一種新的頻偏估計與補償方法研究

前言

任何一個通信系統里，在接收機中實現下變頻時，需要產生一個與調制信號同頻的載波與接收的信號相乘，由于頻偏的存在，此時不可能產生一個和發送機完全一致的載波頻率，即如果發送設備的

cos 2cfftπ±與之相乘實現相干解調，其中0f為頻偏，則得到的信號的表達式為：存在，信號經過相干解調下變頻后，并沒有得到零中頻信號，而是得到一個以0f為中心的頻率信號，這將會嚴重影響接收機的性能。

頻偏估計方法

為了提高系統的性能，有必要對頻偏補償進行研究，要進行頻偏補償，首先得進行頻偏估計，隨后對接收信號進行頻偏補償，從而實現發射端和接收端的載波頻率同步。本文提出的頻偏估計方法的就是利用接收的訓練序列構造出待估計序列，然后經過一定的運算處理得到頻偏值 f。頻偏估計的數學模型如圖1，其中( )S t是發送信號，0f是頻偏，( )y t是接收到的信號。

在AWGN信道中，接收濾波器的輸出信號可以表示為：

利用此序列對0f進行估計。

具體估計步驟如下：

取此序列的實數部分，則波形為一“正弦信號”，由于噪聲影響，此“正弦信號”會疊加一些突起的毛刺。

經過數據預處理，去掉幅度較大的毛刺，使波形變得平滑一些。

將序列轉換為“方波”，方法是判斷序列值的符號（正、負），正值點對應1，負值點對應-1，0對應0。此時“方波”的跳變點并不理想，即可能跳變位置會來回跳變多次。

對上述“方波”進行積分，即對方波序列進行累加，得到“三角波”。

用步驟3中的方法對“三角波”判斷其過零點，轉換為方波。

對方波檢測其跳變點，計算方波周期，得到對應的頻率值，即為頻偏

仿真結果

仿真條件如下：信噪比30dB，用于頻偏估計的序列長度為10000，歸一化采樣率為1Hz，歸一化頻偏值為1/800Hz。

圖2是在相同仿真條件下，仿真100次畫出的圖，可以看出，此方法穩定性較好。

QAM是用兩個獨立的基帶數字信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波的雙邊帶調制，利用這種已調信號在同一帶寬內頻譜正交的性質來實現兩路并行的數字信息傳輸。它是一種頻譜利用率很高的調制方式，因此在中、大容量數字微波通信系統、有線電視網絡高速數據傳輸、衛星通訊系統等領域得到了廣泛的應用。圖3為64QAM受頻偏影響的星座圖，可以看到星座點相位線性增加形成的圓環。

圖4是某次典型仿真實驗中，用求得的頻偏值對數據進行校正后得到的星座圖，對比圖3可以明顯看到頻偏得到了有效的補償。但是由于頻偏估計誤差的存在導致星座點的旋轉，如果增加幀長，則星座圖會形成圖3中那樣的圓環。

總結

本文通過對接收的訓練序列進行一定的運算處理，得到系統的頻偏值，通過仿真發現本文所提出的方法精度高而且穩定。然后將該方法應用于64—QAM系統中，通過對有載頻偏移的接收序列進行頻偏補償，仿真結果表明估計出頻偏能對系統進行有效地頻偏補償。