一种数据辅助频偏估计算法
基于EM的导频数据联合辅助频偏估计算法
基于EM的导频数据联合辅助频偏估计算法刘波;胡赘鹏;于宏毅【摘要】针对突发通信系统在保证频率估计精度和频谱效率时存在的矛盾,提出了一种基于EM算法结构的导频与数据联合辅助的频偏估计算法,在此基础之上进而提出了改进的递归EM估计算法.理论分析和仿真实验表明,相比于仅使用导频的估计算法,联合使用导频和数据进行频偏估计的性能更加精确,在高信噪比下达到了使用更多导频符号估计的克拉美罗下界,并且在低信噪比条件下,其性能要优于非数据辅助的盲估计算法.【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2010(046)002【总页数】4页(P125-128)【关键词】期望最大化算法;频偏估计;联合估计;数据辅助;盲估计【作者】刘波;胡赘鹏;于宏毅【作者单位】信息工程大学,信息工程学院,郑州,450002;信息工程大学,信息工程学院,郑州,450002;信息工程大学,信息工程学院,郑州,450002【正文语种】中文【中图分类】TN91突发通信模式正广泛应用于TDMA系统和无线自组织网络等通信系统中。
在大多数的突发通信系统中，每个突发数据包的某些位置中都放置了一定数量的导频符号用于同步参数估计，因此基于导频符号的数据辅助（Data-Aided，DA）估计算法得到了广泛的研究[1-3]。
通过增加突发中的导频符号个数可以提高估计的精确性，从而获得更好的系统性能，但这样降低了系统的频谱效率，同时造成传输时延的增大，对于频谱利用率要求十分苛刻的无线突发通信非常不利。
采用非数据辅助（Non-Data-Aided，NDA）的盲估计算法无需导频符号从而提高了频谱效率，但是由于其非线性运算的影响，该类算法性能往往随着信噪比的降低严重恶化[4-5]。
出于对以上问题的考虑，为了能够在不使用较多导频符号的情况下获得较高的估计精度，联合使用导频符号和未知数据符号信息进行参数估计值得研究。
期望最大化算法（Expectation-Maximum，EM）在不完全数据情况下，能够迭代的解决一些复杂的最大似然估计问题[6-7]，并越来越多的应用于通信信号处理领域。
基于EM的导频数据联合辅助频偏估计算法
２ １ ，６ ２ １５ ０ ０４ （ ） ２
基于 Ｅ 的导频数据联合辅 助频偏估计算法 Ｍ
刘 波， 胡赘鹏 ， 于宏毅
Ｌ Ｕ Ｂｅ， Ｉ ＨＵ Ｙｕｎ ｐ ｎ ＹＵ Ｈｏ ｇ ｙ — ｅ ｇ， ｎ—ｉ
ｓｍｂｌ ｏｌ．ｈ ｏ ｔｅｔ ａ ｒａ ｉｓｔｅＣ Ｌ ｉ ａｇ ｕ ｂ ｒｏ ｉｔｓｍ ｏｓａ ｍ ｄｒｔ ｈ ｈ Ｓｇ ａ ｔ— ｏ ｅＲ ｔ ｓ ｙ ｏ ｎｙ ｅｊｉ ｓｍ ｔ ｔ ｎ ｈ Ｒ Ｂ ｗｔ ａ ｌ ｅ ｎｍ ｅ ｆｐｌ ｙ ｌ ｔ ｏｅａ ｉ ｉ ｌ ｏ Ｎ ｉ ａ ｏ ｓ Ｔ ｎ ｉ ｏ ｔ ａ ｈ ｒ ｏ ｂ ｅ ｇ ｎ－ ｓ ｉ
Ｋｅ ｏｄ ：Ｅ ｐ ｃ ｔ ｎ Ｍ ｘｍ ｍ（ Ｍ）ａ ｏ ｔｍ；ｅｕ ｎｙｏ ｓｔｅｔ ｔ ｎｊｉｔｅｔ ａｉ ；ａ — ｉｅ ；ｌ ｄ ｅｔ ａ ｏ ｙ ｗ ｒ ｓ ｘ ｅｔ ｉ — ａｉ ｕ Ｅ ａｏ ｌｒ ｇｉ ｈ ｆ ｑ ｅｃ ｆ ｅ ｓｍａｏ ； ｎ ｓｍ ｔ ｎ ｄｔ ａ ｄｂｉ ｓｍ ｔ ｎ ｒ ｉ ｉ ｏ ｉ ｏ ａ ｄ ｎ ｉ ｉ
关键 词 ： 望 最 大化 算法 ； 偏 估 计 ； 合 估 计 ； 据 辅 助 ； 估计 期 频 联 数 盲
ＤＯ ：０ ７ ８ ．ｓ． ０ — ３ １ ０ ００ ． ８ 文章编号 ：０ ２ ８３ （ ００ ０ — １５ ０ 文献标识码 ： 中图分类号 ：Ｎ １ Ｉ １． ７／ｉ ｎ１ ２ ８３ ． １． ０ ３ ｊｓ ０ ２ ２３ １０ — ３ １ ２ １ ）２ ０ ２ —４ Ａ Ｔ ９
摘
要： 针对突发通信 系统在保证频率估计精度和频谱效率时存在的 矛盾 ， 出了一种基于 Ｅ 提 Ｍ算法结构的导频 与数据联合辅助
卫星测控通信中的一种频偏估计算法
卫星测控通信中的一种频偏估计算法
算法原理
基于快速傅里叶变换（FFT）的频偏估计法的基本原理是，把信号的时域信息转换成频域信息，对频率信息在一定精度范围内作搜索和拟合，从而求解出信号的频率偏移。
算法过程
（1）将信号长度补充至2的整次幂；
（2）对有效信息进行快速傅里叶变换（FFT），获得数值的频谱图；
（3）确定波形的频带宽度，以Δf为增量，对有效信号的数值频谱进行积分平均；
（4）对积分平均后的频谱进行拟合，以确定信号的实际载频；
（5）计算频率偏移，以Δf为单位，计算信号的实际载频和指定载频之间的差值，然后它就是信号的频偏。
优点
使用FFT算法可以实现快速、准确的频偏估计，可以有效抑制可能产生的噪声，只需要考虑有效信号的频率，就可以计算出实际的频偏。
另外，算法具有较小的计算量、高精确度和不需要前期搜索等优点。
缺点
由于算法需要计算信号的实际载频，给频偏估计带来了额外的计算负担。
另外，当波形的频带宽度变宽时，频偏估计算法的精确度会受到限制。
基于数据辅助的CPM信号捕获与频偏估计算法
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｄａ ｔ ａ Ａｃ ｑ ｕｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｖｏ １ ． ３ ０， Ｎｏ ． ３， Ｍａ ｙ ２ ０１ ５， Ｐ Ｐ ． ５ ７ ８— ５ ８ ４
Hale Waihona Puke ＤＯＩ ： １ ０ ． １ ６ ３ ３ ７ ／ ｊ ． １ ０ ０ ４ — ９ ０ ３ ７ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ３ ． ０ １ ３
ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｓ ｊ ｃ ｊ ． ｎ ｕ ａ ａ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ａ Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｓ ｉ ｃ ｊ ＠ｎ ｕ ａ ａ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ Ｔｅ ｌ ／ Ｆ ａ ｘ ：— ８ ６ － ０ ２ ５ — ８ ４ ８ ９ ２ ７ ４ ２
并 分析 推 导 了该 算 法 在 较低 信 噪 比条 件 下 的频 偏 估 计 范 围和 估 计 精 度 。仿 真 实验 结 果 表 明 ， 频 偏 估 计 范 围 可 达 士０ ． ２ ５倍 的 符 号 速 率 ， 与 传 统 伪 码 相 关估 计 频 偏 算 法 相 比 ， 该 算法估 计精 度 高， 在 Ｓ Ｎ Ｒ为
（ １ ． 空 军 工 程 大 学信 息 与 导 航 学 院 ， 西安 ， ７ １ ０ ０ ７ ７ ； ２ ． 空 军 工 程 大学 综 合 电子 信 息 系统 与 电子 对 抗 技 术研 究 中心 ， 西安 ， ７ １ ０ ０ ５ １ ）
摘 要 ： 针 对 连 续相 位 调 制 （ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｃ Ｐ Ｍ） 信 号 同步 问题 ， 提 出 了一种 基 于给 定导
频偏估计 数据辅助 硕论
频偏估计数据辅助硕论引言在无线通信领域中，频偏是指接收机在接收过程中由于各种因素引起的接收信号频率与发送信号频率之间的差异。
频偏的存在会导致接收信号的解调和译码错误，因此频偏估计是无线通信系统中一个重要且必不可少的环节。
数据辅助是一种常用的频偏估计方法，通过发送端插入特定的辅助数据来辅助接收端对频偏进行估计。
本文将对频偏估计技术中的数据辅助方法进行全面、详细、完整且深入地探讨。
数据辅助的原理数据辅助频偏估计是一种基于接收信号中插入辅助数据的频偏估计方法。
在发送端，通过在数据序列中插入特定的辅助数据来帮助接收端对频偏进行估计。
辅助数据一般通过预定义的方式插入到数据序列中，使得接收端可以根据辅助数据对接收信号的频偏进行准确估计。
数据辅助频偏估计的基本原理是：通过接收信号中的辅助数据来计算接收信号的相位差，进而估计出信号的频偏。
具体的计算方法可以根据不同的辅助数据设计而不同，例如根据辅助数据的差分相位来计算频偏。
数据辅助频偏估计的优势相比于其他频偏估计方法，数据辅助频偏估计具有以下几个优势：1.准确性：通过插入辅助数据，可以提高接收端对频偏的估计准确度。
辅助数据可以根据信道条件和系统需求进行灵活设计，使得频偏估计更加精确。
2.实时性：数据辅助频偏估计可以在接收端实时进行，不需要额外的信道估计过程。
这种实时性使得数据辅助频偏估计方法适用于需要快速响应的无线通信系统。
3.系统复杂度低：相比于其他频偏估计方法，数据辅助频偏估计的系统复杂度相对较低。
不需要额外的信号处理流程即可实现频偏估计，降低了系统实现的难度。
数据辅助频偏估计的应用数据辅助频偏估计广泛应用于各种无线通信系统中，特别是在高速移动通信和多用户通信中。
以下是数据辅助频偏估计在不同系统中的应用示例：1. LTE系统在LTE系统中，数据辅助频偏估计被广泛用于上行链路的同步和信道估计。
通过在上行链路的数据序列中插入辅助数据，接收端可以实时估计用户设备的频偏，并根据频偏进行信道估计和解调。
一种OFDM的整数倍频偏估计算法
100
200
300
（c）
图3 相关运算后的位置标记 Fig.3 position-tag after correlation
（d）
图 3（a）所示为IFO≤│Lm/4│的情况，此时首尾位置标记间隔为L1，取两个相关峰中索引较小 的（即靠左边的）为符号首部位置标记。图 3（b）为IFO≥│3*Lm/4│的情况，此时首尾位置标记 ， （d）为│ 间隔为L2，取两个相关峰中索引较大的（即靠右边的）为符号首部位置标记。图 3（c） Lm/4│<IFO<│3*Lm/4│的情况，由于在这种情况下有一个m序列被从中间截断，对应的相关峰分裂 为两条幅值为原峰值近一半的相关峰，并且分裂的两峰相对大小不确定，使得主峰与次峰的距间 隔不确定。但是，发生这种情况时，未受截断的另一个m序列产生的相关峰的位置是在一个确定的区 域内的。对于图 3（c） ，此时首部位置标记在[Lm/4，3*Lm/4]范围内，并对应为主峰的位置。对于图 3（d） ，此时尾部位置标记在[N-3*Lm/4，N-Lm/4]范围内，并对应为主峰位置，并由此可推出首部位 置标记的实际位置。 从以上讨论中可以看出，本文提出的整数倍频偏估计算法可以估计的频偏范围为系统所包含的 所有子载波宽度。 综上所述，在具体划分首尾位置标记分布情况的条件下，可以利用位置标记恢复信息序列的正 确顺序，完成整数倍频偏的估计。并且，由于只进行一次相关运算，因此本算法运算量小，实现简 单。
数倍频偏的估计。 假设，在信息序列的帧头与帧尾各添加一个位置标记，如图 1（a）所示，则接收序列受到整数 倍频偏的影响后，向左（图 1(b)）或向右（图 1(c)）发生循环位移，其添加在序列中
IH OFDM 符号 IL
L1 (a)添加了位置标记的序列
16qam频偏估计算法
16qam频偏估计算法
在16QAM（16 Quadrature Amplitude Modulation）系统中，频偏是由于信号在传输过程中受到噪声和通道效应的影响而引入的一种问题。
频偏估计算法的目标是估计信号中的频率偏移，以便进行补偿。
以下是一个简单的频偏估计算法的基本步骤：
1.导频符号提取：16QAM信号通常包含了一些已知的导频符号，它们在调制方案中的位置是已知的。
通过提取这些导频符号，可以得到已知的调制相位信息。
2. 导频解调：使用已知的调制相位信息对导频符号进行解调。
这一步得到的是实际接收到的导频符号，包括频偏引起的相位旋转。
3. 相位差计算：计算相邻导频符号之间的相位差，即测量频偏引起的相位旋转。
4. 频偏估计：利用相位差计算频率偏移。
频率偏移（Hz）等于相位差除以时间间隔。
5. 滤波：为了去除噪声和不稳定的估计，通常对频偏估计进行一些滤波操作，如移动平均等。
这是一个简单的频偏估计算法的概述。
实际上，针对16QAM的频偏估计可能需要更复杂的算法，具体取决于通信系统的特性和信道条件。
一些先进的算法可能使用最小二乘法（Least Squares Estimation）或其他优化方法进行频偏估计。
请注意，频偏估计是一个复杂的问题，其性能可能受到信噪比、信道衰落等多种因素的影响。
因此，在具体的通信系统中，可能需要根据实际情况对算法进行调整和优化。
频偏估计 数据辅助 硕论
频偏估计数据辅助硕论频偏估计是通信系统中的重要问题，尤其是在OFDM系统中。
由于天气、电磁波干扰、电路等各种因素的影响，OFDM信号的载波频率可能会发生一定的偏移，导致接收端无法准确接收到信号，因此需要对信号进行频偏估计和校正。
本文将从数据辅助的角度探讨OFDM系统中频偏估计的方法和技术。
OFDM系统中的数据辅助主要是指将一部分子载波用来传送参考信号序列，以便接收端进行频偏估计和校正。
这里介绍两种常用的数据辅助方法：基于导频符号的频偏估计和基于信道估计的频偏估计。
基于导频符号的频偏估计是指将一些已知的导频符号插入到信号中，并在接收端通过测量它们与理论值之间的差异来进行频偏估计和校正。
这种方法的优点是简单易用，经济高效，但缺点是需要额外的导频符号，占用了系统的带宽资源。
基于信道估计的频偏估计是指在信道估计的过程中顺便进行频偏估计和校正。
这种方法的优点是不需要额外的导频符号，不占用带宽资源，但需要有相应的信道估计技术支持。
一般来说，基于最小均方误差（MMSE）的信道估计方法可以实现较准确的频偏估计。
另外，近年来还出现了一种新的数据辅助方法——基于视觉感知的频偏估计。
这种方法利用了人类视觉系统对图像频率的敏感度，通过比较接收端和理论信号的频率域图像，来实现频偏估计和校正。
这种方法的优点是具有较高的估计精度，适用于一些对信号传输质量要求较高的场合。
综上所述，OFDM系统中的频偏估计是一个非常关键的问题。
常用的数据辅助方法包括基于导频符号的估计和基于信道估计的估计。
此外，还可以利用视觉感知的方法来实现频偏估计。
不同的方法各有优缺点，需要结合具体的场景进行选择和应用。