一种OQPSK信号频偏估计方法与流程

本发明涉及通讯，尤其涉及一种oqpsk信号频偏估计方法。

背景技术：

1、oqpsk是偏移正交相移键控(offset quadrature phase shift keying)调整方式，是应用最广泛的数字相移键控调制(psk)方式之一，其调制简单，且具有恒包络的特性，广泛应用于卫星通信和物联网系统中。oqpsk根据正交相移键控(qpsk)调整改进而来，相比于qpsk信号，oqpsk将正交分量与同相分量延迟半个符号周期，因此oqpsk信号在一个符号周期内信号的相位只会跳动±π/2。限带的oqpsk信号的包络起伏相对于qpsk小，经过非线性功放时，不会引起功率谱旁瓣增生，具有更好的频谱特性。

2、发射机和接收机之间的本振误差、信号多径效应或收发端相互运动而产生的多普勒效应会造成信号的频率偏移。当信号存在载波频偏时，信号的星座图将会变现出不断旋转的现象。频偏较大时，信号将无法被接收；频偏小时，接收到的信号质量将下降，影响数据传输的可靠性。

3、常用的载波频偏估计方案有双滤波器检测法、相位差法等。

4、oqpsk系统中接收信号的功率谱形状是有成形滤波器所决定，当信号存在载波频偏时功率谱会随着频偏的大小左右移动，双滤波器检测法是通过检测接收信号的功率谱来计算信号的频偏值。具体做法如图1所示，将接收信号分为相同的两路rq(t)和rp(t)，分别经过一个带通滤波器hq(f)和hp(f)后得到基带单边带信号q(t)和p(t)，两路信号模平方的差值e(t)为载波频偏误差输出。双滤波器检测法的灵敏度与滤波器参数有关，滤波器带宽越小，噪声造成的影响越小，计算出的频率误差抖动越小，而小带宽滤波器需要很高的阶数，实现起来比较困难，且该方法受信噪比的影响，在低信噪比下，计算出来的频率误差抖动较大。

5、在理想情况下，载波频偏会造成时域符号的相位线性增加或减小，相位差法是根据训练符号的相位变化来计算频偏。当接收信号中训练符号与理想符号的差为▽p(n)，n＝0,1,2...n-1，n为训练符号长度，一个训练符号的周期为t时，载波频偏可由下式计算得到：

6、

7、相位差法可计算出(-1/(2t),1/(2t))的频偏值，在实际应用中oqpks系统的传输速率相对较低，因此相位差法的估计范围不会太大，存在大频偏的场景将应用该方法，且由于没考虑信道响应的影响，计算精度可能无法满足系统要求的校正精度。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种oqpsk信号频偏估计方法。

2、本发明提供了一种oqpsk信号频偏估计方法，包括以下步骤：

3、步骤1：依据zf准则完成时域信道估计，得到初始信道响应；

4、步骤2：根据所述步骤1得到的初始信道响应调整计算点起始位置，并更新信道响应；

5、步骤3：采用递归最小二乘法计算频偏；

6、步骤4：输出最终的频偏估计值。

7、作为本发明的进一步改进，在所述步骤1中，取第二个扩频周期的起始位置作为初始信道估计的起始点n1，由矩阵计算获得初始信道响应矩阵为x是接收模型中由发送信号组成的矩阵，y是接收模型中接收信号组成的矩阵，h表示矩阵的共轭转置，其中是对接收模型中离散的信道响应的估计值，t是矩阵转置，m为信道响应抽头数。

8、作为本发明的进一步改进，在所述步骤2中，还包括：

9、步骤20：首先计算初始信道响应矩阵中的复数元素模的平方其次找到中最大值的索引imax，得到偏移长度r＝imax-i1，i1表示离散的信道响应后半部分的长度；

10、步骤21：取新的信道响应抽头数为m′，满足m′＜m，m为信道响应抽头数，得到新的信道响应为i′1为新的信道响应中后半部分的长度，i′2为新的信道响应中前半部分的长度。

11、作为本发明的进一步改进，在所述步骤21中，i′1＝floor(m′/2)，i′2＝m′-1-i′1，当新的信道响应h0中有元素不存在时用0代替。

12、作为本发明的进一步改进，在所述步骤3中，还包括：

13、步骤30：定义最小二乘法代价函数为：

14、

15、

16、其中λ是递归最小二乘法的遗忘因子，满足0＜λ≤1，h(i)是第i次迭代得到的信道响应，是在第i次迭代得到的频偏，i表示迭代次数，p和k分别表示累加式中的索引，c表示代价函数符号，i′1为新的信道响应中后半部分，i′2为新的信道响应中前半部分的长度，ei,p为估计误差，与估计变量成非线性关系，x表示方式信号，y表示接收信号，fs为接收端信号采样率；

17、步骤31：对估计误差ei,p使用一阶泰勒展开，变成线性误差e′i,p：

18、

19、

20、其中是第i次迭代计算的接收信号，是的一阶导数，是第i次迭代权重向量的步进长度，

21、是第i次迭代由信道响应和频偏组成的权重向量；

22、梯度向量定义为：

23、

24、其中：

25、

26、

27、步骤32：使用递归最小二乘法联合估计信道响应和频偏。

28、作为本发明的进一步改进，在所述步骤32中，还包括：

29、步骤320：将所述步骤2中得到的信道响应h0和作为首次迭代的信道响应和频偏，设初始估计误差协方差矩阵p(0)＝δ-1im′+1，其中δ是正则参数，im′+1为(m'+1)×(m'+1)的单位阵；

30、步骤321：计算第i次迭代增益向量k(i)，更新估计误差协方差矩阵p：

31、

32、其中，k(i)为第i次迭代的修正增益矩阵；

33、

34、其中，p(i)为第i次迭代估计误差协方差矩阵；

35、步骤322：更新权重向量其中err(i)为估计误差：通过若干次迭代，得到一组频偏估计结果其中l是迭代次数。

36、作为本发明的进一步改进，在所述步骤4中，设置迭代次数门限值l′、频偏抖动门限f1以及判断门限β，满足l/2＜l′＜l，1/2＜β＜1，首先计算第l′次迭代及以后的频偏估计结果平均值：

37、

38、再找到满足下列条件的的集合其中kset是满足条件点的索引集合，个数为l1

39、

40、当l1＞β·(l-l′+1)时，最终频偏估计值为：

41、

42、当l1≤β·(l-l′+1)时，将作为带入所述步骤3中重新迭代计算，然后再次进入所述步骤4得到最终频偏值。

43、本发明的有益效果是：本发明的oqpsk信号频偏估计方法不仅可以应用在大频偏场景，而且具有较高的计算精度。

技术特征：

1.一种oqpsk信号频偏估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的oqpsk信号频偏估计方法，其特征在于，在所述步骤1中，取第二个扩频周期的起始位置作为初始信道估计的起始点n1，由矩阵计算获得初始信道响应矩阵为x是接收模型中由发送信号组成的矩阵，y是接收模型中接收信号组成的矩阵，h表示矩阵的共轭转置，其中是对接收模型中离散的信道响应的估计值，t是矩阵转置，m为信道响应抽头数。

3.根据权利要求2所述的oqpsk信号频偏估计方法，其特征在于，在所述步骤2中，还包括：

4.根据权利要求3所述的oqpsk信号频偏估计方法，其特征在于，在所述步骤21中，i′1＝floor(m′/2)，i′2＝m′-1-i′1，当新的信道响应h0中有元素不存在时用0代替。

5.根据权利要求1所述的oqpsk信号频偏估计方法，其特征在于，在所述步骤3中，还包括：

6.根据权利要求5所述的oqpsk信号频偏估计方法，其特征在于，在所述步骤32中，还包括：

7.根据权利要求1所述的oqpsk信号频偏估计方法，其特征在于，在所述步骤4中，设置迭代次数门限值l′、频偏抖动门限f1以及判断门限β，满足l/2＜l′＜l，1/2＜β＜1，首先计算第l′次迭代及以后的频偏估计结果平均值：

技术总结
本发明提供了一种OQPSK信号频偏估计方法，包括执行以下步骤：步骤1：依据ZF准则完成时域信道估计，得到初始信道响应；步骤2：根据所述步骤1得到的初始信道响应调整计算点起始位置，并更新信道响应；步骤3：采用递归最小二乘法计算频偏；步骤4：输出最终的频偏估计值。本发明的有益效果是：本发明的OQPSK信号频偏估计方法不仅可以应用在大频偏场景，而且具有较高的计算精度。

技术研发人员：张晶,蒋芜,龚明苇,邓嘉,郑泽,肖鸽
受保护的技术使用者：深圳市极致汇仪科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24