适合突发传输的非数据辅助载波频偏估计算法

2010年第23卷第11期

ElectronicSci &Tech /Nov 15,2010

协议 算法及仿真

适合突发传输的非数据辅助载波频偏估计算法

蒋旭平

(郑州欧丽信大电子信息股份有限公司技术部,河南郑州 450001)

摘 要 针对突发条件下线性调制信号的载波频率同步,研究了基于非数据辅助的直接判决引导频偏估计算法和开放环频偏估计方法。研究结果表明,直接判决引导频偏估计算法复杂度较低,适用于对性能要求不高的系统。开放环频偏估计算法计算简单,其复杂度低于直接判决引导频偏估计算法,估计时间短适合突发通信系统。

关键词 突发通信;线性调制;频偏估计

中图分类号 TN919 文献标识码 A 文章编号 1007-7820(2010)11-100-03

ANon Data aidedFrequencyOffsetEstimationAlgorithmforBurstTransmission

JiangXuping

(DepartmentofTechnology,ZhengzhouOrioleXindaElectronicInformationCo.,Ltd.Zhengzhou450001,China)

Abstract Becauseofthecarrierfrequencysynchronizationoflinearmodulationinburstcommunication,non data aideddecision directedandopen loopfrequencyestmiationalgorithmsarestudied.Researchresultsshowthatdecision directednesshaslowcomputationcomplexityandissuitableforsystemswhichhavelowperformancerequire

ment.Theopen loopmethodhastheadvantagesofsmiplecomputationandlowcomplexity,burstcommunicationsystems.

Keywords burstcommunication;

linearmodulation;

frequencyoffsetestmiation

andcanbeappliedto

许多数字通信系统,尤其是突发通信系统,要求接收端在尽可能短的时间内建立载波同步。载波同步是指在相干解调时,接收端必须提供一个与发送端调制载波同频同相的相干载波,这个载波的获得称为载波提取或载波同步

[1]

仿真结果表明该算法可以获得较为准确的估计。

1 信号模型

假设数据码元ci属于一个PSK信号的星座图,观测数据以周期T进行的采样序列。如果实际接收到的序列是该采样值和噪声的叠加

r(t)=e

j(2 vt+ )

。传统的载波同步的方法可以分

为两大类:一类是在发送有用信号的同时,在适当的

频率上发送导频信号,导频信号的功率比较小,接收时根据收到的导频信号和发射载波的频率、相位关系恢复出本地载波;另一类是直接从接收到的信号中提取恢复载波信号。这种载波同步可以用平方变换法、Costas环法、逆调制法或用DSP通过软件算法等来实现。而目前研究比较多的载波同步算法中,利用引导码进行载波恢复和利用最大似然估计的开环结构相位

[2-3]

估计算法都可以适应突发信号。

对于目前成熟的突发通信技术,由于信号按时隙发送,新的按帧或按时隙的同步处理技术成为必然的选择。与连续通信系统相比,突发通信系统的同步更复杂,对突发同步算法的性能有非常苛刻的要求。文中研究了基于时钟辅助的非数据辅助频率估计算法,

i

cig(t-iT- )+w(t)(1)

式中,v为载波频率偏差; 为随机相位; 为信道迟延;g(t)为波形形成函数;w(t)为功率谱密度为N0的加性高斯噪声。通过匹配滤波器g(-t)获得y(t),其离散采样y(k) y(kT+ )。于是得到

y(k)=y(k)=e

j

(2)!r(t)g(t-it- )dt

eg(t-iT- )g(t-kT- c!

-

j2 vt

ii

-

)dt+n(k)

其中噪声分量为

n(k)=

-

(3)(4)

w(t)g(t-kT- )dt!

2 vtj

考虑式(3)中的主要因子e

收稿日期:通信。

2010 04 02

作者简介:蒋旭平(1966-),男,本科。研究方向:无线

g(t-iT- ),因为

g(t-iT- )仅在t=iT+ 附近一些码元范围 i才能取到有重要作用的值,并假设|v|#1/T;因此对t i而言,e

2 vtj

可以近似为常量e

j2 v(iT+ )

。有

100

蒋旭平:适合突发传输的非数据辅助载波频偏估计算法

协议 算法及仿真

(5)(6)

用[y(k-1)]乘y(k)可得

[y(k)y(k-1)]=e

式[y(k)y(k-1)]是对e估计更准确。于是

1*4j8 vT1

[y(k)y(k-1)]=e+n(k) L0-1k=1L0-1k=1

(15)

忽略噪声影响,等式两边取相角可得

L0-1

^=va [y(k)y*(k-1)]4

8 Tk=1同理,当信号为M

PSK时可得

L0-1

^=v [y(k)y*(k-1)]M

2M Tk=1开环算法的结构框图,如图2所示。

(16)

L0-1

L0-1

*

4

8 vTj

*

4

8 vkTj

*

4

4

e

j2 vt

g(t-iT- )%e

j

j2 v(iT+ )

g(t-iT- )

其中匹配滤波器的输出为

y(k)=cke[2 v(kT+ )+ ]+n(k)

+n(k)

(14)

估计,平滑噪声可使

2 算法原理

2 1 直接判决引导算法

在相干检测系统中,频率恢复是相位恢复的前

提,并且经过频率恢复和相位恢复才能得到正确的判决值。但对差分检测的QPSK而言,即使存在频偏也可能得到可靠的差分判决值。定义D为y(k)y(k-1)

的判决值,如图1所示。

*

(17)

图1 QPSK信号的差分检测器

D(k)%ckck-1

定义z(k)=y(k)ck,所以

z(k)z(k-1)=y(k)y(k-1)ckck-1

y(k-1)D

*

**

*

*

*

*

*

(7)

图2 开环算法的结构框图

%y(k)

(8)

L0-1

3 仿真结果

利用Matlab对直接判决频偏估计算法和开放环算法进行仿真,仿真条件:信号为QPSK调制,码元速率为32000Baud/s,匹配滤波器的滚降系数为0 5,码元观测长度L0为100个码元(基于数据辅助的方法为30个码元),每个信噪比进行100次蒙特卡仿真。通过估计误差对码元速率的归一化方差考察算法性能,

而z(k)的自相关函数R(m)为

1*

R(m)=z(k)z(k-1),1#m#L0-1 L0-mk=1

(9)

当m=1时,由式(9)可得

*

R(1)=z(

k)z(k-1)

L0-1 k=1

因此

**

R(1)=y(k)y(k-1)D

L0-1 k=1^=v2 T

L-1L-1

L0-1

(10)

并与修正的克拉美 罗界(MCRB)进行比较。

图3和图4分别给出了直接判决引导算法和基于数据辅助的几种频偏估计算法的性能曲线(Kay,Fitz,L&R和ML算法)。从图3中看出,直接判决引导QPSK频偏估计性能曲线远不及基于数据辅助的频偏估计算法,始终不能达到克拉美 罗界。当信噪比高于16dB后仍不能与频率偏差的估计性能界重合。

从图5中可以看出,当信噪比为50dB时,开放环算法的频偏估计范围分别约为码元速率的(0 125,当信噪比为10dB时,开放环算法的频偏估计范围分别约为码元速率的(0 1,但在(0 1~(0 12范围内还是可以估计,只是存在较小的偏差。

从图6中看出,开放环算法的方差性能曲线不及基于数据辅助的频偏估计算法,比直接判决引导频偏估计算法要差2~3个数量级,始终不能达到克拉美

(11)

[2]

把式(11)带入Fitz算法的频偏估计表达式可得

k=1

y(k)y

*

(k-1)D

[4]

*

(12)

该算法是从旋转频率估计算法文献[5]中的一个类似算法。

联想得来,也是

2 2 …… 此处隐藏：2957字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……