FTN系统中卫星通信QPSK信号的频偏估计研究
高性能无数据辅助QPSK频偏估计新算法
高性能无数据辅助QPSK频偏估计新算法张毅;欧阳志新;邓云凯;王宇【摘要】针对无数据辅助的正交相移编码(QPSK)载波频偏估计,提出了一种去除调制信息的新方法,基于该方法又提出新的QPSK频偏估计算法,并结合离散傅里叶交换粗频偏估计方法对大频偏进行估计.与插值离散傅里叶变换频偏估计算法相比,新算法提高了对频偏变化的适应能力,使之在频偏缓变的情况下依然可以准确估计频偏.仿真以及FPGA实现结果表明,新算法在低信噪比下仍能接近克拉美罗界.%A new scheme for modulation removal for Non-Data-Aided (NDA) QPSK signals is proposed. The algorithm based on this new scheme can make a large range of frequency estimation cooperated with the DFT coarse frequency estimation method. Compared with the estimation algorithm using DFT and interpolation, the new scheme can endure more frequency fluctuation and estimate accurately the frequency offset when the effset varies slowly. Simulations and FPGA implementation prove the new scheme's good performance that it closes to CRB even at a low SNR.【期刊名称】《西安电子科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(040)002【总页数】7页(P187-193)【关键词】QPSK;无数据辅助;频偏估计;去调制【作者】张毅;欧阳志新;邓云凯;王宇【作者单位】中国科学院电子学研究所航天微波遥感系统部,北京100190【正文语种】中文【中图分类】TN911.7载波同步是数字通信系统的关键环节,数字接收机需要载波同步以实现信号的正确解调.频偏估计是载波同步的关键部分,而基于前向结构的频偏估计算法由于其具有同步速度快的优势,在突发通信中得到广泛应用.基于前向结构的载波频偏估计算法分为两种[1]:(1)有数据辅助.这种估计方法需要在每个突发前加入一段已知的前导码.(2)无数据辅助.这种方法无须加入任何前导码.在有数据辅助频偏估计算法中,由Kay[2]提出的算法可以估计的频偏范围较大,但是其估计效果只有在中高信噪比下才接近克拉美罗界.Fitz[3]以及L&R[4]算法拥有更好的估计性能,但是其可以估计的频偏范围较小.无论哪种有数据辅助频偏估计算法,在每个突发中都要插入前导码,从而降低了传输效率.因此,为了提高传输效率,无数据辅助载波频偏估计算法得到了广泛重视. 无数据辅助载波频偏估计算法需要去除接收信号的调制信息.对于MPSK调制信号,无论是用M次方法还是非线性变换法[5-7]去除调制信息,都会增强噪声的影响.基于离散傅里叶变换(DFT)的频偏估计方法可以通过插值算法[8-12]来精确进行频偏估计.当利用快速傅里叶变换(FFT)实现时,计算速度快,易于实时处理,因此该算法得到了广泛应用.但是此算法对频偏的变化比较敏感,并随离散傅里叶变换点数的增加愈加严重.针对上述问题,笔者提出了一种相关与旋转去调制算法,该算法只需对接收信号进行相关和简单的坐标旋转处理,就可以去除QPSK调制信息,同时不会增强噪声影响.基于新算法的频偏估计方法,结合离散傅里叶变换可以进行大范围频偏估计,其估计性能在低信噪比下仍能接近克拉美罗界.与插值离散傅里叶变换频偏估计算法相比,该算法在频偏缓变情况下有更优异的性能,因而有更好的实用前景.1.1 信号模型假设QPSK调制信号通过一个高斯白噪声信道,接收端信号经过了准确的定时同步,其输出序列可表示为其中,T表示符号周期;θc表示QPSK调制相位,θc=2πi/4,i=0,1,2,3;Δf表示接收符号的频偏;θ0表示未知相位偏移;n(kT)表示复零均值高斯白噪声序列,其实部与虚部独立同分布,方差皆为σ2= N0(2Es).非线性变换去调制[5-7]基于以下计算:其中,F(ρk)=ρlk,l=0,1,2,…;ρk=r(kT),φk=arg{r(kT)}.当l等于4时,式(2)就变成了对r(kT)进行4次方去调制.1.2 最小均方误差频偏和相偏估计假设接收序列的N个符号{r(kT)}0≤k≤N-1,则对频偏Δf和相位偏移θ0的最小均方误差估计为[13]忽略上式中与Δf和θ0无关的项,式(3)可表示为从式(5)可知,Δf的估计对应求H(4Δf T)的最大值,所以可以通过对序列r′k进行快速傅里叶变换后再寻找其频谱绝对值的最大值来得到.由于基于离散傅里叶变换算法的频偏估计其精度与快速傅里叶变换点数有关,而点数的增多会增加计算复杂度,所以为了减少计算负担,通常通过插值快速傅里叶变换来进行频偏估计.齐国清等[14]对快速傅里叶变换插值算法的精度进行了详细分析.然而,插值快速傅里叶变换频偏估计[8-12]对频偏缓慢变化敏感,即使信噪比增大也不会提高估计精度,而且其对频偏变化的敏感程度会随快速傅里叶变换点数增多而更加明显.2.1 相关与旋转去调制笔者提出一种新的相关与旋转去调制算法.该算法再与Kay氏算法或者L&R算法结合进行QPSK载波频偏估计.考虑式(1),并假设未知频偏和相移变化缓慢,设如果噪声nmc(kT)与2πmΔf T对rmc(kT)的影响不超过π/4,那么θkc可以通过判断信号rmc(kT)处于哪一个象限来确定.θkc=π/4,3π/4,-3π/4,-π/4,对应着rmc(kT)处于第Ⅰ,第Ⅱ,第Ⅲ和第Ⅳ象限,而处于哪一个象限可以很容易地通过检测rnc(kT)的实部与虚部的符号位来获得.在这里重新表示rmc(kT),如下:其中,Imk是rmc(kT)的实部,Qmk是rmc(kT)的虚部.如果检测到rmc(kT)处于第Ⅰ象限,说明θkc为π/4,则把rmc(kT)顺时钟旋转π/4就可以移除θkc;同理,当检测到rmc(kT)处于第Ⅱ,第Ⅲ和第Ⅳ象限时,把rmc(kT)顺时钟旋转3π/4,5π/4,7π/4,就可以移除θkc.因此,对θkc的移除可以总结为以下公式:其中,n′mc(kT)为噪声信号.符号函数sign(x)有如下性质:这样,就去除了调制信息.这个过程只有相关部分增强了噪声的影响,去除调制后,由式(8)就可以结合Kay氏算法或者L&R算法来进行频偏估计.2.2 结合相关与旋转去调制算法的频偏估计算法根据式(8)和Kay算法,对频偏Δf的估计可以表示为[2]其中,,k=1,2,3,…,N-1,并且Δf应满足若式(8)与L&R算法结合,对Δf的估计可以表示为[4]其中,应该满足.为了避免相位模糊问题,采用式(11)使得频偏估计范围缩小到了原来的1/M.不过,大范围的频偏估计可以通过如下方法实现:(1)通过快速傅里叶变换算法对Δf进行一次粗频偏估计;(2)通过式(11)对剩余频偏进行精确估计.2.3 频偏缓变情况下的估计算法假如Δf随时间缓慢变化,在短时间内,可认为变化率恒定,修改式(1),得则Δf=Δf0+Δf1T,其中Δf0为不变频率部分,Δf1为频偏变化率.把式(12)代入式(6),得其中,nsmc(kT)仍为高斯白噪声.当Δf1很小以及m较小时,式(13)可近似为再按2.1节同样的方法去除调制,之后结合Kay算法或者L&R算法对Δf进行估计.因此,结合相关与旋转去调制的新算法对频偏变化有一定的承受能力,并且其承受能力会随着信噪比的增大而增强.3.1 新算法仿真性能分析通过实验对新算法的频偏估计性能进行仿真与分析.假设接收符号为10 000个,噪声为零均值高斯白噪声,并假定初始相移为0.15 rad.当使用式(11)进行较大频偏估计时,首先利用256点快速傅里叶变换对频偏进行粗估计,粗频偏估计调制信息的去除采用4次方法.仿真结果与克拉美罗界进行比较[15],笔者提出的算法估计性能的克拉美罗界为其中为符号能量与噪声比.图1(a)和(b)是Δf T=0.1%时,利用式(10)和式(11)进行频偏估计的均方误差与克拉美罗界的比较图.从图中可以看出,式(10)对频偏的估计只有在信噪比相对较高的情况下才接近克拉美罗界,式(11)对频偏的估计则从低信噪比开始就接近克拉美罗界.在M＜N/2时,M越大,估计效果也越接近克拉美罗界.图1(c)是Δf T=1%时,新算法进行频偏估计的均方误差与克拉美罗界的比较图.其中,在利用式(11)对频偏进行估计之前,先利用256点快速傅里叶变换对频偏进行了一次粗估计.从图中可以看出,快速傅里叶变换与式(11)联合对频偏估计,其估计效果同样从低信噪比开始就接近克拉美罗界了.图2是在Δf T=1%时,新算法的估计误差图,式(10)的估计误差在低信噪比下比较大,而式(11)的估计误差在低信噪比下仍然很小.3.2 新算法硬件实现结果分析为验证新算法的有效性,对新算法进行了硬件实现.采用Xilinx xc5vlx330t FPGA芯片,其算法实现结构如图3与图4所示.图3表示Kay算法和相关与旋转去调制算法相结合的硬件实现框图,图4表示L&R算法和相关与旋转去调制算法相结合的硬件实现框图.从图中可以看出,只用到一些非常简单的逻辑单元来实现算法,比如加法器、乘法器、寄存器以及存储器等.其中相位的求取可以利用查找表实现,(·)*表示对信号求共轭.sig n(·)函数具有实现式(8)中(21/2/2)(sign(Imk)-j sign(Qmk))的功能,可以通过一个4选1多路选择器实现,其多路选择器的控制端为Imk与Qmk的符号位.与非线性去调制的实现方式相比,相关与旋转去调制在FPGA中实现精度高,运行速度快,可以流水线并行处理,在码速率为几百兆赫兹甚至上吉赫兹的高速数字传输中更具优越性.图5是256点快速傅里叶变换与式(11)联合频偏估计的实际数据硬件实现结果与理论仿真以及克拉美罗界比较图,其中Δf T=1%,初始相移为0.12rad.通过图5可以看出,实际实现结果与理论仿真结果基本一致.插值快速傅里叶变换算法一般采用快速傅里叶变换频谱绝对值的最大值附近的几个点[8-12]来对频偏进行插值估计.当频偏缓慢变化时,插值快速傅里叶变换频偏估计性能会下降,而且其对频偏变化的敏感程度随快速傅里叶变换点数增多而愈加明显.图6是Jacobsen[11]插值快速傅里叶变换算法和快速傅里叶变换与式(11)联合频偏估计算法的性能比较实验结果,实验中信噪比为15dB,噪声为零均值高斯白噪声信号,并假设接收符号为5000个,快速傅里叶变换点数为256,实验参数仅频偏不同.图6(a)是频偏不变时的Jacobsen插值快速傅里叶变换算法载波同步效果,图6(b)是频偏以5π×10-5每符号增加时Jacobsen插值快速傅里叶变换算法的载波同步效果.可以看出,图6(b)的估计结果全部混叠.其他插值算法[8-10,12]是当快速傅里叶变换的样点数为256时,在频偏变化超过5π×10-5每符号时同样会产生混叠;当快速傅里叶变换点数增加到512或者1 024时,估计所能承受的频偏变化就更小了,其估计效果也不会随着信噪比的提高而改善.图6(c)与(d)分别是频偏不变与频偏缓变时快速傅里叶变换与式(11)联合频偏估计算法的估计效果,图6(d)的估计星座图明确地分布于4个角上.对比图6中两种算法可以看出,新算法对频偏变化的适应能力明显强于插值快速傅里叶变换频偏估计算法,而且信噪比越高,新算法所能承受的频偏变化也越大.针对QPSK调制信号,笔者提出了一种相关与旋转去调制的新算法,比传统方法更易于实现,并结合新算法提出了新的QPSK频偏估计算法.与插值快速傅里叶变换频偏估计相比,新的频偏估计算法提高了对频偏变化的承受能力,并且其对频偏变化的承受能力随着信噪比的增大而增强,因此新频偏估计算法具有更好的实际应用前景.【相关文献】[1]季仲梅,杨洪生,王大鸣,等.通信中的同步技术及应用[M].北京:清华大学出版社,2008.[2]Kay S.A Fast and Accurate Single Frequency Estimator[J].IEEE Trans on Acoustics.Speech and Signal Processing, 1989,37(12):1987-1990.[3]Fitz M P.Planar Filtered Techniques for Burst Mode Carrier Synchronization[C]//Conf Rec GLOBECOM’91.Phoenix: IEEE,1991:365-369.[4]Luke M,Reggiannini R.Carrier Frequency Recovery in All-Digital Modems for Burst-Mode Transmissions[J].IEEE Trans on Commun,1995,43(234):1169-1178.[5]Viterbi A J,Viterbi A M.Nonlinear Estimation of PSK-Modulated Carrier Phase with Application to Burst Digital Transmission[J].IEEE Trans on Inform Theory,1983,29(4):543-551.[6]Wang Y,Serpedin E,Ciblat P.Optimal Blind Carrier Synchronization for M-PSK Burst Transmissions[J].IEEE Trans on Commun,2003,51(9):1571-1581.[7]崔艳鹏,胡建伟,杨绍全,等.一种低信噪比下MPSK信号频率估计方法[J].西安电子科技大学学报,2011,38(5): 90-94. Cui Yanpeng,Hu Jianwei,Yang Shaoquan,et al.Novel Frequency Estimation of MPSK Signals in Low SNR Environment[J].Journal of XidianUniversity,2011,38(5):90-94.[8]Rife D C,Vincent G e of the Fourier Transform in the Measurement of Frequencies and Levels Of Tones[J].BellSys Tech J,1970,49(2):197-228.[9]Quinn B G.Estimating Frequency by Interpolation Using Fourier Coefficients[J].IEEE Trans on Signal Processing, 1997,28(5):113-122.[10]Candan C.A Method For Fine Resolution Frequency Estimation From Three DFT Samples[J].IEEE Signal Processing Letters,2011,18(6):351-354,.[11]Jacobsen E,Kootsookos P.Fast,Accurate Frequency Estimators[J].IEEE Signal Processing Mag,2007,24(3):123-125.[12]Ye Zhan,Xu Guangfei,Guo Daoxing.An Accurate Estimation Algorithm of Frequencyand Phase at low Signal-Noise Ratio Levels[C]//IEEE 2010 International Conference on Wireless Communications and Signal Processing(WCSP). Suzhou:IEEE,2010:1-5. [13]Mazzenga F,Corazza G E.Blind Least-Squares Estimation of Carrier Phase,Doppler Shift,and Doppler Rate for-PSK Burst Transmission[J].IEEE Commun Letters,1998,2(3):73-75.[14]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. Qi Guoqing,Jia Xinle.Accuracy Analysis of Frequency Estimation of Sinusoid Based on Interpolated FFT[J].Acta Electronica Sinica,2004,32(4):625-629.[15]Rife D C,Boorstyn R R.Single-Tone Parameter Estimation from Discrete-Time Observations[J].IEEE Trans on Inform Theory,1974,20(5):591-598.。
一种基于Burg谱估计和FFT的频偏估计方法
一种基于Burg谱估计和FFT的频偏估计方法陈伟;邢依依;刘梦婷【摘要】针对星间链路通信中常用的BPSK、QPSK、UQPSK和64QAM等调制信号的载波频偏估计问题,提出了一种基于Burg谱估计和FFT的通用频偏估计方法.采用Burg谱估计方法对信号进行粗频偏估计,补偿该频偏后得到含有较小残留频偏的信号;并进行改进的四次方非线性变换,去除调制信息;再利用FFT估计出较高精度的残留频偏值.仿真结果表明,该方法估计精度高、范围大.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2016(029)003【总页数】4页(P160-163)【关键词】星间链路通信;频偏估计;Burg谱估计;FFT【作者】陈伟;邢依依;刘梦婷【作者单位】西安电子科技大学电子信息攻防对抗与仿真重点实验室,陕西西安710071;西安电子科技大学电子信息攻防对抗与仿真重点实验室,陕西西安710071;西安电子科技大学电子信息攻防对抗与仿真重点实验室,陕西西安710071【正文语种】中文【中图分类】TN927+.3AbstractA general frequency offset estimation method of BPSK,QPSK,UQPSK and 6 4QAM signals based on Burg spectrum estimation and FFT is proposed tosolve the carrier frequency offset estimation of common signals in inter sat ellite link communication.First,the coarse frequency offset estimation is obt ained by using the Burg spectrum estimation method,and the signal of the residual frequency offset is obtained after the compensation of the freque ncy offset.Then the improved fourth non-linear transformation is used to remove modulated information.Finally,the residual frequency offset value is estimated by FFT.Simulation results show that this method is of high accuracy and wide acquisition range. Keywordsinter satellite link communication;frequency offset estimation;Burg spectru m estimation;FFTMPSK和MQAM这两类调制信号以其高的频带利用率和良好的抗噪性能,目前已在卫星无线通信系统中得到广泛应用。
应用于卫星通信的OQPSK的载波相位估计和解调方法
应用于卫星通信的OQPSK的载波相位估计和解调方法王晓洪;谢永锋;吴仡【摘要】提出一种应用于海事卫星电话的载波相位估计和OQPSK的数字解调方法.载波相位估计的理论推导来自信道估计理论.解调方法是相位估计与最佳采样判决进行联合估计.此方法特别适合于卫星突发信号传输,能快速估计出相位.在低信噪比下的解调性能满足卫星实时通信.通过仿真分析了其性能,对存在有载波频率误差在200 Hz以内的接收信号都有较好的性能.最后在工程应用中再次验证了其性能满足卫星实时通信.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2016(049)002【总页数】4页(P143-146)【关键词】相位估计;OQPSK;数字解调;信道估计【作者】王晓洪;谢永锋;吴仡【作者单位】成都天奥信息科技有限公司,四川成都 610036;成都天奥信息科技有限公司,四川成都 610036;成都天奥信息科技有限公司,四川成都 610036【正文语种】中文【中图分类】TN927在卫星通信中对于数字信号传输，数字解调技术有着绝对重要性。
为了满足卫星信道带宽的有限性，限带调制技术被充分利用，如MPSK和MQAM。
其中偏移四相相移键(OQPSK)[1]调制方式在卫星通信中得到了广泛的应用。
OQPSK与传统QPSK调制的信号机制是相似的，区别在于OQPSK调制的信息比特在它的正交支路与同相支路上偏移了半个符号周期T/2s(即一个比特间隔)。
这样使得包络变化相对于QPSK来说减小3db。
在无限通信系统中，限带包络变化对于控制邻近信道干扰是很重要的。
简单来说，OQPSK和QPSK接收机有相同的机制，区别在于在同相支路上数据流被延迟了T/2s。
然而对于同步机制来说有明显的不同，这使得做OQPSK解调器[2]要相对变难。
主要原因是载波相位对同步算法很敏感，对于某些相位误差来说会有很差的性能。
然而对于QPSK来说载波相位对同步[3]算法是不敏感的，对于各个相位它都有很好的性能。
qpsk 归一化载波频率偏差
QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）是一种常见的数字调制技术，它将数据流分成两个独立的均匀的正交子载波。
QPSK可通过调节载波的相位实现不同振幅的数字信号的传输，具有频谱效率高、抗噪声干扰能力强等优点，因此在通信领域得到广泛应用。
而在QPSK系统中，归一化载波频率偏差是影响系统性能的一个重要因素。
1. QPSK调制原理QPSK调制是通过将输入的数字比特流分成两路，分别调制正交载波，实现对信号的调制和解调。
将输入比特流分成实部和虚部两个信号，分别通过正交调制器进行调制，然后通过载波合成器将调制后的信号合成为一个QPSK信号。
2. 归一化载波频率偏差的定义在QPSK系统中，归一化载波频率偏差是指载波频率与符号率的比值。
在数字通信系统中，载波频率偏差会导致符号间干扰，降低系统的性能。
3. 归一化载波频率偏差对系统性能的影响归一化载波频率偏差越大，系统的性能越差。
当归一化载波频率偏差达到一定水平时，系统可能无法正确解调接收到的信号，导致数据传输错误。
在QPSK系统设计和实际应用中，需要对归一化载波频率偏差进行严格控制。
4. 归一化载波频率偏差的补偿方法对于QPSK系统中的归一化载波频率偏差，可以采用数字信号处理技术进行补偿。
通过在接收端引入频率偏移估计器和频率估计环路等模块，对接收到的信号进行频率偏移估计和补偿，以实现对归一化载波频率偏差的有效抑制。
5. 结论归一化载波频率偏差是影响QPSK系统性能的关键因素之一，需要在系统设计和实际应用中予以重视。
通过合理的补偿方法和技术手段，可以有效控制归一化载波频率偏差，提高系统的性能和可靠性。
在未来的通信领域中，对归一化载波频率偏差的研究和应用将继续具有重要意义。
6. 归一化载波频率偏差的影响分析在QPSK系统中，归一化载波频率偏差对系统性能产生的影响是多方面的，主要包括带宽效果、载波抑制比和误码率等方面。
- 带宽效果：归一化载波频率偏差会导致QPSK信号的频谱发生偏移，使得信号的带宽受到影响。
基于FPGA的北斗QPSK调制实现与解调验证
基于FPGA的北斗QPSK调制实现与解调验证高亮;宋茂忠【摘要】为研制北斗卫星导航模拟信号源,设计实现了北斗QPSK信号调制器.文中在分析了北斗卫星导航系统B1频段信号的正交相移键控调制信号的基础上,基于软件无线电的思想,在FPGA硬件平台上实现了QPSK信号调制器,通过功率谱测试,QPSK解调和简单串口信息传输,验证了调制解调硬件单元的正确性.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2014(027)003【总页数】4页(P95-98)【关键词】北斗;QPSK;调制解调;FPGA;Stratix Ⅱ【作者】高亮;宋茂忠【作者单位】南京航空航天大学电子信息工程学院,江苏南京210016;南京航空航天大学电子信息工程学院,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TN761.8北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System)是我国正在实施的自主研发、完全独立运行的全球卫星导航系统，有着广泛的应用前景。
北斗卫星导航系统信号采用正交相移键控(QPSK)调制，提高了数据传输速率，降低了信号间的相互干扰，改善了定位性能，成为目前全球卫星定位系统现代化发展的方向之一［1］。
因此对北斗卫星导航接收机的需求日益增加，为了测试验收高性能卫星导航接收机的静态性能及动态性能，需要模拟产生北斗导航系统在各种环境下的真实卫星信号。
目前，针对北斗导航系统模拟信号源的研究较少，可参考GPS和GLONASS模拟信号源的研究，分析各个导航系统之间的差别，找到合适的研究方案。
文献［2］分析了GLONASS信号的结构特点，研究了复杂环境下GLONASS导航信号的产生，文献［3］针对GPS信号模拟源的算法进行研究，并通过FPGA实现模拟源的产生，文献［4］分析了北斗卫星导航B1频段信号的结构，并用Simulink平台实现了信号模拟。
北斗导航系统已于2011年12月进入试运行阶段，并于2012年12月公布了空间信号接口控制文件［5］(Interface Control Document，ICD)。
一种基于FFT的快速高精度的频偏估计算法
2 Triple_IN算法的原理
假设该检测信号为单频率的复正弦信号
x(t)=A*exp[ j(2πf0+θ) ]+z(t)，式中信号的振幅、频 率和初始相位值分别为A、f 0和θ。z(t)表示均值为 零、方差为2σ2的高斯白噪声。若采样时长T= N ⁄fs， 频谱分辨率是∆f=1 ⁄ T，其中fs是采样频率，N是待采 样点数。采样序列为
上述算法都有各自优缺点，不能同时在获得高 稳定性、高 精度 的同 时兼 具 较 低 计 算量，在实 际应 用场 景中，通常 需要快 速 的 获 得更 高 的 精度。本 文 提出利用F F T的复 数 结果，将最 大 峰 值 频 谱和相邻 两 侧 一 个 量 化 频 点 的 谱 线 进 行 插 值 算 法 ，在 仅比 R ife和Qui n n算法计算增量不多的情况下，获得更 高的估计准确性和稳定性。
x(n)=A*ej((2πf0n) ⁄fs+Байду номын сангаас)+w(n)
（1）
式中，n=0,1…N1。对x(n)进行N点的DFT运算，得
（2）
而δ为信号真实频率与频率粗估计值得差值相
对∆ f 的倍 数即估计 误 差精度，该值在[- 0. 5, 0. 5 ]的范 围内。根据的最大幅度频谱的|X(k) |所对应频率索 引m'，残余 频偏δ，则估计位 置 m 0 = m'+δ，所以实际 估值频率为
Abstract: A low rate of signal in the satellite communication system and a low signal to noise ratio (SNR) at the receiving side results in a normalized large frequency offset. To solve this problem, this paper proposed a interpolation algorithm of the Triple spectral lines based on Faster Fourier Transform by comparing the computational complexity.
卫星链路QPSK解调优化设计与实现
卫星链路QPSK解调优化设计与实现彭勃;白园;耿亮【摘要】对QPSK调制信号在卫星系统中的重要应用进行了深入研究,指出了目前卫星领域数字解调面临的困难和不足,分析了传统数字解调设计方案,为了提升卫星链路宽带信号数字解调的工程实现能力,在传统方案基础上给出了优化设计方案.首先对优化后的数字科斯塔斯环及匹配滤波单元进行了仿真验证,然后通过FPGA工程实现比较了传统数字解调设计与优化后的设计方案硬件资源使用情况,最后以优化设计方案为模型进行实现并与理论解调性能进行误码率仿真对比,验证了QPSK 解调优化设计方案的有效性.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2016(049)005【总页数】5页(P639-643)【关键词】QPSK解调;科斯塔斯环;匹配滤波;卫星链路【作者】彭勃;白园;耿亮【作者单位】中国电子科技集团公司第三十研究所,四川成都610041;中国电子科技集团公司第三十研究所,四川成都610041;中国电子科技集团公司第三十研究所,四川成都610041【正文语种】中文【中图分类】TN9181965年，随着“晨鸟”的成功发射，卫星通信正式进入人类社会，它以通信距离远、覆盖面积大、方式灵活多样、传输质量高以及不受地理环境限制等特点成为目前通信领域中最重要、最引人注目的通信方式之一[1]。
目前已经进入实用的典型系统有铱(Iridium)系统、全球星(Globalstar)奥德赛(Odyssey)系统和ICO系统。
目前，四个系统基本都采用PSK类调制方式，其优点是误码性能好、频谱利用率高，比较适合频率间隔密集的个人通信[2]。
到20世纪80年代中期以后，四相相移键控(QPSK,Quadrature Phase Shift Keying)技术广泛应用于数字微波通信系统、宽带接入数字卫星通信系统、移动通信及有线电视系统中[3]。
在卫星数字电视传输中，普遍采用的QPSK调制器是目前卫星数字电视传输中对卫星功率、传输效率、抗干扰性以及天线尺寸等多种因素综合考虑的最佳选择。
卫星通信系统OFDM同步算法研究
卫星通信系统OFDM同步算法研究段红光;王利飞;黎奇京;卢松品【摘要】Aiming at the synchronization of satellite mobile communication, a new time-and-frequency synchronization algorithm based on OFDM transmission mode for satellite communication system is proposed. Mostof the time-and-frequency estimation algorithms, usually through the same part of the correlation in before and after the training sequence, implements time offset and frequency offset calculation, while few literatures consider the use of CAZAC (Constant Amplitude Zero Auto Correlation) strong correlation in OFDM symbol synchronization. For this reason, an improved algorithm fully considering the impact of frequency offset on timing estimation is proposed, thus directly using the strong correlation of training sequence for OFDM synchronization, including for symbol timing estimation, integer carrier frequency-offset estimation and fractional frequency-offset estimation. Simulation results indicate that the improved algorithm, with fairly low computational complexity, is clearly better in performance as compared with the traditional algorithms.%针对卫星移动通信的同步问题，提出了一种新的基于OFDM传输方式的卫星通信系统的时间和频率同步算法。
频偏估计 数据辅助 硕论
知识创造未来
频偏估计数据辅助硕论
频偏估计是一种用于无线通信系统中的信道估计技术，用于估计信
号在接收端接收时由于相位不匹配而产生的频偏。
频偏可能是由于
发射端和接收端之间的本地振荡器的频率不精确引起的，也可能是
由于多径传播引起的。
频偏估计的目的是找到一个准确的频偏值，以便在接收端对信号进
行正确的解调和解码。
频偏估计可以通过不同的方法来实现，如周
期估计、裁剪估计和协作估计等。
而数据辅助是一种用于频偏估计的辅助技术，通过在接收端添加一
些额外的已知数据来帮助频偏估计算法准确地估计频偏。
常见的数
据辅助技术包括导频插入、导频训练序列和导频预编码等。
在硕论中，可以对频偏估计和数据辅助的原理、算法和性能进行深
入研究和分析。
可以通过理论推导、仿真实验和实际系统验证等方
式来验证和比较不同的频偏估计算法和数据辅助技术的效果。
同时，还可以探讨如何优化频偏估计和数据辅助技术，提高系统的性能和
可靠性。
1。
导频辅助下的FTN信号载波频偏估计
导频辅助下的FTN信号载波频偏估计程鹏;刘爱军;王柯;梁小虎【摘要】无论是奈奎斯特(Nyquist)传输还是超奈奎斯特(Faster-than-Nyquist,FTN)传输,载波频偏估计都是接收端必须要解决的问题.数据辅助法作为频偏估计的重要方法,具有估计精度高、信噪比门限低等优势.利用导频进行数据辅助,是实现FTN信号频偏估计的思路之一.因此,对不同导频辅助下的FTN信号频偏估计性能进行了分析和比较.仿真结果表明,FTN载波频偏估计在不同导频辅助下存在性能差异,包括信噪比门限、估计精度等,而压缩因子成为影响估计性能的重要因素.此外,通过采用全1或全0导频,可以在FTN传输条件下发挥导频辅助法估计的性能优势.%The estimation of carrier frequency offset is one of the most important parts for receiver, whether it is Nyquist transmission or FTN (Faster-than-Nyquist) transmission. The data-aided method, as one of the most important methods for frequency offset estimation, could achieve fairly high accuracy and low signal-to-noise-ratio threshold. Pilot aided method is also one of the ideas for the frequency offset estimation of FTN signal. The comparison of various estimations based on different pilots is presented and analyzed. Simulations reveal that there exist some performance differences in using different forms of pilot, including SNR threshold or estimation precision. Packing factor becomes an important parameter affecting the estimation performance. In addition, by using 1-1 or 0-0 pilot, the pilot-aided method can exploit the performance advantages in FTN transmission.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2017(050)006【总页数】7页(P1115-1121)【关键词】频偏估计;超奈奎斯特;导频辅助;快速傅里叶变换【作者】程鹏;刘爱军;王柯;梁小虎【作者单位】解放军理工大学通信工程学院,江苏南京 210007;解放军理工大学通信工程学院,江苏南京 210007;解放军理工大学通信工程学院,江苏南京210007;解放军理工大学通信工程学院,江苏南京 210007【正文语种】中文【中图分类】TN911.7近年来，各国相继加大对5G移动通信技术的研究力度。
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Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ － ｏｆｆｓｅｔ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆａｓｔｅｒ － ｔｈａｎ － ｎｙｑｕｉｓｔ ｓｉｇｎａｌｉｎｇ ｗｉｔｈ ＱＰＳＫ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
ＺＨＵ ＣｈｕｎꎬＳＯＮＧＲｏｎｇｆａｎｇ ( Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ꎬＮａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｏｓｔｓ ａｎｄ ＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓꎬＮａｎｊｉｎｇ ２１０００３ꎬＣｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒꎬ ｗｅ ｓｔｕｄｙ ａ ｎｏｎ － ｄａｔａ ａｉｄｅｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ － ｏｆｆｓｅｔ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ＱＰＳＫ ｓｉｇｎａｌ ｆｏｒ ｆａｓｔｅｒ － ｔｈａｎ － Ｎｙｑｕｉｓｔ ( ＦＴＮ) ｓｉｇｎａｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ. Ｔｈｅ ＦＴＮ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｄａｔａ ｒａｔｅ ｂｙ ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｃｌｏｓｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ Ｎｙｑｕｉｓｔ ｐｕｌｓｅ. Ｆｏｒ ｔｈｉｓ ｒｅａｓｏｎꎬｔｈｅｒｅ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｓｏｍｅ ｅｆｆｏｒｔｓ ｔｏ ａｐｐｌｙ ＦＴＮ ｔｈｅｏｒｙ ｔｏ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ. Ｈｏｗｅｖｅｒꎬｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ＦＴＮ ｐｒｏｄｕｃｅｓ ｉｎｔｅｒ ｓｙｍｂｏｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ( ＩＳＩ) ꎬｉｔ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ － ｏｆｆｓｅｔ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ａｔ ｔｈｅ ｒｅｃｅｉｖｅｒ. Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎬａ ｎｅｗ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ － ｏｆｆｓｅｔ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄꎬｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ ｔｅｒｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｏｒｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｔｅｒｍ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｓｉｇｎａｌ’ ｓ ｉｎ － ｐｈａｓｅ ａｎｄ ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎｄ ｕｓｅｓ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓ￣ ｆｏｒｍ ( ＦＦＴ) . Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｎｃｙ － ｏｆｆｓｅｔ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ － ｏｆｆｓｅｔ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎꎻ ＦＴＮꎻ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎꎻ ＱＰＳＫ ｓｉｇｎａｌ
中图分类号:ＴＮ９４３. ３ 文献标志码:Ａ ＤＯＩ:１０. １６２８０ / ｊ. ｖｉｄｅｏｅ. ２０１８. ０２. ００６
ＦＴＮ 系统中卫星通信 ＱＰＳＫ 信号的频偏估计研究
朱 纯ꎬ宋荣方 ( 南京邮电大学 通信与信息工程学院ꎬ江苏 南京 ２１０００３)
摘要:本文研究快于奈奎斯特信令( ＦＴＮ) 系统中的无数据辅助的 ＱＰＳＫ 信号频偏估计方法ꎮ 相较于奈奎斯特系统ꎬＦＴＮ 系 统的脉冲会叠加的更紧密以此来提高数据速率ꎮ 据此ꎬ将 ＦＴＮ 理论应用在卫星通信系统中吸引着众多研究者的目光ꎮ 然 而ꎬ由于 ＦＴＮ 系统中码间干扰是不可避免的ꎬ在接收端准确的估计出频偏变得愈加困难ꎮ 为了提高估计性能ꎬ本文基于接 收信号同相与正交分量交叉项与二阶差分项信息ꎬ提出一种利用快速傅里叶变换( ＦＦＴ) 估计频偏的方法ꎮ 仿真结果证明ꎬ 本文提出的方法可以准确地估计出频偏值ꎮ 关键词: 频偏估计ꎻＦＴＮꎻ卫星通信ꎻＱＰＳＫ 信号
Ｊａｍｅｓｍａｚｏ 发现采样的脉冲可以取的比奈奎斯 特采样间隔更近而不引起任何欧氏距离的损失[３] ꎮ 假设奈奎斯特采样周期是 Ｔ ꎬ若不影响数据恢复ꎬ滤 波器的采样周期最小可以减少为 ０. ８０２Ｔ ꎮ 这就意 味着可达数据速率可以增加 ２５％ ꎬ而不会造成误比 特率的恶化ꎮ 因此ꎬ将 ＦＴＮ 理论应用于第二代数字 视频广播卫星( ＤＶＢ － Ｓ２) 系统中是一个具有实际意 义的课题ꎮ 文献[４] 评估了基于 ＦＴＮ 传输的 ＤＶＢ － Ｓ２ 构建块的性能ꎬ研究结果验证了 ＦＴＮ 在 ＤＶＢ － Ｓ２ 系统应用的可行性ꎮ
１ 引言
近几年ꎬ诸如 ３ＤＴＶꎬ超高清 ＴＶ( ＵＨＤＴＶ) 和移 动高清( ＨＤ) ＴＶ 的高速率和高质量广播服务被认为 是下一代广播系统中最有前景的技术方案[１] ꎮ 因 此ꎬ广播系统目前面临的最大挑战就是可靠高速率 的传输内容ꎮ
提高频谱效率的一种方法就是相较于奈奎斯特 速率ꎬ压缩符号间采样周期ꎬ使新的采样周期小于奈 奎斯特的采样周期ꎮ 一般来说ꎬ信号发送前需通过 发送滤波器进行成形ꎬ合理的滤波器就是要满足奈 奎斯特准则ꎬ这样ꎬ符号间就不会产生码间干扰[２] ꎮ
在 ＤＶＢ － Ｓ２ 系 统 中ꎬ 对 于 ２５Ｍｂａｕｄ 的 符 号 速 率ꎬ频偏大约为 ５ＭＨｚꎮ 因此ꎬＤＶＢ － Ｓ２ 的解调器需