本發(fā)明涉及光纖與太赫茲通信，尤其涉及一種單載波毫米波傳輸?shù)念l偏估計(jì)結(jié)構(gòu)及方法。

背景技術(shù)：

1、毫米波通信具有廣泛的應(yīng)用潛力，特別是在通信容量和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中表現(xiàn)突出。為了支持這些應(yīng)用，光纖無(wú)線電技術(shù)被廣泛應(yīng)用于毫米波通信中，提供了靈活的載波頻率生成和高傳輸速率。此外，fpga在實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理(dsp)中的應(yīng)用極為關(guān)鍵，因其低功耗和高靈活性在dsp設(shè)計(jì)中占據(jù)重要地位。傳統(tǒng)的頻偏估計(jì)方法在實(shí)時(shí)dsp中具有復(fù)雜性和延遲問(wèn)題，而相位折疊(pf)方法通過(guò)簡(jiǎn)化計(jì)算顯著降低了dsp資源的需求，然而在低信噪比環(huán)境下性能下降明顯。實(shí)現(xiàn)低復(fù)雜度、高速并行可靠的實(shí)時(shí)頻偏估計(jì)尤為重要。

2、因此，有必要提供一種低復(fù)雜度、高速并行可靠的單載波毫米波傳輸?shù)念l偏估計(jì)結(jié)構(gòu)及方法解決上述技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種單載波毫米波傳輸?shù)念l偏估計(jì)結(jié)構(gòu)及方法，實(shí)現(xiàn)低復(fù)雜度的實(shí)時(shí)并行頻偏估計(jì)，確保傳輸?shù)母咝院头€(wěn)定性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)，本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案提供了一種單載波毫米波傳輸?shù)念l偏估計(jì)結(jié)構(gòu)，包括：(1)相位折疊前饋頻偏估計(jì)結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)緩存分區(qū)器一、角度求解器一、相位折疊器、加權(quán)平均器；

3、(2)比例控制結(jié)構(gòu)，包括相偏-頻偏轉(zhuǎn)換器、比例積分融合器；

4、(3)相位跳變累積頻偏估計(jì)結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)緩存分區(qū)器二、四次方函數(shù)求解器、角度求解器二、除法器、跳變檢測(cè)器、跳變累積器；

5、(4)頻偏補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，包括頻偏補(bǔ)償器。

6、優(yōu)選的，所述相位折疊前饋頻偏估計(jì)結(jié)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)低復(fù)雜度的實(shí)時(shí)并行頻偏估計(jì)，其中：

7、數(shù)據(jù)緩存分區(qū)器一用來(lái)緩存上一級(jí)到達(dá)的數(shù)據(jù)以及用于相位折疊頻偏估計(jì)分窗；

8、角度求解器一用來(lái)對(duì)緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行求角；

9、相位折疊器用于消去調(diào)制相位；

10、加權(quán)平均器用來(lái)對(duì)多幀數(shù)據(jù)進(jìn)行平均。

11、優(yōu)選的，所述比例控制結(jié)構(gòu)用于將不同時(shí)刻的前饋及反饋估計(jì)頻偏進(jìn)行融合，其中：

12、相偏-頻偏轉(zhuǎn)換器用于將反饋估計(jì)相偏轉(zhuǎn)換為頻偏；

13、比例積分融合器用于將不同時(shí)刻的前饋及反饋估計(jì)頻偏進(jìn)行融合。

14、優(yōu)選的，所述相位跳變累積頻偏估計(jì)結(jié)構(gòu)用于計(jì)數(shù)跳變次數(shù)，其中：

15、數(shù)據(jù)緩存分區(qū)器二用來(lái)緩存上一級(jí)到達(dá)的數(shù)據(jù)以及用于相位累積跳變頻偏估計(jì)分窗；

16、四次方函數(shù)求解器用于消除信號(hào)的調(diào)制相位；

17、角度求解器二用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行求角；

18、除法器用于消除在四次方計(jì)算帶來(lái)相位翻倍；

19、跳變檢測(cè)器用來(lái)檢測(cè)四次方帶來(lái)的相位模糊；

20、跳變累積器用于計(jì)數(shù)跳變次數(shù)。

21、優(yōu)選的，所述頻偏補(bǔ)償結(jié)構(gòu)用于將估計(jì)頻偏轉(zhuǎn)化為相位進(jìn)行估計(jì)頻偏補(bǔ)償，其中：

22、頻偏補(bǔ)償器用于實(shí)現(xiàn)頻偏補(bǔ)償。

23、本發(fā)明還提出一種載波毫米波傳輸?shù)念l偏估計(jì)方法，所述方法應(yīng)用于上述的單載波毫米波傳輸?shù)念l偏估計(jì)結(jié)構(gòu)，所述方法包括以下步驟：

24、首先在數(shù)據(jù)緩存分區(qū)器一中根據(jù)算法計(jì)算時(shí)延對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，根據(jù)頻偏窗長(zhǎng)大小對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊，然后通過(guò)角度求解器一進(jìn)行求角，得到數(shù)據(jù)的角度在相位折疊器中對(duì)2pi取余，并將大于pi/4的折疊到[0，pi/4]實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制相位的消除；

25、然后對(duì)多幀數(shù)據(jù)計(jì)算出的估計(jì)頻偏在加權(quán)平均器中進(jìn)行緩存并加權(quán)平均；相位折疊估計(jì)頻偏值和相位累積跳變值經(jīng)過(guò)相偏-頻偏轉(zhuǎn)換器和比例積分融合器得到當(dāng)前的頻偏估計(jì)值；最后由頻偏補(bǔ)償器進(jìn)行補(bǔ)償?shù)玫窖a(bǔ)償頻偏；

26、第二塊相位累計(jì)跳變頻偏估計(jì)模塊首先是根據(jù)四次方相偏補(bǔ)償?shù)乃悸?，首先將?shù)據(jù)依據(jù)窗長(zhǎng)和延時(shí)在數(shù)據(jù)緩存分區(qū)器二進(jìn)行分區(qū)和緩存；

27、然后在四次方函數(shù)求解器中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行四次方以消去調(diào)制相位，在角度求解器二中求角度并在除法器中除以4獲得未消除相位模糊的估計(jì)相偏；

28、在跳變檢測(cè)器對(duì)相位跳變超過(guò)pi/4的進(jìn)行標(biāo)記，并標(biāo)記跳變方向；在跳變累積器中對(duì)矢量跳變標(biāo)記和跳變幀數(shù)進(jìn)行累積計(jì)數(shù)并反饋給相偏頻偏轉(zhuǎn)換器，得到反饋估計(jì)頻偏，最終和前饋估計(jì)頻偏進(jìn)行比例積分融合獲得最終估計(jì)頻偏并補(bǔ)償。

29、與相關(guān)技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的單載波毫米波傳輸?shù)念l偏估計(jì)結(jié)構(gòu)及方法具有如下有益效果：

30、低復(fù)雜度與高速并行性：本發(fā)明通過(guò)相位折疊前饋和跳變累積反饋的方法，顯著降低了頻偏估計(jì)的計(jì)算復(fù)雜度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高速并行的頻偏估計(jì)，提高了處理效率。

31、高效性與穩(wěn)定性：本發(fā)明確保了毫米波傳輸?shù)母咝院头€(wěn)定性，特別適用于需要高傳輸速率和低延遲的應(yīng)用場(chǎng)景，如通信容量和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

32、低信噪比環(huán)境下的魯棒性：相比傳統(tǒng)頻偏估計(jì)方法，本發(fā)明在低信噪比環(huán)境下表現(xiàn)出更好的魯棒性，能夠更準(zhǔn)確地估計(jì)頻偏。

33、實(shí)時(shí)性與靈活性：基于fpga的實(shí)現(xiàn)使得本發(fā)明具有實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理的能力，同時(shí)fpga的低功耗和高靈活性進(jìn)一步增強(qiáng)了其在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。

34、廣泛的應(yīng)用潛力：本發(fā)明適用于光子輔助毫米波通信系統(tǒng)，為毫米波通信的廣泛應(yīng)用提供了重要的技術(shù)支持，特別是在需要高精度頻偏估計(jì)的場(chǎng)景中。

技術(shù)特征：

1.一種單載波毫米波傳輸?shù)念l偏估計(jì)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的單載波毫米波傳輸?shù)念l偏估計(jì)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述相位折疊前饋頻偏估計(jì)結(jié)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)低復(fù)雜度的實(shí)時(shí)并行頻偏估計(jì)，其中：

3.如權(quán)利要求1所述的單載波毫米波傳輸?shù)念l偏估計(jì)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述比例控制結(jié)構(gòu)用于將不同時(shí)刻的前饋及反饋估計(jì)頻偏進(jìn)行融合，其中：

4.如權(quán)利要求1所述的單載波毫米波傳輸?shù)念l偏估計(jì)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述相位跳變累積頻偏估計(jì)結(jié)構(gòu)用于計(jì)數(shù)跳變次數(shù)，其中：

5.如權(quán)利要求1所述的單載波毫米波傳輸?shù)念l偏估計(jì)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述頻偏補(bǔ)償結(jié)構(gòu)用于將估計(jì)頻偏轉(zhuǎn)化為相位進(jìn)行估計(jì)頻偏補(bǔ)償，其中：

6.一種載波毫米波傳輸?shù)念l偏估計(jì)方法，其特征在于，所述方法應(yīng)用于上述權(quán)利要求1-5所述的單載波毫米波傳輸?shù)念l偏估計(jì)結(jié)構(gòu)，所述方法包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及光纖與太赫茲通信技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種單載波毫米波傳輸?shù)念l偏估計(jì)結(jié)構(gòu)及方法，該方法是基于相位折疊前向反饋和相位跳變累積的后向反饋融合的低復(fù)雜度頻偏估計(jì)算法，作為頻偏估計(jì)方案的關(guān)鍵步驟，對(duì)于相位折疊前饋部分，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行求角，求余等操作消除調(diào)制相位，求和平均得到估計(jì)頻偏。對(duì)于相位跳變累計(jì)部分，對(duì)同一方向的相位跳變進(jìn)行累積，通過(guò)函數(shù)運(yùn)算將累積相偏轉(zhuǎn)化為累積頻偏，最后通過(guò)積分比例控制融合得到估計(jì)頻偏。在應(yīng)用場(chǎng)景上，本發(fā)明可以成為未來(lái)光纖與太赫茲系統(tǒng)中實(shí)時(shí)頻偏估計(jì)方案研究和應(yīng)用的一個(gè)優(yōu)越候選方案。

技術(shù)研發(fā)人員：趙先明,余建軍,鄭天啟,周雯,竇興林,王凱輝,李韋萍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京紅山信息科技研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19