[發(fā)明專利]一種壓縮采樣下的載波頻率偏移精確估計方法

有效

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• 申請日: 2014-09-24
• 公開（公告）號: CN104243134B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發(fā)明（設計）人: 卿朝進;張岷濤;彭宏;董秀成;魏金成
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: H04L7/06
• 分類號: H04L7/06;H04L25/02
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司11385
• 代理人: 董芙蓉

技術領域

本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)中的載波頻率同步技術，特別是指一種利用壓縮感知技術進行載波頻率偏移精確估計的方法。

背景技術

在通信系統(tǒng)中，載波頻率偏移(CFO，Carrier Frequency Offset)會嚴重的降低通信系統(tǒng)的誤碼率、系統(tǒng)容量、中斷概率等性能。為降低CFO對通信系統(tǒng)性能的影響，需要對CFO進行精確的估計與補償。

同時，近年來出現(xiàn)的壓縮感知理論指出，只要信號是可壓縮的或在某個變換域是稀疏的，便可以采用壓縮感知技術以遠小于奈奎斯特采樣速率進行采樣而不損失信號信息。在眾多的CFO估計方法中(如最大似然CFO估計)，估計度量通常是近似稀疏的(只有少數估計度量的幅度值較大)。從而，可利用壓縮感知方法進行CFO估計，以降低CFO估計所需的采樣速率、降低對采樣器件的要求。

發(fā)明內容

(一)要解決的技術問題

根據上述描述，我們可以利用壓縮感知技術進行CFO估計。CFO由晶振的不穩(wěn)定性和收發(fā)信機之間的相對運動引起。然而，現(xiàn)有的技術只能在壓縮采樣后估計出粗略的多普勒頻移(收發(fā)信機之間的相對運動引起)。為能更好的提高基于壓縮感知的CFO估計的精度，本發(fā)明提出一種壓縮采樣后的CFO的精確估計方法。

(二)技術方案

本發(fā)明提供的一種基于壓縮感知的CFO的精確估計方法，以提高壓縮采樣后的CFO估計的精度，其包括如下步驟：

a)進行基于CFO粗估計的壓縮采樣，獲取壓縮接收信號；

b)根據步驟a)獲得的壓縮接收信號，重構CFO粗估計的粗估計度量；

c)在CFO粗估計的粗估計度量中，找到最大幅度值對應的頻率值作為CFO粗估計的粗估計值；

d)根據CFO粗估計的粗估計度量構造CFO精確估計的精確估計度量；

e)在CFO粗估計的粗估計值附近搜索最大幅度值對應的頻率值作為CFO精確估計的精確估計值。

進一步的，所述的步驟a)包括：

a1)構造基于CFO粗估計的感知矩陣；a2)利用構造的基于CFO粗估計的感知矩陣進行基于AIC(Analog to Information Converter，模擬信息轉換器)結構的壓縮采樣，獲得長度為M的壓縮接收信號。

所述感知矩陣不同于傳統(tǒng)的感知矩陣，需要根據CFO粗估計的估計量是稀疏的情況進行設計；所述的AIC結構是將在Nyquist采樣下需要采樣點數進行壓縮。

進一步的，所述的步驟a1)包括：

a11)構造頻偏嘗試矩陣Γ為

其中，N為Nyquist采樣時的采樣點個數，T_s為采用Nyquist采樣時的采樣時間間隔，P為CFO粗估計時的頻率偏移嘗試取值的個數，為CFO粗估計時的頻率偏移嘗試取值；

a12)構造M×P的觀測矩陣Φ，其中M根據實際工程經驗設定，滿足：M□N≤P；

a13)構造M×N的感知矩陣Θ為Θ＝ΦΓ^T，上標“T”表示取轉置操作。

進一步的，步驟a11)所述的頻率偏移嘗試取值的構造方法為：

a111)根據最大多普勒頻移與晶振最大可能偏移設定載波頻率偏移的最大值Δf_max；

a112)根據公式p＝1，2，…，P計算頻率偏移嘗試取值，其中Δf_step為CFO粗估計時的頻率搜索步長，取為

進一步的，所述的步驟b)包括：

b1)根據工程經驗設定稀疏等級K，讀取壓縮接收信號r、觀測矩陣Φ和感知矩陣Θ；

b2)利用重構算法，重構出長度為P的CFO粗估計的粗估計度量Ψ，表示為Ψ＝[ψ₁，ψ₂，…，ψ_P]。

進一步的，所述的步驟c)包括：

c1)搜索CFO的粗估計度量Ψ＝[ψ₁，ψ₂，…，ψ_P]中元素的幅度最大值的位置即

c2)取頻率集合中第個元素作為CFO粗估計的粗估計值即

進一步的，所述的步驟d)包括：

d1)設置CFO精確估計需要搜索的頻率范圍，并在所述頻率范圍內構造元素個數為Q的頻率點集合

d2)根據頻率點集合構造CFO精確估計頻偏嘗試矩陣為

其中，上標“T”表示取轉置操作；