CN114745775B - 一种无线通信系统中的频偏估计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及无线通信技术领域，提供了一种无线通信系统中的频偏估计方法及装置。该方法包括：获取数据帧；从数据帧的短训练序列域中截取出第一、第二采样序列，根据第一、第二采样序列，确定数据同步上升沿；从数据同步上升沿开始往后截取出预定长度的截取序列，根据截取序列计算出实际频谱边界值；根据理论频谱边界值和实际频谱边界值，计算出超大频偏估计值；使用超大频偏估计值对短训练序列域进行超大频偏补偿，得到补偿短训练序列域；根据补偿短训练序列域，计算出残余频偏估计值；根据超大频偏估计值和残余频偏估计值，计算得到数据帧的实际频偏估计值。本公开可有效提高无线通信系统的频偏估计（尤其是超大频偏估计）的精确度。

Description

一种无线通信系统中的频偏估计方法及装置

技术领域

本公开涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无线通信系统中的频偏估计方法及装置。

背景技术

在现有技术中，一般WiFi信号（除802.11b协议外）都是使用非高通量短训练序列域（Non-HT Short Training field，简称L_STF）中的10个符号中的第8~第10（T8~T10）个符号进行两两互相关运算，计算出符号间相位差，再根据相位与频率之间的固定关系计算出频偏。

但是，由于无线通信信道的影响以及位置的不准确，会造成L_STF符号间的相关性被减弱，同时由于相位计算范围只有2π，当频偏过大时，信号会在一个符号周期内发生反转而导致频偏估计错误，从而导致频偏估计的精确度较低，进而导致信号同步失败。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供了一种无线通信系统中的频偏估计方法及装置，以解决现有技术中由于无线通信信道的影响以及位置的不准确，会造成L_STF符号间的相关性被减弱，同时由于相位计算范围只有2π，当频偏过大时，信号会在一个符号周期内发生反转而导致频偏估计错误，从而导致频偏估计的精确度较低，进而导致信号同步失败的问题。

本公开实施例的第一方面，提供了一种无线通信系统中的频偏估计方法，包括：

获取信号发送端发送的无线传输信号的数据帧；

从数据帧的短训练序列域中截取出第一采样序列和第二采样序列，根据第一采样序列和第二采样序列，确定数据帧的数据同步上升沿；

从数据同步上升沿开始往后截取出预定长度的截取序列，根据截取序列计算出数据帧的实际频谱边界值；

根据预设的理论频谱边界值和实际频谱边界值，计算出数据帧的超大频偏估计值；

使用超大频偏估计值对短训练序列域进行超大频偏补偿，得到补偿短训练序列域；

根据补偿短训练序列域，计算出数据帧的残余频偏估计值；

根据超大频偏估计值和残余频偏估计值，计算得到数据帧的实际频偏估计值。

本公开实施例的第二方面，提供了一种无线通信系统中的频偏估计装置，包括：

数据获取模块，被配置为获取信号发送端发送的无线传输信号的数据帧；

第一截取模块，被配置为从数据帧的短训练序列域中截取出第一采样序列和第二采样序列，根据第一采样序列和第二采样序列，确定数据帧的数据同步上升沿；

第二截取模块，被配置为从数据同步上升沿开始往后截取出预定长度的截取序列，根据截取序列计算出数据帧的实际频谱边界值；

超大频偏估计模块，被配置为根据预设的理论频谱边界值和实际频谱边界值，计算出数据帧的超大频偏估计值；

频偏补偿模块，被配置为使用超大频偏估计值对短训练序列域进行超大频偏补偿，得到补偿短训练序列域；

残余频偏估计模块，被配置为根据补偿短训练序列域，计算出数据帧的残余频偏估计值；

实际频偏估计模块，被配置为根据超大频偏估计值和残余频偏估计值，计算得到数据帧的实际频偏估计值。

本公开实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并且可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。

本公开实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

本公开实施例与现有技术相比，其有益效果是：本公开实施例通过获取信号发送端发送的无线传输信号的数据帧；从数据帧的短训练序列域中截取出第一采样序列和第二采样序列，根据第一采样序列和第二采样序列，确定数据帧的数据同步上升沿；从数据同步上升沿开始往后截取出预定长度的截取序列，根据截取序列计算出数据帧的实际频谱边界值；根据预设的理论频谱边界值和实际频谱边界值，计算出数据帧的超大频偏估计值；使用超大频偏估计值对短训练序列域进行超大频偏补偿，得到补偿短训练序列域；根据补偿短训练序列域，计算出数据帧的残余频偏估计值；根据超大频偏估计值和残余频偏估计值，计算得到数据帧的实际频偏估计值，能够很好地消除无线通信信道的影响，以及解决同步位置不准确的问题，增强了L_STF符号间的相关性，且可消除信号相位反转的影响，提高了频偏估计的精确度，保证了信号的成功同步。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，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公开的一些实施例，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它的附图。

图1是本公开实施例的一种应用场景的场景示意图；

图2是本公开实施例提供的一种无线通信系统中的频偏估计方法的流程示意图；

图3是本公开实施例提供的无线通信系统中的频偏估计方法中的无线传输信号的短训练序列域的结构示意图；

图4是本公开实施例提供的一种无线通信系统中的频偏估计装置的结构示意图；

图5是本公开实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本公开实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本公开。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本公开的描述。

下面将结合附图详细说明根据本公开实施例的一种无线通信系统中的频偏估计方法和装置。

图1是本公开实施例的应用场景的场景示意图。该应用场景可以包括信号发送端101、信号接收端102以及无线信道103。

信号发送端101，通常是指发出信号（如无线WiFi信号）的发送设备，例如，无线路由器，或者是具有接收和发射切换功能的无线网卡等。

信号接收端102，通常是可用于接收信号发送端101发出的信号的接收设备，例如，WLAN接收器（也可称为无线网卡）等。

无线信道103，是对无线通信中的信号发送端101和信号接收端102之间的“连接通路”的一种形象比喻。对于无线电波而言，它从信号发送端传送到信号接收端，其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也有可能不只一条，为了形象地描述信号发送端与信号接收端之间的工作，可以想象两者之间有一个看不见的道路衔接，这条衔接通路通常被称为信道，无线信道也就是常说的无线的“频段。

在本公开实施例中，信号接收端102可通过接收信号发送端101通过无线信道103发送的无线传输信号，获取该无线传输信号的数据帧；然后，从数据帧的短训练序列域中截取出第一采样序列和第二采样序列，根据第一采样序列和第二采样序列，确定数据帧的数据同步上升沿；之后，从数据同步上升沿开始往后截取出预定长度的截取序列，根据截取序列计算出数据帧的实际频谱边界值；根据预设的理论频谱边界值和实际边界值，计算出数据帧的超大频偏估计值；使用超大频偏估计值对短训练序列域进行超大频偏补偿，得到补偿短训练序列域；然后，根据补偿短训练序列域，计算出数据帧的残余频偏估计值；最后，根据超大频偏估计值和残余频偏估计值，计算得到数据帧的实际频偏估计值，能够很好地消除无线通信信道的影响以及同步位置不准确的问题，增强了L_STF符号间的相关性，且可消除信号相位反转的影响，提高了频偏估计的精确度，保证了信号的成功同步，使得无线传输通信的数据传输更加准确、可靠。

需要说明的是，信号发送端101、信号接收端102的具体类型可以根据应用场景的实际需求进行调整，本公开实施例对此不作限制。

图2是本公开实施例提供的一种无线通信系统中的频偏估计方法的流程示意图。图2的无线通信系统中的频偏估计方法可以由图1的信号接收端102执行。如图2所示，该无线通信系统中的频偏估计方法包括：

步骤S201，获取信号发送端发送的无线传输信号的数据帧。

请参阅图1，信号接收端102（如综测仪等）可以通过无线信道103接收信号发送端101发送的无线传输信号（例如，WIFI802.11ag/n/ac/ax/be协议的信号）的数据帧。这些无线传输信号的数据帧的物理层帧结构中均包含有短训练序列域。其中，短训练序列域是指非高通量长训练序列域（Non-HT Long Training field，简称L_STF）。

步骤S202，从数据帧的短训练序列域中截取出第一采样序列和第二采样序列，根据第一采样序列和第二采样序列，确定数据帧的数据同步上升沿。

图3示出了短训练序列域的结构示意图。如图3所示，短训练序列域包括10个符号，分别表示为T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9和T10。其中，每个符号的包括多个数据采集点，每个符号的序列长度均相同。每个符号所包含的数据采集点与无线传输信号的带宽有关。具体的，当信号带宽为20M时，每个符号包括16个数据采集点；当信号带宽为40M时，每个符号包括32个数据采集点；当信号带宽为80M时，每个符号包括64个数据采集点；当信号带宽为160M时，每个符号包括128个数据采集点；当信号带宽为320M时，每个符号包括256个数据采集点。也即，信号带宽与数据采集点的数量成正比关系，信号带宽越大，数据采集点的数量也就越多；同时，两信号的信号带宽之间的比值等于这两信号的数据采集点之间的比值。

第一采样序列和第二采样序列的序列长度相同，且为一个符号的长度。例如，无线传输信号为20M，则第一采样序列和第二采样序列的序列长度为16个数据采集点。

同步上升沿，是指无线传输信号的数据帧的数据开始同步的那一瞬间。举个例子，在数字电路中，把电压的高低用逻辑电平来表示。逻辑电平包括高电平和低电平这两种。不同的元器件形成的数字电路，电压对应的逻辑电平也不同。在TTL门电路（双极型集成电路）中，通常把大于3.5伏的电压规定为逻辑高电平，用数字1表示；把电压小于0.3伏的电压规定为逻辑低电平，用数字0表示。数字电平从0变为1的那一瞬间称为上升沿。

步骤S203，从数据同步上升沿开始往后截取出预定长度的截取序列，根据截取序列计算出数据帧的实际频谱边界值。

作为一示例，请参阅图3，假设根据上述步骤S202确定某无线传输信号的数据帧的数据同步上升沿为符号T1的第一个数据采集点01，那么从符号T1的第一个数据采集点01开始向后截取预定长度的序列作为截取序列。

其中，预定长度，可以根据实际情况来灵活设定。一般地，预定长度设定为该无线传输信号的至少4个符号长度。例如，在20M的信号带宽下，4个符号长度即为16*4=64个数据采样点（数据采集点）。进一步的，考虑到信号的采样率，20M的信号带宽的截取序列的长度应为16*4*Fs，其中，Fs为信号采样率。示例性的，若信号采样率Fs为2倍，则截取序列的预定长度为16*4*2=128个数据采样点。

步骤S204，根据预设的理论频谱边界值和实际频谱边界值，计算出数据帧的超大频偏估计值。

根据WiFi 802.11ag/n/ac/ax/be协议可以计算出L_STF的理论频谱边界值（即子载波索引值，此索引值从1开始）。在信号采样率为2倍的基础上，不同带宽信号的数据帧的理论频谱边界值分别如下：在信号带宽20M下，A=21，在信号带宽40M下，A=37，在信号带宽80M下，A=69，在信号带宽160M下，A=133，在信号带宽320M下，A=261。A表示子载波索引号，从1开始计数。

在实际应用中，可预先将各种信号带宽下的L_STF的理论频谱边界值进行对应存储于预设的存储位置，以便于执行该步骤时调用。

步骤S205，使用超大频偏估计值对短训练序列域进行超大频偏补偿，得到补偿短训练序列域。

作为一示例，使用上述步骤S204计算出来的超大频偏估计值对无线传输信号的数据帧的短训练序列域进行超大频偏补偿，即进行频偏纠正，得到补偿短训练序列域，即纠正后的短训练序列域。

步骤S206，根据补偿短训练序列域，计算出数据帧的残余频偏估计值。

步骤S207，根据超大频偏估计值和残余频偏估计值，计算得到数据帧的实际频偏估计值。

作为一示例，将上述步骤计算得到的超大频偏估计值和残余频偏估计值进行叠加，即可计算得到数据帧的实际频偏估计值。

对于综测仪来说，如果输入WiFi信号具有较大频偏，采用传统的通过对无线传输信号的数据帧中的L_STF自相关运算来进行粗频偏估计的方法已经无法准确估计出实际信号的频偏，从而导致信号同步失败。然而，本公开实施例提供的技术方案，通过获取信号发送端发送的无线传输信号的数据帧；从数据帧的短训练序列域中截取出第一采样序列和第二采样序列，根据第一采样序列和第二采样序列，确定数据帧的数据同步上升沿；从数据同步上升沿开始往后截取出预定长度的截取序列，根据截取序列计算出数据帧的实际频谱边界值；根据预设的理论频谱边界值和实际频谱边界值，计算出数据帧的超大频偏估计值；使用超大频偏估计值对短训练序列域进行超大频偏补偿，得到补偿短训练序列域；根据补偿短训练序列域，计算出数据帧的残余频偏估计值；根据超大频偏估计值和残余频偏估计值，计算得到数据帧的实际频偏估计值，即通过分析L_STF的频谱特征，可以有效地分析出超大频偏（1Mhz~BW/2Mhz，BW为信号带宽），能够很好地消除无线通信信道的影响以及同步位置不准确的问题，增强了L_STF符号间的相关性，且可消除信号相位反转的影响，提高了频偏估计的精确度，保证了信号的成功同步，使得无线传输通信的数据传输更加准确、可靠。

在一些实施例中，上述步骤S202包括：

定位至数据帧的短训练序列域的预设采样起始位置；

从预设采样起始位置开始向后依次截取第一采样序列和第二采样序列，其中，第一采样序列和第二采样序列的序列长度相同；

对第一采样序列和第二采样序列进行相关运算，得到第一相关值；

若第一相关值大于或等于预定门限值，则将预设采样起始位置确定为数据帧的同步上升沿。

预设采样起始位置，可以根据实际情况灵活设置。一般情况下，预设采样起始位置可为数据帧的起始位置，即第一个符号T1的第一个数据采集点。在一些特殊情况下，例如，考虑到信噪比等因素的影响的情况下，也可以根据实际情况将预设采样起始位置设置为第一个符号的第二个数据采集点到第八个符号的最后一个数据采集点中的任意一个位置。

作为一示例，假设预设采样起始位置为第一个符号T1的第一个数据采集点，那么从符号T1的第一个数据采集点01开始向后截取16个数据采集点，即截取至符号T1的第16个数据采集点，得到第一采样序列（记为S1），即符号T1。接着，从符号T1的最后一个数据采集点（即符号T2的第一个数据采集点）开始向后截取16个数据采集点，得到第二采样序列（记为S2），即符号T2。

由于S1，S2均为[1*N]行序列，所以可根据公式P0=S1’*conj(S2)对第一采样序列和第二采样序列进行相关运算，得到第一相关值P0。其中，’表示转置，conj表示共轭计算。P0为一个复数相关值。对于N的取值，在20M信号带宽下，N=16个数据采集点，在信号带宽40M下，N=32个数据采集点，以此类推160M为128个数据采集点，320M带宽信号为256个数据采集点。

在一些实施例中，若第一相关值大于或等于预定门限值，则将预设采样起始位置确定为数据帧的同步上升沿，包括：

计算第一采样序列的第一序列功率值，以及第二采样序列的第二序列功率值；

对第一相关值进行归一化处理，得到归一化值；

若归一化值大于或等于预定门限值，则将预设采样起始位置确定为数据帧的同步上升沿。

接着上述示例，可以分别计算第一采样序列S1的第一序列功率值，即分别将第一采样序列S1中的每一个数据采集点对应的功率值进行叠加，再取平均值，即得到第一序列功率值P1。类似的，计算出第二采样序列S2的第二序列功率值P2。

然后，再根据公式M=(|P0|^²)/P对第一相关值P0进行归一化处理，得到归一化值M。其中，P=max(P1,P2)，| |表示取模，^2表示平方。在该步骤中，取第一序列功率值P1、第二序列功率值P2中的较大值代入上述归一化计算公式进行计算，可以避免在接收无线传输信号的数据帧之前产生的干扰导致数据同步异常的情况。

预定门限值，理论值为1，但在实际情况中通常取一个小于1的数据，例如，0.97等。

作为一示例，设预定门限值为0.97，若根据上述公式计算出来的归一化值M大于或等于预定门限值0.97，则表示同步完成，那么可将符号T1的第一个数据采集点确定为数据帧的同步上升沿，即同步点。

在一些实施例中，若归一化值小于预定门限值，则将预设采样起始位置的后一位数据采样点确定为重新采样起始位置；

从重新采样起始位置开始向后依次截取第三采样序列和第四采样序列，其中，第三采样序列和第四采样序列的序列长度相同；

对第三采样序列和第四采样序列进行相关运算，得到第二相关值；

若第二相关值大于或等于预定门限值，则将重新采样起始位置确定为数据帧的同步上升沿。

结合上述示例，若归一化值M小于预定门限值0.97，则将预设采样起始位置（符号T1的第一个数据采集点01）的后一位数据采样点（即符号T1的第二个数据采集点02）确定为重新采样起始位置，从该重新采样起始位置开始向后截取16个数据采集点，即截取至符号T2的第1个数据采集点，得到第三采样序列（记为S3）。接着，从第三采样序列S3的最后一个数据采集点（即符号T2的第2个数据采集点）开始向后截取16个数据采集点，得到第四采样序列（记为S4）。然后，根据公式q=S3’*conj(S4)对第三采样序列和第四采样序列进行相关运算，得到第二相关值q。然后，再根据公式M1=(|q|^²)/P对第二相关值q进行归一化处理，得到归一化值M1。其中，P=max(P3,P4)。最后，再判断归一化值M1是否大于或等于预定门限值（假设为0.97），若归一化值M1大于或等于0.97，则将重新采样起始位置（即符号T1的第二个数据采集点02）确定为数据帧的同步上升沿。

可以理解的是，若归一化值M1仍小于预定门限值，则将重新采样起始位置再往后移一个数据采集点，从短训练序列域中截取中第五、第六采样序列，然后重复上述步骤，计算出归一化值M2，再比较归一化值M2与预定门限值的大小……直至找到数据帧的同步上升沿。

在一些实施例中，截取序列包括多个数据采集点。根据截取序列计算出数据帧的实际频谱边界值，包括：

对截取序列进行快速傅里叶变换运算，得到频谱序列；

将频谱序列转换为功率谱，功率谱包括每一个数据采集点对应的功率值；

从截取序列的第一个数据采集点开始，依次比较每一个数据采样点的功率值与预设边界门限值的大小；

当第i个数据采集点的功率值大于或等于预设边界门限值时，将第i个数据采集点对应的功率值确定为实际频谱边界值，第i个数据采集点为多个数据采集点中的其中之一。

作为一示例，假设归一化值M大于预定门限值（如0.97），确定数据帧的同步上升沿为符号T1的第一个数据采集点，则可从该同步上升沿（即符号T1的第一个数据采集点）开始向后截取4个符号长度的截取序列。若信号带宽为20M，采样率为2倍，则该截取序列进行快速傅里叶运算的实际长度FFT_length=N*4*2=16*4*2=128个点。也即，该截取序列包括128个数据采集点。

接着，对该截取序列的128个点进行快速傅里叶变换运算（FFT运算）得到频谱序列F_lstf。再根据公式P_lstf=|F_lstf|^²将该频谱序列转换为功率谱P_lstf，其中，| |表示模运算，^2表示平方。该功率谱包括每一个数据采集点对应的功率值。然后，从截取序列的第一个数据采集点开始，依次比较每一个数据采样点的功率值与预设边界门限值的大小，即循环判断P_lstf(i),i=1,2,3…,FFT_length（在此示例中FFT_length为128）中的每一个点是否大于预设边界门限值P_threshold。当P_lstf(i)>=P_threshold时，将第i个数据采集点（为实际频谱边界点）对应的功率值确定为实际频谱边界值B。示例性的，当P_lstf(10)>=P_threshold时，将第10个数据采集点对应的功率值确定为实际频谱边界值B。

上述的预设边界门限值P_threshold，可根据下述步骤确定：首先，从上述的128个数据采集点对应的功率值中找出其中的最大功率值；然后，取该最大功率值的1/10~1/4作为预设边界门限值。

之后，可根据公式Ferr_1=(A-B)*625KHz计算出数据帧的超大频偏估计值Ferr_1。其中，A表示该数据帧对应的理论频谱边界值（如该数据帧为20M宽带信号，则A的取值为21），B表示该数据帧的实际频谱边界值。

在一些实施例中，上述步骤S206包括：

对补偿短训练序列域进行分组，得到依次排列的多个分组序列，每个分组序列的序列长度均相同；

对前一个分组序列和后一个分组序列进行相关运算，得到多组序列相关值；

根据多组序列相关值，计算出数据帧的残余频偏估计值。

作为一示例，将采用上述超大频偏估计值Ferr_1对数据帧的短训练序列域进行补偿后得到的补偿短训练序列域划分为10组序列，分别记为X1、X2、X3…X10，其中，每一组序列的长度为一个符号的长度，每组序列包括N个数据采集点。例如，在20M信号带宽下，每组序列包括16个数据采集点；在40M信号带宽下，每组序列包括32个数据采集点，以此类推，在320M信号带宽下，每组序列包括256个数据采集点。

接着，分别对第1和第2组序列，第2和第3组序列，第3和第4组序列，第4和第5组序列，第5和第6组序列，第6和第7组序列，第7和第8组序列，第8和第9组序列，第9和第10组序列进行两两相关运算，得到9组序列相关值，可分别记为K1、K2、K3…K9。

在一些实施例中，根据多组序列相关值，计算出数据帧的残余频偏估计值，包括：

从多个分组序列中筛选出目标分组序列；

根据目标分组序列的目标序列相关值，计算得到平均相位角序列；

根据平均相位角序列，计算出数据帧的残余频偏估计值。

接上述示例，循环相关计算X=Xn+1.*conj(Xn)；其中n=1…9。Conj表示共轭运算。符号.*表示两序列中对应元素两两相乘。再根据公式PhaseS=angle(Xn)计算每一组序列相关值的相位角度PhaseS，得到复数数组Xn的每个元素返回区间[-π,π]中的相位角。n=1,…,9。即得到一个9组相位角PhaseS。然后，从多个分组序列中筛选出第3到第7组（即X3~X7）分组序列作为目标分组序列，再对这第3到第7组分组序列的相位角度做平均运算，得到平均相位角序列meanPhaseS。根据公式PhErr=Mean(meanPhaseS)/N，计算得到相位误差PhErr。再根据公式Ferr_2=PhErr*Fs/(2*pi)，计算得到数据帧的残余频偏估计值Ferr_2。其中，Fs为采样率，pi表示数学符号π。

由于粗同步点的位置不一定准确，所以选择第3~第7组分组序列作为目标分组序列（即前后过滤掉2组分组序列）可以去掉减少干扰带来的影响，使得频偏估计的结果更加精准。

最后，可根据公式Ferr=Ferr_1+Ferr_2计算出数据帧的实际频偏估计值Ferr。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本申请的可选实施例，在此不再一一赘述。

下述为本公开装置实施例，可以用于执行本公开方法实施例。对于本公开装置实施例中未披露的细节，请参照本公开方法实施例。

图4是本公开实施例提供的一种无线通信系统中的频偏估计装置的示意图。如图4所示，该无线通信系统中的频偏估计装置包括：

数据获取模块401，被配置为获取信号发送端发送的无线传输信号的数据帧；

第一截取模块402，被配置为从数据帧的短训练序列域中截取出第一采样序列和第二采样序列，根据第一采样序列和第二采样序列，确定数据帧的数据同步上升沿；

第二截取模块403，被配置为从数据同步上升沿开始往后截取出预定长度的截取序列，根据截取序列计算出数据帧的实际频谱边界值；

超大频偏估计模块404，被配置为根据预设的理论频谱边界值和实际频谱边界值，计算出数据帧的超大频偏估计值；

频偏补偿模块405，被配置为使用超大频偏估计值对短训练序列域进行超大频偏补偿，得到补偿短训练序列域；

残余频偏估计模块406，被配置为根据补偿短训练序列域，计算出数据帧的残余频偏估计值；

实际频偏估计模块407，被配置为根据超大频偏估计值和残余频偏估计值，计算得到数据帧的实际频偏估计值。

本公开实施例提供的技术方案，通过数据获取模块401获取信号发送端发送的无线传输信号的数据帧；第一截取模块402从数据帧的短训练序列域中截取出第一采样序列和第二采样序列，根据第一采样序列和第二采样序列，确定数据帧的数据同步上升沿；第二截取模块403从数据同步上升沿开始往后截取出预定长度的截取序列，根据截取序列计算出数据帧的实际频谱边界值；超大频偏估计模块404根据预设的理论频谱边界值和实际频谱边界值，计算出数据帧的超大频偏估计值；频偏补偿模块405使用超大频偏估计值对短训练序列域进行超大频偏补偿，得到补偿短训练序列域；残余频偏估计模块406根据补偿短训练序列域，计算出数据帧的残余频偏估计值；实际频偏估计模块407根据超大频偏估计值和残余频偏估计值，计算得到数据帧的实际频偏估计值，能够很好地消除无线通信信道的影响以及同步位置不准确的问题，增强了L_STF符号间的相关性，且可消除信号相位反转的影响，提高了频偏估计的精确度，保证了信号的成功同步。

在一些实施例中，上述第一截取模块402包括：

定位单元，被配置为定位至数据帧的短训练序列域的预设采样起始位置；

第一截取单元，被配置为从预设采样起始位置开始向后依次截取第一采样序列和第二采样序列，其中，第一采样序列和第二采样序列的序列长度相同；

相关运算单元，被配置为对第一采样序列和第二采样序列进行相关运算，得到第一相关值；

同步确定单元，被配置为若第一相关值大于或等于预定门限值，则将预设采样起始位置确定为数据帧的同步上升沿。

在一些实施例中，上述同步确定单元，可具体被配置为：

计算第一采样序列的第一序列功率值，以及第二采样序列的第二序列功率值；

对第一相关值进行归一化处理，得到归一化值；

若归一化值大于或等于预定门限值，则将预设采样起始位置确定为数据帧的同步上升沿。

在一些实施例中，对第一相关值进行归一化处理，得到归一化值之后，还包括：

若归一化值小于预定门限值，则将预设采样起始位置的后一位数据采样点确定为重新采样起始位置；

从重新采样起始位置开始向后依次截取第三采样序列和第四采样序列，其中，第三采样序列和第四采样序列的序列长度相同；

对第三采样序列和第四采样序列进行相关运算，得到第二相关值；

若第二相关值大于或等于预定门限值，则将重新采样起始位置确定为数据帧的同步上升沿。

在一些实施例中，截取序列包括多个数据采集点。根据截取序列计算出数据帧的实际频谱边界值，包括：

对截取序列进行快速傅里叶变换运算，得到频谱序列；

将频谱序列转换为功率谱，功率谱包括每一个数据采集点对应的功率值；

从截取序列的第一个数据采集点开始，依次比较每一个数据采样点的功率值与预设边界门限值的大小；

当第i个数据采集点的功率值大于或等于预设边界门限值时，将第i个数据采集点对应的功率值确定为实际频谱边界值，第i个数据采集点为多个数据采集点中的其中之一。

在一些实施例中，上述残余频偏估计模块406包括：

分组单元，被配置为对补偿短训练序列域进行分组，得到依次排列的多个分组序列，每个分组序列的序列长度均相同；

相关单元，被配置为对前一个分组序列和后一个分组序列进行相关运算，得到多组序列相关值；

计算单元，被配置为根据多组序列相关值，计算出数据帧的残余频偏估计值。

在一些实施例中，上述计算单元，可具体被配置为：

从多个分组序列中筛选出目标分组序列；

根据目标分组序列的目标序列相关值，计算得到平均相位角序列；

根据平均相位角序列，计算出数据帧的残余频偏估计值。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本公开实施例的实施过程构成任何限定。

图5是本公开实施例提供的电子设备5的示意图。如图5所示，该实施例的电子设备5包括：处理器501、存储器502以及存储在该存储器502中并且可在处理器501上运行的计算机程序503。处理器501执行计算机程序503时实现上述各个方法实施例中的步骤。或者，处理器501执行计算机程序503时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。

电子设备5可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等电子设备。电子设备5可以包括但不仅限于处理器501和存储器502。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是电子设备5的示例，并不构成对电子设备5的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者不同的部件。

处理器501可以是中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），也可以是其它通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

存储器502可以是电子设备5的内部存储单元，例如，电子设备5的硬盘或内存。存储器502也可以是电子设备5的外部存储设备，例如，电子设备5上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card，SMC），安全数字（Secure Digital，SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。存储器502还可以既包括电子设备5的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器502用于存储计算机程序以及电子设备所需的其它程序和数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本公开实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可以实现上述各个方法实施例的步骤。计算机程序可以包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如，在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无线通信系统中的频偏估计方法，其特征在于，包括：

获取信号发送端发送的无线传输信号的数据帧；

从所述数据帧的短训练序列域中截取出第一采样序列和第二采样序列，根据所述第一采样序列和第二采样序列，确定所述数据帧的数据同步上升沿；

从所述数据同步上升沿开始往后截取出预定长度的截取序列，根据所述截取序列计算出所述数据帧的实际频谱边界值；

根据预设的理论频谱边界值和所述实际频谱边界值，计算出所述数据帧的超大频偏估计值；

使用所述超大频偏估计值对所述短训练序列域进行超大频偏补偿，得到补偿短训练序列域；

根据所述补偿短训练序列域，计算出所述数据帧的残余频偏估计值；

根据所述超大频偏估计值和所述残余频偏估计值，计算得到所述数据帧的实际频偏估计值；

从所述数据帧的短训练序列域中截取出第一采样序列和第二采样序列，根据所述第一采样序列和第二采样序列，确定所述数据帧的数据同步上升沿，包括：

定位至所述数据帧的短训练序列域的预设采样起始位置；

从所述预设采样起始位置开始向后依次截取第一采样序列和第二采样序列，其中，所述第一采样序列和所述第二采样序列的序列长度相同；

对所述第一采样序列和所述第二采样序列进行相关运算，得到第一相关值；

若所述第一相关值大于或等于预定门限值，则将所述预设采样起始位置确定为所述数据帧的同步上升沿；

所述截取序列包括多个数据采集点；

根据所述截取序列计算出所述数据帧的实际频谱边界值，包括：

对所述截取序列进行快速傅里叶变换运算，得到频谱序列；

将所述频谱序列转换为功率谱，所述功率谱包括每一个所述数据采集点对应的功率值；

从所述截取序列的第一个数据采集点开始，依次比较每一个所述数据采样点的功率值与预设边界门限值的大小；

当第i个数据采集点的功率值大于或等于预设边界门限值时，将所述第i个数据采集点对应的功率值确定为实际频谱边界值，第i个数据采集点为所述多个数据采集点中的其中之一；

根据所述补偿短训练序列域，计算出所述数据帧的残余频偏估计值，包括：

对所述补偿短训练序列域进行分组，得到依次排列的多个分组序列，每个分组序列的序列长度均相同；

对前一个分组序列和后一个分组序列进行相关运算，得到多组序列相关值；

根据所述多组序列相关值，计算出所述数据帧的残余频偏估计值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述第一相关值大于或等于预定门限值，则将所述预设采样起始位置确定为所述数据帧的同步上升沿，包括：

计算所述第一采样序列的第一序列功率值，以及所述第二采样序列的第二序列功率值；

对所述第一相关值进行归一化处理，得到归一化值；

若所述归一化值大于或等于预定门限值，则将所述预设采样起始位置确定为所述数据帧的同步上升沿。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述第一相关值进行归一化处理，得到归一化值之后，还包括：

若所述归一化值小于预定门限值，则将所述预设采样起始位置的后一位数据采样点确定为重新采样起始位置；

从所述重新采样起始位置开始向后依次截取第三采样序列和第四采样序列，其中，所述第三采样序列和所述第四采样序列的序列长度相同；

对所述第三采样序列和所述第四采样序列进行相关运算，得到第二相关值；

若所述第二相关值大于或等于预定门限值，则将所述重新采样起始位置确定为所述数据帧的同步上升沿。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述多组序列相关值，计算出所述数据帧的残余频偏估计值，包括：

从所述多个分组序列中筛选出目标分组序列；

根据所述目标分组序列的目标序列相关值，计算得到平均相位角序列；

根据所述平均相位角序列，计算出所述数据帧的残余频偏估计值。

5.一种无线通信系统中的频偏估计装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，被配置为获取信号发送端发送的无线传输信号的数据帧；

第一截取模块，被配置为从所述数据帧的短训练序列域中截取出第一采样序列和第二采样序列，根据所述第一采样序列和第二采样序列，确定所述数据帧的数据同步上升沿；

第二截取模块，被配置为从所述数据同步上升沿开始往后截取出预定长度的截取序列，根据所述截取序列计算出所述数据帧的实际频谱边界值；

超大频偏估计模块，被配置为根据预设的理论频谱边界值和所述实际频谱边界值，计算出所述数据帧的超大频偏估计值；

频偏补偿模块，被配置为使用所述超大频偏估计值对所述短训练序列域进行超大频偏补偿，得到补偿短训练序列域；

残余频偏估计模块，被配置为根据所述补偿短训练序列域，计算出所述数据帧的残余频偏估计值；

实际频偏估计模块，被配置为根据所述超大频偏估计值和所述残余频偏估计值，计算得到所述数据帧的实际频偏估计值；

从所述数据帧的短训练序列域中截取出第一采样序列和第二采样序列，根据所述第一采样序列和第二采样序列，确定所述数据帧的数据同步上升沿，包括：

定位至所述数据帧的短训练序列域的预设采样起始位置；

从所述预设采样起始位置开始向后依次截取第一采样序列和第二采样序列，其中，所述第一采样序列和所述第二采样序列的序列长度相同；

对所述第一采样序列和所述第二采样序列进行相关运算，得到第一相关值；

若所述第一相关值大于或等于预定门限值，则将所述预设采样起始位置确定为所述数据帧的同步上升沿；

所述截取序列包括多个数据采集点；

根据所述截取序列计算出所述数据帧的实际频谱边界值，包括：

对所述截取序列进行快速傅里叶变换运算，得到频谱序列；

将所述频谱序列转换为功率谱，所述功率谱包括每一个所述数据采集点对应的功率值；

从所述截取序列的第一个数据采集点开始，依次比较每一个所述数据采样点的功率值与预设边界门限值的大小；

当第i个数据采集点的功率值大于或等于预设边界门限值时，将所述第i个数据采集点对应的功率值确定为实际频谱边界值，第i个数据采集点为所述多个数据采集点中的其中之一；

根据所述补偿短训练序列域，计算出所述数据帧的残余频偏估计值，包括：

对所述补偿短训练序列域进行分组，得到依次排列的多个分组序列，每个分组序列的序列长度均相同；

对前一个分组序列和后一个分组序列进行相关运算，得到多组序列相关值；

根据所述多组序列相关值，计算出所述数据帧的残余频偏估计值。

6.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并且可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。

7.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。

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