用于采用所述直流分量的第一估计值，对所述鉴相输出的信号进行载波频偏补偿。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质为非易失性存储介质或非瞬态存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述任一种所述的载波频偏估计方法的步骤。

本发明实施例还提供了另一种载波频偏估计装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行上述任一种所述的载波频偏估计方法的步骤。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

获取鉴相输出的信号所处的目标区域，目标区域为[π，-π]中的一个候选区域，根据目标区域获取鉴相输出的信号对应直流分量的第一估计值。在获取鉴相输出的信号对应直流分量的第一估计值的过程中，鉴相输出的信号溢出与否均不会对直流分量的第一估计值造成影响，故能够较为准确地估计出载波频偏。

进一步，在获取到第一估计值之后，采用第一估计值对鉴相输出的信号进行载波频偏补偿，从而确保接收机能够进行正常的解调。

此外，在采用第一估计值对鉴相输出的信号进行补偿之后，对经过频偏补偿后的信号进行精准估计与补偿，可以进一步提高直流分量的估计精度。

附图说明

图1是现有的一种直接鉴相检测方法得到的信号波形图；

图2是现有的另一种直接鉴相检测方法得到的信号波形图；

图3是现有的一种输出结果溢出的信号波形图；

图4是本发明实施例中的一种载波频偏估计方法的流程图；

图5是本发明实施例中的一种候选区域划分示意图；

图6是本发明实施例中的一种经过载波频偏补偿之后的信号示意图；

图7是本发明实施例中的一种载波频偏估计与补偿的示意图；

图8是本发明实施例中的另一种载波频偏估计与补偿的示意图；

图9是本发明实施例中的一种载波频偏估计装置的结构示意图。

具体实施方式

参照图1，给出了现有的一种直接鉴相检测方法得到的信号波形图。图1中，横坐标为采样点数，纵坐标为相位差，纵坐标的单位为π。由图1可知，调制频率为正，则相位差为正；调制频率为负，则相位差为负。图1中得到的信号为理想信号，其中不存在直流分量。

参照图2，给出了现有的另一种直接鉴相检测方法得到的信号波形图。图2中，直接鉴相输出的信号中存在直流分量。在进行解调判决之前，可以对直接鉴相输出的信号进行载波频偏估计及补偿。

然而，当载波频偏较大时，直流分量加上信号本身的频偏值，可能会让鉴相的输出结果出现溢出，如图3所示。图3给出了现有的一种输出结果溢出的信号波形图。在这种情况下，现有的载波频偏估计方法都存在一个估计的范围，当载波频偏较大时，无法计算载波频偏，进而导致接收机无法准确解调。

在本发明实施例中，在获取鉴相输出的信号对应直流分量的第一估计值的过程中，鉴相输出的信号溢出与否均不会对直流分量的第一估计值造成影响，故能够较为准确地估计出载波频偏。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明实施例提供了一种载波频偏估计方法，参照图4，以下通过具体步骤进行详细说明。

步骤S401，获取鉴相输出的信号所处目标区域。

在具体实施中，可以获取鉴相器输出的数据，作为鉴相输出的信号，并获取鉴相输出的信号所处目标区域。

在本发明实施例中，可以预先在[-π，π]的区域内，设置N个候选区域，N≥2。在接收到鉴相输出的信号后，可以获取鉴相输出的信号落在每一个候选区域内的采样点，选取采样点数最大的候选区域，作为鉴相输出的信号所处的目标区域。

在本发明实施例中，N个候选区域中，不同的候选区域对应的取值范围不同。不同的候选区域对应的取值范围之间可以存在重叠，也可以不存在重叠。

例如，候选区域的个数为4个，区域1对应的取值范围为[0，π/2]，区域2对应的取值范围为[π/2，π]，区域3对应的取值范围为[0，-π/2]，区域4对应的取值范围为[-π/2，-π]。

又如，参照图5，给出了本发明实施例中的一种候选区域划分示意图。

在本发明一实施例中，将[-π，π]的区域划分为8个区域，每个区域对应的长度为π/2。相邻两个区域之间存在π/4的重叠范围。区域1对应的范围为[-π/4，π/4]，区域2对应的范围为[0，π/2]，区域3对应的范围为[π/4，3π/4]，区域4对应的范围为[π/2，π]，区域5对应的范围为[3π/4，-3π/4]，区域6对应的范围为[-π，-π/2]，区域7对应的范围为[-3π/4，-π/4]，区域8对应的范围为[-π/2，0]。

结合图5，若鉴相输出的信号为128个采样数据，其落在候选区域2内的采样点的个数最多，则确定候选区域2为鉴相输出的对应的目标区域。

在本发明实施例中，设置相邻的候选区域之间存在重叠，故鉴相输出的信号中的部分采样点可以落在两个候选区域之间的重叠区域。此时，相邻的两个候选区域都可以将落在重叠区域的采样点统计为自身对应的采样点数。因此，各个候选区域统计得到的采样点数之和可能会大于鉴相输出的信号对应的数目。通过设置相邻的候选区域之间存在重叠，可以提高确定目标区域的准确性。

在本发明实施例中，在获取到鉴相输出的信号之后，还可以对鉴相输出的信号进行量化，并获取量化后的鉴相输出的信号所处目标区域。

步骤S402，根据所述目标区域，获取所述鉴相输出的信号对应直流分量的第一估计值。

在具体实施中，在获取到鉴相输出的信号对应的目标区域之后，可以将目标区域的中心值作为鉴相输出的信号对应直流分量的第一估计值。

结合图5，例如，获取到鉴相输出的信号对应的目标区域为区域1，区域1对应的中心值为0，则确定获取到的鉴相输出的信号对应的直流分量为0。

又如，获取到鉴相输出的信号对应的目标区域为区域2，区域2对应的中心值为π/4，则确定获取到的鉴相输出的信号对应的直流分量为π/4。

通过选择目标区域的中心值作为鉴相输出的信号对应直流分量的第一估计值，对应的误差在该目标区域对应的最大值与中心值之差的范围之内。如上述示例，目标区域为区域2，则获取到的直流分量的误差不大于π/2-π/4＝π/4。

在本发明实施例中，N的取值并不仅限于上述示例。N的取值越大，对区域[-π，π]进行划分得到的候选区域个数越多，则得到的直流分量的误差越小。但是，相应的计算复杂度也会升高。

反之，N的取值越小，对区域[-π，π]进行划分得到的候选区域个数越小，则得到的直流分量的误差越大，相应的计算复杂度也会降低。

因此，在具体应用中，可以综合考虑直流分量的误差与计算复杂度，来确定N的取值。

继续参照图3，结合图5，采用本发明实施例提供的载波频偏估计方法，可以确定鉴相输出的信号的采样点落在区域5的范围之内，因此，可以确定第一直流分量为π(或者-π)。

可见，在本发明实施例中，在获取鉴相输出的信号对应直流分量的第一估计值的过程中，鉴相输出的信号溢出与否均不会对直流分量的第一估计值造成影响，故能够较为准确地估计出载波频偏。

步骤S403，采用所述直流分量的第一估计值，对所述鉴相输出的信号进行载波频偏补偿。

在具体实施中，在获取到鉴相输出的信号对应直流分量的第一估计值之后，还可以采用直流分量的第一估计值，对鉴相输出的信号进行载波频偏补偿。

在本发明实施例中，可以对鉴相输出的信号进行延迟，将延迟后的鉴相输出的数据与得到的直流分量的第一估计值进行减法运算，即可实现对鉴相输出的信号进行载波频偏补偿。

参照图6，给出了采用本发明实施例中的一种经过载波频偏补偿之后的信号示意图。将图6与图2进行比较，可以获知：图6中经过载波频偏补偿之后，虽然鉴相输出的信号仍存在直流分量，但是相较于图2，其对应的直流分量变小。

参照图7，给出了本发明实施例中的一种载波频偏估计与补偿的电路结构示意图。图7中，第一频偏估计单元72可以为能够实现本申请提供的载波频偏估计方法的硬件电路。该硬件电路可以包括处理器以及存储器，且能够执行上述实施例中提供的载波频偏估计方法。

图7中，鉴相输出的信号Signal1分别输入至第一延迟单元71以及第一频偏估计单元72，通过第一加法器73对第一延迟单元71的输出与第一频偏估计单元72的输出进行减法运算，即可得到经过频偏补偿后的鉴相输出的信号Signal2。

在本发明实施例中，采用直流分量的第一估计值对鉴相输出的信号进行载波频偏补偿之后，还可以对经过载波频偏补偿之后的信号进行精准估计与补偿。

在对进行载波频偏补偿之后的信号进行精准估计与补偿时，可以采用极值法对直流分量的第一估计值进行精准估计与补偿，也可以采用平均法对进行载波频偏补偿之后的信号进行精准估计与补偿，还可以采用低通滤波法对进行载波频偏补偿之后的信号进行精准估计与补偿。

在本发明实施例中，可以根据接收机的需求，来选择对进行载波频偏补偿之后的信号进行精准估计与补偿的方法。

在本发明一实施例中，若接收机对频偏收敛的速度要求较高，则采用极值法对进行载波频偏补偿之后的信号进行精准估计与补偿；若接收机要求更高精度的估计值，则采用平均法对进行载波频偏补偿之后的信号进行精准估计与补偿；若接收机要求长时间跟踪载波频偏的变化，则采用低通滤波法对进行载波频偏补偿之后的信号进行精准估计与补偿。

在本发明实施例中，可以对上述载波频偏补偿之后的信号进行延迟处理，并采用上述任一种精准估计方法对载波频偏补偿之后的信号进行精准估计。将经过上述处理得到的两路信号进行减法处理，即可得到经过精准估计和补偿的信号，也即最终的鉴相输出的信号。

参照图8，给出了本发明实施例中的另一种载波频偏估计与补偿的电路结构示意图。

将经过频偏补偿后的鉴相输出的信号Signal2分别输入至第二延迟单元81以及第二频偏估计单元82，第二频偏估计单元82可以采用极值法、平均法、低通滤波法中的任一种精准频偏估计方法，对其输入的信号进行精准频偏估计。通过第二加法器83对第二延迟单元81的输出以及第二频偏估计单元82的输出进行减法运算，即可得到精准估计和补偿的信号Signal3。

可见，在采用第一估计值对鉴相输出的信号进行补偿之后，对经过频偏补偿后的信号进行精准估计与补偿，可以进一步提高直流分量的估计精度。

参照图9，本发明实施例还提供了一种载波频偏估计装置90，包括：目标区域获取单元901、第一估计值获取单元902以及载波频偏补偿单元903，其中：

目标区域获取单元901，用于获取鉴相输出的信号所处目标区域；所述目标区域为N个候选区域中的一个，所述N个候选区域的并集范围为[π，-π]，且N≥2；

第一估计值获取单元902，用于根据所述目标区域，获取所述鉴相输出的信号对应直流分量的第一估计值；

载波频偏补偿单元903，用于采用所述直流分量的第一估计值，对所述鉴相输出的信号进行载波频偏补偿。

在具体实施中，上述的目标区域获取单元901、第一估计值获取单元902以及载波频偏补偿单元903的具体执行过程可以对应参照上述步骤S401～步骤S403，本发明实施例不做赘述。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质为非易失性存储介质或非瞬态存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述任一实施例提供的载波频偏估计方法的步骤。

本发明实施例还提供了另一种载波频偏估计装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行上述任一实施例提供的载波频偏估计方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指示相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种载波频偏估计方法，其特征在于，包括：

获取鉴相输出的信号所处目标区域；所述目标区域为N个候选区域中的一个，所述N个候选区域对应的取值范围各不相同，且N个候选区域的并集范围为[π，-π]，且N≥2；

根据所述目标区域，获取所述鉴相输出的信号对应直流分量的第一估计值；采用所述直流分量的第一估计值，对所述鉴相输出的信号进行载波频偏补偿。

2.如权利要求1所述的载波频偏估计方法，其特征在于，所述获取鉴相输出的信号所处目标区域，包括：

获取所述鉴相输出的信号落在每一个候选区域内的采样点数；

选取采样点数最大的候选区域，作为所述目标区域。

3.如权利要求2所述的载波频偏估计方法，其特征在于，所述获取鉴相输出的信号所处目标区域，包括：

对所述鉴相输出的信号进行量化，获取量化后的鉴相输出的信号所处目标区域。

4.如权利要求1所述的载波频偏估计方法，其特征在于，所述根据所述目标区域，获取所述鉴相输出的信号对应的直流分量的第一估计值，包括：

获取所述目标区域的中心值，将所述中心值作为所述第一估计值。

5.如权利要求1所述的载波频偏估计方法，其特征在于，在对所述鉴相输出的信号进行载波频偏补偿之后，还包括：

对所述进行载波频偏补偿之后的信号进行精准估计与补偿。

6.如权利要求5所述的载波频偏估计方法，其特征在于，所述对所述进行载波频偏补偿之后的信号进行精准估计与补偿，包括以下任一种：

采集极值法，对所述进行载波频偏补偿之后的信号进行精准估计与补偿；

采用平均法，对所述进行载波频偏补偿之后的信号进行精准估计与补偿；

采用低通滤波法，对所述进行载波频偏补偿之后的信号进行精准估计与补偿。

7.一种载波频偏估计装置，其特征在于，包括：

目标区域获取单元，用于获取鉴相输出的信号所处目标区域；所述目标区域为N个候选区域中的一个，所述N个候选区域的并集范围为[π，-π]，且N≥2；

第一估计值获取单元，用于根据所述目标区域，获取所述鉴相输出的信号对应直流分量的第一估计值；

载波频偏补偿单元，用于采用所述直流分量的第一估计值，对所述鉴相输出的信号进行载波频偏补偿。

8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质为非易失性存储介质或非瞬态存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行权利要求1～6任一项所述的载波频偏估计方法的步骤。

9.一种载波频偏估计装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序时执行权利要求1～6任一项所述的载波频偏估计方法的步骤。

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