一種壓縮采樣下的載波頻率偏移精確估計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于壓縮感知技術(shù)的載波頻率偏移(CFO，Carrier Frequency Offset)的精確估計方法，包括：a)壓縮采樣信號，b)重構(gòu)CFO粗估計度量，c)找CFO粗估計度量的最大幅度值，d)構(gòu)造CFO的精確估計度量，e)搜索CFO精確估計值。通過本發(fā)明方案，可完成基于CFO估計的壓縮采樣，從而降低了CFO估計所需的采樣速率、降低了CFO估計對采樣器件的要求；同時，本發(fā)明方案能完成壓縮采樣下CFO的精確估計，有效的提高基于壓縮感知的CFO估計的精度。
【專利說明】一種壓縮采樣下的載波頻率偏移精確估計方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)中的載波頻率同步技術(shù)，特別是指一種利用壓縮感知技術(shù)進(jìn) 行載波頻率偏移精確估計的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在通信系統(tǒng)中，載波頻率偏移（CFO, Carrier Frequency Offset)會嚴(yán)重的降低通 信系統(tǒng)的誤碼率、系統(tǒng)容量、中斷概率等性能。為降低CF0對通信系統(tǒng)性能的影響，需要對 CF0進(jìn)行精確的估計與補償。
[0003] 同時，近年來出現(xiàn)的壓縮感知理論指出，只要信號是可壓縮的或在某個變換域是 稀疏的，便可以采用壓縮感知技術(shù)以遠(yuǎn)小于奈奎斯特采樣速率進(jìn)行采樣而不損失信號信 息。在眾多的CF0估計方法中（如最大似然CF0估計），估計度量通常是近似稀疏的（只有 少數(shù)估計度量的幅度值較大）。從而，可利用壓縮感知方法進(jìn)行CF0估計，以降低CF0估計 所需的采樣速率、降低對采樣器件的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] (一）要解決的技術(shù)問題
[0005] 根據(jù)上述描述，我們可以利用壓縮感知技術(shù)進(jìn)行CF0估計。CF0由晶振的不穩(wěn)定性 和收發(fā)信機之間的相對運動引起。然而，現(xiàn)有的技術(shù)只能在壓縮采樣后估計出粗略的多普 勒頻移（收發(fā)信機之間的相對運動引起）。為能更好的提高基于壓縮感知的CF0估計的精 度，本發(fā)明提出一種壓縮采樣后的CF0的精確估計方法。
[0006] (二）技術(shù)方案
[0007] 本發(fā)明提供的一種基于壓縮感知的CF0的精確估計方法，以提高壓縮采樣后的 CF0估計的精度，其包括如下步驟：
[0008] a)進(jìn)行基于CF0粗估計的壓縮采樣，獲取壓縮接收信號；
[0009] b)根據(jù)步驟a)獲得的壓縮接收信號，重構(gòu)CF0粗估計的粗估計度量；
[0010] c)在CF0粗估計的粗估計度量中，找到最大幅度值對應(yīng)的頻率值作為CF0粗估計 的粗估計值；
[0011] d)根據(jù)CF0粗估計的粗估計度量構(gòu)造 CF0精確估計的精確估計度量；
[0012] e)在CF0粗估計的粗估計值附近搜索最大幅度值對應(yīng)的頻率值作為CF0精確估計 的精確估計值。
[0013] 進(jìn)一步的，所述的步驟a)包括：
[0014] al)構(gòu)造基于CF0粗估計的感知矩陣；a2)利用構(gòu)造的基于CF0粗估計的感知矩陣 進(jìn)行基于AIC(Analog to Information Converter，模擬信息轉(zhuǎn)換器）結(jié)構(gòu)的壓縮采樣，獲 得長度為Μ的壓縮接收信號。
[0015] 所述感知矩陣不同于傳統(tǒng)的感知矩陣，需要根據(jù)CF0粗估計的估計量是稀疏的情 況進(jìn)行設(shè)計；所述的AIC結(jié)構(gòu)是將在Nyquist采樣下需要采樣點數(shù)進(jìn)行壓縮。
[0016] 進(jìn)一步的，所述的步驟al)包括：
[0017] all)構(gòu)造頻偏嘗試矩陣Γ為
[0018]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于壓縮感知技術(shù)的載波頻率偏移（CFO,CarrierFrequencyOffset)的精確 估計方法，其步驟如下： a) 進(jìn)行基于CFO粗估計的壓縮采樣，獲取壓縮接收信號； b) 根據(jù)步驟a)獲得的壓縮接收信號，重構(gòu)CFO粗估計的粗估計度量； c) 在CFO粗估計的粗估計度量中，找到最大幅度值對應(yīng)的頻率值作為CFO粗估計的粗 估計值； d) 根據(jù)CFO粗估計的粗估計度量構(gòu)造CFO精確估計的精確估計度量； e) 在CFO粗估計的粗估計值附近搜索所述CFO精確估計的精確估計度量中的最大幅度 值對應(yīng)的頻率值作為CFO精確估計的精確估計值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓縮感知技術(shù)的載波頻率偏移的精確估計方法，其 特征在于：所述的步驟a)進(jìn)一步包括： al)構(gòu)造基于CFO粗估計的感知矩陣； a2)利用構(gòu)造的基于CFO粗估計的感知矩陣進(jìn)行基于AIC(AnalogtoInformation Converter，模擬信息轉(zhuǎn)換器）結(jié)構(gòu)的壓縮采樣，獲得長度為M的壓縮接收信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于壓縮感知技術(shù)的載波頻率偏移的精確估計方法，其 特征在于：該方法步驟al)進(jìn)一步包括： all)構(gòu)誥頗偏嘗試矩陳r為：
其中，N為Nyquist采樣時的采樣點個數(shù)，Ts為采用Nyquist采樣時的采樣時間間隔，P為CFO粗估計時的頻率偏移嘗試取值的個數(shù)，
為CFO粗估計時的頻率偏移 嘗試取值； al2)構(gòu)造MXP的觀測矩陣O，其中M根據(jù)實際工程經(jīng)驗設(shè)定，滿足：M□N彡P(guān);al3)構(gòu)造MXN的感知矩陣?為
，上標(biāo)"T"表示取轉(zhuǎn)置操作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于壓縮感知技術(shù)的載波頻率偏移的精確估計方法，其 特征在于：all)所述的頻率偏移嘗試取值的構(gòu)造方法為： alll)根據(jù)最大多普勒頻移與晶振最大可能偏移設(shè)定載波頻率偏移的最大值A(chǔ)fmax;all2)根據(jù)公式
1計算頻率偏移嘗試取值， 其中△ 為CFO粗估計時的頻率搜索步長，取為
。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓縮感知技術(shù)的載波頻率偏移的精確估計方法，其 特征在于：該方法步驟b)進(jìn)一步包括： bl)根據(jù)工程經(jīng)驗設(shè)定稀疏等級K，讀取壓縮接收信號r、觀測矩陣O和感知矩陣? ; b2)利用重構(gòu)算法，重構(gòu)出長度為P的CFO粗估計的粗估計度量W，表示為

〇
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓縮感知技術(shù)的載波頻率偏移的精確估計方法，其 特征在于：該方法步驟c)進(jìn)一步包括： cl)搜索CFO的粗估計度量
中元素的幅度最大值的位置Pmax， 即
c2)取頻率集合
中第Amx個元素作為CFO粗估計的粗估計值 4/coarse，即
。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓縮感知技術(shù)的載波頻率偏移的精確估計方法，其 特征在于：所述的步驟d)進(jìn)一步包括： dl)設(shè)置CFO精確估計需要搜索的頻率范圍，并在所述頻率范圍內(nèi)構(gòu)造元素個數(shù)為Q的 頻率點集合
； d2)根據(jù)頻率點集合
，構(gòu)造CFO精確估計頻偏嘗試矩陣f為：
其中，
，上標(biāo)"T"表示取轉(zhuǎn)置操作； d3)構(gòu)造有Q個元素的CFO精確估計的精確估計度量集合
，其中p表示對頻偏嘗試矩陣r取 Moore-Penrose偽逆操作。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于壓縮感知技術(shù)的載波頻率偏移的精確估計方法，其 特征在于：所述的步驟dl)進(jìn)一步包括： dll)根據(jù)工程需求設(shè)定CFO精確估計的偏移界（（（>0)，通常情況下，取（為CFO的粗估計時的搜索步長Afstejp ; dl2)根據(jù)公式I
Q計算各頻率點的取值， 形成頻率點集合
。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓縮感知技術(shù)的載波頻率偏移的精確估計方法，其 特征在于：所述的步驟e)進(jìn)一步包括： el)對CFO精確估計的精確估計度量集合
中 的元素取模運算，得集合<
; e2)搜索集合
中最大值對應(yīng)的頻率，該頻 率即為CFO精確估計的精確估計值A(chǔ)/fine，也即是
〇
【文檔編號】H04L25/02GK104243134SQ201410495464
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】卿朝進(jìn), 張岷濤, 彭宏, 董秀成, 魏金成 申請人:西華大學(xué)