基于时-码域联合的载波频偏估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信测试和电子测量仪器领域，具体涉及一种基于时-码域联合 的载波频偏估计方法。
【背景技术】
[0002] 与FDMA、TDMA相比，CDMA具有容量大、抗多径衰落能力强和频带利用率高等优点， 已成为沉01^、001^2000、了0-3001^等第三代移动通信无线传输技术的主流，并且03-001^信 号测试技术已成为研究测试点。矢量信号分析技术是DS-CDMA信号测试关键测试技术之一， 具有精确、直观的调制参数测量能力，广泛应用于矢量信号分析仪器和无线通信测量系统 中。
[0003] 频偏估计是矢量信号分析技术中关键技术之一，实现DS-CDMA信号的载波同步。常 用的实现方法包括最大似然估计、迭代方法、利用导频法和时频联合法等。他们是采用时 域、频域或时-频域的估计方法，存在的缺陷是非常明显的。时域估计方法是利用信号相位 信息进行频偏估计，对多码道信号而言，相位跳变性很大，很难保证相位连续性，而且易受 干扰信号影响;频域估计方法是利用信号频谱信息进行频偏估计，实现比较简单，但精度和 运算量成正比。时-频域联合是对时域估计方法和频域估计方法的折中方法，并没有彻底解 决抗干扰能力低、精度与运算量之间矛盾等问题。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于时-码域联合的载 波频偏估计方法，设计合理，克服了现有技术的不足，抗干扰能力强、精度高，具有良好的效 果。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
[0006] -种基于时-码域联合的载波频偏估计装置，包括误差参数反馈环路、误差校正模 块、Wal sh码处理模块、码道变换模块、解扩频模块、相位连续模块、求Moore-Penrose伪逆矩 模块和频/相偏计算模块；
[0007] 所述误差参数反馈环路，被配置为用于使误差参数传递形成闭环；
[0008] 所述误差校正模块，被配置为用于根据上次估计的误差进行校正，在初始化和反 馈的频偏估计误差超出一定范围时，不进行任何校正；
[0009] 所述Walsh码处理模块，被配置为用于根据Walsh码的自相关性和码间正交性，确 定Walsh码的边界和最小码道号；
[0010]所述码道变换模块，被配置为用于将最小码道号变换为码道号为1;
[0011]所述解扩频模块，被配置为用于扩频因子的确定和解扩；
[0012] 所述相位连续模块，被配置为用于进行相位的计算和相位跳变点的消除；
[0013] 所述求Moore-Penrose伪逆矩模块，被配置为用于根据相位连续模块提供的相位 长度求取Moore-Penrose伪逆矩；
[0014]所述频/相偏计算模块，被配置为用于根据相位连续模块与求Moore-Penrose伪逆 矩模块计算相偏和频偏，并将计算出的相偏和频偏反馈到误差校正模块形成误差参数反馈 环路；
[0015]解扰后的CDMA信号进入误差校正模块，经过误差校正模块输出频偏和相偏校正信 号至Walsh码处理模块，经过Walsh码处理模块输出与Walsh码边界对齐的信号和最小码道 号至码道变换模块，经过码道变换模块输出码道号为1的信号即导频信道信号至解扩频模 块，经过解扩频模块输出码道号为1的解扩信号至相位连续模块，经过相位连续模块输出连 续相位数据至频/相偏计算模块以及连续相位数据长度至求Moore-Penrose伪逆矩模块，经 过求Moore-Penrose伪逆矩模块输出连续相位数据的系数矩阵的Moore-Penrose伪逆矩至 频/相偏计算模块，频/相偏计算模块利用线性回归理论估计出频偏误差和相偏误差并反馈 给误差校正模块，形成误差参数反馈环路。
[0016]此外，本发明还提到一种基于时-码域联合的载波频偏估计方法，该方法采用上述 的基于时-码域联合的载波频偏估计装置，按照如下步骤进行：
[0017]步骤1:初始化，将反馈的频/相偏参数初始化为零；
[0018]步骤2:解扰的信号yo(nT)首先进入误差校正模块，误差校正模块根据误差参数反 馈环路反馈的频/相偏参数对信号yo(nT)进行校正，输出频偏和相偏校正信号yi(nT)输出至 Walsh码处理模块；
[0019] 步骤3: Walsh码处理模块利用基于功率的改进方法确定Walsh码的边界以及最小 码道号，并输出与Walsh码边界对齐的信号y2(nT)和最小码道号U至码道变换模块；
[0020] 步骤4:码道变换模块根据最小码道号U将信号y2(nT)变换为码道号为1的导频信 道信号y3(nT)，并输出至解扩频模块；
[0021] 步骤5:解扩频模块根据扩频因子F完成码道号为1的导频信道信号y3(nT)的解扩 频处理，并输出码道号为1的解扩信号y 4(nFT)至相位连续模块；
[0022] 步骤6:通过相位连续模块计算解扩信号y4(nFT)的相位，并消除相位在π与-π之间 的跳变点，输出连续相位数据P(nFT)至频/相偏计算模块以及连续相位数据的长度L至求 Moore-Penrose伪逆矩模块；
[0023]步骤7 :求Moore-Penrose伪逆矩模块根据连续相位数据的长度L求取连续相位数 据P(nFT)的系数矩阵A的Moore-Penrose伪逆矩Amp，并输出至频/相偏计算模块；
[0024]步骤8:频/相偏计算模块根据连续相位数据P(nFT)以及伪逆矩Amp估计出相偏误差 Θ1和频偏误差Φ 1，并通过误差参数反馈环路反馈至误差校正模块；
[0025]步骤9:判断当前输入数据yo(nT)是否为期望信号；
[0026]若:判断结果是当前输入数据yo(nT)是期望信号，则重复步骤2-步骤8;
[0027]或当前输入数据yo(nT)不是期望信号，则重复步骤1-步骤9。
[0028]优选地，在步骤3中，具体包括
[0029] 步骤3.1:根据信道环境设置Walsh码同步窗口长度；
[0030] 步骤3.2:利用Walsh码正交性计算不同Walsh码功率；
[0031] 步骤3.3:基于功率的改进方法确定Walsh码的边界以及最小码号。
[0032]优选地，在步骤6中，具体包括
[0033] 步骤6· 1 :利用反正切函数根据公式PH= (2jtFΦ t/Rb+9〇+nP(t)) 计算相位，其中 nP(t)为噪声；
[0034] 步骤6.2:消除31与-31之间跳变点，根据公式?出=2冲(^/他+0()+11 [)(0实现连续相 位输出，形成相位矩阵P(l-2)xi = [pi，p2，p3, "_+l-2]τ，其中pi = 2JiF<i) i/Rb+0〇+nP(i)。
[0035]优选地，在步骤7中，具体包括
[0036] 步骤7 · 1:通过Matlab预先计算几组Moore-Penrose伪逆矩Amp输出；
[0037] 步骤7.2:根据连续相位数据的长度L查表实现Moore-Penrose伪逆矩Amp输出。 [0038] 优选地，在步骤8中，具体包括
[0039] 步骤8.1:根据
估计出相位?和频率X2;
[0040] 步骤8.2:根据公式
估计频偏，其中Φ 〇为上次估计频偏；当估 计出的频偏Φ 1超出设置范围时，设置Φ 1为〇;然后更新Φ 〇的值；
[0041 ]步骤8.3 :根据公式Qiixi+O . 5FX2估计相偏，对解扩频后的相位偏差进行相偏补 偿。
[0042]本发明实现原理：
[0043] (1)本方法是全数字实现，所有模块在FPGA上实现，可在不增加硬件成本的同时， 米用本方法。
[0044] (2)本方法在码域上，利用CDMA信号的抗干扰性，降低噪声和频偏误差对本方法的 影响;在时域上，利用相位曲线的回归性理论，提高估计精度;因此本方法在低SNR下获得很 生會
[0045] (3)本方法利用误差反馈环路使得误差参数传递形成闭环，快速进入稳定估计状 态，进一步降低频偏影响。