【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及無線通信的信道測(cè)量，具體是一種基于信號(hào)空間譜估計(jì)的載波頻偏估計(jì)方法。
技術(shù)介紹
1、隨著智能設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)的快速普及，wi-fi信號(hào)已經(jīng)成為了一種廣泛存在的無線通信方式，伴隨時(shí)間的推移，wi-fi感知技術(shù)迅速發(fā)展，并在各個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。wi-fi感知通常需要對(duì)wi-fi信號(hào)進(jìn)行分析，然而，由于cfo的存在，信號(hào)相位不能反應(yīng)環(huán)境的實(shí)際情況，這會(huì)影響wi-fi感知的準(zhǔn)確性。cfo是由于信號(hào)傳輸過程中的時(shí)鐘不精確導(dǎo)致的頻率偏差，wi-fi感知需要準(zhǔn)確地估計(jì)cfo，以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的精準(zhǔn)感知和分析。從上述可知，cfo的準(zhǔn)確估計(jì)對(duì)wi-fi感知的性能至關(guān)重要。
2、現(xiàn)有的cfo估計(jì)方法主要分為以下幾類，如：基于導(dǎo)頻符號(hào)的方法，這種方法利用ofdm系統(tǒng)中已知位置的導(dǎo)頻符號(hào)進(jìn)行cfo估計(jì)，通過導(dǎo)頻符號(hào)的頻偏變化來推斷信號(hào)的cfo；基于最小二乘法的方式，通過最小化接收信號(hào)與參考信號(hào)之間的均方誤差，來估計(jì)信號(hào)的cfo；基于循環(huán)譜分析的方法，利用接收信號(hào)的循環(huán)譜特性來估計(jì)cfo，通過循環(huán)譜分析提取信號(hào)的頻率信息，從而估計(jì)出cfo。
3、上述方法都具有一定的缺陷，如：基于導(dǎo)頻符號(hào)的方法，對(duì)導(dǎo)頻符號(hào)的位置和特性要求較高，對(duì)信號(hào)中的頻偏變化較敏感，且可能受到多徑信道等因素的影響；對(duì)于高噪聲和多徑信道環(huán)境，最小二乘法的性能可能會(huì)下降，同時(shí)該方法需要較高計(jì)算復(fù)雜度和較長(zhǎng)的觀測(cè)窗口；循環(huán)譜分析的計(jì)算復(fù)雜度較高，經(jīng)常會(huì)面臨性能下降的困擾。
4、信號(hào)空間譜估計(jì)算法(spatial?spectrum?estim
5、常用的信號(hào)空間譜估計(jì)算法有以下幾種：基于協(xié)方差矩陣的方法，通過接收到的信號(hào)的協(xié)方差矩陣來估計(jì)信號(hào)源的功率分布，包括最大似然估計(jì)、最小均方誤差估計(jì)和最小二乘估計(jì)；基于子空間分解的方法，借助信號(hào)子空間和噪聲子空間的特性來估計(jì)信號(hào)源的功率分布，包括music算法(multiple?signal?classification)、esprit算法(estimation?of?signal?parameters?via?rotational?invariance?techniques)和root-music算法；基于陣列處理的方法，利用陣列接收器的特性來估計(jì)信號(hào)源的功率分布，包括波束形成(beamforming)算法和空間濾波(spatial?filtering)算法。信號(hào)空間譜估計(jì)算法能夠有效地提取出信號(hào)源的空間信息，對(duì)于無線通信系統(tǒng)中的信號(hào)定位、波束形成、多路徑干擾抑制等問題具有重要意義。
6、music算法是一種利用陣列信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)高分辨率譜估計(jì)的方法，用于推斷多個(gè)信號(hào)的方向和頻率信息。該算法基于接收信號(hào)與陣列的空間譜響應(yīng)之間的關(guān)系來確定信號(hào)的入射方向，通過分解信號(hào)子空間和噪聲子空間來實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)信號(hào)方向的估計(jì)。music算法具有高分辨率的方向估計(jì)能力，即使在低信噪比的情況下也能表現(xiàn)出色。然而，music算法存在一些限制。其中一個(gè)限制來自計(jì)算協(xié)方差矩陣的特征值分解，這需要較多的計(jì)算資源，尤其是對(duì)于大規(guī)模陣列或高維信號(hào)空間而言，計(jì)算復(fù)雜度會(huì)顯著增加。針對(duì)上述情況，設(shè)計(jì)一種從上層的csi測(cè)量出發(fā)，通過改進(jìn)經(jīng)典信號(hào)空間譜估計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)一種高性能、高精確度的cfo快速估計(jì)方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于信號(hào)空間譜估計(jì)的載波頻偏估計(jì)方法，本專利技術(shù)首先構(gòu)建按照給定的時(shí)間間隔發(fā)送的相鄰wi-fi幀相位差序列；由相鄰wi-fi幀相位差序列得到測(cè)量協(xié)方差矩陣rdata，并對(duì)rdata進(jìn)行特征值分解，獲取特征值和特征向量矩陣；將特征向量矩陣分解為噪聲子空間和信號(hào)子空間；對(duì)信號(hào)子空間做傅里葉變換，得到信號(hào)空間譜的粗估計(jì)；在粗估計(jì)的基礎(chǔ)，通過music算法得到準(zhǔn)確的cfo估計(jì)。
2、本專利技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種基于信號(hào)空間譜估計(jì)的載波頻偏估計(jì)方法，所述方法包括以下步驟：
3、s1、tx端按照給定的時(shí)間間隔發(fā)送wi-fi幀，相鄰幀的發(fā)送間隔由自定義函數(shù)ω(n)確定，n表示wi-fi幀序號(hào)，rx端已知該函數(shù)形態(tài)，rx端硬件收到tx端發(fā)送的wi-fi幀后，測(cè)量各幀的csi，獲得各幀中csi的相位數(shù)據(jù)。
4、s2、計(jì)算相鄰幀的相位差序列
5、s3、計(jì)算相位差序列的協(xié)方差矩陣rdata，對(duì)rdata進(jìn)行特征值分解，得到k個(gè)特征值vk及其對(duì)應(yīng)的k個(gè)特征向量，依據(jù)特征向量所對(duì)應(yīng)的特征值大小，對(duì)特征向量進(jìn)行降序排序，構(gòu)成特征向量矩陣e＝[e1,e2,...,ek]。
6、s4、對(duì)vk進(jìn)行aic估計(jì)，利用赤池信息量準(zhǔn)則處理特征值，確定有效信號(hào)數(shù)量ns。
7、s5、取特征向量矩陣e的k-ns個(gè)特征向量，構(gòu)成噪聲子空間en，其余特征向量構(gòu)成信號(hào)子空間es，如下所示：
8、
9、對(duì)en進(jìn)行共軛轉(zhuǎn)置，得到噪聲子空間的協(xié)方差矩陣rn。
10、s6、對(duì)信號(hào)子空間es的每一列做傅里葉變換，得到每一列的頻譜hi(i＝1,2,...,ns)，將每一列的頻譜hi(i＝1,2,...,ns)取模后，再對(duì)每一行進(jìn)行累加，得到ε。在ε上搜索峰值響應(yīng)，并獲取峰值響應(yīng)最大點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率fpeak，得到cfo粗估計(jì)結(jié)果，即頻譜峰值所對(duì)應(yīng)的頻率值為cfo估計(jì)值。
11、s7、以cfo粗估計(jì)值為中心、300hz為半徑，作為進(jìn)一步執(zhí)行細(xì)粒度搜索的范圍，在細(xì)粒度搜索范圍內(nèi)使用music算法對(duì)協(xié)方差矩陣rn進(jìn)行超分辨率估計(jì)，得到細(xì)粒度cfo估計(jì)值。為music算法預(yù)留和構(gòu)建信號(hào)子空間，該信號(hào)子空間表示接收信號(hào)中的信號(hào)源部分；將構(gòu)建的信號(hào)子空間用于cfo估計(jì)，通過分析信號(hào)子空間中的特征和頻譜信息來估計(jì)載波頻偏；使用music算法的相關(guān)步驟和技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)載波頻偏的準(zhǔn)確估計(jì)。
12、所述步驟s1中，自定義函數(shù)ω(n)＝a+qn-1，使wi-fi幀發(fā)送間隔為等比數(shù)列。
13、所述步驟s2中，計(jì)算相鄰幀的相位差序列公式如下所示：
14、
15、所述步驟s3中，計(jì)算相位差序列的協(xié)方差矩陣rdata＝δθ×δθh，其中δθh為δθ的共軛轉(zhuǎn)置矩陣。
16、本專利技術(shù)的有益效果是：
17、1、本專利技術(shù)通過tx端非均勻發(fā)送間隔，即wi-fi幀發(fā)送間隔為等比數(shù)列，克服了相位模糊的問題。
18、2、本專利技術(shù)將信號(hào)空間譜用于cfo估計(jì)，采用高效算法和優(yōu)化的矩陣計(jì)算，該方法優(yōu)化計(jì)算復(fù)雜度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)cfo的快速、準(zhǔn)確估計(jì)。
19、3、本專利技術(shù)的方法適應(yīng)各種信道條件和信號(hào)場(chǎng)景，即使在具有挑戰(zhàn)性的無線通信環(huán)境中，也能提供可靠的載波頻偏估計(jì)；可本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于信號(hào)空間譜估計(jì)的載波頻偏估計(jì)方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信號(hào)空間譜估計(jì)的載波頻偏估計(jì)方法，其特征在于：所述步驟S1中，自定義函數(shù)Ω(n)＝a+qn-1，使Wi-Fi幀發(fā)送間隔為等比數(shù)列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信號(hào)空間譜估計(jì)的載波頻偏估計(jì)方法，其特征在于：所述步驟S2中，計(jì)算相鄰幀的相位差序列公式如下所示：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信號(hào)空間譜估計(jì)的載波頻偏估計(jì)方法，其特征在于：所述步驟S3中，計(jì)算相位差序列的協(xié)方差矩陣Rdata＝ΔΘ×ΔΘH，其中ΔΘH為ΔΘ的共軛轉(zhuǎn)置矩陣。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于信號(hào)空間譜估計(jì)的載波頻偏估計(jì)方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信號(hào)空間譜估計(jì)的載波頻偏估計(jì)方法，其特征在于：所述步驟s1中，自定義函數(shù)ω(n)＝a+qn-1，使wi-fi幀發(fā)送間隔為等比數(shù)列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蔣志平，李瑞，段渝，楊蘭琪，張岱陽，李星睿，李云東，王凱瑜，皇甫丙祥，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西安電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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