一種檢測相位調制信號載波頻偏的方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及無線通信領域，特別是涉及一種檢測相位調制信號載波頻偏的方法及 系統。
【背景技術】
[0002] 在無線電通信、導航以及雷達信號處理中，由于多普勒效應、通信雙方的發射機與 接收機不同源等原因，接收方實際接收到的來自發方的通信信號載波頻率，與接收方本地 產生的載波頻率之間通常存在偏差，稱之為載波頻偏。由于存在載波頻偏，致使接收端無法 建立相干解調，因此對載波頻偏進行估計就顯得至關重要。尤其是在突發通信中，為了提高 幀效率，需要盡可能壓縮導頻信號的長度，因此往往需要在極短的時間內完成載波頻偏估 計。此外，在遠距離（比如衛星通信、深空通信）、遮蔽、室內以及干擾條件下，接收到的信號 極其微弱。隨著高效編碼技術的發展，信號的解調門限已越來越低，精確的載波同步技術已 成為實現相干解調的一個瓶頸。
[0003] 因此，研宄低信噪比（SignalNoiseRatio,SNR)條件下，突發信號載波頻偏的檢 測方法就具有非常重要的現實意義。這種載波頻偏檢測需要在短時間內、低信噪比條件下 完成，并且對檢測的頻率分辨精度、頻偏變化范圍等指標都有較高要求時，就需要提供具有 針對性的通信信號載波頻偏檢測方法。
[0004] 相關技術領域的專利文獻有：申請號為"201010188604. 5"的發明專利申請"一種 測量和補償衛星通信鏈路載波頻偏的方法"，該文獻中測量載波頻偏的方法中包括將"接收 到的載波信號中的I、Q兩路基帶信號進行匹配濾波和去調制處理；將去調制處理后的基帶 信號分別與不同頻率的正交載波信號分別進行相關運算"，然后找出"相關運算結果中相關 度的極大值點，并對所述極大值點附近的頻率進行細分，以細分后的頻率重新構建不同頻 率的正交載波并進行相關運算"，"重復上述相關運算，直到找到相關度的最大值點，所述最 大值點對應的頻率作為載波頻偏的大小"。可以看出，該文獻中相關運算的對象是"去調制 處理后的基帶信號"和"不同頻率的正交載波信號"，然后通過不斷細分頻率來"構建不同頻 率的正交載波并進行相關運算"，直到找到"相關度的最大值點"對應的頻率即為載波頻偏。 這種方法要通過多次重復細分頻率來找到載波頻偏，花費時間較多，難以滿足對同步時間 限制較為嚴格的應用場合。
[0005] 申請號為201210303934. 3的發明專利申請"一種頻偏估計實現方法"，公開了對 "輸入的兩路調制信號分別進行過采樣獲得兩路過采樣后的調制信號"，"將兩路過采樣后 的調制信號組成復數序列，對該復數序列進行平方運算或四次方運算"，然后"進行復數FFT 運算；獲得復數FFT運算結果；對復數FFT運算結果進行實、虛部平方和運算；在實、虛部平 方和運算的結果中搜索最大值，并確定最大值所在位置；根據最大值所在位置進行頻率映 射，輸出所估計的頻偏值"。可以看出，該文獻中的對采樣后的調制信號進行了平方運算或 四次方運算，再通過復數FFT運算，對運算結果取實、虛部平方和，然后在實、虛部平方和運 算的結果中搜索最大值，并進行頻偏估計。這種方法是在FFT運算結果中找最大值來確定 頻偏，對頻偏的估計精度受到符號速率和FFT運算點數的限制，即在符號速率和FFT運算點 數確定的情況下，頻偏的估計精度難以提高。
[0006] 為此，需要提供一種載波頻偏檢測方法及系統，特別是針對相位調制信號，能夠在 較短的時間內完成頻偏檢測，檢測的頻偏值要有較高頻率分辨精度，并且這種檢測能夠適 應較低的信噪比條件。

【發明內容】

[0007] 本發明主要解決的技術問題是針對短時突發的相位調制信號，提供一種適應低信 噪比條件，并具有較高頻率分辨率精度的載波頻偏檢測方法及系統。
[0008] 為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種檢測相位調制信 號載波頻偏的方法，在接收端，本地載波與接收到的該相位調制信號載波混頻以后，得到頻 差信號，該方法包括：采樣步驟，對該頻差信號以符號速率fs進行采樣，得到數目為偶數L 的采樣序列Iz(k) }，0 <k<L-I;自相關運算步驟，對該采樣序列{z(k)}進行自相關運算，
【主權項】
1. 一種檢測相位調制信號載波頻偏的方法，在接收端，本地載波與接收到的所述相位 調制信號載波混頻W后，得到頻差信號，其特征在于，所述方法包括： 采樣步驟，對所述頻差信號W符號速率f；進行采樣，得到數目為偶數L的采樣序列 {zG0}，0《k《; 自相關運算步驟，對所述采樣序列{z化)}進行自相關運算，得到自相關序列{r(x)}，
-1知《心1，對1'似向右平移1得到1'〇1)=1'(義+〇,0<]1《化-1， 再乘W修正系數W(n)，得到修正自相關序列Ir'（n)}; 截取步驟，在所述修正自相關序列Ir'（n)}中截取中間一段，構成數目為偶數M的截短 自相關序列 lx (m)}，并且滿足 X (m) = r (m+kM/2)，0《m《M-1，0<M<^-1 ; 頻偏估計步驟，對所述截短自相關序列lx(m)}進行DFT變換，得到DFT變換序列 找(m)}=DFT[{x(m)}]，0《m《M-l，找到所述DFT變換序列找(m)}中的峰值Xa) = max|X(m) I，并記下所述峰值X(l)在所述DFT變換序列找(m)}中的峰值序號1，再由所述峰 值XQ)，W及所述峰值X(l)在所述DFT變換序列找(m)}中前后相鄰的兩個值X(l+1)和 X (1-1)，計算得到一個頻偏修正值S，再將所述峰值序號1加上所述頻偏修正值S，然后乘 W所述符號速率f；與M的比值，即（1+ S ) f ,/M為頻偏估計值。
2. 根據權利要求1所述檢測相位調制信號載波頻偏的方法，其特征在于，所述截短自 相關序列{x(m)}的數目M與所述采樣序列{z化)}的數目L的關系是；M = L、M = 1L/4、M =lL/2、M = 3L/4、M = 5L/4、M =化/2 或者 M =化/4。
3. 根據權利要求2所述檢測相位調制信號載波頻偏的方法，其特征在于，所述自相關 運算步驟中的所述修正系數w(n)是：
4. 根據權利要求3所述檢測相位調制信號載波頻偏的方法，其特征在于，所述頻偏估 計步驟中的所述修正值5是；
5. 根據權利要求1至4任一項所述檢測相位調制信號載波頻偏的方法，其特征在于，所 述相位調制信號是QPSK信號，所述載波頻偏A f是200Hz，所述符號速率f,是4曲Z，所述 采樣序列長度L是128。
6. -種檢測相位調制信號載波頻偏的系統，在所述系統中，本地載波與接收到的所述 相位調制信號載波混頻W后，得到頻差信號，其特征在于，所述系統包括： 采樣單元，對所述頻差信號W符號速率f；進行采樣，得到并輸出數目為偶數L的采樣 序列{zG〇}，0《k《L-l ; 自相關運算單元，對所述采樣單元輸出的所述采樣序列{z化)}進行自相關運算，得到

自相關序列It (X)}，
-L<x《kl，對r(x)向右平移L，得到{r(n)} = {r(x+L)}，0<n《2レl，再乘W修正系數w(n)，得到并輸出修正自相關序列{r'（n)}; 截取單元，對所述自相關運算單元輸出的所述修正自相關序列Ir'（n)}中截取中 間一段，輸出數目為偶數M的截短自相關序列{x(m)}，并且滿足x(m) =r (m+L-M/2)， 0《M-1，0<M<^-1 ; 頻偏估計單元，對所述截取單元輸出的所述截短自相關序列{x(m)}進行DFT變換，得 至1川。1'變換序列找〇11)}=0。1'[^(111)}]，0《111《1-1，找到所述0。1'變換序列找(111)}中 的峰值X(l) =max|X(m) I，并記下所述峰值X(l)在所述DFT變換序列找(m)}中的序號1， 再由所述峰值XQ)，W及所述峰值X(l)在所述DFT變換序列找(m)}中前后相鄰的兩個值 X (1+1)和X (1-1)，計算得到一個頻偏修正值5,再將所述峰值序號1加上所述頻偏修正值 S，然后乘W所述符號速率t與M的比值，即（1+ S ) f s/M為頻偏估計值。
7. 根據權利要求6所述檢測相位調制信號載波頻偏的系統，其特征在于，所述截取單 元中的所述截短自相關序列{x(m)}的數目M與所述采樣單元中的所述采樣序列{z化)} 的數目 L 的關系是；M = L、M = 1L/4、M = 1L/2、M = 3L/4、M = 5L/4、M =化/2 或者 M = 7L/4〇
8. 根據權利要求7所述檢測相位調制信號載波頻偏的系統，其特征在于，所述自相關 運算單元中的所述修正系數w(n)是：
9. 根據權利要求8所述檢測相位調制信號載波頻偏的系統，其特征在于，所述頻偏估 計單元中的所述修正值5是；
10. 根據權利要求9所述檢測相位調制信號載波頻偏的系統，其特征在于，所述相位調 制信號是QPSK信號，所述載波頻偏A f是200Hz，所述采樣單元的所述符號速率f；是4曲Z， 所述采樣序列長度L是128。

【專利摘要】本發明公開了一種檢測相位調制信號載波頻偏的方法及系統。該方法包括采樣步驟，對所接收的頻差信號進行采樣并得到采樣序列；自相關運算步驟，對該采樣序列進行自相關運算，得到修正的自相關序列；截取步驟，從修正的自相關序列截取一個截短自相關序列；頻偏估計步驟，對截短自相關序列做DFT變換，再從DFT變換序列中通過計算頻偏修正值的方法，實現對載波頻偏的準確估計。針對低信噪比條件下的突發相位調制信號，利用該方法能夠在短時間內完成頻偏檢測，并具有很高的頻率分辨精度。
【IPC分類】H04L27-26, H04L25-02
【公開號】CN104601512
【申請號】CN201510002655
【發明人】不公告發明人
【申請人】江蘇指南針導航通信技術有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月5日