[發明專利]一種基于DFT的符號跳變單頻復指數信號頻率估計方法

有效

• 申請號: 202011406482.2
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112671528B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 王開;蔣威;雍婷;周海峰;劉珊;錢思雨
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L7/027
• 分類號: H04L7/027
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 秦秋星

本發明公開了一種基于DFT的符號跳變單頻復指數信號頻率估計方法，用于M?QAM調制信號的頻率估計。當頻率估計采用一定長度的FFT時，估計的精度會受到頻率泄露和柵欄效應的影響。為獲得更高精度，頻域插值算法(IpDFT)被廣泛應用。現有的插值算法只能應用于不需要對其進行數據調制的純正弦信號。然而，在許多應用中，未知數據被調制在信號上，如M?QAM信號。在這種情況下，符號跳變是隨機發生的。當在DFT周期發生符號跳變時，DFT系數可能會嚴重失真，導致傳統的IpDFT方法產生較大估計誤差。利用本發明公開的方法可以通過方程得到DFT單元與頻率偏移的關系，使用三個不同的DFT單元來消除符號跳變的影響，從而實現對例如M?QAM的符號跳變的單頻復指數信號進行高精度的頻率估計。

技術領域

本發明涉及一種基于DFT的信號頻率估計的方法，具體涉及一種用于M-QAM符號跳變單頻復指數信號的頻率估計算法。

背景技術

隨著高速無線通信容量需求的快速增長，頻譜效率高的M元正交振幅調制(M-QAM)與相干接收機和數字信號處理相結合引起了人們廣泛關注。由于頻率偏移的影響嚴重降低了系統性能，因此，需要一個頻率偏移估計器來保證系統的可靠性。在實際應用中，快速傅里葉變換(FFT)由于低復雜度，常被用作DFT的快速算法。當頻率估計采用一定長度的FFT時，估計的精度會受到頻率泄露和柵欄效應的影響。為獲得更高精度，頻域插值算法被廣泛應用，現已有幾種插值DFT(IpDFT)方法，但它們只能應用于不需要對其進行數據調制的純正弦信號。然而，在許多應用中，未知數據被調制在信號上，如M-QAM信號。在這種情況下，符號跳變是隨機發生的。當在DFT周期發生符號跳變時，DFT系數可能會嚴重失真，導致傳統的IpDFT方法產生較大估計誤差。

發明內容

針對以上問題，本發明提出了一種基于DFT的用于符號跳變的單頻復指數信號的頻率估計方法。用方程給出了FFT單元與頻率偏移的關系，使用三個不同的DFT單元來消除符號跳變的影響。

采樣的M-QAM信號s(n)序列可以描述為：

x(n)＝s(n)+q(n)

＝U_mexp(jω₀n)+q(n)

其中為調制在信號上的第m(m∈[0，M-1))個未知QAM符號，A_m和分別對應符號的幅度和相位。ω₀＝2πΔfT_s為信號頻率，q(n)為方差為的加性高斯白噪聲。設Δf是發射與本地振蕩器之間的頻率偏移，T_s是采樣頻率。本發明所用的頻率估計方法步驟如下：

步驟一，用長度為N的矩形窗口給x(n)加窗，得到一個N點采樣時間序列x(n)，其中n＝0，1，L，N，L為離散點個數；

步驟二，重寫ω₀＝2πl₀/N＝2π(k₀+δ₀)/N，其中，l₀為獲得的正弦信號周期數，δ₀和k₀分別為歸一化頻率的分數和整數部分步驟三，讓符號跳變發生在第L離散點上。

步驟四，對x(n)在位置k處進行DFT變換，得到

其中

步驟五，根據X(k)的最大值所在位置估計其中X(k)為S(k)在有噪情況下的觀測值：令代入步驟四得到

步驟六，當已知任意三個不同的DFT單元S(k₁)、S(k₂)和S(k₃)時，可用步驟五的式子得到三個線性方程。

步驟七，根據以下公式估計和