[发明专利]基于眼图和信息熵的载波参数估计方法

说明书

本发明提出了一种基于眼图和信息熵的载波参数估计方法，主要解决现有技术进行载波参数估计实时性差和估计准确性低的问题。其实现方案是：在发送端，对随机产生的一串二进制信息序列进行MPSK调制并发送；根据接收的数据算出眼图熵，做出不同定时相位下眼图熵的变化图形；根据接收的数据算出两个符号周期的眼图熵及平均值，做出该平均值的变化图形；根据接收的数据做出不同载波频偏下星座图熵的变化图形；分别找到三个变化图形中熵值最小的点，最小点所对应的位置即为定时恢复的最佳采样时刻，实际符号速率的估计值和载波频偏的估计值。本发明便于实现，估计精度高，可用于定时恢复、符号速率、载波频偏估计及设计高精度一体化的同步器。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种载波参数估计方法，可用于定时恢复、符号速率的估计和载波频偏的估计。

背景技术

随着现代无线数字通信技术的发展，使得在有限频率范围内的信号越来越多，进而导致通信环境越来越复杂，通信资源也日益匮乏，因此在无线通信中对信号重要参数的提取显得尤为重要。其中，载波就是通信信号中重要的参数之一，对载波参数进行精确的估计是对接收信号进行信号分析处理和解调的基础，也会对提高系统整体性能有很大的影响。

在数字接收机中，下采样器位于匹配滤波器之后，它由本地时钟触发，以符号周期的数倍对接收信号进行采样。理想情况下，本地时钟和真正的符号时钟同步，但是，实际上接收机通常不知道真正的符号时钟，这时就需要进行定时恢复。尤其在移动信道中，符号周期可能随时间变化，另外收发信机相对运动导致的多普勒频移会使载波频率发生改变，进而影响接收机的性能。因此，对于保持通信系统链路的可靠性来说，同步误差的估计和补偿是至关重要的。

在载波参数估计的研究中，已有很多经典的算法。其中，最大似然算法能够对MPSK信号进行估计，但该算法要进行多维搜索，在实时性方面就显的比较差。Hagiwara等人利用快速傅里叶变换来估计MPSK的符号速率信息，但该方法只适用于MPSK调制方式，具有较大的局限性。利用导频与编码辅助的迭代算法进行载波同步，在低信噪比下有很好的效果，但是迭代算法的复杂度较高，时延较大。陈还在“通信系统定时恢复问题的研究”中提出了用“眼图”来对定时恢复的最佳采样时刻进行说明，但是并没有展开深入研究。M.Pedzisz andA.Coatanhay在“Minimum Entropy Approach for Carrier Frequency Recovery”中用最小熵进行载波频偏估计，它主要利用瞬时概率密度函数进行推导，计算复杂度较高。“基于星座图统计的盲载波同步算法”一文提出了一种基于星座图密度统计的载波同步算法，实现了一定信噪比下盲频偏消除与星座图恢复，但该算法在符号数较少时性能会有所下降，且在信噪比较低时性能急剧退化。Jablon提出简化星座点RC-PLL算法，通过选择信噪比大的星座图对角线上的点来进行频偏估计，增大了频偏的估计范围，提高了估计的准确性。但是该算法随着信号调制阶数的增加，星座图上大信噪比对角线上的点出现概率减小，使得估计的时间变长，降低了估计的准确度。

发明内容

本发明的目的在于针对以上现有技术的不足，提出一种基于眼图和信息熵的周期性的载波参数估计方法，以缩短估计时间，减小估计复杂度，提高估计的准确度。

本发明的技术思路是：利用从眼图和星座图得到的一些概率函数，求其熵值，通过搜索熵值的全局最小值，进行定时恢复和符号速率的估计，利用复信号的星座图进行载波频偏估计，其实现方案包括如下：

(1)在发送端，对随机产生的一串二进制信息序列进行M进制相移键控MPSK调制，并把调制后的信号经信道发送到接收端；

(2)对到达接收端的信号进行采样，得到采样数据；

(3)根据接收端的采样数据进行定时恢复：