[发明专利]信号载波频率及相位估计方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及信号载波频率及相位的估计方法及装置。 

背景技术

在现实世界中，有各种各样的信号，如电信号、光信号、声信号等等，它们都代表能量的一种变化，而这种变化在数学上可以用时间的函数来表示，一个能量有限信号的时间函数在傅立叶展开下就得到了自己的频谱，对于任何一个物理可实现的实信号，其傅立叶展开而成的频谱具有依零频点共轭对称的性质。 

在通信系统中，至关重要的就是同步技术，其中包括网同步、载波同步、符号同步、位同步等。对于载频通信系统(相对于基带通信系统)而言，载波同步是至关重要的。发送端发出固定载波频率的信号经过随机化的信道传输后，就变成了随机信号，其载波频率和相位对接收端而言就由已知确定量变成了未知的随机变量，此时如何估计出载波的真实值就成了通信的重要任务。对载波频率及相位的估计方法有很多，传统的有模拟方式的PLL(锁相环)，后来发展的DPLL(数字锁相环)，自适应均衡等等。 

以上这些方法的估计精度都不很高，一般在100hz上下就止步了。目前的这些估计方法的目标值都是折中的方案，即能够满足目前要求即可，没有办法继续提高精度，或者达到任意精度。但随着 时代的发展，通信容量日益增大，要求更高信噪比，而载波频偏是影响信噪比的至关重要因素之一，因此势必要求更加灵活、更加精确的估计方法。 

发明内容

鉴于现有技术中的上述不足之处，本发明的目的之一在于，提供一种信号载波频率估计方法。 

根据本发明的一个方面，提供了一种信号载波频率估计方法，该方法包括以下步骤：确定信号载波在接收端处频率的粗略估计值；在以粗略估计值为中心的信号的通带范围内选择信号的频谱中的一段频谱序列，将一段频谱序列与信号的频谱进行滑动相关运算得到与一段频谱序列共轭对称的频谱序列；利用共轭对称的两段频谱序列求出其对称中心所对应的频率值，从而获得信号的载波频率的精确估计值。 

其中，接收端处频率为下变频为中频频率的信号载波频率或未经过下变频的信号载波频率。 

其中，根据信号载波的标称射频频率，或标称射频频率与接收端的本地振荡频率来确定粗略估计值。 

其中，通带范围以粗略估计值为中心，其带宽为被承载的信号的带宽。 

其中，在以粗略估计值为中心的通带范围内选择信号的频谱中的一段频谱序列，根据一段频谱序列与信号的频谱进行滑动相关计算得到与一段频谱序列共轭对称的频谱序列的步骤中，包括：在接收端处对信号进行采样获得其采样信号，并取一定时间长度的采样信号，得到采样信号的含有a个点的加窗点序列Sa；根据估计精度要求，求出需要计算的点数b；如果a小于等于b，将加窗点序列Sa后面补上b-a个零，凑成含有b个点的加窗点序列Sb；如果a大于b，在Sa序列中连续的取b个点形成b点的加窗点序列Sb；对加窗点序列Sb做离散傅立叶变换，得到其傅立叶频谱；在信号载波的粗略估计值所对应的数字频率附近选出一频点K，由此点向0频方向或者反方向选择若干频点，构成一序列段，用该序列段与傅立叶频谱做滑动相关运算，从滑动相关运算结果中找到最大值，得到峰值所对应的频点N。

其中，利用共轭对称的两段频谱序列求出对称中心，并将对称中心所对应的频率值作为信号载波频率的精确估计值，包括：根据公式[(K+N)/2]×2π/b求出信号载波的角频率，根据角频率获得信号载波的载波频率。 

其中，需要计算的点数b等于采样频率除以估计精度。 

其中，在接收端处频率为下变频为中频频率的信号载波频率的情况下，信号的载波频率精确估计值等于中频频率的信号载波的精确估计值加上接收端本地振荡频率。 

其中，信号至少包括以下之一：电磁波信号、水声信号、压力信号、光信号、生物信号。 

根据本发明的另一个方面，提供了一种信号载波频率相位估计方法，该方法包括以下步骤：根据信号载波频率的角频率精确估计值对应的傅立叶频谱的复数值的辐角获得信号载波的相位；在接收端处频率为下变频为中频频率的信号载波频率的情况下，信号的载波相位精确估计值等于中频频率的信号载波相位的精确估计值减去接收端本地振荡信号的相位值。