專利名稱：信號(hào)載波頻率及相位估計(jì)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及信號(hào)載波頻率及相位的估計(jì)方 法及裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)實(shí)世界中，有各種各樣的信號(hào)，如電信號(hào)、光信號(hào)、聲信 號(hào)等等，它們都代表能量的一種變化，而這種變化在數(shù)學(xué)上可以用 時(shí)間的函數(shù)來(lái)表示， 一個(gè)能量有限信號(hào)的時(shí)間函數(shù)在傅立葉展開(kāi)下 就得到了自己的頻鐠，對(duì)于任何一個(gè)物理可實(shí)現(xiàn)的實(shí)信號(hào)，其傅立 葉展開(kāi)而成的頻語(yǔ)具有依零頻點(diǎn)共輒對(duì)稱的性質(zhì)。
在通信系統(tǒng)中，至關(guān)重要的就是同步^支術(shù)，其中包括網(wǎng)同步、 載波同步、符號(hào)同步、位同步等。對(duì)于載頻通信系統(tǒng)(相對(duì)于基帶 通信系統(tǒng))而言，載波同步是至關(guān)重要的。發(fā)送端發(fā)出固定栽波頻 率的信號(hào)經(jīng)過(guò)隨才幾化的信道傳輸后，就變成了隨4幾信號(hào)，其載波頻 率和相位對(duì)^妄收端而言就由已知確定量變成了未知的隨才兒變量，此 時(shí)如何估計(jì)出載波的真實(shí)值就成了通信的重要任務(wù)。對(duì)載波頻率及
相位的估計(jì)方法有;f艮多，傳統(tǒng)的有才莫擬方式的PLL (鎖相環(huán))，后 來(lái)發(fā)展的DPLL(數(shù)字鎖相環(huán))，自適應(yīng)均衡等等。
以上這些方法的估計(jì)精度都不很高， 一般在lOOhz上下就止步 了。目前的這些估計(jì)方法的目標(biāo)值都是折中的方案，即能夠滿足目 前要求即可，沒(méi)有辦法繼續(xù)提高精度，或者達(dá)到任意精度。但隨著
7時(shí)代的發(fā)展，通信容量日益增大，要求更高信噪比，而載波頻偏是 影響信噪比的至關(guān)重要因素之一，因此勢(shì)必要求更加靈活、更加精 確的估計(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足之處，本發(fā)明的目的之一在于，提 供一種信號(hào)載波頻率估計(jì)方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了 一種信號(hào)載波頻率估計(jì)方法，
該方法包括以下步驟確定信號(hào)栽波在4姿收端處頻率的^L略估計(jì)4直； 在以粗略估計(jì)值為中心的信號(hào)的通帶范圍內(nèi)選擇信號(hào)的頻鐠中的一 段頻誥序列，將一段頻語(yǔ)序列與信號(hào)的頻譜進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)運(yùn)算得到 與 一段頻譜序列共軛對(duì)稱的頻譜序列；利用共軛對(duì)稱的兩段頻譜序 列求出其對(duì)稱中心所對(duì)應(yīng)的頻率值，從而獲得信號(hào)的載波頻率的賴-確估計(jì)值。
其中，接收端處頻率為下變頻為中頻頻率的信號(hào)載波頻率或未 經(jīng)過(guò)下變頻的信號(hào)載波頻率。
其中，根據(jù)信號(hào)載波的標(biāo)稱射頻頻率，或標(biāo)稱射頻頻率與接收 端的本地振蕩頻率來(lái)確定津且略4古計(jì)值。
其中，通帶范圍以粗略估計(jì)值為中心，其帶寬為裙L承載的信號(hào) 的帶寬。
其中，在以粗略估計(jì)值為中心的通帶范圍內(nèi)選擇信號(hào)的頻鐠中 的一4史頻i普序列，才艮據(jù)一^殳頻i普序列與信號(hào)的頻i普進(jìn)^f于滑動(dòng)相關(guān)計(jì) 算得到與一段頻語(yǔ)序列共軛對(duì)稱的頻語(yǔ)序列的步驟中，包括在接 收端處對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣獲得其采樣信號(hào)，并取一定時(shí)間長(zhǎng)度的釆樣 信號(hào)，得到采樣信號(hào)的含有a個(gè)點(diǎn)的加窗點(diǎn)序列Sa;才艮據(jù)估計(jì)精度于b,將加窗點(diǎn)序列 Sa后面補(bǔ)上b-a個(gè)零，湊成含有b個(gè)點(diǎn)的加窗點(diǎn)序列Sb;如果a大 于b,在Sa序列中連續(xù)的取b個(gè)點(diǎn)形成b點(diǎn)的加窗序列Sb;對(duì)加 窗點(diǎn)序列Sb做離散傅立葉變換，得到其傅立葉頻譜；在信號(hào)載波的 粗略估計(jì)值所對(duì)應(yīng)的數(shù)字頻率附近選出一頻點(diǎn)K,由此點(diǎn)向0頻方 向或者反方向選擇若干頻點(diǎn)，構(gòu)成一序列段，用該序列^炎與傅立葉 頻譜做滑動(dòng)相關(guān)運(yùn)算，從滑動(dòng)相關(guān)運(yùn)算結(jié)果中找到最大值，得到峰 值所對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)N。
其中，利用共軛對(duì)稱的兩段頻譜序列求出對(duì)稱中心，并將對(duì)稱 中心所對(duì)應(yīng)的頻率值作為信號(hào)載波頻率的精確估計(jì)值，包括根據(jù) 公式[(K+N ) /2] x 2 7T /b求出信號(hào)載波的角頻率，根據(jù)角頻率獲得 信號(hào)載波的載波頻率。
其中，需要計(jì)算的點(diǎn)數(shù)b等于采樣頻率除以估計(jì)精度。
其中，在接收端處頻率為下變頻為中頻頻率的信號(hào)載波頻率的 情況下，信號(hào)的載波頻率精確估計(jì)值等于中頻頻率的信號(hào)載波的精 確估計(jì)值力p上4妄^t端本i也振蕩頻率。
其中，信號(hào)至少包括以下之一電磁波信號(hào)、水聲信號(hào)、壓力 信號(hào)、光信號(hào)、生物信號(hào)。
沖艮據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)方面，4是供了 一種信號(hào)載波頻率相位估計(jì) 方法，該方法包括以下步驟才艮據(jù)信號(hào)載波頻率的角頻率精確估計(jì) 值對(duì)應(yīng)的傅立葉頻i普的復(fù)數(shù)值的輻角獲得信號(hào)載波的相位；在接收 端處頻率為下變頻為中頻頻率的信號(hào)載波頻率的情況下，信號(hào)的載 波相位精確估計(jì)值等于中頻頻率的信號(hào)載波相位的精確估計(jì)值減去 接收端本地振蕩信號(hào)的相位值。根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)方面，提供了 一種信號(hào)載波頻率估計(jì)裝置，該裝置包括以下模塊粗略估計(jì)模塊，用于確定信號(hào)載波在接收端 處頻率的粗略估計(jì)值；頻鐠序列計(jì)算才莫塊，用于在以粗略估計(jì)值為 中心的通帶范圍內(nèi)選擇信號(hào)頻語(yǔ)中的一段頻譜序列，將一段頻鐠序 列與信號(hào)的頻譜進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)運(yùn)算得到與 一段頻鐠序列共軛對(duì)稱的 頻鐠序列；精確估計(jì)才莫塊，用于利用共軛對(duì)稱的兩^殳頻語(yǔ)序列求出 其對(duì)稱中心所對(duì)應(yīng)的頻率值，從而獲得信號(hào)的載波頻率的精確估計(jì)值。其中，該裝置包括以下單元加窗點(diǎn)序列獲取單元，用于在接 收端處對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣獲得其采樣信號(hào)，并取預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度的采樣 信號(hào)，得到采樣信號(hào)的含有a個(gè)點(diǎn)的加窗點(diǎn)序列Sa;點(diǎn)數(shù)計(jì)算單元， 用于根據(jù)估計(jì)精度要求，求出需要計(jì)算的點(diǎn)數(shù)b;加窗點(diǎn)序列構(gòu)成 單元，如果a小于等于b，將加窗點(diǎn)序列Sa后面補(bǔ)上b-a個(gè)零，湊 成含有b個(gè)點(diǎn)的加窗點(diǎn)序列Sb;如果a大于b，在Sa序歹'j中連續(xù)的 取b個(gè)點(diǎn)形成b點(diǎn)的加窗序列Sb;傅立葉變換單元，用于對(duì)加窗點(diǎn) 序列Sb做離散傅立葉變換，得到其傅立葉頻鐠;峰值頻點(diǎn)計(jì)算單元， 用于在載波信號(hào)對(duì)應(yīng)的凄t字頻率附近選出一頻點(diǎn)K,由此點(diǎn)向0頻 方向或者反方向選擇若干頻點(diǎn)，構(gòu)成一序列段，用該序列段與傅立 葉頻讀^故滑動(dòng)相關(guān)運(yùn)算，得出峰值，找到峰值所對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)N。其中，精確估計(jì)模塊包括以下單元角頻率計(jì)算單元，用于根 據(jù)公式[(K+N) /2]x2 7T/b求出中頻頻率的信號(hào)載波的角頻率，進(jìn) 一步獲得信號(hào)載波頻率。其中，該裝置還包括相位計(jì)算模塊，用于根據(jù)信號(hào)載波頻率 的角頻率精確估計(jì)值對(duì)應(yīng)的傅立葉頻譜的復(fù)數(shù)值的輻角獲得信號(hào)載 波的相位。本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了以下技術(shù)效果通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)方 案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)載波信號(hào)頻率的精確估計(jì)。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的i兌明書(shū)中闡述，并且，部 分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā) 明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫的"^兌明書(shū)、4又利要求書(shū)、以及附 圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。


附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成^t明書(shū)的一部 分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的 限制。在附圖中圖1是傅立葉變換頻譜示意圖；圖2是進(jìn)行角頻率為化的載波調(diào)制后的傅立葉變換頻譜示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行采樣得到的 尸(w)的周期延拓頻i普?qǐng)D；圖4是4艮據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算〗言號(hào)載波頻率的頻_潛估計(jì)圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算信號(hào)載波頻率的流程圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)栽波頻率估計(jì)裝置示意圖。*#^實(shí)施方式本方法利用實(shí)信號(hào)的頻i普共軛對(duì)稱性質(zhì)，是對(duì)經(jīng)過(guò)AD (模數(shù) 轉(zhuǎn)換器)采樣而保存下來(lái)的信號(hào)數(shù)字化樣本進(jìn)行計(jì)算。能夠根據(jù)需 要的估計(jì)精度，釆用相應(yīng)的運(yùn)算點(diǎn)數(shù)，獲得任意精度的載波頻率估 計(jì)值和相位估計(jì)值，具有算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、估計(jì)精度高、配置靈活的 特點(diǎn)。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式
進(jìn)行說(shuō)明。 具體地，該實(shí)現(xiàn)方法描述如下 (1 )理論依據(jù)傅立葉變換性質(zhì)對(duì)于能量有限的實(shí)信號(hào)，其傅立葉變換后的 頻語(yǔ)具有共軛對(duì)稱的性質(zhì)，即F(w)-7/(0e卡'&，如果/(0是實(shí)信號(hào)，那么FOy)-尸'(-w),-00如圖l所示，假定/《)的最高頻率為^。對(duì)于我們的通信系統(tǒng)，要發(fā)送的基帶信號(hào)，在物理世界可實(shí)現(xiàn) 的都是實(shí)信號(hào)，在進(jìn)行角頻率為A的載波調(diào)制的時(shí)候，如那么基帶信號(hào)在頻i昝上就凈皮搬移到A載頻上而成為通帶信號(hào)，那么此時(shí)其頻譜在以^和-^為中心的2^帶寬內(nèi)即具有了 共扼只于4爾寸生質(zhì)，WFO + wc) = F*(- + fi>c) 、 FO —wc) = F*(-w- c), i口圖2 所示。在接收端，可將/(Ocos(w力信號(hào)下變頻到適合AD(模數(shù)轉(zhuǎn)換器) 采才羊的頻率范圍——中頻，通常來(lái)《并在幾百千赫茲到上百兆赫茲。 不失一4殳性，這里^i更^就是已經(jīng)從4艮高的射頻下變頻到中頻的角頻率，此^大于通帶信號(hào)帶寬的一半，即A，那么，通帶信號(hào)的頻譜F(w)的信息就完整的保留下來(lái)，即具有圖2所示頻譜的形式和性質(zhì)。那么用^一對(duì)此中頻信號(hào)進(jìn)行采樣，釆樣頻率氣一大于2(^+A)而滿足那奎斯特采樣定理，即能將通帶信號(hào)的頻謙信息完整地 -床留下來(lái)，從而4尋到的周期延拓頻i普 F如)-,(w-7Wy，p,e),A^(自然數(shù))。此時(shí)的4言號(hào)頻^普F'(w)如圖3所示，由于采樣導(dǎo)致信號(hào)頻譜的周期化延拓，這里即取其中正頻率軸的第一 個(gè)主^f直區(qū)間。此時(shí)，對(duì)于載頻化我們未知，我們只已知本地振蕩頻率^。和載步貞6^的^f古計(jì)fiV， fi^。是載步貞A與目才示中頻Wm之間的差，即6^-ft^-^。 也 是未知，我們要做的工作就是利用化'、氣得到氣的精確估計(jì)值《/， 從而加上 也就自然得到％的精確估計(jì)了 。根據(jù)前面所論述的信號(hào)頻語(yǔ)所具有的性質(zhì)，我們能通過(guò) 氣2 '= WA。而知道通帶信號(hào)中頻的粗略位置，那么在± &的頻帶范圍內(nèi)，從某頻點(diǎn)&向0頻的方向在F'(w)中才戈出一萃殳頻i普序列" 然后倒序，沿著0頻點(diǎn)開(kāi)始與F'(")做滑動(dòng)相關(guān)，那么將在與/頻譜序列重合處出現(xiàn)峰值，;匕時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)為^2，由前述的頻i脊共輒對(duì)稱原理乂>式則得到中頻的精確估值 <'=^化1+^2)， /人而估計(jì)出了中頻的位置，同時(shí)由w/對(duì)應(yīng)的F'(w)復(fù)數(shù)值的幅角即可得到樣本時(shí)間段的載波相位的估計(jì)。配合上本地振 蕩頻率氣及其相位也自然得到射頻載波^及其相位了 。如圖4所示。在本發(fā)明中，進(jìn)行載波頻率估計(jì)之前的下變頻步驟并非必需步 驟，之所以要將信號(hào)從極高的射頻下變頻到某一中頻，是為了滿足 目前的AD數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣能力要求。眾所周知，下變頻不只是 本振混頻這一種方式，還有帶通采樣的方式等。因此，#4居具體應(yīng)到合適的頻率，然后用AD數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化，再進(jìn)行本專利所述的估計(jì)載波頻率操 作。此外，當(dāng)信號(hào)載波頻率本身較低的時(shí)候，即它低于AD數(shù)模轉(zhuǎn) 換器最大釆樣頻率的時(shí)候，就不需要變換到中頻，而直接進(jìn)行AD 采樣，獲得數(shù)字信號(hào)后，就可應(yīng)用本專利所述的頻率估計(jì)方法進(jìn)行 載波頻率和相位的估計(jì)，此時(shí)載波頻率的精確估計(jì)值就直接等于滑 動(dòng)相關(guān)運(yùn)算估計(jì)出來(lái)的估計(jì)值，不需要加上本振頻率這個(gè)步驟了 。假如采樣后由精度決定計(jì)算的總點(diǎn)數(shù)為b點(diǎn)，標(biāo)稱射頻頻率為 /:，在/;對(duì)應(yīng)的數(shù)字頻率的附近某一點(diǎn)K向低頻方向取一段頻鐠序列，與信號(hào)頻譜進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)運(yùn)算，找到其共軛對(duì)稱段，此共軛對(duì) 稱頻段的起始點(diǎn)為N，那么根據(jù)前述原理，得到義'的角頻率^-^^x2Wb。這種情況的本質(zhì)是就是省去了人。這個(gè)中間的差量，而直接計(jì)算/;-2加'e，不需要象實(shí)施列1那樣,=/ +/&。(其它 過(guò)程請(qǐng)參考實(shí)施實(shí)例1來(lái)理解)。實(shí)施例1圖5為一個(gè)具體的通信系統(tǒng)中的載波估計(jì)流程，射頻載波經(jīng)過(guò) 無(wú)線信道到達(dá)接收端時(shí)的真實(shí)頻率為/。，已知發(fā)送端標(biāo)稱射頻頻率為/;',接收端本地振蕩頻率為入。，那么，/m=/e-凡為到達(dá)接收端的真實(shí)中頻頻率，/ =/;-厶。為我們對(duì)真實(shí)中頻頻率的粗略估計(jì)。圖中①表示接收端要處理的信號(hào)，已經(jīng)用A。將信號(hào)從射頻,下變頻到中頻/ ，其中信號(hào)帶寬為200《fe (比如GSM通信系統(tǒng)的即是如此)， 中頻為500尺fe ，那么此中頻通帶4言號(hào)/(0的最高頻率為500A:fe + 100《fe-600^z，才莫塊 用2M^的釆才羊頻率只于此中頻4言號(hào)進(jìn)4亍3.3倍過(guò)采樣。然后在模塊①中，取4.616ms的長(zhǎng)度作為一幀，得 到待處理的的加窗樣點(diǎn)序列數(shù)字信號(hào), 共
2M^4.616Ms=9232個(gè)樣點(diǎn)。緊接著，在模塊 中根據(jù)估計(jì)精度要求， 計(jì)算出需要計(jì)算的點(diǎn)數(shù)，在這里我們假設(shè)需要載波估計(jì)的精度在 10fe,那么對(duì)于2她z的采才羊率，將需要計(jì)算2M^/10fe-20萬(wàn)個(gè)點(diǎn)，因 此，需要對(duì)采樣獲得的9232個(gè)樣點(diǎn)在末尾補(bǔ)上200000-9232=190768 個(gè)零點(diǎn)，湊成總數(shù)為200000的數(shù)字序列，然后做離散傅立葉變換得
W — -2嶺
到/["]的20萬(wàn)個(gè)頻域值=藝/["]e"7， * ￡(0，〃)，〃 = 200000 ,由采樣定
理可知，前10萬(wàn)個(gè)點(diǎn)中已經(jīng)完整包含通帶信號(hào)/(/)的所有信息，所
以只需要計(jì)算前10萬(wàn)個(gè)頻點(diǎn)值即可。接下來(lái)在模塊 中，在中頻 對(duì)應(yīng)的凄t字頻率附近選出一個(gè)頻點(diǎn)K(在此例中，500/:fe的真實(shí)中 頻在2M^的采樣率下，做20萬(wàn)點(diǎn)DFT時(shí)所對(duì)應(yīng)凄t字頻率為 (500《fe/2M^)* 200000 = 50000 ， jt匕50000是真實(shí)l直^f旦我們不《口道，我們
/m=/c'-/i。，由(/ /2Miz"200000二A:而殺口道通帶^f言號(hào)中頻的津且略^f立置)， 從此點(diǎn)向0頻方向乂人F(A:)中對(duì)應(yīng)選擇1000個(gè)點(diǎn)，用這1000個(gè)點(diǎn)構(gòu)
成序列S(y) = F(/:-_/),_/e(0,"9)。接下來(lái)在模塊 中用S(力與FOt)做滑 動(dòng)相關(guān)運(yùn)算，4尋到C("),即
C(")— Z F(A; + ")xS(力l;"e(0,99000)。然后在才莫塊^中4戈出C(")的峰
值(也就是最大值)所對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)值N,在模塊 中利用公式[(K+N ) /2] x 2丌/b 4尋到中頻角頻率的估計(jì)com= (K+N) /2] x 2 7T ,從而在才莫
塊 中可以計(jì)算出中頻頻率在10fe分辨率下的精確估計(jì)值，即 /m =^j^xl0fe ，同時(shí)由的相角即能得到中頻載波的相位
估計(jì)，由,即可4尋到射頻載波的頻率估計(jì)值，由F("，)^iV的相角加上厶。信號(hào)的相角即能得到射頻載波/e的相位估計(jì)。至此，完 成了在10fe津*度下的載波頻率和相位的估計(jì)。
后續(xù)信號(hào)處理模塊或者裝置就可以用本實(shí)施例估計(jì)出來(lái)的結(jié)果 進(jìn)行進(jìn)一步的下變頻、解調(diào)等等工作，由于本實(shí)施例的估計(jì)精度高， 直接導(dǎo)致后續(xù)處理階段的信噪比提升。例如，對(duì)于第一中頻的某接
收機(jī)，在中頻采樣后用本發(fā)明所述方法得到其真實(shí)的中頻頻率IF， 即可以用頻率相位與IF —致的tt字載波與4寺解調(diào)的tt據(jù)相乘，然后 用與調(diào)制信號(hào)帶寬相匹配的低通濾波器濾波，接著進(jìn)行解調(diào)工作。
由于本發(fā)明所述的方法是在數(shù)字信號(hào)領(lǐng)域內(nèi)實(shí)施，所以也可以根據(jù) 實(shí)際情況作為 一段程序代碼嵌入信號(hào)處理流程，或者以數(shù)字電路的 形式嵌入數(shù)字處理系統(tǒng)中的適當(dāng)位置?？傊?，根據(jù)應(yīng)用情況靈活使 用。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法流程該方法包括以下步驟確定信號(hào)載波在接收端處頻率的粗略估 計(jì)值；在以粗略估計(jì)值為中心的信號(hào)的通帶范圍內(nèi)選擇信號(hào)的頻譜 中的一段頻譜序列，將一段頻鐠序列與信號(hào)的頻譜進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)運(yùn) 算得到與 一段頻語(yǔ)序列共軛對(duì)稱的頻鐠序列；利用共軛對(duì)稱的兩段 頻譜序列求出其對(duì)稱中心所對(duì)應(yīng)的頻率值，從而獲得信號(hào)的載波頻 率的精確估計(jì)值。
其中，接收端處頻率為下變頻為中頻頻率的信號(hào)載波頻率或未 經(jīng)過(guò)下變頻的信號(hào)載波頻率。
其中，根據(jù)信號(hào)載波的標(biāo)稱射頻頻率，或標(biāo)稱射頻頻率與接收 端的本地振蕩頻率來(lái)確定粗略估計(jì)值。
16其中，通帶范圍以粗略估計(jì)值為中心，其帶寬為被承載的信號(hào) 的帶寬。
其中，在以粗略估計(jì)值為中心的通帶范圍內(nèi)選擇信號(hào)的頻講中 的 一段頻語(yǔ)序列，根據(jù)一段頻語(yǔ)序列與信號(hào)的頻語(yǔ)進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)計(jì)
算得到與一段頻譜序列共輒對(duì)稱的頻鐠序列的步驟中，包括在接 收端處對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣獲得其采樣信號(hào)，并取一定時(shí)間長(zhǎng)度的采樣 信號(hào)，得到采樣信號(hào)的含有a個(gè)點(diǎn)的加窗點(diǎn)序列Sa;根據(jù)估計(jì)精度 要求，求出需要計(jì)算的點(diǎn)數(shù)b;如果a小于等于b,將加窗點(diǎn)序列 Sa后面補(bǔ)上b-a個(gè)零，湊成含有b個(gè)點(diǎn)的加窗點(diǎn)序列Sb;如果a大 于b,在Sa序列中連續(xù)的取b個(gè)點(diǎn)形成b點(diǎn)的加窗序列Sb;對(duì)加 窗點(diǎn)序列Sb做離散傅立葉變換，得到其傅立葉頻語(yǔ)；在信號(hào)載波的 粗略估計(jì)值所對(duì)應(yīng)的數(shù)字頻率附近選出一頻點(diǎn)K，由此點(diǎn)向0頻方 向或者反方向選擇若干頻點(diǎn)，構(gòu)成一序列,殳，用該序列l(wèi)殳與^f專立葉 頻譜-做滑動(dòng)相關(guān)運(yùn)算，從滑動(dòng)相關(guān)運(yùn)算結(jié)果中找到最大值，得到峰 4直所對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)N。
其中，利用共輒對(duì)稱的兩^殳頻i普序列求出對(duì)稱中心，并將對(duì)稱 中心所對(duì)應(yīng)的頻率值作為信號(hào)載波頻率的精確估計(jì)值，包括才艮據(jù) 公式[(K+N) /2] x2兀/b求出信號(hào)載波的角頻率，才艮據(jù)角頻率獲得 信號(hào)載波的載波頻率。
其中，需要計(jì)算的點(diǎn)數(shù)b等于采樣頻率除以估計(jì)精度。
其中，在接收端處頻率為下變頻為中頻頻率的信號(hào)載波頻率的 情況下，信號(hào)的載波頻率精確估計(jì)值等于中頻頻率的信號(hào)載波的精 確估計(jì)值加上接收端本地振蕩頻率。
其中，信號(hào)至少包括以下之一電石茲波信號(hào)、水聲信號(hào)、壓力 信號(hào)、光信號(hào)、生物信號(hào)。圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的裝置示意圖
如圖所示，該裝置600包括以下模塊粗略估計(jì)模塊602,用
于確定信號(hào)載波在接收端處頻率的粗略估計(jì)值；
頻譜序列計(jì)算模塊604，用于在以粗略估計(jì)值為中心的通帶范 圍內(nèi)選擇信號(hào)載波的頻諳中的 一段頻鐠序列，將一段頻譜序列與信 號(hào)的頻謙進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)運(yùn)算得到與 一段頻譜序列共軛對(duì)稱的頻鐠序 列；
精確估計(jì)模塊606,用于利用共軛對(duì)稱的兩段頻鐠序列求出其 對(duì)稱中心所對(duì)應(yīng)的頻率的精確估計(jì)值，從而獲得信號(hào)的載波頻率的 精確估計(jì)值。
其中，該裝置包括以下單元加窗點(diǎn)序列獲取單元，用于在接 收端處對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣獲得其采樣信號(hào)，并取預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度的采樣 信號(hào)，得到采樣信號(hào)的含有a個(gè)點(diǎn)的加窗點(diǎn)序列Sa;點(diǎn)數(shù)計(jì)算單元， 用于根據(jù)估計(jì)精度要求，求出需要計(jì)算的點(diǎn)數(shù)b;加窗點(diǎn)序列構(gòu)成 單元，用于將加窗點(diǎn)序列Sa后面補(bǔ)上b-a個(gè)零，湊成含有b個(gè)點(diǎn)的 加窗點(diǎn)序列Sb;傅立葉變換單元，用于對(duì)加窗點(diǎn)序列Sb做離散傅 立葉變換，得到其傅立葉頻i普；峰值頻點(diǎn)計(jì)算單元，用于在載波信 號(hào)》于應(yīng)的凄史字頻率附近選出一頻點(diǎn)K，由j):匕點(diǎn)向0頻方向或者反方 向選擇若干頻點(diǎn)，構(gòu)成一序列段，用該序列段與傅立葉頻餚—故滑動(dòng) 相關(guān)運(yùn)算，得出峰值，找到峰值所對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)N。
其中，精確估計(jì)模塊包括以下單元角頻率計(jì)算單元，用于根 據(jù)公式[(K+N) /2] x2 7i/b求出中頻頻率的信號(hào)載波的角頻率，進(jìn) 一步獲得信號(hào)載波的載波頻率。
18其中，該裝置還包括相位計(jì)算模塊，用于根據(jù)信號(hào)載波頻率 的角頻率精確估計(jì)值對(duì)應(yīng)的傅立葉頻譜的復(fù)數(shù)值的輻角獲得信號(hào)載 波的相位。
通過(guò)以上的描述，可見(jiàn)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果通過(guò)本 發(fā)明的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)載波頻率以及相位的精確估計(jì)。
以上所述^f又為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明， 對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等， 均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種信號(hào)載波頻率估計(jì)方法，其特征在于，包括確定所述信號(hào)載波在接收端處頻率的粗略估計(jì)值；在以所述粗略估計(jì)值為中心的所述信號(hào)的通帶范圍內(nèi)選擇所述信號(hào)的頻譜中的一段頻譜序列，將所述一段頻譜序列與所述信號(hào)的頻譜進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)運(yùn)算得到與所述一段頻譜序列共軛對(duì)稱的頻譜序列；利用共軛對(duì)稱的兩段所述頻譜序列求出其對(duì)稱中心所對(duì)應(yīng)的頻率值，從而獲得所述信號(hào)的載波頻率的精確估計(jì)值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)載波頻率估計(jì)方法，其特征在于，所述接收端處頻率為下變頻為中頻頻率的信號(hào)載波頻率 或未經(jīng)過(guò)下變頻的信號(hào)載波頻率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的信號(hào)載波頻率估計(jì)方法，其特征在 于，根據(jù)所述信號(hào)載波的標(biāo)稱射頻頻率，或所述標(biāo)稱射頻頻率 與所述接收端的本地振蕩頻率來(lái)確定所述粗略估計(jì)值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)載波頻率估計(jì)方法，其特征在于， 所述通帶范圍以所述粗略估計(jì)值為中心，其帶寬為被承載的所 述信號(hào)的帶寬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的信號(hào)載波頻率估計(jì)方法，其特征在 于，在以所述并且略估計(jì)^直為中心的通帶范圍內(nèi)選擇所述信號(hào)的 頻鐠中的 一段頻鐠序列，根據(jù)所述一段頻語(yǔ)序列與所述信號(hào)的 頻語(yǔ)進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)計(jì)算得到與所述一段頻譜序列共軛對(duì)稱的 頻i普序列的步驟中，包4舌在接收端處對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行采樣獲得其采樣信號(hào)，并取一 定時(shí)間長(zhǎng)度的所述采樣信號(hào)，得到所述采樣信號(hào)的含有a個(gè)點(diǎn) 的力o窗點(diǎn)序列Sa;根據(jù)估計(jì)精度要求，求出需要計(jì)算的點(diǎn)數(shù)b;如果a小于等于b,將所述加窗點(diǎn)序列Sa后面補(bǔ)上b-a 個(gè)零，湊成含有b個(gè)點(diǎn)的加窗點(diǎn)序列Sb;如果a大于b，在Sa序列中連續(xù)的取b個(gè)點(diǎn)形成b點(diǎn)的 力口窗序歹'J Sb;對(duì)所述加窗點(diǎn)序列Sb做離散傅立葉變換，得到其傅立葉 步貞鐠；在所述信號(hào)載波的*L略估計(jì)值所對(duì)應(yīng)的f史字頻率附近選 出一頻點(diǎn)K，由此點(diǎn)向O頻方向或者反方向選擇若干頻點(diǎn)，構(gòu) 成一序列段，用該序列段與所述傅立葉頻i務(wù)敗滑動(dòng)相關(guān)運(yùn)算， 從滑動(dòng)相關(guān)運(yùn)算結(jié)果中找到最大值，得到峰值所對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn) N。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的信號(hào)載波頻率估計(jì)方法，其特征在于， 利用共軛對(duì)稱的兩革殳所述頻i普序列求出對(duì)稱中心，并將對(duì)稱中 心所對(duì)應(yīng)的頻率值作為所述信號(hào)載波頻率的精確估計(jì)值，包 括根據(jù)公式[(K+N )/2] x 2 tt/b求出所述信號(hào)載波的角頻率， 根據(jù)所述角頻率獲得所述信號(hào)載波的載波頻率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的信號(hào)載波頻率估計(jì)方法，其特征在于需要計(jì)算的點(diǎn)數(shù)b等于采樣頻率除以估計(jì)精度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的信號(hào)載波頻率估計(jì)方法，其特征在于，在所述^t妄收端處頻率為下變頻為中頻頻率的信號(hào)載波頻 率的情況下，所述信號(hào)的載波頻率精確估計(jì)值等于所述中頻頻 率的信號(hào)載波的精確估計(jì)值加上所述4妄收端本地振蕩頻率。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)載波頻率估計(jì)方法，其特征在于所述信號(hào)至少包括以下之一電磁波信號(hào)、水聲信號(hào)、壓 力信號(hào)、光信號(hào)、生物信號(hào)。
10. —種^f艮據(jù)上述^L利要求中任一項(xiàng)所述的方法估計(jì)信號(hào)載波相 4立的方法，其4爭(zhēng);f正在于根據(jù)所述信號(hào)載波頻率的角頻率精確估計(jì)值對(duì)應(yīng)的傅立 葉頻譜的復(fù)數(shù)值的輻角獲得所述信號(hào)載波的相位；其中，在所述^^妻收端處頻率為下變頻為中頻頻率的信號(hào)載波頻率的情況下，所述信號(hào)的載波相位精確估計(jì)值等于所述中頻頻率的信號(hào)載波相位的精確估計(jì)值減去所述^r收端本地振蕩信號(hào)的相位值。
11. 一種估計(jì)信號(hào)載波頻率的裝置，其特征在于包括以下模塊粗略估計(jì);f莫塊，用于確定所述信號(hào)載波在"t妾收端處頻率的粗略估計(jì)值；頻語(yǔ)序列計(jì)算模塊，用于在以所述粗略估計(jì)值為中心的通帶范圍內(nèi)選擇所述信號(hào)頻語(yǔ)中的一段頻譜序列，將所述一段頻譜序列與所述信號(hào)的頻譜進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)運(yùn)算得到與所述一賴:頻i普序列共輒對(duì)稱的頻i普序列；精確估計(jì)4莫塊，用于利用共軛對(duì)稱的兩4it所述頻譜序列求出其對(duì)稱中心所對(duì)應(yīng)的頻率值，從而獲得所述信號(hào)的載波頻率的精確估計(jì)值。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的信號(hào)載波頻率估計(jì)裝置，其特征在于，所述頻譜序列計(jì)算才莫塊，包括以下單元加窗點(diǎn)序列獲取單元，用于在接收端處對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行采樣獲得其采樣信號(hào)，并取預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度的所述采樣信號(hào)，得到所述采4羊〗言號(hào)的含有a個(gè)點(diǎn)的加窗點(diǎn)序列Sa;點(diǎn)數(shù)計(jì)算單元，用于根據(jù)估計(jì)精度要求，求出需要計(jì)算的點(diǎn)凄丈b;加窗點(diǎn)序列構(gòu)成單元，如果a小于等于b,將所述加窗點(diǎn)序列Sa后面補(bǔ)上b-a個(gè)零，湊成含有b個(gè)點(diǎn)的加窗點(diǎn)序列Sb;如果a大于b，在Sa序列中連續(xù)的取b個(gè)點(diǎn)形成b點(diǎn)的力口窗序歹ll Sb;傅立葉變換單元，用于對(duì)所述加窗點(diǎn)序列Sb做離散傅立葉變換，得到其傅立葉頻譜；峰值頻點(diǎn)計(jì)算單元，用于在所述載波信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字頻率附近選出一頻點(diǎn)K，由此點(diǎn)向0頻方向或者反方向選擇若干頻點(diǎn)，構(gòu)成一序列段，用該序列段與所述傅立葉頻鐠做滑動(dòng)相關(guān)運(yùn)算，得出峰值，找到所述峰^直所對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)N。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的信號(hào)載波頻率估計(jì)裝置，其特征在于，精確估計(jì)4莫塊包括以下單元角頻率計(jì)算單元，用于根據(jù)公式[(K+N) /2] x 2 7T/b求出所述中頻頻率的信號(hào)載波的角頻率，進(jìn)一步獲得所述信號(hào)載波頻率。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的估計(jì)信號(hào)載波頻率的裝置，其特征在于還包括相位計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述信號(hào)載波頻率的角頻率精確估計(jì)值對(duì)應(yīng)的傅立葉頻譜的復(fù)數(shù)值的輻角獲得所述信號(hào)載波的相位。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種信號(hào)載波頻率估計(jì)方法，包括以下步驟確定信號(hào)載波在接收端處頻率的粗略估計(jì)值；在以粗略估計(jì)值為中心的通帶范圍內(nèi)選擇信號(hào)頻譜中的一段頻譜序列，將此一段頻譜序列與信號(hào)的頻譜進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)運(yùn)算得到與一段頻譜序列共軛對(duì)稱的頻譜序列；利用共軛對(duì)稱的兩段頻譜序列求出其對(duì)稱中心所對(duì)應(yīng)的頻率的精確估計(jì)值，從而獲得信號(hào)的載波頻率的精確估計(jì)值。本發(fā)明還提供了一種信號(hào)載波相位估計(jì)方法以及一種信號(hào)載波頻率估計(jì)裝置。通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了按照相應(yīng)精度需求靈活的對(duì)信號(hào)載波頻率以及相位進(jìn)行估計(jì)。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101667989SQ20091017377
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月16日
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