數字通信中載波頻偏盲估計的一種新算法

作者：高支峰劉粉山信息來源:電子技術應用 2006-5-6

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摘要：給出了一種適用于MPSK、MQAM和MPAM解調的非數據輔助（NDA）載波頻偏估計算法，利用自相關函數提取載波頻偏信息，該方法具有速度快、頻偏估計范圍大的優點。計算機仿真結構表明了估計范圍可以達到±。關鍵詞：數字通信非數據輔助載波頻偏估計載波同步許多通信系統都要求快速恢復載波。在數據輔助的頻偏估計算法...

摘要：給出了一種適用于MPSK、MQAM和MPAM解調的非數據輔助（NDA）載波頻偏估計算法，利用自相關函數提取載波頻偏信息，該方法具有速度快、頻偏估計范圍大的優點。計算機仿真結構表明了估計范圍可以達到±80%的符號速率。

關鍵詞：數字通信非數據輔助載波頻偏估計載波同步

許多通信系統都要求快速恢復載波。在數據輔助的頻偏估計算法中，利用已知的訓練序列，可快速估計載波頻偏。而在非數據輔助（NDA）的頻偏估計算法中，由于不使用訓練序列，在波特率采樣輸出的情況下，必須消除發送數據的相位信息。如文獻中，使用了M次方的非線性運算。該方法必須知道發送數據的調制類型，同時對于MQAM調制，M次方的運算也不能完全消除發送數據的相位信息。

基于上述問題，文本提出了一種不需要知道發送數據的調制類型（MQPSK QMAM MPAM），也無需進行符號定時恢復的載波頻偏估計NDA算法。該算法對輸入數據進行兩倍的波特率的采樣，利用相鄰樣點之間的相關信息估計載波的頻偏。

1 載波頻偏估計算法

數字通信接收機中，經過匹配濾波后，接收的信號可以表示為：

式中，sk為發送的復數據信號序列，Δf為載波頻偏，T為符號周期，n(t)為零均值復高斯噪聲，N0單邊帶功率譜密度，g(t)為整個信道的沖擊相應，τ為接收延時。

如果采樣周期為T/2，則一個符號采2個樣點，兩個樣點之間不獨立的，而是存在著一定的相關性，其中包含了頻偏的信息。經過T/2采樣后的接收信號為：

則：R=E[r*(n)r(n+1)]

由(2)式可以看出，由于一個符號采樣2個樣點后，R≠0，故：

Δf=[angle(R)]/πT (3)

因為存在噪聲等因素，（3）式估計的頻偏在均值附近波動，需要對其濾波，以提高估計性能。

文獻給出了一種基于最大似然估計的加平滑函數的濾波器系數。為了減少計算量，本文采用簡單的均值濾波。設第k次估計的頻偏為Δfk，則：

2 算法的性能分析與仿真結果

從算法的推導過程可以看出，有二個因素影響估計的結果，即信噪比的大小和估計頻偏時所用的符號個數。而符號定時偏差和調制類型對估計影響不大。從（2）、（3）式可以看出，該算法的理論頻偏估算范圍為[-1/T，1/T]，估計范圍很大。

為了驗證本算法的性能，采用QPSK和16QAM兩種調制方式，估計頻偏的符號個數取N=100和N=200，在Eb/N0為3DB、6DB、10DB，符號定時偏差為（1/4）T時，利用matlab分別進行1000次仿真實驗，其QPSK和16QAM的頻偏估計方差如圖1至圖4所示，X軸為歸一化的頻偏ΔfT，Y軸為估計方差var(ΔfT)。

從仿真結果可以看出，該方法對符號定時偏差和調制類型不敏感，這對于具有自動調制類型識別功能的接收機尤為重要。該算法可以在符號定時恢復前進行，對于一些對頻偏比較敏感的定時恢復算法，可以提高其定時恢復性能。