CN118018371B - 一种频偏估计方法、系统及现场可编程门阵列 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例公开了一种频偏估计方法、系统及现场可编程门阵列。其中，频偏估计方法包括将频偏复信号分别与不同频槽下的标准相位序列进行互相关处理；对不同频槽下的互相关结果分别进行第一分段累加处理；根据各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果确定最佳频槽；对各个不同频槽下的互相关结果分别进行第二分段累加处理；将各个不同频槽下的第二互相关累加结果分别转化为相位序列，得到不同频槽下的相位序列；基于不同频槽下的相位序列，确定最佳频槽对应的相位序列；根据最佳频槽对应的相位序列确定最佳频槽对应的频偏；本说明书实施例在保障频偏估计准确度的同时有效扩大频偏估计范围，还提高了频偏估计精度。

Description

一种频偏估计方法、系统及现场可编程门阵列

技术领域

本说明书的一个或多个实施例涉及无线通信技术领域，具体涉及一种频偏估计方法、系统及现场可编程门阵列。

背景技术

频偏估计是无线通信系统中的关键技术。在无线通信过程中，由于发送端与接收端之间的晶振频率偏差、发送端与接收端之间的相对位移导致的多普勒效应等因素，容易导致信号频率发生偏差，即频偏。频偏的存在会对无线通信系统的性能产生严重影响，如降低系统容量、增加误码率等。因此，准确估计频偏对于提高无线通信系统的性能至关重要。

例如，专利公开文献CN202210503502.0，公开了“一种基于线性规划和多信号分类算法的载波频偏估计方法”，该发明包括利用Wifi信号发送端Tx按照预设时间间隔Z(i′)向Wifi信号接收端Rx发送若干Wifi帧；测量各Wifi帧得到对应的若干CSI数据；对各CSI数据的相位数据插值，得到各CSI数据的0号子载波的相位序列；得到每两相邻CSI数据的相位差序列，并解卷绕相位差序列；重构Wifi信号发送端Tx的发送时间序列；得到斜率、自由度以及斜率标准差；得到频谱函数，并将频谱函数的峰值对应的频率值作为载波频率偏移CFO估计值。然而，该发明涉及到实际接收序列相位计算，在低信噪比下该方法的估计精度不高。因此，亟需一种能够提高频偏估计精度的频偏估计方法。

发明内容

本说明书实施例提供了一种频偏估计方法、系统及现场可编程门阵列，其技术方案如下：

第一方面，本说明书实施例提供了一种频偏估计方法，包括：获取频偏复信号以及不同频槽下的标准相位序列；将频偏复信号分别与不同频槽下的标准相位序列进行互相关处理，得到不同频槽下的互相关结果；对不同频槽下的互相关结果分别进行第一分段累加处理，得到各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果；根据各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果确定最佳频槽；对各个不同频槽下的互相关结果分别进行第二分段累加处理，得到各个不同频槽下的第二互相关累加结果；将各个不同频槽下的第二互相关累加结果分别转化为相位序列，得到不同频槽下的相位序列；基于不同频槽下的相位序列，确定最佳频槽对应的相位序列；根据最佳频槽对应的相位序列确定最佳频槽对应的频偏，最佳频槽对应的频偏为频偏复信号的频偏估计值。

第二方面，本说明书实施例提供了一种频偏估计系统，包括：信号获取模块，用于获取频偏复信号以及不同频槽下的标准相位序列；互相关运算模块，用于将频偏复信号分别与不同频槽下的标准相位序列进行互相关处理，得到不同频槽下的互相关结果；第一累加模块，用于对不同频槽下的互相关结果分别进行第一分段累加处理，得到各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果；频槽确定模块，用于根据各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果确定最佳频槽；第二累加模块，用于对各个不同频槽下的互相关结果分别进行第二分段累加处理，得到各个不同频槽下的第二互相关累加结果；相位转化模块，用于将各个不同频槽下的第二互相关累加结果分别转化为相位序列，得到不同频槽下的相位序列；相位确定模块，用于基于不同频槽下的相位序列，确定最佳频槽对应的相位序列；频偏确定模块，用于根据最佳频槽对应的相位序列确定最佳频槽对应的频偏，最佳频槽对应的频偏为频偏复信号的频偏估计值。

第三方面，本说明书实施例提供了一种现场可编程门阵列 ，包括第二方面的频偏估计系统。

本说明书一些实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本说明书实施例可以设定不同频槽，将频偏复信号分别与不同频槽下的标准相位序列进行互相关处理，从而有效扩展的频偏估计算法的估计范围。本说明书实施例还可以对不同频槽下的互相关结果分别进行第一分段累加处理，得到各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果；然后根据各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果确定最佳频槽；再对各个不同频槽下的互相关结果分别进行第二分段累加处理，得到各个不同频槽下的第二互相关累加结果；将各个不同频槽下的第二互相关累加结果分别转化为相位序列，得到不同频槽下的相位序列；基于不同频槽下的相位序列，确定最佳频槽对应的相位序列；根据最佳频槽对应的相位序列确定最佳频槽对应的频偏，最佳频槽对应的频偏为频偏复信号的频偏估计值。本说明书实施例在保障频偏估计准确度的同时有效扩大频偏估计范围，还提高了频偏估计精度。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需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说明书的一些实施例，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他的附图。

图1是本说明书提供的一种频偏估计系统的应用场景示意图。

图2是本说明书提供的一种频偏估计方法的流程示意图。

图3是本说明书提供的互相关运算输入输出信号时序图。

图4是本说明书提供的进行第一分段累加处理的流程示意图。

图5是本说明书提供的确定最佳频槽的流程示意图。

图6是本说明书提供的一种频偏估计系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本说明书中的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本说明书多个实施例提供的频偏估计方法，该频偏估计方法的执行主体可以是本发明实施例提供的频偏估计装置，或者集成了该频偏估计装置的服务器，其中该频偏估计装置可以采用硬件或者软件的方式实现。

本说明书在结合一个或多个实施例对频偏估计方法进行详细阐述之前，先介绍该频偏估计方法应用的场景。

请参阅图1，图1为本发明实施例所提供的频偏估计系统的场景示意图，频偏估计系统可以包括信号接收器100、频偏估计装置110等。频偏估计装置110与信号接收器100之间通信连接。频偏估计装置110可以设置有若干移位寄存器等，移位寄存器可以用于对信号进行延时处理或存储处理等。对信号进行延时处理时，移位寄存器可以用于实现特定的时序逻辑，例如，移位寄存器可以用于控制数据的采样和保持、同步信号的处理等。对信号进行存储处理时，移位寄存器可以存储一串数据位（bit），这些数据位可以在寄存器内部按位顺序移动。

在一些实施例中，信号接收器100可以用于接收从发送端发出的无线电波信号的电子设备，信号接收器100可以包括天线、调谐器、放大器、解调器以及相应的信号处理电路等。本实施例中，信号接收器100可以通过连续相位调制技术将频偏复信号发送给频偏估计装置110，频偏复信号为连续相位调制信号。

在一些实施例中，频偏估计装置110可以通过信号接收器100获取频偏复信号，频偏估计装置110还可以生成本地不同频槽下的标准相位序列；将频偏复信号分别与不同频槽下的标准相位序列进行互相关处理，得到不同频槽下的互相关结果；对不同频槽下的互相关结果分别进行第一分段累加处理，得到各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果；根据各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果确定最佳频槽；对各个不同频槽下的互相关结果分别进行第二分段累加处理，得到各个不同频槽下的第二互相关累加结果；将各个不同频槽下的第二互相关累加结果分别转化为相位序列，得到不同频槽下的相位序列；基于不同频槽下的相位序列，确定最佳频槽对应的相位序列；根据最佳频槽对应的相位序列确定最佳频槽对应的频偏，最佳频槽对应的频偏为频偏复信号的频偏估计值等。

在一些实施例中，本发明实施例提供的频偏估计方法的应用场景的硬件还可以包括：频偏估计装置110对应的现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)的信号获取电路、互相关运算电路、第一累加电路、频槽确定电路、第二累加电路、相位转化电路和频偏确定电路等。其中，信号获取电路与信号获取模块对应，互相关运算电路与互相关运算模块对应，第一累加电路与第一累加模块对应，频槽确定电路与频槽确定模块对应，第二累加电路与第二累加模块对应，相位转化电路与相位转化模块对应，频偏确定电路与频偏确定模块对应。

需要说明的是，图1所示的频偏估计系统的场景示意图，仅仅是一个示例，本发明实施例描述的频偏估计系统以及场景是为了更加清楚的说明本发明实施例的技术方案，并不构成对于本发明实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着频偏估计系统的演变和新场景的出现，本发明实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

请参阅图2，图2是本发明实施例提供的一种频偏估计方法的流程示意图，该频偏估计方法可以由图1所示的频偏估计装置110执行。该频偏估计方法至少可以包括以下步骤：

200、获取频偏复信号以及不同频槽下的标准相位序列。

本实施例中，频偏估计装置110可以通过CPM（Continuous Phase Modulation，连续相位调制）方法来获取频偏复信号。CPM（Continuous Phase Modulation，连续相位调制）是一种调制技术，CPM通过改变载波的相位来携带信息，而不是或不仅仅依赖于改变载波的幅度或频率。在CPM中，信息可以通过相位的变化来表示，这种相位的变化可以是连续的相位变化。CPM调制通常被用于通信系统中，能够提供高数据传输速率和良好的抗干扰性能。连续相位调制适合于无线通信和卫星通信，在这些场合中，信号可能会遭受多种类型的干扰和衰减，本实施例通过连续相位调制方法获取频偏复信号，能够给整个系统提供较强的鲁棒性。

本实施例中，频偏复信号可以由一段正弦序列构成，频偏复信号的数字复信号表达式可以为：，其中，f为频偏序列的固有频率，为接收信号的频偏，f_s为数字系统的采样率，n为累加序号。

本实施例中，不同频槽下的标准相位序列可以为频偏不同的相位序列，其相位随时间线性增加，其表达式如下：，其中，f_i为第i个频槽的频偏值。本实施例不同频槽下的标准相位序列可由累加器不停累加固定相位值完成，即每个频槽的相位通过一个累加器不断增加一个固定的相位值来实现，这种相位累加可以用来产生一个特定的相位序列。

210、将频偏复信号分别与不同频槽下的标准相位序列进行互相关处理，得到不同频槽下的互相关结果。

本实施例中，频偏复信号与不同频槽下的标准相位序列做互相关处理，不同频槽下的互相关结果可表示为：（3）。

本实施例可以由适合硬件（例如DSP（数字信号处理器）和FPGA（现场可编程门阵列））实现的CORDIC（Coordinate Rotation Digital Computer）算法完成。CORDIC算法是一种用于计算与sinx、cosx、arcsinx等三角函数有关运算的算法，通过仅使用加法、减法、位移操作（shift）和选路逻辑（branching），从而使得本实施例在硬件中实现时能够提供很高的运算速度和较低的资源消耗。

本实施例中，根据不同频槽下的标准相位序列将不同频槽的相位值计算式（3）后，可以得到频偏值分别为（i=1,2,3,…）的频偏序列（即不同频槽下的互相关结果），本实施例对多组带不同频偏的序列分别计算频偏后，再由最佳频槽选择器选出与实际频偏最接近的频偏估计结果，能有效扩大频偏估计范围。本实施例通过式（3）对频偏复信号计算多组不同频槽下的频偏补偿结果，可通过复用计算单元的方式节省硬件资源。

在一些实施例中，请参阅图3，图3示出了互相关运算输入输出信号时序图。如图3所示，频槽标准相位序列在一个端口上串行输出，每个频槽相位信号占用1个时钟周期。频偏估计装置110接收到的频偏复信号实部（I路信号）、信号虚部（Q路信号）分别持续n个时钟周期，与频槽数量保持一致，输入到频偏估计装置110的互相关运算模块中。互相关运算模块在一个时钟周期内完成一个频槽的互相关运算后串行输出该频槽下的互相关结果。

本实施例连续相位调制过程可以通过相位的变化来传输信号，可以将信号分成两个正交的信号，即I路信号以及Q路信号。I路信号以及Q路信号分别对应正交解调的两个通道信号。

220、对不同频槽下的互相关结果分别进行第一分段累加处理，得到各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果。

在一些实施例中，请参阅图4，图4示出了进行第一分段累加处理的流程示意图。如图4所示，对不同频槽下的互相关结果分别进行第一分段累加处理，得到各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果，包括：

2200、选取不同频槽下的互相关结果中任意一个频槽下的互相关结果；

2210、对任意一个频槽下的互相关结果进行第一分段累加，得到任意一个频槽下的快速傅里叶变换结果；

2220、遍历各个频槽下的快速傅里叶变换结果，得到各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果。

本实施例中，对任意一个频槽下的互相关结果进行第一分段累加，得到频偏复信号在任意一个频槽下的快速傅里叶变换，包括：设第i个频槽对应的数字角频率为，频偏复信号x[n]与第i个频槽下的标准相位序列进行互相关处理后得到第i个频槽下的互相关结果为；对第i个频槽下的互相关结果进行第一分段累加，得到频偏复信号在第i个频槽下的快速傅里叶变换为；其中，i取值为1、2、...、m-1或m，m为不同频槽的总数量，N为累加上限，为第i个频槽对应的频偏值，为频偏复信号的频偏，f_s为数字系统采样率，n为累加序号。

本实施例中，快速傅里叶变换可以包括将频偏复信号与任意一频槽下标准相位做互相关、对互相关结果进行第一分段累加两个过程。快速傅里叶变换的定义为：设x[n]为长度为的有限长序列，则x[n]的快速傅里叶变换为：。本实施例可以通过对频偏复信号在任意一个频槽下进行快速傅里叶变换，从而得到任意一个频槽下对应的快速傅里叶变换结果，本实施例遍历所有各个频槽下的互相关结果，依次执行步骤2200至步骤2210，从而得到各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果。

230、根据各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果确定最佳频槽。

在一些实施例中，请参阅图5，图5示出了确定最佳频槽的流程示意图。如图5所示，根据各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果确定最佳频槽，包括：

2300、对各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果取模，得到各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果对应的模值：

2310、确定各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果对应的模值中的最大值，最大值对应的频槽为最佳频槽。

本实施例中，式（4）中累加上限N为第一数值向下取整后的值，式（4）即为接收到的第i个频槽下的频偏序列（第i个频槽下的互相关结果）在频偏值处的快速傅里叶变换（FFT）。针对不同频槽下的式（4）的计算结果进行取模，模值最大的频槽即与实际频偏最接近的频槽（即最佳频槽）。

240、对各个不同频槽下的互相关结果分别进行第二分段累加处理，得到各个不同频槽下的第二互相关累加结果。

本实施例中，对各个不同频槽下的互相关结果分别进行第二分段累加处理，得到各个不同频槽下的第二互相关累加结果，包括：设置累加长度为G；基于累加长度G，在数字角频率处对不同频槽中第i个频槽下的互相关结果进行第二分段累加，得到第i个频槽对应的若干第二互相关累加结果；其中，第i个频槽对应的若干第二互相关累加结果中第t个第二互相关累加结果为；n为累加序号；遍历各个不同频槽，得到各个不同频槽下分别对应的若干第二互相关累加结果。

本实施例中，可以将不同频槽下的互相关结果取一段进行累加，设累加长度为G，则第i个频槽对应的该段累加结果为，第i个频槽对应的下一段累加结果为。

本实施例中，第一分段累加处理与第二分段累加处理为不同过程，两个过程的累加上限不同。第一分段累加处理的累加结果为快速傅里叶变换结果，第一分段累加处理的累加上限必须满足第一数值向下取整后的值；第二分段累加处理的累加结果用于后续频偏计算，其各个分段的累加长度G与频偏估计序列（对应于标准相位序列）长度有关。

250、将各个不同频槽下的第二互相关累加结果分别转化为相位序列，得到不同频槽下的相位序列。

在一些实施例中，将各个不同频槽下的第二互相关累加结果分别转化为相位序列，得到不同频槽下的相位序列之后，还包括：对任意一个频槽对应的相位序列进行差分处理，得到相位公差序列，相位公差序列包括任意一个频槽对应的若干第二互相关累加结果之间的相位差；遍历各个不同频槽，得到不同频槽下的相位公差序列。

本实施例中，将任意一个频槽对应的若干第二互相关累加结果中相邻两个第二互相关累加结果通过鉴相器计算相位后，再对相位序列进行差分运算，即可得到任意一个频槽下的相位公差序列。在理想情况下，相位序列为等差序列，其公差为，与频偏成正比。由于相位具有周期性，即，故可设置相位序列公差的范围为，

此时该频槽的频偏估计范围为：。因此，单个频槽的频偏估计范围是有限的，与分段累加和的间隔（累加长度G）成反比，与数字系统的采样率f_s成正比。通过增加频槽数量的方式可有效扩大该算法的频偏估计范围，由于算法对关键运算单元进行复用，扩大频槽数量不会显著增加硬件资源消耗量。本实施例还可根据频偏估计算法的估计范围和估计精度确定频槽频偏值、频槽数量以及累加长度G。

260、基于不同频槽下的相位序列，确定最佳频槽对应的相位序列。

本实施例中，通过步骤250已将各个不同频槽下的第二互相关累加结果分别转化为相位序列，得到不同频槽下的相位序列。通过步骤230已根据各个不同频槽下的第一互相关累加结果确定最佳频槽。因此，本实施例可以基于不同频槽下的相位序列，确定出最佳频槽对应的相位序列。

270、根据最佳频槽对应的相位序列确定最佳频槽对应的频偏，最佳频槽对应的频偏为频偏复信号的频偏估计值。

在一些实施例中，根据最佳频槽对应的相位序列确定最佳频槽对应的频偏，包括：确定最佳频槽对应的相位公差序列；对最佳频槽对应的相位公差序列计算平均值；根据平均值确定最佳频槽对应的频偏，最佳频槽对应的频偏为。

本实施例中，设某一频槽下的一组相位序列（对应于任意一个频槽对应的若干第二互相关累加结果）长度为Y，则通过鉴相器进行差分后可得到长度为Y-1的相位公差序列。在理想情况下（接收信号完全无噪声），这组相位公差序列中的每个元素完全相同。然而实际情况中，接收信号会受到噪声的影响，相位公差序列中的元素不会完全相同，故需要对相位公差序列中的元素去平均值。本实施例一个频槽将产生一个相位公差序列和一个相位公差平均值，本实施例由频槽选择模块选择最佳相位公差平均值用于计算频偏，最佳频槽对应的频偏为。

本说明书实施例接收到的频偏复信号以流水线的方式依次通过频偏估计装置110的各个模块，避免存储接收信号。本地产生不同频槽下的标准相位序列与接收序列（频偏复信号）做互相关处理，有效扩展的频偏估计算法的估计范围。将多频槽互相关运算结果串行输入至后续分段累加、鉴相器模块，不同频槽互相关结果分时段输入同一个运算模块，可实现硬件资源复用，用较低的硬件资源开销扩展该算法的频偏估计范围。

本说明书实施例可以设定不同频槽，将频偏复信号分别与不同频槽下的标准相位序列进行互相关处理，从而有效扩展的频偏估计算法的估计范围。本说明书实施例还可以对不同频槽下的互相关结果分别进行第一分段累加处理，得到各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果；然后根据各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果确定最佳频槽；再对各个不同频槽下的互相关结果分别进行第二分段累加处理，得到各个不同频槽下的第二互相关累加结果；将各个不同频槽下的第二互相关累加结果分别转化为相位序列，得到不同频槽下的相位序列；基于不同频槽下的相位序列，确定最佳频槽对应的相位序列；根据最佳频槽对应的相位序列确定最佳频槽对应的频偏，最佳频槽对应的频偏为频偏复信号的频偏估计值。本说明书实施例在保障频偏估计准确度的同时有效扩大频偏估计范围，还提高了频偏估计精度。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

请参阅图6，图6为本说明书实施例提供的一种频偏估计系统的结构示意图。

如图6所示，该频偏估计系统至少可以包括信号获取模块600、互相关运算模块610、第一累加模块620、频槽确定模块630、第二累加模块640、相位转化模块650、相位确定模块660和频偏确定模块670，其中：

信号获取模块600，用于获取频偏复信号以及不同频槽下的标准相位序列；

互相关运算模块610，用于将频偏复信号分别与不同频槽下的标准相位序列进行互相关处理，得到不同频槽下的互相关结果；

第一累加模块620，用于对不同频槽下的互相关结果分别进行第一分段累加处理，得到各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果；

频槽确定模块630，用于根据各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果确定最佳频槽；

第二累加模块640，用于对各个不同频槽下的互相关结果分别进行第二分段累加处理，得到各个不同频槽下的第二互相关累加结果；

相位转化模块650，用于将各个不同频槽下的第二互相关累加结果分别转化为相位序列，得到不同频槽下的相位序列；

相位确定模块660，用于基于不同频槽下的相位序列，确定最佳频槽对应的相位序列；

频偏确定模块670，用于根据最佳频槽对应的相位序列确定最佳频槽对应的频偏，最佳频槽对应的频偏为频偏复信号的频偏估计值。

在一些实施例中，第一累加模块620包括第一累加子模块，第一累加子模块用于：选取不同频槽下的互相关结果中任意一个频槽下的互相关结果；对任意一个频槽下的互相关结果进行第一分段累加，得到频偏复信号在任意一个频槽下的快速傅里叶变换；遍历频偏复信号在各个频槽下的快速傅里叶变换，得到各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果。

在一些实施例中，第一累加子模块包括傅里叶变换模块，傅里叶变换模块用于：设第i个频槽对应的数字角频率为，频偏复信号x[n]与第i个频槽下的标准相位序列进行互相关处理后得到第i个频槽下的互相关结果为；对第i个频槽下的互相关结果进行第一分段累加，得到频偏复信号在第i个频槽下的快速傅里叶变换为；其中，i取值为1、2、...、m-1或m，m为不同频槽的总数量，N为累加上限，f_i为第i个频槽对应的频偏值，为频偏复信号的频偏，f_s为数字系统采样率，n为累加序号。

在本实施例中，累加上限N为第一数值向下取整后的值，第一数值为。

在一些实施例中，频槽确定模块630包括取模模块，取模模块用于：对各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果取模，得到各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果对应的模值：确定各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果对应的模值中的最大值，最大值对应的频槽为最佳频槽。

在一些实施例中，第二累加模块640包括第二累加子模块，第二累加子模块用于：设置累加长度为G；

基于累加长度G，在数字角频率处对不同频槽中第i个频槽下的互相关结果进行第二分段累加，得到第i个频槽对应的若干第二互相关累加结果；其中，第i个频槽对应的若干第二互相关累加结果中第t个第二互相关累加结果为；n为对第i个频槽下的互相关结果进行第二分段累加处理的累加序号；遍历各个不同频槽，得到各个不同频槽下分别对应的若干第二互相关累加结果。

在一些实施例中，该频偏估计系统还包括差分模块，差分模块用于：对任意一个频槽对应的相位序列进行差分处理，得到相位公差序列，相位公差序列包括任意一个频槽对应的若干第二互相关累加结果之间的相位差；

遍历各个不同频槽，得到不同频槽下的相位公差序列。

在一些实施例中，频偏确定模块670包括频偏确定子模块，频偏确定子模块用于：确定最佳频槽对应的相位公差序列； 对最佳频槽对应的相位公差序列计算相位公差平均值；根据平均值确定最佳频槽对应的频偏。

基于本说明书多个实施例中的频偏估计系统内容，可知，本说明书实施例可以设定不同频槽，将频偏复信号分别与不同频槽下的标准相位序列进行互相关处理，从而有效扩展的频偏估计算法的估计范围。本说明书实施例还可以对不同频槽下的互相关结果分别进行第一分段累加处理，得到各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果；然后根据各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果确定最佳频槽；再对各个不同频槽下的互相关结果分别进行第二分段累加处理，得到各个不同频槽下的第二互相关累加结果；将各个不同频槽下的第二互相关累加结果分别转化为相位序列，得到不同频槽下的相位序列；基于不同频槽下的相位序列，确定最佳频槽对应的相位序列；根据最佳频槽对应的相位序列确定最佳频槽对应的频偏，最佳频槽对应的频偏为频偏复信号的频偏估计值。本说明书实施例在保障频偏估计准确度的同时有效扩大频偏估计范围，还提高了频偏估计精度。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分相互参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于频偏估计系统实施例而言，由于其基本相似于频偏估计方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本发明在另一实施例提供一种现场可编程门阵列，包括：上述任一实施例提供的频偏估计装置。现场可编程门阵列是一种集成度很高的新型高性能可编程芯片。FPGA内部电路功能是可编程的，可以通过硬件描述语言(英文名称：Hardware DescriptionLanguage，简称：HDL)和专用设计工具，在FPGA内部灵活地实现极其复杂的电路功能，适用于高速、高密度的高端数字逻辑电路设计领域。当将上述实施例中的缓存管理装置实现在FPGA内部实现时，占用逻辑资源少，且在不使用中央处理器等第三方控制器件的情况下，以最低的成本实现了FPGA的主动升级，并且提供了单板双功能的效果。

基于上述实施例提供的频偏估计方法、系统以及FPGA，本发明实施例可以利用FPGA丰富的可编程逻辑门资源和内部移位寄存器等多种电路资源，通过设定不同频槽，将频偏复信号分别与不同频槽下的标准相位序列进行互相关处理，从而有效扩展的频偏估计算法的估计范围。本说明书实施例还可以对不同频槽下的互相关结果分别进行第一分段累加处理，得到各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果；然后根据各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果确定最佳频槽；再对各个不同频槽下的互相关结果分别进行第二分段累加处理，得到各个不同频槽下的第二互相关累加结果；将各个不同频槽下的第二互相关累加结果分别转化为相位序列，得到不同频槽下的相位序列；基于不同频槽下的相位序列，确定最佳频槽对应的相位序列；根据最佳频槽对应的相位序列确定最佳频槽对应的频偏，最佳频槽对应的频偏为频偏复信号的频偏估计值。本说明书实施例在保障频偏估计准确度的同时有效扩大频偏估计范围，还提高了频偏估计精度。

以上的实施例仅仅是本说明书的优选实施例方式进行描述，并非对本说明书的范围进行限定，在不脱离本说明书的设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本说明书的技术方案作出的各种变形及改进，均应落入本说明书的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种频偏估计方法，包括：

获取频偏复信号以及不同频槽下的标准相位序列；

将所述频偏复信号分别与所述不同频槽下的标准相位序列进行互相关处理，得到不同频槽下的互相关结果；

对所述不同频槽下的互相关结果分别进行第一分段累加处理，得到各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果；

根据所述各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果确定最佳频槽；

对各个不同频槽下的互相关结果分别进行第二分段累加处理，得到各个不同频槽下的第二互相关累加结果；

将所述各个不同频槽下的第二互相关累加结果分别转化为相位序列，得到不同频槽下的相位序列；

基于所述不同频槽下的相位序列，确定所述最佳频槽对应的相位序列；

根据所述最佳频槽对应的相位序列确定所述最佳频槽对应的频偏，所述最佳频槽对应的频偏为所述频偏复信号的频偏估计值；

所述频偏复信号由一段正弦序列构成，所述频偏复信号的数字复信号表达式为：其中，f为频偏序列的固有频率，Δf为接收信号的频偏，f_s为数字系统的采样率，n为累加序号；

不同频槽下的标准相位序列为频偏不同的相位序列，其相位随时间线性增加，其表达式如下：其中，f_i为第i个频槽的频偏值。

2.根据权利要求1所述的方法，所述对所述不同频槽下的互相关结果分别进行第一分段累加处理，得到各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果，包括：

选取所述不同频槽下的互相关结果中任意一个频槽下的互相关结果；

对所述任意一个频槽下的互相关结果进行第一分段累加，得到所述频偏复信号在任意一个频槽下的快速傅里叶变换；

遍历所述频偏复信号在各个频槽下的快速傅里叶变换，得到所述各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果。

3.根据权利要求2所述的方法，对所述任意一个频槽下的互相关结果进行第一分段累加，得到所述频偏复信号在任意一个频槽下的快速傅里叶变换，包括：

设第i个频槽对应的数字角频率为ω＝2πf_i/f_s，所述频偏复信号x[n]与第i个频槽下的标准相位序列进行互相关处理后得到第i个频槽下的互相关结果为x′[n]；

对第i个频槽下的互相关结果x′[n]进行第一分段累加，得到所述频偏复信号在所述第i个频槽下的快速傅里叶变换为

其中，i取值为1、2、...、m-1或m，m为不同频槽的总数量，N为累加上限，f_i为第i个频槽对应的频偏值，Δf为频偏复信号的频偏，f_s为数字系统采样率，n为累加序号。

4.根据权利要求3所述的方法，所述累加上限N为第一数值向下取整后的值，所述第一数值为

5.根据权利要求3所述的方法，所述根据所述各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果确定最佳频槽，包括：

对所述各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果取模，得到所述各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果对应的模值：

确定所述各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果对应的模值中的最大值，所述最大值对应的频槽为最佳频槽。

6.根据权利要求5所述的方法，所述对各个不同频槽下的互相关结果分别进行第二分段累加处理，得到各个不同频槽下的第二互相关累加结果，包括：

设置累加长度为G；

基于所述累加长度G，在数字角频率ω＝2πf_i/f_s处对所述不同频槽中第i个频槽下的互相关结果x′[n]进行第二分段累加，得到所述第i个频槽对应的若干第二互相关累加结果；

其中，所述第i个频槽对应的所述若干第二互相关累加结果中第t个第二互相关累加结果为n为累加序号；

遍历各个不同频槽，得到各个不同频槽下分别对应的若干第二互相关累加结果。

7.根据权利要求6所述的方法，所述将所述各个不同频槽下的第二互相关累加结果分别转化为相位序列，得到不同频槽下的相位序列之后，还包括：

对任意一个频槽对应的相位序列进行差分处理，得到相位公差序列，所述相位公差序列包括所述任意一个频槽对应的若干第二互相关累加结果之间的相位差；

遍历各个不同频槽，得到不同频槽下的相位公差序列。

8.根据权利要求7所述的方法，所述根据所述最佳频槽对应的相位序列确定所述最佳频槽对应的频偏，包括：

确定所述最佳频槽对应的相位公差序列；

对所述最佳频槽对应的相位公差序列计算平均值；

根据所述平均值确定最佳频槽对应的频偏。

9.一种频偏估计系统，包括：

信号获取模块，用于获取频偏复信号以及不同频槽下的标准相位序列；

互相关运算模块，用于将所述频偏复信号分别与所述不同频槽下的标准相位序列进行互相关处理，得到不同频槽下的互相关结果；

第一累加模块，用于对所述不同频槽下的互相关结果分别进行第一分段累加处理，得到各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果；

频槽确定模块，用于根据所述各个不同频槽下的快速傅里叶变换结果确定最佳频槽；

第二累加模块，用于对各个不同频槽下的互相关结果分别进行第二分段累加处理，得到各个不同频槽下的第二互相关累加结果；

相位转化模块，用于将所述各个不同频槽下的第二互相关累加结果分别转化为相位序列，得到不同频槽下的相位序列；

相位确定模块，用于基于所述不同频槽下的相位序列，确定所述最佳频槽对应的相位序列；

频偏确定模块，用于根据所述最佳频槽对应的相位序列确定所述最佳频槽对应的频偏，所述最佳频槽对应的频偏为所述频偏复信号的频偏估计值；

所述频偏复信号由一段正弦序列构成，所述频偏复信号的数字复信号表达式为：其中，f为频偏序列的固有频率，Δf为接收信号的频偏，f_s为数字系统的采样率，v为累加序号；

不同频槽下的标准相位序列为频偏不同的相位序列，其相位随时间线性增加，其表达式如下：其中，f_i为第i个频槽的频偏值。

10.一种现场可编程门阵列，其特征在于，包括：权利要求9所述的频偏估计系统。