[发明专利]极低信噪比下频率偏移的估计与补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及无线通信技术，具体涉及频率偏移的 估计与补偿方法，可用于在极低信噪比环境下工作的通信系统中实现频率 偏移的估计与补偿。

背景技术

在无线通信中，恶劣的信道环境会严重影响系统的通信性能，当今 很多无线通信系统工作在极低信噪比的环境下，因此，如何提高极低信噪 比下系统的通信性能是很重要的。

在无线通信系统中，由于无线信道中的多普勒频移和收发之间精确度 差异等因素，使得接收信号的载波和本地载波不能完全一致，两者之间产 生一定的偏差，即频率偏移，简称频偏。

频率偏移的估计与补偿是指在接收端对频率偏移进行估计与校正。基 于长扩频序列的直接扩频通信技术可以提高系统的扩频增益，从而保证在 信噪比较低环境下的传输性能，故极低信噪比条件下，如信噪比 SNR＜-15dB，通信系统多采用长序列扩频。在这种情况下，仅通过增 大扩频序列长度，无法实现在信噪比进一步降低情况下通信系统的传输性 能要求。因此接收机需要对接收信号进行频偏估计和信号补偿，保证扩频 相关序列相位的一致性。通常采用的方法是利用快速傅立叶变换对扩频相 关序列进行频域信号处理，估计载波频偏误差，并对接收信号进行补偿。

对于利用快速傅立叶变换估计频偏的国内外现有技术主要包括两类：

第一类方法是借助第二谱线和峰值谱线的幅度比值估计信号的实际 频率偏移在两条谱线之间的位置，即基于快速傅立叶变换的幅度比值的频 率插值方法，参见Jane V K，Collins W L Jr，Davis D C.High-accuracy analog measurements via interpolated FFT[J].IEEE Trans.IM，1979，28(2)： 113-122.；Quinn B G.Estimation of frequency，amplitude and phase from the DFT of a time series[J].IEEE Trans-SP，1997，45(3)：814-817.；齐国 清，贾欣乐.插值FFT估计正弦信号频率的精度分析[J].电子学报，2004， 32(4)：625-629.。

第二类方法是采用分段快速傅立叶变换的方法以消除初相的影响，从 而实现利用快速傅立叶变换的相位提高频率偏移估计精度的方法，参见 McMahon D R A，Barrett R F.An efficient method for the estimation of the frequency of single tone in noise from the phases of discrete Fourier transforms[J].Signal Processing，1986，11(2)：169-177.；刘渝.快速高精 度正弦波频率估计综合算法[J].电子学报，1999，27(6)：126-128.；齐 国清，贾欣乐.基于DFT相位的正弦波频率和初相的高精度估计方法[J]. 电子学报，2001，29(9)：1164-1167.。

以上两类方法都是从两条谱线幅度值入手，力图减少运算量。但是由 于谱估计方法中相邻谱线的间隔，频率偏移估计的精度不高，频率偏移估 计偏差较大。单纯增加均匀迭代次数，虽然可以提高频率偏移估计的精度， 但是会增加计算量，导致通信系统对器件资源需求的增加，不利于通信系 统的实现。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种极低信噪比下 频率偏移的估计与补偿方法，以减少计算量及系统资源，实现快速、准确 的估计频率偏移并进行补偿，提高极低信噪比环境中通信系统的接收性 能。

为实现上述目的，本发明提出的极低信噪比下频率偏移的估计与补偿 方法，包括如下步骤：

(1)接收端同步后将接收信号r(n)中长度为N的前导序列 和本地扩频序列p(n)对应位相乘，得到序列式中Δf表示频率偏移，n表示码元在序列中的位置1≤n≤N，N表示 前导序列长度，T表示码元时间，表示随机相位；

(2)对序列进行快速傅立叶变换，并存储谱线峰值及其 左右两条谱线的幅度值；