一種對qam信號進行非數據輔助的相位噪聲盲估計方法
【專利摘要】本發(fā)明一種對QAM信號進行非數據輔助的相位噪聲盲估計方法，提出一種基于改進的M次冪算法，矯正由于相位噪聲引起的頻率偏移和相位偏移，對于信號中含有的頻偏和相偏成分，不依賴其他任何的數據信息，采用冪估計算法，通過逐步校正估計誤差得到較為精確的輸出信息，對估計過程進行簡化，大大降低了計算復雜度；本發(fā)明在無需借助信噪比以及輔助數據信息的情況下，表現出良好的估計性能，為高速無線光通信QAM信號相位估計問題提供了一種簡單而有效的解決方案。
【專利說明】
一種對QAM信號進行非數據輔助的相位噪聲盲估計方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明屬于無線光通信領域，涉及高速無線光通信相位噪聲估計與補償問題，尤 其涉及一種對QAM信號進行非數據輔助的相位噪聲盲估計方法。
【背景技術】
[0002] 在可見光通信中，由于信道和噪聲分布復雜，基本的調制方式性能不夠理想，一些 高效的調制方式如QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度調制）一直備受關 注。
[0003] 任何數字信號調制的載波信號來說，其傳輸過程都有一定的載波頻段，因此，在發(fā) 送端，將數模轉換后的信號調制到一定的頻率上，通過傳播媒介到達信號接收端。信號接收 端解調時，首先對信號進行下變頻從而將接收信號從頻帶信號下調為基帶信號，而這一上 變頻和下變頻的過程就需要晶體振蕩器來實現。理論上，晶體振蕩器在發(fā)送端和接收端產 生相同的具有固定頻率的振蕩信號，然而實際上，收發(fā)端的晶體振蕩器并不完全匹配，又受 到周圍環(huán)境如溫度、濕度等條件的制約，導致在解調過程中產生頻率差，即在定時恢復后的 信號中仍存在載波頻率漂移。
[0004] 假設數據輔助的前導信息已知或增益已知，那么在高信噪比條件下，可以較容易 的估算接近理想值的相位偏移值。但是，額外的輔助數據需要占用頻譜資源，降低了系統(tǒng)傳 輸的有效性。
[0005] 非數據輔助同步的相偏估計方面研究主要包括快似然函數估計算法、冪估計算 法、直方圖算法等。其中文南犬"Feedback blind phase synchronization for QAM signals based on circular harmonic decomposition"中的似然估計算法的均方誤差接近理想 值，然而此算法沒有閉式解，因此計算量較大，難以進行實時處理。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種對QAM信號進行非數據輔助的相位噪聲盲估計方法， 簡化了估計過程，減少了運算量，既能保證相位估計有較高的估計精度，又有較好運算效 率。
[0007] 本發(fā)明一種對QAM信號進行非數據輔助的相位噪聲盲估計方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟1、信號解調系統(tǒng)接收的射頻信號經過匹配濾波、模數轉換、定時恢復的處理 后得到含有載波頻偏值t、相偏值Θ的接收信號r n，
[0009] 步驟2、將接收信號rn分為兩路進行計算，一路進行角度計算，并對其4倍值進行4f。 倍補償，歸一化頻偏fVT的范圍為[-1/8，1/8]，另外一路求得其幅值，然后進行合并計算；
[0010] 步驟3、對合并后的數據進行求和運算，并求得求和后的數據集合的最大值，并求 其角度值，得到此時估計的頻偏值；
[0011] 步驟4、利用該頻偏值對接收信號^進行補償，此時得到消除頻率偏移量的樣值信 號 rn' ；
[0012] 步驟5、根據步驟4所得的樣值信號rr/計算相偏值，即對/進行四次冪運算，并對 冪運算后的樣值之和進行求角度運算，得到初始的相偏粗估計值；
[0013] 步驟6、利用該相偏粗估計值對rr/進行補償，對初始補償后的信號進行八次冪運 算，并對冪運算后的樣值之和求角度運算，得到相偏細估計值；
[0014] 步驟7、利用該相偏細估計值對初始相位噪聲消除后的信號進行第三次補償，輸出 經過相位噪聲包括頻偏和相偏糾正后的信號。
[0015] 具體包括如下步驟：
[0016] 步驟1、信號解調系統(tǒng)接收的射頻信號經過匹配濾波、模數轉換、定時恢復的處理 后得到含有載波頻偏值fe、相偏值Θ的接收信號rn: /·" = + v,i: (1)
[0017] 式（1)中，dn為發(fā)送信號，fe為頻偏值，T為符號周期，j表示復信號的虛部，Vn為周期 復高斯平穩(wěn)噪聲，Θ為相偏值，η = 1，2,3，···，Ν，N表示接收信號樣值總數；
[0018]步驟2、利用四次冪估計算法，將定時恢復后的接收信號rn進行四倍補償，補償范 圍為[-1/8,1/8]，每步步長為Δ f，其中Δ f2彡18/(jt2N3SNR)，SNR表示信噪比，N表示樣值量：
[0019] 設經過相位的4次冪補償后的信號模型為：
[0020]
[0021]其中，fVTn的取值搜索范圍為[-1/8,1/8]，設每步步長為Δ f，根據步長和估計范 圍，計算步數M，/T = /4/\i = l，2,…，1，1表示Af所劃分的網格點數，利用克拉美羅界限制 此時估計的方差varf./;,') = Δ/2 /12則得到Δ f2彡18/(jt2N3SNR)，SNR表示信噪比，N表示接收 、1 J 信號樣值總數；
[0022]步驟3、然后對補償后信號求和：
[0023:
[0024]求得能使rs?最大的值的角度值，便是所需的頻偏值匕'；
[0025] 步驟4、利用該頻偏值對接收的原始信號rn進行初次相位fV補償，補償公式如式 ⑵所示，得到補償后的信號以：( 4 >
[0026] 步驟5、將消除頻偏后的信號進行四次冪并求其和，然后計算求和后的角度得到 載波相偏粗估計值：
[0027] Μ表不舉次，為4或8; >
[0028] 步驟6、利用步驟5得到的相偏粗估計值對頻偏補償后信號^進行第二次相位補 償，得到初始相位噪聲消除后的信號，然后進行八次冪并求其和，測量和運算后的角度值， 即為所求的相偏細估計值；
[0029] 步驟7、利用該相偏細估計值對初始相位噪聲消除后的信號進行第三次補償，輸出 經過相位噪聲包括頻偏和相偏糾正后的信號。
[0030] 本發(fā)明提出一種基于改進的Μ次冪算法，矯正由于相位噪聲引起的頻率偏移和相 位偏移，對于信號中含有的頻偏和相偏成分，不依賴其他任何的數據信息，采用冪估計算 法，通過逐步校正估計誤差得到較為精確的輸出信息，對估計過程進行簡化，大大降低了計 算復雜度;本發(fā)明在無需借助信噪比以及輔助數據信息的情況下，表現出良好的估計性能， 為高速無線光通信QAM信號相位估計問題提供了一種簡單而有效的解決方案。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為接收端數字調相信號解調示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明的流程示意圖。
[0033]以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳述。
【具體實施方式】
[0034] 對于QAM信號解調系統(tǒng)，接收的射頻信號經過匹配濾波、模數轉換以及定時恢復頻 偏補償等處理后得到含有載波相位噪聲的接收信號rn: _f vK ( 1 )
[0035] 式（1)中，dn為發(fā)送信號，fe為頻偏值，T為符號周期，^為周期復高斯平穩(wěn)噪聲，與 rn統(tǒng)計獨立，Θ為相偏值，η=1，2，···，Ν;式(1)中由于f e和Θ的存在，使得接收信號受到嚴重影 響，導致無法進行判決。為了消除fe和Θ的干擾，必須對這兩種參數進行估計，然后根據估計 值對信號進行補償，進而消除該影響。
[0036] QAM信號接收端解調情況如圖1所示，r(t)為發(fā)送信號，V(t)為噪聲，接收端經過相 干解調和下變頻后得到基帶信號，由于接收端硬件電路的時變特性，引起信號的相位抖動 等損害，導致相位誤差。因此要經過算法估計頻偏值和相偏值，以達到正確解調的目的。
[0037] 如圖2所示，本發(fā)明一種對QAM信號進行非數據輔助的相位噪聲盲估計方法，包括 如下步驟：
[0038]步驟1、信號解調系統(tǒng)接收的射頻信號經過匹配濾波、模數轉換、定時恢復的處理 后得到含有載波頻偏值fe、相偏值Θ的接收信號& (1)
[0039] 式（1)中，dn為發(fā)送信號，h為頻偏值，Τ為符號周期，j表示復信號的虛部，Vn為周期 復高斯平穩(wěn)噪聲，Θ為相偏值，η = 1，2,3，···，Ν，N表示接收信號樣值總數；
[0040] 步驟2、利用四次冪估計算法，將定時恢復后的接收信號rn進行四倍補償，補償范 圍為[-1/8,1/8]，每步步長為Δ f，其中Δ f2彡18/(jt2N3SNR)，SNR表示信噪比，N表示樣值量： [0041 ]設經過相位的4次冪補償后的信號模型為：
[0042]
[0043] 其中，fVTn的取值搜索范圍為[-1/8,1/8]，設每步步長為△ f，根據步長和估計范 圍，計算步數M，=雖' i = 1，2，…，I，I表示△ f所劃分的網格點數，利用克拉美羅界限制 f 此時估計的方差微(Λ卜Δ廣/12 1則得到λ f2< 18/(jt2N3SNR)，SNR表示信噪比，N表示接收 信號樣值總數；
[0044]步驟3、然后對補償后信號求和：
[0045]
[0046] 求得能使rsum最大的值的角度值，便是所需的頻偏值匕'；
[0047] 步驟4、利用該頻偏值對接收的原始信號rn進行初次相位fV補償，補償公式如式 ⑵所示，得到補償后的信號rj : + 1 (4 )；:
[0048] 步驟5、將消除頻偏后的信號進行四次冪并求其和，然后計算求和后的角度得到 載波相偏粗估計值：
[0049] Μ表不舉次，為4或8; ，：
[0050] 步驟6、利用步驟5得到的相偏粗估計值對頻偏補償后信號ΑΙ進行第二次相位補 償，得到初始相位噪聲消除后的信號，然后進行八次冪并求其和，測量和運算后的角度值， 即為所求的相偏細估計值；
[0051] 步驟7、利用該相偏細估計值對初始相位噪聲消除后的信號進行第三次補償，輸出 經過相位噪聲包括頻偏和相偏糾正后的信號。
[0052]以上所述，僅是本發(fā)明較佳實施例而已，并非對本發(fā)明的技術范圍作任何限制，故 凡是依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同變化與修飾，均仍屬 于本發(fā)明技術方案的范圍內。
【主權項】
1. 一種對QAM信號進行非數據輔助的相位噪聲盲估計方法，其特征在于包括如下步驟： 步驟1、信號解調系統(tǒng)接收的射頻信號經過匹配濾波、模數轉換、定時恢復的處理后得 到含有載波頻偏值匕、相偏值Θ的接收信號rn， 步驟2、將接收信號rn分為兩路進行計算，一路進行角度計算，并對其4倍值進行4f。倍補 償，歸一化頻偏fVT的范圍為[-1/8，1/8]，另外一路求得其幅值，然后進行合并計算； 步驟3、對合并后的數據進行求和運算，并求得求和后的數據集合的最大值，并求其角 度值，得到此時估計的頻偏值； 步驟4、利用該頻偏值對接收信號^進行補償，此時得到消除頻率偏移量的樣值信號rn ， 步驟5、根據步驟4所得的樣值信號rr/計算相偏值，即對rr/進行四次冪運算，并對冪運 算后的樣值之和進行求角度運算，得到初始的相偏粗估計值； 步驟6、利用該相偏粗估計值對rr/進行補償，對初始補償后的信號進行八次冪運算，并 對冪運算后的樣值之和求角度運算，得到相偏細估計值； 步驟7、利用該相偏細估計值對初始相位噪聲消除后的信號進行第三次補償，輸出經過 相位噪聲包括頻偏和相偏糾正后的信號。2. 根據權利要求1所述的一種對QAM信號進行非數據輔助的相位噪聲盲估計方法，其特 征在于具體包括如下步驟： 步驟1、信號解調系統(tǒng)接收的射頻信號經過匹配濾波、模數轉換、定時恢復的處理后得 到含有載波頻偏值fe、相偏值Θ的接收信號rn: ? = W + v" (I) 式（I)中，dn為發(fā)送信號，為頻偏值，T為符號周期，j表示復信號的虛部，vn為周期復高 斯平穩(wěn)噪聲，Θ為相偏值，n = 1，2，3，…，N，N表示接收信號樣值總數； 步驟2、利用四次冪估計算法，將定時恢復后的接收信號rn進行四倍補償，補償范圍為[_ 1/8,1/8]，每步步長為Δ f，其中Δ f2彡18/(jt2N3SNR)，SNR表示信噪比，N表示樣值量： 設經過相位的4次冪補償后的信號模型為：其中，fVTn的取值搜索范圍為[-1/8,1/8]，設每步步長為△ f，根據步長和估計范圍，計 算步數Μ，// = 〖Δ/ i = l，2,…，1，1表示Af所劃分的網格點數，利用克拉美羅界限制此時 .， 估計的方差j = 4廣/丨2則得到Δ f2彡18/(jt2N3SNR)，SNR表示信噪比，N表示接收信號 ，： 樣值總數； 步驟3、然后對補償后信號求和：求得能使rs?最大的值的角度值，便是所需的頻偏值f' e; 步驟4、利用該頻偏值對接收的原始信號rn進行初次相位fV補償，補償公式如式(2)所 示，得到補償后的信號沒：:(4> 步驟5、將消除頻偏后的信號Al進行四次冪并求其和，然后計算求和后的角度得到載波 相偏粗估計值：步驟6、利用步驟5得到的相偏粗估計值對頻偏補償后信號為I進行第二次相位補償，得 到初始相位噪聲消除后的信號，然后進行八次冪并求其和，測量和運算后的角度值，即為所 求的相偏細估計值； 步驟7、利用該相偏細估計值對初始相位噪聲消除后的信號進行第三次補償，輸出經過 相位噪聲包括頻偏和相偏糾正后的信號。
【文檔編號】H04L25/02GK105933265SQ201610197196
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】張士灝, 湯璇, 林邦姜, 李藝偉
【申請人】泉州裝備制造研究所