[发明专利]一种基于导频的突发通信载波频偏估计方法及帧结构

说明书

本发明公开了一种基于导频的突发通信载波频偏估计方法及帧结构，其包括发送数据帧构建、接收导频与本地导频互相关、载波频偏粗估计、载波频偏细估计、解相位卷绕并获得最终载波频偏估计。本发明可以克服传统载波频偏估计方法估计精度与估计范围不能同时提高的缺点，能够在估计精度无明显降低前提下扩大估计范围，使得突发通信系统能够可靠地传输信息。本发明实现简便、计算量低，可适用于各种突发通信系统。

技术领域

本发明涉及一种基于导频的突发通信载波频偏估计方法及帧结构，特别适用于各种需要大范围、高精度载波频偏估计的突发通信应用场景。

背景技术

突发通信系统，即数据以封装成帧的形式在随机时刻于信道上传输的通信系统。常见的突发通信系统有：时分双工组网系统、多传感器数据采集系统等。

与连续通信系统相比，突发通信系统中两个数据帧之间的时间间隔不固定，因此两帧之间的信道相关性不固定，所以无法利用之前帧的信息辅助当前帧进行载波频偏估计。尤其是在收发机之间存在相对运动时，两次帧通信之间的载波频偏可能变化较大，故在每次接收数据帧时均需要进行载波频偏估计。

传统的载波频偏估计方法在一段数据的前后分别插入导频，其帧结构如图1所示。

在接收端，将基带接收导频信号与本地导频进行互相关，根据前后导频最大相关峰的相位变化以及前后导频的时间间隔估计载波频偏。其接收端处理流程示意图如图2所示。

但是，这种方法存在一个缺点，那就是载波频偏估计的精度和范围无法同时提高。想要获得高估计精度势必要缩小估计范围，想要扩大估计范围则必须降低估计精度。本方法能够在额外开销较小的条件下，突破传统方法中估计精度和估计范围之间的矛盾，获得高精度、大范围的载波频偏估计，提高突发通信系统的抗载波频偏能力，从而提高通信系统的可靠性和移动性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于避免上述背景中的不足之处，提供一种新型的应用于突发通信的大范围、高精度载波频偏估计方法及其帧结构设计方式，可在几乎不降低估计精度的前提下扩大估计范围，具备额外开销较小、算法简单、容易实现的特点。

本发明采用的技术方案为：

一种基于导频的突发通信载波频偏估计帧结构，包括数据帧和三段导频；三段导频分别插入在数据帧的前、后以及中间位置，其中前导频和后导频的间隔根据载波频偏估计精度确定，前导频和中间导频的间隔根据需要的载波频偏估计范围确定。

进一步的，前导频和中间导频的间隔通过下式计算：

式中，T₁为前导频和中间导频的间隔，载波频偏估计范围为f∈[-f_max,f_max)。

一种基于导频的突发通信载波频偏估计方法，包括以下步骤：

(1)在发送端数据帧的前、后以及中间合适位置分别插入一段导频，其中前导频和后导频的间隔记为T₂，T₂根据载波频偏估计精度确定，前导频和中间导频的间隔记为T₁，T₁根据需要的载波频偏估计范围确定；

(2)在接收端检测到一帧数据到达后，将三段导频序列截取出来，截取出来的前、中、后三段导频分别记为p₁(n)，p₂(n)和p₃(n)；

(3)将接收端截出的前、中、后三段导频分别与本地导频互相关，互相关结果分别对应记为C₁，C₂和C₃；

(4)使用C₁，C₂和T₁进行载波频偏粗估计，将粗估计结果记为