本發(fā)明涉及一種頻偏相偏估計(jì)補(bǔ)償方法.

背景技術(shù)：

由于在高速移動(dòng)平臺(tái)之間通信，將產(chǎn)生較大的多普勒頻移(移動(dòng)平臺(tái)最高時(shí)速可使接收信號(hào)所產(chǎn)生的最高多普勒頻移達(dá)fd＝25KHz)，因此對(duì)頻偏的估計(jì)范圍要求較寬。

為提高抗干擾性能，收發(fā)兩端使用跳頻技術(shù)，且跳頻帶寬達(dá)到數(shù)百兆赫茲，這樣，來自不同頻點(diǎn)上的多普勒頻移差異較明顯，已不能將各頻點(diǎn)的估計(jì)值統(tǒng)一處理，且在跳頻系統(tǒng)中脈沖之間的相位已不再連續(xù)，因此，需用各脈沖內(nèi)較少的導(dǎo)頻序列進(jìn)行相位估計(jì)。

在復(fù)雜電磁環(huán)境下，頻偏相偏估計(jì)結(jié)果將受到干擾信號(hào)的影響，從而降低相干解調(diào)的性能，最終導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的接收性能下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種在高速寬帶跳頻系統(tǒng)下頻偏相偏的估計(jì)和補(bǔ)償技術(shù)，尤其在復(fù)雜電磁環(huán)境下具有較好的性能。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：

(1)在發(fā)射端，將待發(fā)送的每個(gè)消息分成多個(gè)脈沖，且每個(gè)脈沖兩端均增加由已知偽隨機(jī)序列組成的同步幀頭；

(2)在接收端，將接收到的同步幀頭前后兩端分別與相對(duì)應(yīng)的本地PN碼進(jìn)行復(fù)相關(guān)運(yùn)算，得到頻偏相偏所產(chǎn)生的相位偏移θ_pre、θ_pos，并將其相減，得到頻偏估計(jì)值其中，Δθ＝θ_pos-θ_pre，N為同步幀頭長(zhǎng)度；將每個(gè)頻點(diǎn)所得到的頻偏值Δf'_i根據(jù)對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)進(jìn)行歸一化處理，得到統(tǒng)一的頻率偏移值

(3)利用各頻點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的信噪比估計(jì)值作為加權(quán)系數(shù)，對(duì)各頻點(diǎn)的頻率偏移值進(jìn)行加權(quán)平均，得到頻偏估計(jì)平均值將所得到的頻偏估計(jì)平均值再次反歸一化處理，到各頻點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻偏并進(jìn)行頻偏補(bǔ)償處理；在進(jìn)行頻偏補(bǔ)償時(shí)，將接收數(shù)據(jù)與同步幀頭一并補(bǔ)償；

(4)頻偏補(bǔ)償后同步幀頭前后兩端的相位偏移θ′_pre和θ′_pos相等，將θ′_pre和θ′_pos以信噪比估計(jì)值作為加權(quán)系數(shù)加權(quán)求和，得到每個(gè)脈沖的相偏估計(jì)值再次進(jìn)行相偏補(bǔ)償，最終恢復(fù)接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行相干解調(diào)。

所述步驟(1)中脈沖數(shù)量大于10。

所述步驟(1)中同步幀頭的長(zhǎng)度不小于32，每個(gè)脈沖的同步幀頭間隔時(shí)間保證接收端進(jìn)行頻偏估計(jì)時(shí)的頻偏Δf'_i≥30KHz。

本發(fā)明的有益效果是：

由于本發(fā)明同步幀頭設(shè)計(jì)靈活，可根據(jù)不同系統(tǒng)和應(yīng)用環(huán)境所產(chǎn)生的最大多普勒頻移修改幀頭數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，有較強(qiáng)的系統(tǒng)適應(yīng)性。

由于本發(fā)明提出對(duì)不同頻點(diǎn)頻偏估計(jì)值先進(jìn)行歸一化處理，并加權(quán)求和得到較為準(zhǔn)確的頻偏估計(jì)值，再反歸一化后，分別針對(duì)不同頻點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，因此適合于寬帶跳頻系統(tǒng)，且保證較高的估計(jì)性能。

由于本發(fā)明在進(jìn)行加權(quán)合并時(shí)，利用信噪比估計(jì)信息作為加權(quán)值，確保參與加權(quán)的估計(jì)值的信息質(zhì)量，因此在復(fù)雜電磁環(huán)境以及較強(qiáng)干擾下較傳統(tǒng)方法有較大優(yōu)勢(shì)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的脈沖幀結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的頻偏估計(jì)流程圖；

圖3是本發(fā)明的相偏估計(jì)流程圖；

圖4是本發(fā)明的相偏補(bǔ)償流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施例。

本發(fā)明針對(duì)高速移動(dòng)平臺(tái)，寬帶跳頻系統(tǒng)下相干解調(diào)時(shí)頻偏相偏的估計(jì)和補(bǔ)償精度較低的問題，提出一種高精度、大范圍的頻偏相偏估計(jì)補(bǔ)償方法，該方法在復(fù)雜電磁環(huán)境下性能顯著。

本發(fā)明包括以下步驟：

(1)首先在發(fā)射端每個(gè)消息分成多個(gè)脈沖發(fā)送(建議脈沖數(shù)大于10)，以增加跳頻點(diǎn)數(shù)提抗干擾性能，且每個(gè)脈沖兩端均增加由已知偽隨機(jī)序列組成的同步幀頭，以備接收端進(jìn)行頻偏相偏估計(jì)。

(2)發(fā)射端設(shè)計(jì)同步幀頭長(zhǎng)度不小于32，保證相偏估計(jì)精度，并且每個(gè)脈沖的同步幀頭間隔時(shí)間應(yīng)保證所估計(jì)的頻偏Δf≥30KHz，已滿足估計(jì)范圍要求。

(3)在接收端，將接收到的同步幀頭前后兩端與相對(duì)應(yīng)的本地PN碼進(jìn)行復(fù)相關(guān)運(yùn)算，得到頻偏相偏所產(chǎn)生的相位偏移θ_pre、θ_pos，并將其相減，得到頻偏估計(jì)值Δf'_i。將每個(gè)頻點(diǎn)所得到的頻偏值Δf'_i根據(jù)對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)進(jìn)行歸一化處理，得到統(tǒng)一的頻率偏移值

(4)利用各頻點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的信噪比估計(jì)值作為加權(quán)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均，以提高有干擾環(huán)境下的估計(jì)性能。這里將信噪比信息按照高低進(jìn)行置信度劃分，最低置信度為零，說明該參數(shù)被干擾較為嚴(yán)重，已無法提供有用信息，通過最大比加權(quán)運(yùn)算得到頻偏估計(jì)值將所得到的頻偏估計(jì)平均值再次反歸一化處理，到各頻點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻偏并進(jìn)行頻偏補(bǔ)償處理。

(5)在進(jìn)行頻偏補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)將接收數(shù)據(jù)與同步幀頭一并補(bǔ)償。補(bǔ)償后，頻偏補(bǔ)償后的θ′_pre和θ′_pos將不再有頻偏，即θ′_pre＝θ′_pos，并將θ′_pre和θ′_pos按照步驟(4)方案進(jìn)行信噪比加權(quán)求和，以保證受干擾嚴(yán)重的同步幀頭數(shù)據(jù)不參與加權(quán)運(yùn)算，并得到每個(gè)脈沖的相偏估計(jì)值再次進(jìn)行相偏補(bǔ)償，最終恢復(fù)接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行相干解調(diào)。

所述的步驟(1)在發(fā)射端每個(gè)消息分成多個(gè)脈沖發(fā)送，以增加跳頻點(diǎn)數(shù)提抗干擾性能，且每個(gè)脈沖兩端均增加由已知偽隨機(jī)序列組成的同步幀頭。由于同步幀頭在數(shù)據(jù)兩端，可以利用同步幀頭兩端的相位差得到頻偏和相偏值。脈沖幀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

所述的步驟(2)中發(fā)射端設(shè)計(jì)同步幀頭長(zhǎng)度N≥32，保證相偏估計(jì)精度，并且每個(gè)脈沖的同步幀頭間隔時(shí)間所對(duì)應(yīng)的頻偏估計(jì)范圍，應(yīng)大于移動(dòng)平臺(tái)所產(chǎn)生的最大多普勒頻移，已滿足高速移動(dòng)平臺(tái)使用。即同步幀頭間隔長(zhǎng)度L，由下式?jīng)Q定，其中B為信號(hào)帶寬，Δf_d表示多普勒頻移。

所述的步驟(3)中，由于接收信號(hào)經(jīng)過無線信道以及下變頻后會(huì)產(chǎn)生一定的頻偏與相偏，使接收的基帶信號(hào)發(fā)生畸變，其接收信號(hào)R(t)表達(dá)式為：

其中Δf_i表示頻偏，i表示跳頻系統(tǒng)中第i個(gè)頻點(diǎn)，φ表示相偏，a表示基帶信號(hào)幅值。

先將接收到的同步頭、同步尾數(shù)據(jù)與相對(duì)應(yīng)的本地PN碼分別進(jìn)行復(fù)相關(guān)運(yùn)算，得到由于頻偏相偏共同產(chǎn)生的相位偏移θ_pre、θ_pos：

其中t₀表示同步幀頭前導(dǎo)字起始時(shí)間，N表示同步序列長(zhǎng)度，將相關(guān)后所得前導(dǎo)字與后導(dǎo)字的相位相減，得到相位差Δθ：

則頻偏估計(jì)值Δf'_i為：

頻偏估計(jì)流程框圖如圖2所示。

由于使用跳頻發(fā)射，并且跳頻帶寬達(dá)到幾百兆赫茲，這樣，來自不同頻帶上的干擾也將不同，使頻偏估計(jì)值的置信度也不同，因此可以考慮將不同頻點(diǎn)所估計(jì)的頻偏值進(jìn)行加權(quán)平均，以提高抗干擾能力，使估計(jì)結(jié)果得到優(yōu)化。

然而，不同的發(fā)射頻點(diǎn)的射頻頻率不一樣，因此，所對(duì)應(yīng)的多普勒頻移也不同：

Δf_i表示不同頻點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻偏估計(jì)值，其中下標(biāo)i對(duì)應(yīng)不同的發(fā)射頻點(diǎn)，v表示終端移動(dòng)速度，c表示光速，G_i表示不同頻點(diǎn)上的載頻值。因此，若要對(duì)估計(jì)所得的Δf'_i進(jìn)行加權(quán)平均，必須首先對(duì)其進(jìn)行歸一化處理，使其保證在同一頻點(diǎn)上的歸一化多普勒頻移相同。

表示歸一化后的多普勒頻移，其中g(shù)_i表示歸一化因子，與G_i互為倒數(shù)。

所述的步驟(4)中，最終頻偏估計(jì)值為：

這里n表示脈沖個(gè)數(shù)，加權(quán)系數(shù)選擇不同頻點(diǎn)上的信噪比估計(jì)值SNR_i，利用式(8)將再次反歸一化到各頻點(diǎn)上的多普勒頻移并送入補(bǔ)償模塊。

所述的步驟(5)中，將估計(jì)所得頻偏值對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償

這里t_k表示第k時(shí)刻，t_h表示第h時(shí)刻，且t₀＝t_k-t_h。可以看出補(bǔ)償后數(shù)據(jù)的相差已經(jīng)不隨時(shí)間而變化，說明此時(shí)接收的數(shù)據(jù)不再有頻差，而只帶有2π(Δft₀+φ)的相差。

相位估計(jì)模塊是對(duì)頻偏補(bǔ)償后的殘余相差再次進(jìn)行估計(jì)，然后行補(bǔ)償。首先，在對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行頻偏補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)也補(bǔ)償式中的θ_pre和θ_pos，按照式(10)進(jìn)行補(bǔ)償，得到θ′_pre和θ′_pos。

θ′_pre＝j(luò)2π(Δft₀+φ_i,pre) (11)

θ′_pos＝j(luò)2π(Δft₀+φ_i,pos) (12)

并將通過累加求和得到相差估計(jì)值

這里SNR_pre、SNR_pos分別表示同步幀頭先后PN序列所估計(jì)的信噪比信息，φ_i,pre、φ_i,pos表示同步幀頭前后的相偏值，φ′為估計(jì)的相位偏差，相偏估計(jì)流程圖如圖3所示。

相偏補(bǔ)償時(shí)，首先將頻偏相偏估計(jì)模塊輸出的頻偏相偏糾正值存入RAM。由相偏和初始值計(jì)算好的相位求出待查找表的地址和象限。通過查表求出相偏糾正值的I和Q。然后和接收到的數(shù)據(jù)的I和Q同時(shí)進(jìn)入復(fù)數(shù)乘法器。復(fù)數(shù)乘法器輸出糾正好的同相數(shù)據(jù)I和正交數(shù)據(jù)Q。相偏補(bǔ)償流程圖如圖4所示。

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相偏補(bǔ)償與頻偏補(bǔ)償類似，將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)恒定相位的逆旋轉(zhuǎn)，