CN116527464B - 基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法及系统,方法包括以下步骤:对同步信号帧进行频偏估计,对存储的数据突发信息进行频偏矫正;对同步信号帧中的同步序列进行频偏矫正得到估计序列,对估计序列进行信道估计处理得到信道估计序列;对频偏矫正处理后的数据突发信息进行数据突发分块均衡处理;对分块均衡处理后数据突发信息进行相偏矫正处理;应用本申请的方式方法,重点在于先对数据帧进行了频偏补偿,消除了存在多普勒频率偏移对信道估计的严重影响,结合后续的相偏补偿,对信道传输造成的时延扩展和多普勒扩展造成的信号畸变和码间串扰均进行了良好的消除,能够同时适应多径环境和大运动速度的应用环境。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域,更具体地说,涉及一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法及系统。
背景技术
目前,无线移动通信在传输无线通信信号时所面临的主要问题之一就是非平坦衰落信道,其主要表现为由于终端移动引起的多普勒效应所导致的频谱偏移,以及由于多径反射引起的多径反射效应所导致的码间串扰。这两种干扰会大大降低传输能力,必须进行相应的算法处理。
现有的4G、5G以及Wifi的传输均采用OFDM多载波传输方式,其应对多径反射效应所导致的码间串扰具有很好的处理和消除能力,但存在峰均比大、功放效率低,无法实现高效的大功率发射,因此在无人机通信等远距离通信场景下综合性能较低。单载波传输方式虽然具备峰均比低、带外抑制性能好、多普勒频偏易于估计和消除的优势,但对于多径反射效应导致的码间串扰会造成传输性能急剧降低。
现有用于单载波多径效应消除的方法主要包括扩频、时域均衡和频域均衡等。扩频方法要付出大幅降低传输速率或增加通信带宽的代价,不能适用于高速通信需求;时域均衡算法需要多次迭代,时间复杂度高,且算法稳健性不佳,工程实用性不佳。频域均衡算法简单,可通过并行算法实现,处理时延小,是相对综合性能较好的对抗多径效应的方法。
频域均衡方法是通过对信道的频域相应进行实时估计,并对传输信号根据估计结果进行反向矫正,尽可能的恢复原始发送信号特性,达成对抗多径效应的结果。目前方法存在的主要问题有:1、信号组帧仅基于循环前缀,存在当能量最大传播路径时延较大(即先到达接收机的信号能量较小、后到达接收机的能量较大)时,信道同步会标记后到达的、能量较大的信号,导致信道估计序列域后续的传输信号叠加形成污染,信道估计精度降低;2、现有频域均衡算法会受到多普勒效应和多径效应的综合影响,现有单纯频域均衡无法多普勒效应形成的信号畸变进行有效矫正,不能适用于高速运动节点的传输场景。
因此,有必要提供一种新的技术方案来改善上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述缺陷,提供一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,还提供了一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
构造一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其中,包括以下步骤:
同步捕获基带I/Q信号获得同步信号帧,对同步信号帧中的数据突发信息进行分块存储;
对同步信号帧进行频偏估计,并依据频偏估计结果对存储的数据突发信息进行频偏矫正;
依据频偏估计结果对同步信号帧中的同步序列进行频偏矫正得到带有循环前缀和循环后缀的估计序列,对估计序列进行信道估计处理得到信道估计序列;
依据信道估计序列对频偏矫正处理后的数据突发信息进行数据突发分块均衡处理;
对分块均衡处理后数据突发信息进行相偏矫正处理。
本发明所述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其中,所述方法采用的传输帧格式为:
同步头+估计序列+数据突发0+数据突发2+…+数据突发N-1。
本发明所述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其中,所述同步头采用数据格式为:
前导符+同步码1+同步码2;
其中,前导符由一组0符号构成,用于接收时进行信号功率估计,从而实现自动增益控制;
同步码1和同步码2使用两组不同伪随机零自相关伪随机码,用于完成信号同步以及多普勒频偏估计。
本发明所述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其中,所述频偏估计采用方法:
使用本地同步码1和同步码2,与接收到的同步码1和同步码2分别进行互相关运算:
;
其中,为序列长度;/>是保存的本地同步码序列,将I路和Q路组成为复信号形式表示;/>是接收到的同步码序列,将I路和Q路组成复信号的形式表示;
对上述运算得到的两个复数值和/>进行求辐角,得到两个角度值/>和/>;则估计的频率偏移为:
;
其中为同步码长度,/>为同步码中每个数据的持续时间;
频偏矫正采用以下方法,对于待矫正的信号复数序列和频率偏移/>,作如下计算:
;
得到频偏矫正的信号。
本发明所述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其中,所述估计序列的序列正文采用Zadoff-Chu序列,序列生成公式采用:
;
其中,M为序列长度,生成的序列为:,其长度为M;r和q为两个可选参数;
所述估计序列的循环前缀数据序列为:,/>,,/>,/>,其长度为/>;
所述估计序列的循环后缀数据序列为:,其长度为/>;
和/>满足:
和/>;
;
。
本发明所述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其中,所述对估计序列进行信道估计处理得到信道估计序列采用方法:
计算ZadoffChu序列的FFT,得到长度为N的频域数据;
对接收截取的估计序列做FFT,得到长度为N的频域数据;
将点除/>,得到信道频域响应估计/>;
将进行线性内插到长度与突发数据长度相同,得到信道估计结果/>。
本发明所述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其中,所述数据突发信息数据结构采用:
循环前缀+数据域0+导频序列3+数据域0;
所述依据信道估计序列对频偏矫正处理后的数据突发信息进行数据突发分块均衡处理采用方法:
对进行如下处理:逐点取模->虚部置0->实部置模;即将所有序列中的复数保留模值但相位置0;
突发数据去除CP,得到数据突发信号;
采用MMSE算法进行对数据进行均衡,具体算法如下:
对进行快速傅里叶变换,得到/>;
按下式计算:
;
其中,是/>的复数轭,SNR是信号的信噪比;
按下式计算:
;
对进行逆傅里叶变换,得到/>,/>即为经过信道均衡处理后的数据突发信号。
本发明所述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其中,所述对分块均衡处理后数据突发信息进行相偏矫正处理采用方法:
对通过突发中部的导频序列对均衡后的残余相偏进行补偿,得到精确的符号数据,具体方法为:
记导频序列3信号为,即/>的中间部分,计算其自相关系数/>:
;
其中为导频序列3的数据长度。
对去除中间的导频序列3部分,将前后两部分进行合并,并进行相位偏矫正,得到/>:
;
即得到频偏矫正、相偏矫正和信道均衡处理后的接收信号。
本发明所述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其中,所述方法还包括步骤:
对相偏矫正处理后信号进行信号解调处理。
一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡系统,应用于如上述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其中,包括信号同步捕获模块、信号存储模块、信号处理模块和信号输出模块;
所述信号同步捕获模块,用于同步捕获基带I/Q信号获得同步信号帧;
所述信号存储模块,用于信号的存储;
所述信号处理模块,用于对捕获的同步信号帧进行频偏估计,并依据频偏估计结果对存储的数据突发信息进行频偏矫正;依据频偏估计结果对同步信号帧中的同步序列进行频偏矫正得到带有循环前缀和循环后缀的估计序列,对估计序列进行信道估计处理得到信道估计序列;依据信道估计序列对频偏矫正处理后的数据突发信息进行数据突发分块均衡处理;对分块均衡处理后数据突发信息进行相偏矫正处理;
所述信号输出模块,用于将所述信号处理模块处理后数据输出处理。
本发明的有益效果在于:应用本申请的方式方法,重点在于先对数据帧进行了频偏补偿,消除了存在多普勒频率偏移对信道估计的严重影响,结合后续的相偏补偿,对信道传输造成的时延扩展和多普勒扩展造成的信号畸变和码间串扰均进行了良好的消除,能够同时适应多径环境和大运动速度的应用环境。与常规的OFDM相比,具有峰均比低、功放效率高、能够适应大速度运动节点的通信,同时抗多径性能接近OFDM,对于地空(如地面对无人机)及开阔地带的地面(如高速运动的车辆)通信具有优秀的传输性能。
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,下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例,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附图:
图1是本发明较佳实施例的基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法流程图;
图2是本发明较佳实施例的基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法逻辑流程图;
图3是本发明较佳实施例的基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法估计序列截取示意图;
图4是本发明较佳实施例的基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法本方法信道估计结果示意图;
图5是本发明较佳实施例的基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法传统方法信道估计结果示意图;
图6是本发明较佳实施例的基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法本方法均衡效果示意图;
图7是本发明较佳实施例的基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法传统方法均衡效果示意图;
图8是本发明较佳实施例的基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡系统原理框图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本发明的部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
本发明较佳实施例的基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,如图1所示,同时参阅图2-图7,包括以下步骤:
S01:同步捕获基带I/Q信号获得同步信号帧,对同步信号帧中的数据突发信息进行分块存储;
S02:对同步信号帧进行频偏估计,并依据频偏估计结果对存储的数据突发信息进行频偏矫正;
S03:依据频偏估计结果对同步信号帧中的同步序列进行频偏矫正得到带有循环前缀和循环后缀的估计序列,对估计序列进行信道估计处理得到信道估计序列;
S04:依据信道估计序列对频偏矫正处理后的数据突发信息进行数据突发分块均衡处理;
S05:对分块均衡处理后数据突发信息进行相偏矫正处理;
S06:对相偏矫正处理后信号进行信号解调处理。
应用本申请的方式方法,重点在于先对数据帧进行了频偏补偿,消除了存在多普勒频率偏移对信道估计的严重影响,结合后续的相偏补偿,对信道传输造成的时延扩展和多普勒扩展造成的信号畸变和码间串扰均进行了良好的消除,能够同时适应多径环境和大运动速度的应用环境。与常规的OFDM相比,具有峰均比低、功放效率高、能够适应大速度运动节点的通信,同时抗多径性能接近OFDM,对于地空(如地面对无人机)及开阔地带的地面(如高速运动的车辆)通信具有优秀的传输性能。
本发明的基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,通过对信道估计序列同时添加循环前缀和循环后缀,构成自循环序列,保证估计序列不被后续数据符号污染,提高信道估计精度,进而提高了信道均衡性能。同时,通过频偏估计、相偏估计与频域均衡方法对接收信号进行综合处理,实现高机动场景下的高效信道均衡,同时解决多普效应和多径反射效应带来的信道畸变问题。
本方法采用的传输帧格式为:
其中,同步头用于AGC控制、帧同步以及多普勒频偏估计,同步头采用数据格式为:
前导符由一组0符号构成,用于接收时进行信号功率估计,从而实现自动增益控制;
同步码1和同步码2使用两组不同伪随机零自相关伪随机码,用于完成信号同步以及多普勒频偏估计。
使用本地同步码1和同步码2,与接收到的同步码1和同步码2分别进行互相关运算:
;
其中,为序列长度;/>是保存的本地同步码序列,将I路和Q路组成为复信号形式表示;/>是接收到的同步码序列,将I路和Q路组成复信号的形式表示;
对上述运算得到的两个复数值和/>进行求辐角,得到两个角度值/>和/>;则估计的频率偏移为:
;
其中为同步码长度,/>为同步码中每个数据的持续时间;
频偏矫正采用以下方法,对于待矫正的信号复数序列和频率偏移/>,作如下计算:
;
得到频偏矫正的信号。
本发明的估计序列是本方法的核心点之一;其序列正文采用Zadoff-Chu序列,典型的Zadoff-Chu序列为奇数长度序列,不利于组帧和处理,本申请对此处进行优化,构造偶数长度序列,序列生成公式采用:
;
其中,M为序列长度,生成的序列为:,其长度为M;r和q为两个可选参数,其选取值不影响处理方法和系统性能,任意选取即可,典型值选取/>,;
估计序列具体组成下表所示:
估计序列的循环前缀数据序列为:,/>,/>,/>,/>,其长度为/>;
估计序列的循环后缀数据序列为:,其长度为/>;
和/>满足:/>和/>;
设计实现时选取原则是:/>,循环前缀的时间长度应不小于设计信道的时延扩展;
选取原则是:/>,典型可取/>;
估计序列的总长度为。
通过该估计序列完成对信道特性的估计,其估计的结果将用于后续的频域均衡处理,方法如下:
首先通过同步序列对信号帧进行符号同步,符号同步完成后经过相应偏移可获得估计序列,除去循环前缀和循环后缀,得到长度为M的信道估计序列。
该设计的重点是:由于信道传播时,多普勒频偏和多径反射可能导致符号同步不准导致同步误差。存在同步误差时,截取的长度为M的信道估计序列就不是发送时的原始ZadoffChu序列(除去前缀和后缀的中间部分),其截取位置可能提前、也可能靠后,如图3所示,经过循环前缀和循环后缀的设计,巧妙利用了ZadoffChu具有自循环特性,即在这个长度的循环序列中任意截取长度为/>的子序列,虽然数据与原序列正文不同,但却一定是该正文序列的一个循环位移序列。由于Zadoff-Chu具有自循环特性,因此无论正负偏差截取的到序列,其本身也都满足Zadoff-Chu序列构成法则,具有相同的信号特性。对信道估计不产生任何影响。
如果没有循环后缀(典型方法),则当同步存在正偏差时,超出序列正文尾部的数据就会受到后续数据(即数据突发0的前部数据)污染,导致信道估计误差,进而导致后续均衡算法对信噪比的恶化效应,提高了传输误码率,降低了传输效果。
具体的信道估计算法采用FFT算法,具体如下:
预先计算ZadoffChu序列的FFT,得到长度为N的频域数据,该操作可与预先完成,并将计算结果进行存储,而无需每次接收处理时重复计算;
对接收截取的估计序列做FFT,得到长度为N的频域数据;
将点除/>(对应数据复数相除),得到信道频域响应估计/>;
将进行线性内插到长度与突发数据长度相同,得到信道估计结果/>,信道估计计算完成。
数据突发承担承载业务传输数据的功能,结构,数据突发信息数据结构采用:
循环前缀+数据域0+导频序列3+数据域0;
其中,循环前缀用于消除不同数据突发之间的相互干扰,导频序列用于最后的精确相偏估计和补偿,两个数据域0承载业务数据;
前提假设:由于物理帧长度较短(典型为5ms左右),对于常见地面及空中平台而言,此时间段内速度几乎不变,可认为在该时段内多普勒频偏固定无变化。(加速度为10G时,仅对应0.5m/s的速度变化量,几乎覆盖了所有空中平台);
依据信道估计序列对频偏矫正处理后的数据突发信息进行数据突发分块均衡处理采用方法:
对进行如下处理:逐点取模->虚部置0->实部置模;即将所有序列中的复数保留模值但相位置0;
突发数据去除CP,得到数据突发信号;
采用MMSE算法进行对数据进行均衡,具体算法如下:
1.对进行快速傅里叶变换,得到/>;
2.按下式计算:
;
其中,是/>的复数轭,SNR是信号的信噪比;
3.按下式计算:
;
4.对进行逆傅里叶变换,得到/>,/>即为经过信道均衡处理后的数据突发信号。
对通过突发中部的导频序列对均衡后的残余相偏进行补偿,得到精确的符号数据,具体方法为:
记导频序列3信号为,即/>的中间部分,计算其自相关系数/>:
;
其中为导频序列3的数据长度;
对去除中间的导频序列3部分,将前后两部分进行合并,并进行相位偏矫正,得到/>:
;
即得到频偏矫正、相偏矫正和信道均衡处理后的接收信号;
应用示例:
这是一个实际的算法处理示例,图4是通过本文方法对信道进行估计的结果,图5是传统方法信道估计结果;图中多段线为信道估计结果,曲线为实际信道特性。信道模型安装标准cost207_TU典型城区信道模型建立。该模型按时间顺序第一反射路径强度系数为0.5,第二反射路径强度系数为1,信道同步按第二反射路径位置进行同步。即存在模糊导致的同步误差。
可以看出,传统方法在曲线两端有明显的估计偏移现象,本文方法则完美跟踪了全部信道特性曲线。
图6是通过本文方法的均衡效果,图7是传统方法的均衡效果。其中外围多个点为均衡前的符号,其整体信噪比约为-1dB,完全无法进行正确解调译码得到传输数据。通过本文方法,整体信噪比右侧为5dB左右,传统方法均衡效果则相对较差,整体信噪比为2dB左右。通过对比可以明显看到,整体信噪比提高3dB左右,提升效果明显。
当同步误差越大时,传统方法性能将急剧恶化,而本文算法则能够保证稳定的信道估计和均衡处理能力。
可见,本文方法具有明显的性能提升效果。使用本文方法将能够满足城区等复杂地理环境下高速无人机地空通信和空空通信需求。典型情况下,对比4G、5G采用的OFDM方法,本文在相同峰值功率下能够提升将近2倍的通信距离。
一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡系统,应用于如上述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,如图8所示,包括信号同步捕获模块100、信号存储模块101、信号处理模块102和信号输出模块103;
信号同步捕获模块100,用于同步捕获基带I/Q信号获得同步信号帧;
信号存储模块101,用于信号的存储;
信号处理模块102,用于对捕获的同步信号帧进行频偏估计,并依据频偏估计结果对存储的数据突发信息进行频偏矫正;依据频偏估计结果对同步信号帧中的同步序列进行频偏矫正得到带有循环前缀和循环后缀的估计序列,对估计序列进行信道估计处理得到信道估计序列;依据信道估计序列对频偏矫正处理后的数据突发信息进行数据突发分块均衡处理;对分块均衡处理后数据突发信息进行相偏矫正处理;
信号输出模块103,用于将信号处理模块处理后数据输出处理;
应用本申请的方式方法,重点在于先对数据帧进行了频偏补偿,消除了存在多普勒频率偏移对信道估计的严重影响,结合后续的相偏补偿,对信道传输造成的时延扩展和多普勒扩展造成的信号畸变和码间串扰均进行了良好的消除,能够同时适应多径环境和大运动速度的应用环境。与常规的OFDM相比,具有峰均比低、功放效率高、能够适应大速度运动节点的通信,同时抗多径性能接近OFDM,对于地空(如地面对无人机)及开阔地带的地面(如高速运动的车辆)通信具有优秀的传输性能。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其特征在于,包括以下步骤:
同步捕获基带I/Q信号获得同步信号帧,对同步信号帧中的数据突发信息进行分块存储;
对同步信号帧进行频偏估计,并依据频偏估计结果对存储的数据突发信息进行频偏矫正;
依据频偏估计结果对同步信号帧中的同步序列进行频偏矫正得到带有循环前缀和循环后缀的估计序列,对估计序列进行信道估计处理得到信道估计序列;
依据信道估计序列对频偏矫正处理后的数据突发信息进行数据突发分块均衡处理;
对分块均衡处理后数据突发信息进行相偏矫正处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其特征在于,所述方法采用的传输帧格式为:
同步头+估计序列+数据突发0+数据突发2+…+数据突发Nb-1;
Nb为数据突发的数量。
3.根据权利要求2所述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其特征在于,所述同步头采用数据格式为:
前导符+同步码1+同步码2;
其中,前导符由一组0符号构成,用于接收时进行信号功率估计,从而实现自动增益控制;
同步码1和同步码2使用两组不同伪随机零自相关伪随机码,用于完成信号同步以及多普勒频偏估计。
4.根据权利要求3所述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其特征在于,所述频偏估计采用方法:
使用本地同步码1和同步码2,与接收到的同步码1和同步码2分别进行互相关运算:
;
其中,为序列长度;/>是保存的本地同步码序列,将I路和Q路组成为复信号形式表示;/>是接收到的同步码序列,将I路和Q路组成复信号的形式表示;
对上述运算得到的两个复数值和/>进行求辐角,得到两个角度值/>和/>;则估计的频率偏移为:
;
其中为同步码长度,/>为同步码中每个数据的持续时间;
频偏矫正采用以下方法,对于待矫正的信号复数序列和频率偏移/>,作如下计算:
;
得到频偏矫正的信号。
5.根据权利要求4所述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其特征在于,所述估计序列的序列正文采用Zadoff-Chu序列,序列生成公式采用:
;
其中,M为序列长度,生成的序列为:,其长度为M;r和q为两个可选参数;
所述估计序列的循环前缀数据序列为:,/>,/>,/>,,其长度为/>;
所述估计序列的循环后缀数据序列为:,其长度为/>;
和/>满足:
和/>;
;
。
6.根据权利要求5所述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其特征在于,所述对估计序列进行信道估计处理得到信道估计序列采用方法:
计算ZadoffChu序列的FFT,得到长度为N的频域数据;
对接收截取的估计序列做FFT,得到长度为N的频域数据;
将点除/>,得到信道频域响应估计/>;
将进行线性内插到长度与突发数据长度相同,得到信道估计结果/>。
7.根据权利要求6所述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其特征在于,所述数据突发信息数据结构采用:
循环前缀+数据域0+导频序列3+数据域0;
所述依据信道估计序列对频偏矫正处理后的数据突发信息进行数据突发分块均衡处理采用方法:
对进行如下处理:逐点取模->虚部置0->实部置模;即将所有序列中的复数保留模值但相位置0;
突发数据去除CP,得到数据突发信号;
采用MMSE算法进行对数据进行均衡,具体算法如下:
对进行快速傅里叶变换,得到/>;
按下式计算:
;
其中,是/>的复数轭,SNR是信号的信噪比;
按下式计算:
;
对进行逆傅里叶变换,得到/>,/>即为经过信道均衡处理后的数据突发信号。
8.根据权利要求7所述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其特征在于,所述对分块均衡处理后数据突发信息进行相偏矫正处理采用方法:
对通过突发中部的导频序列对均衡后的残余相偏进行补偿,得到精确的符号数据,具体方法为:
记导频序列3信号为,即/>的中间部分,计算其自相关系数/>:
;
其中为导频序列3的数据长度;
对去除中间的导频序列3部分,将前后两部分进行合并,并进行相位偏矫正,得到:
;
即得到频偏矫正、相偏矫正和信道均衡处理后的接收信号。
9.根据权利要求1所述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其特征在于,所述方法还包括步骤:
对相偏矫正处理后信号进行信号解调处理。
10.一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡系统,应用于如权利要求1-9任一所述的一种基于循环前后缀的信道估计的单载波频域均衡方法,其特征在于,包括信号同步捕获模块、信号存储模块、信号处理模块和信号输出模块;
所述信号同步捕获模块,用于同步捕获基带I/Q信号获得同步信号帧;
所述信号存储模块,用于信号的存储;
所述信号处理模块,用于对捕获的同步信号帧进行频偏估计,并依据频偏估计结果对存储的数据突发信息进行频偏矫正;依据频偏估计结果对同步信号帧中的同步序列进行频偏矫正得到带有循环前缀和循环后缀的估计序列,对估计序列进行信道估计处理得到信道估计序列;依据信道估计序列对频偏矫正处理后的数据突发信息进行数据突发分块均衡处理;对分块均衡处理后数据突发信息进行相偏矫正处理;
所述信号输出模块,用于将所述信号处理模块处理后数据输出处理。
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101986631A (zh) * | 2010-09-17 | 2011-03-16 | 清华大学 | 一种采用时频域联合的单载波调制的信号传输方法 |
CN111446984A (zh) * | 2020-03-05 | 2020-07-24 | 熊军 | 一种单载波相位快速修正方法及装置 |
CN111585933A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-08-25 | 中国人民解放军海军工程大学 | 单载波频域均衡系统的接收机突发信号同步方法及装置 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100553544B1 (ko) * | 2002-08-31 | 2006-02-20 | 삼성탈레스 주식회사 | 버스트 직교 주파수분할 다중 전송 시스템에서 주파수 오프셋 추정 및 채널 등화방법 |
KR100448633B1 (ko) * | 2002-10-22 | 2004-09-13 | 한국전자통신연구원 | 단일 반송파 주파수 영역 등화기 시스템의 잔여 주파수오차 추적 장치 및 방법 |
-
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101986631A (zh) * | 2010-09-17 | 2011-03-16 | 清华大学 | 一种采用时频域联合的单载波调制的信号传输方法 |
CN111446984A (zh) * | 2020-03-05 | 2020-07-24 | 熊军 | 一种单载波相位快速修正方法及装置 |
CN111585933A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-08-25 | 中国人民解放军海军工程大学 | 单载波频域均衡系统的接收机突发信号同步方法及装置 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
何骥 ; 周建人 ; .面向抗干扰的突发数据帧同步算法改进.无线电通信技术.2017,(02),全文. * |
多天线单载波系统下短突发同步技术研究;张美娜;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (基础科学辑)》(第第02期期);全文 * |
面向抗干扰的突发数据帧同步算法改进;何骥;周建人;;无线电通信技术(02);全文 * |
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