复杂多径下IR-UWB自适应频偏估计算法研究

在脉冲超宽带定位系统中,时钟频率偏移是影响测距和测角精度的重要因素;针对复杂多径下频偏估计精度低的问题,设计了一种适应复杂多径环境的脉冲超宽带自适应频偏估计算法;首先,借助脉冲超宽带信号的抗多径优势,将实时估计的信道脉冲响应作为自适应匹配滤波模板,以保证复杂多径下相关峰的准确提取;利用相关峰辐角信息得到前导符号的相位序列;再使用贝叶斯估计算法提高频偏估计精度;在IEEE 802.15.4a标准CM1、CM2多径信道下进行仿真,仿真结果表明,低信噪比情况下,频偏估计估计精度保证在0.2 ppm以内;在巷道环境实验结果表明,50 m范围内频偏估计标准差在0.06 ppm以内;实现了复杂多径环境下高精度频偏估计,具有较强的实用性。     

一种数据辅助频偏估计算法

针对以往频偏估计不能兼顾估计范围和估计精度的问题,在分析和比较已有算法的基础上,提出一种基于自相关函数的频偏估计算法。将接收到的信号与辅助数据的共轭进行相关计算,然后对得到信号的自相关函数进行邻位符号相除来展开相位,得到相位差分序列,利用该序列对频偏进行估计,再对频偏结果进行加权平均,理论估计范围可达到符号速率的50%。仿真结果表明,该算法在信噪比SNR≥-5 dB的条件下,能够实现估计方差接近克拉美罗界,解决了估计范围和估计精度相矛盾的问题。     

无线传感网载波频率偏移估计方法的改进*

无线传感网的低功耗、低成本等特性,要求设备能在低信噪比环境下快速完成突发通信的载波频偏估计,保证数据传输的正确性,因而需要对低信噪比和大频偏范围的频偏估计算法进行研究。Fitz算法是较为经典的载波频率偏移估计方法,具有算法精确度高和估计信噪比门限低等优点,但此算法的频偏估计范围与精度之间呈反比关系,频偏估计范围越大,估计精度越低。针对Fitz算法进行改进,利用迭代的方法展开信号自相关相位,代入Fitz算法估计载波频偏,在保持Fitz算法精确度高和估计信噪比门限低优点的同时,将其估计范围扩大了M倍,M为最大     

一种改进的无数据辅助频偏估计算法

面对无线电监测或电子对抗等非协作电子环境,在低信噪比情况下对截获信号载波频偏进行估计时存在估计范围和估计精度不平衡的问题。为此,提出一种改进的无数据辅助频偏估计算法。对Q倍的归一化基带信号做自相关函数的差分运算,消除最大相关间隔对估计范围的影响,并通过对差分后相位的加权求和得到有效的频偏估计值。仿真结果表明,即使在信噪比低至-15 d B时,该算法仍然可以达到近似10~(-4)的估计误差精度,能够满足实际监测要求。     

基于自相关的宽范围高精度频偏估计算法

基于自相关函数的载波频偏估计算法存在捕获范围与估计精度相矛盾的问题.针对该问题,采取新的相位展开措施,对观测信号自相关函数做快速傅里叶变换以粗估频偏,利用该频偏对高延时自相关函数值进行相位展开,对频偏估计结果求均值.该算法在保持较高估计精度的同时将估计范围扩大到1/2MT.仿真实验结果证明了该算法的有效性.     

频率选择性衰落信道下的同步参数联合盲估计算法

对于多径频率选择性衰落信道以及低信噪比环境下线性调制信号的同步参数盲估计问题,提出基于循环累积量的载波频偏、初始相偏和符号定时误差前向联合盲估计算法。通过理论推导得出多径频率选择性衰落信道下信号的循环累积量与初始相偏和符号定时误差的数学关系。在此基础上先以较大频率间隔进行粗估计确定频偏范围,再以较高精度遍历检测信号特定循环频率,提高载波频偏估计精度,进而由累积量值估计出初始相偏和符号定时误差,不依赖于信道衰落和加性噪声的分布特性,尤其适用于频偏、相偏、定时误差和信道衰落同时存在的复杂情况。仿真结果表明,该算法 能有效实现低信噪比和多径频率选择性衰落信道下对线性调制信号同步参数的联合盲估计。     

基于数据辅助的CPM信号捕获与频偏估计算法

针对连续相位调制（Continuous phase modulation,CPM）信号同步问题,提出了一种基于给定导频符号的信号捕获和频偏估计算法。首先对由扩频码字组成的导频信号进行复数匹配滤波,将输出值取模,通过搜索峰值实现信号捕获。然后根据相关值对应的辅角利用最小二乘法实现频偏和初相估计,并分析推导了该算法在较低信噪比条件下的频偏估计范围和估计精度。仿真实验结果表明,频偏估计范围可达±0.25倍的符号速率,与传统伪码相关估计频偏算法相比,该算法估计精度高,在SNR为3.3 dB时频偏估计精度接近克拉美罗下界。     

重频参差相参脉冲串频率估计算法

研究了重频参差相参脉冲串的频率估计算法。通过脉内相关积累,提高了新序列的信噪比。对新序列的相位差按参差重数抽样平均,减小了等效的相位噪声方差,利用重频参差比解相位模糊,扩大了频偏允许范围,降低了算法的信噪比门限。分析了本算法实现相参频率估计的条件,推导了相应信噪比门限的解析表达式,指出了信噪比门限与信号样本总数、参差重数、参差比之间的关系。仿真结果表明:上述结论是正确的,在满足信噪比门限条件下,频率估计的精度接近相参脉冲串频率估计的克拉美-罗限(CRLB)。     

一种新的LTE系统频偏估计算法

相位差分算法是LTE系统中经典的频偏估计算法,受LTE信号结构的限制,其估计范围较小且不能工作于跳频传输模式.针对相位差分算法的缺点,提出了一种基于互相关函数能量比的频偏估计算法.该算法根据LTE上行链路PRACH信道中ZC序列循环移位和频偏之间的关系,利用接收ZC序列与原始序列的互相关函数和接收ZC序列与原始序列的单位循环移位序列的互相关函数的能量比来估计频偏,可增大频偏估计范围,减少信噪比对估计误差的影响,且不受跳频传输的影响.仿真结果表明,相比传统的相位差分算法,该算法频偏估计范围更大,估计精度随信噪比变化较小,可有效改善LTE系统频偏估计性能.     

LTE系统中互相关主同步理论研究

针对LTE系统主同步训练符号结构,提出了一种基于ZC序列的LTE互相关主同步算法。该算法分别对接收信号进行整数倍频偏估计、符号定时估计、小数倍频偏估计;为了提高同步的精度以及系统在低信噪比下的同步性能,采用分段互相关和具有完美自相关性能的ZC序列,并能根据实际信道环境进行复杂度和同步精度的灵活选择。仿真结果表明,该算法同步性能较传统延迟相关算法SNR性能提高了6~9 dB。     

数据辅助的时域自相关与互相关联合频偏估计方法

针对数据辅助下突发数据通信中频偏估计精度低和复杂度高的问题,提出了一种数据辅助的时域自相关与互相关联合频偏估计方法。首先,推导出基于通用数据帧结构的频偏估计克拉美劳界（CRB）,同时引入一个形式上更为简单的近似CRB作为估计算法的性能界;然后,在自相关估计中,利用自相关算子和复信号指数化近似得到具有较大范围和较低信噪比门限的自相关算法;在互相关估计中,借鉴自相关估计原理,利用互相关算子获得兼顾低复杂度和高精度的互相关算法。仿真结果表明,所提方法可估计出接近符号速率一半的载波频偏且达到了近似CRB性能;与经典的M&M算法相比,所提方法的估计精度提高了5倍,且从实乘运算来看还具有与导频长度相关的线性复杂度,适用于突发数据通信的工程应用。     

正交基带通信信号的调制方式盲识别

基于基带信号频率低,算法计算量小的优点,提出了一种在不需信号先验知识的情况下识别基带正交调制信号的方案。该方案利用接收信号的基带谱特性和统计特性,从中提取抗噪声,且对频偏和相偏不敏感的特征,对信号进行模拟数字的联合自动识别。对真实采集信号进行实验验证,结果表明：在信噪比不小于7 dB时,对数字和模拟调制方式都未知的信号,算法可以得到95%以上的正确识别率。     

CAZAC改进帧同步检测方案

提出了一种基于CAZAC（Constant Amplitude Zero Auto Correlation）的改进帧同步检测方案。首先,利用CAZAC序列作为短训练序列来改变IEEE 802.11a系统标准前导结构,并增加用于粗频偏估计的短训练序列个数;其次,在使用延时相关帧检测的基础上,结合短训练序列的互相关信息共同完成帧同步检测。由于CAZAC序列良好的自身特性以及互相关信息的辅助,使得帧同步检测更加准确,粗频偏估计的性能也有所提高,大频偏下仍得到稳定的性能。仿真结果显示,在多径时延为100 ns,频偏为200 kHz时,与传统方法比较能得到约2 dB的增益。     

基于插值和周期图法的高动态信号载波频偏粗估计

针对卫星通信系统中接收信号载波动态范围大、信噪比低造成的信号载波同步困难的问题进行了研究。基于联合插值和频域移位平均周期图法的载波频偏估计算法,通过对半符号周期频域移位平均周期图法中各并行支路输出的功率谱峰值波形进行双谱线插值,以进一步降低载波频偏变化率估计误差,进而改善原算法捕获概率。仿真结果显示,当比特信噪比为2.5 dB时,相比于半符号周期频域移位平均周期图法,该算法只增加了一次插值计算就可以实现将载波频偏变化率估计误差降低27%。在同等估计精度和参数设置下,相比于半符号周期频域移位平均周期图法和带补零频域移位评价周期图法,基于联合插值和周期图法的载波频偏粗估计算法可达到更高的捕获概率。     

一种低复杂度的频偏估计算法

为解决短波突发通信中的载波同步问题,提出一种低复杂度的频偏估计算法。通过相位折叠使接收信号的频偏具有周期性规律,以避免自相关计算和离散傅里叶变换,从而降低算法复杂度,实现快速载波同步。Matlab 仿真结果表明,该算法具有估计精度高、捕获范围广和计算复杂度低的特性,适用于突发通信的频偏估计。