[发明专利]一种基带信号的载波频偏估计方法及其装置

说明书

一种基带信号的载波频偏估计方法及其装置，该载波频偏估计方法包括基带信号获取、复信号计算、复信号频谱搬移、复信号重采样、有用谱线频点序号获取及载波频偏估计等步骤。由于对频谱搬移后的复信号进行重采样，可把系统的采样率匹配到某个固定值上，从而可以采取固定点数的FFT处理得到包括有用谱线的频谱序列，使得系统在不增加FFT点数的情况下就可得到有用谱线对应的频点序号，也使得获取频点序号的计算过程得以简化，利于在保证较高的载波频偏估计精度的前提下，加快系统的处理速度，进一步地降低系统的计算时长并减少系统的运行开销，最终有助于提高OQPSK信号在解调处理和载波频偏估计处理时的实时性。

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及一种基带信号的载波频偏估计方法及其装置。

背景技术

现代通信领域中，QPSK（Quadrature Phase Shift Keyin，正交相移键控）是一种十分重要的调制方式。在QPSK信号调制过程中，当码组为0011或0110时，产生180°的载波相位跳变，这种相位跳变将引起包络起伏，当通过非线性部件后，使已经滤除的带外分量又被恢复出来，导致频谱扩展，增加对相邻波道的干扰。为了消除180°的相位跳变，在QPSK基础上发展出了OQPSK（Offset-QPSK，偏移四相相移键控）；OQPSK是一种恒包络数字调制技术，其将同相和正交两支路的码流在时间上错开了半个码元周期，由于两支路码元半周期的偏移，每次只有一路可能发生极性翻转，不会发生两支路码元极性同时翻转的现象，因此，OQPSK信号相位只能跳变0°、±90°，不会出现180°的相位跳变，从而使得其频带利用率较高，理论值可达1b/s/Hz。由于OPSK相对于QPSK具有更为高效的频谱利用率而受到广泛应用，常见于卫星通信、无线通信（如WCDMA）等领域，将OQPSK作为基带信号的调制方式之一。

OQPSK信号在产生过程中，由于其作为基带信号的同相分量和正交分量存在半个符号周期的时间差，使得OQPSK信号的解调过程不能简单地利用QPSK的解调方法。在通信过程中，信号的发射机与接收机中存在时钟不同步的情形，在接收机中解调OQPSK信号时，需要估计出载波频偏、相位偏移以及信号延时等参数，常常用到经典的相位估计和定时估计的方法（由意大利的Antonio等人在其论文《Feedforward joint phase and timingestimation with OQPSK modulation》中提出），具体如图1所示。应用发现这种相位估计和定时估计的方法存在局限性，该方法只能用在不存在载波频偏或者载波频偏非常小（不超过50Hz）的场合下，因此，当存在较大载波频偏时，利用该方法估计出来的相位和定时信号已不能反映真实情况，如此，则需要在利用该方法进行相位估计和定时估计之前先对载波频偏进行估计和补偿。

在进行OQPSK信号的解调处理时，载波频偏的存在将直接影响接收机的整体性能和误码率，使通信系统性能下降，因此必须将频偏误差消除。一种是采用开环恢复的方法，直接对收发载波的频偏和相位进行估计，然后在解调时进行校正；另一种是采用闭环修复的方法，利用数字锁相环来实现对载波的跟踪；两种方法的核心都是载波频偏和相位偏移的估计算法。

Mathworks公司在其最新版本的matlab产品中引用了一种用于OQPSK接收信号频偏估计的方法，该方法对接收信号的m次方进行FFT处理，在得到的复频谱中查找最大功率点对应的谱线位置以此来确定载波频偏，其过程可参考图2。表示接收机中数字下变频后的基带信号，其采样率为，是期望能达到的频率分辨率，因此，对应的FFT点数为；对信号进行点FFT运算，得到的结果求模后，找出其最大值对应的频点位置，然后根据公式就可以算出载波频偏值。

基于图1所示的OQPSK相位估计和定时估计方法，以及图2所示的载波频偏粗估计方法，得到的OQPSK解调原理的一般表示形式，见图3。来自ADC的数据经过数字下变频（DDC）后进入重采样模块，这个重采样模块的目的是把采样率转换为OQPSK符号率的整数倍，相对与图1所示的相位估计和定时估计方法，这里需要把采样率转换为符号率的两倍，然后进行图2所示的载波频偏粗估计方法进行后续处理。