采用三点加权插值算法的通信信号载频估计方法

摘要

采用三点加权插值算法的通信信号载频估计方法属于无线通信技术的参数估计领域，其特征在于：它应用三点加权插值算法对信号的频谱进行分析，即利用信号频谱中的最高谱线和其左右两侧的次高谱线这三根谱线的信息来提高中心频率的估计精度；它可以用由状态机控制的简单数字电路来实现。三点加权插值算法应用于通信信号的载频估计时，结构简单，容易实现，相比其他频谱估计方法拥有更好的估计精度。

主权项

1.采用三点加权插值算法的通信信号载频估计方法，其特征在于依次含有以下步骤：步骤(1)按以下步骤提取输入的通信信号的频率特性：步骤(1.1)、通信信号经模/数转换后，与一个数字控制振荡器输出的两路相位相差π/2的单频信号相乘，形成I和Q两路信号，频率均为f_c-F_s-f_o，其中f_o为数字控制振荡器的本振频率，f_c为中频信号载频，F_s为模/数转换的采样频率；步骤(1.2)、对步骤(1.1)所述的两路信号依次经过载波恢复、抽取后，截取抽取后所得到的降低了采样速率的抽取信号的一段序列，按设定的窗函数进行加窗处理；步骤(1.3)、步骤(1.2)加窗处理后的序列作N点FFT，输出频率特性；步骤(2)按以下所述三点加权插值算法对步骤(1.3)输出的通信信号的频率特性作处理，得到其载频估计：步骤(2.1)、用一个状态机寄存步骤(1.3)所述的频谱中三个最高点的峰值P(A)、P(B)、P(C)以及和其对应的频率A、B、C，其中，P(B)＞P(A)、P(B)＞P(C)；步骤(2.2)、按所述状态机中设定的状态序列中相应的节拍进行三点加权插值算法：状态0：空闲状态，待有信号的输入，则在状态机的寄存器中寄存：A、B、C，以及AP、BP、CP，其中，令AP＝P(A)、BP＝P(B)、CP＝P(C)；状态1：节拍(1)：加法器组中两路加法器分别从所述状态机的寄存器输入信号组<BP、CP>和信号组<BP、AP>；节拍(2)：状态机用控制信号S1使所述加法器组中的加法器处于减法状态；节拍(3)：状态机用控制信号S2使累加器中的两路加法器处于加法状态；节拍(4)：由状态1转变为状态2；状态2：进行“BP-CP”以及“BP-AP”的操作：节拍(1)：所述加法器组中的两路加法器分别把“BP-CP”和“BP-AP”送往寄存器A1和寄存器B1；节拍(2)：所述加法器组中的两路加法器分别从状态机的寄存器转入信号组<B，A>和信号组<C，B>；节拍(3)：由状态2转变为状态3；状态3：进行log(BP-CP)、log(BP-AP)以及B-A、C-B的操作：节拍(1)：寄存器A1和寄存器B1分别把差值“BP-CP”以及差值“BP-AP”送往对数计算电路，得到输出log(BP-CP)和log(BP-AP)后送往寄存器A2和寄存器B2；节拍(2)：所述加法器组中的两路加法器分别把差值“B-A”和差值“C-B”送往寄存器A1和寄存器B1；节拍(3)：状态机用控制信号S1使加法器组中的两路加法器处于加法状态；节拍(4)：所述加法器组中的两路加法器分别从状态机的寄存器输入信号组<BP、AP>和<BP、CP>；节拍(5)：由状态3转变为状态4；状态4：进行log(B-A)、log(C-B)以及BP+AP、BP+CP的操作：节拍(1)：寄存器A2和寄存器B2分别把log(BP-CP)以及log(BP-AP)送往两路累加器中的加法器，所述两路加法器的另一个输入端分别与寄存器A3、寄存器B3的输出端相连，此时的输出均为0，该两路加法器分别把输出log(BP-CP)、log(BP-AP)送往寄存器A3和寄存器B3；节拍(2)：寄存器A1和寄存器B1分别把差值“B-A”和差值“C-B”送往所述对数计算电路，得到log(B-A)、log(C-B)后送往寄存器A2和寄存器B2；节拍(3)：所述加法器组中的两路加法器分别把和“BP+AP”以及和“BP+CP”送往寄存器A1和寄存器B1；节拍(4)：所述加法器组中的两路加法器分别从状态机的寄存器输入信号组<0、AP>和<0、CP>；节拍(5)：由状态4转变为状态5；状态5：进行求log(BP+AP)、log(CP+BP)以及log(E1)、log(E2)的操作：节拍(1)：寄存器A3和寄存器B3分别把log(BP-CP)以及log(BP-AP)送往指数计算电路，得到差值“BP-CP”以及差值“BP-AP”，分别送往寄存器A4和寄存器B4，相应的分别输出信号BP-CP和BP-AP；节拍(2)：寄存器A2和寄存器B2分别把log(B-A)和log(C-B)送往所述累加器中的两路加法器，分别和从寄存器A3输出的log(BP-CP)、寄存器B3输出的log(BP-AP)相加后，得到log(E1)＝log(BP-CP)+log(B-A)、log(E2)＝log(BP-AP)+log(C-B)；节拍(3)：寄存器A1和寄存器B1分别把和“BP+AP”以及和“BP+CP”送往所述对数计算电路，得到log(BP+AP)、log(BP+CP)后，分别送往寄存器A2和寄存器B2；节拍(4)：状态机用控制信号S1使加法器组中的两路加法器处于减法状态；节拍(5)：所述加法器组中的两路加法器分别从状态机的寄存器输入信号组<B、A>和<C、B>；节拍(6)：状态机用控制信号S2使累加器中的两路加法器处于减法状态；节拍(7)：由状态5转变为状态6；状态6：进行求E1、E2、log[E1/(BP+AP)]、log[E2/(CP+BP)]、log(AP)、log(CP)、B-A、C-B的操作：节拍(1)：寄存器A3和寄存器B3分别把log(E1)以及log(E2)送往指数计算电路，得到E1以及E2，分别送往寄存器A4和寄存器B4，并输出E1、E2；节拍(2)：寄存器A2和寄存器B2分别把log(BP+AP)和log(BP+CP)送往所述累加器中的两路加法器，分别和从寄存器A3输出的log(E1)、寄存器B3输出的log(E2)相加后，得到log[E1/(BP+AP)]、log[E2/(CP+BP)]、再送往寄存器A3和寄存器B3；节拍(3)：寄存器A1和寄存器B1分别把和“AP”以及和“CP”送往所述对数计算电路，得到log(AP)、log(CP)后，分别送往寄存器A2和寄存器B2；节拍(4)：所述加法器组中的两路加法器分别把差值“B-A”、差值“C-B”送往寄存器A1和寄存器B1后，再从寄存器A4和寄存器B4中输入信号组<E1、E2>；节拍(5)：状态机分别通过控制信号S1使加法器组中的两个加法器、控制信号S2使累加器中的两路加法器都处于加法状态；节拍(6)：由状态6转变为状态7；状态7：进行求E1/(BP+AP)、E2/(CP+BP)、log[AP*E1/(AP+BP)]、log[E2*CP/(CP+BP)]、log(B-A)、log(C-B)、E1+E2的操作：节拍(1)：寄存器A3和寄存器B3分别把log[E1/(BP+AP)]以及log[E2/(BP+CP)]送往指数计算电路，得到E1/(BP+AP)以及E2/(BP+CP)，分别送往寄存器A4和寄存器B4，再输出；节拍(2)：寄存器A2和寄存器B2分别把log(AP)和log(CP)送往所述累加器中的两路加法器，分别和从寄存器A3输出的log[E1/(BP+AP)]、寄存器B3输出的log[E2/(BP+CP)]相加后，把得到的和log[AP*E1/(AP+BP)]、log[CP*E2/(CP+BP)]分别送入寄存器A3和寄存器B3；节拍(3)：寄存器A1和寄存器B1分别把和“B-A”以及和“C-B”送往所述对数计算电路，得到log(B-A)、log(C-B)后，分别送往寄存器A2和寄存器B2；节拍(4)：所述加法器组中的两路加法器分别把各自得到的和“E1+E2”送往寄存器A1和寄存器B1；节拍(5)：由状态7转变为状态8；状态8：进行求AP*E1/(BP+AP)、CP*E2/(CP+BP)、log[AP*E1*(B-A)/(AP+BP)]、log[CP*E2*(C-B)/(CP+BP)]、log(E1+E2)的操作：节拍(1)：寄存器A3和寄存器B3分别把log[AP*E1/(AP+BP)]以及log[CP*E2/(CP+BP)]送往指数计算电路，得到AP*E1/(AP+BP)以及CP*E2/(CP+BP)，分别送往寄存器A4和寄存器B4，并输出；节拍(2)：寄存器A2和寄存器B2分别把log(B-A)和log(C-B)送往所述累加器中的两路加法器，分别和从寄存器A3输出的log[AP*E1/(AP+BP)]、寄存器B3输出的log[CP*E2/(CP+BP)]相加后，得到log[AP*E1*(B-A)/(AP+BP)]、log[CP*E2*(C-B)/(AP+BP)]、再送往寄存器A3和寄存器B3；节拍(3)：寄存器A1和寄存器B1分别把和E1+E2送往所述对数计算电路，得到log(E1+E2)后，分别送往寄存器A2和寄存器B2；节拍(4)：状态机分别通过控制信号S2使累加器中的两路加法器都处于减法状态；节拍(5)：由状态8转变为状态9；状态9：进行求AP*E1*(B-A)/(BP+AP)、CP*E2*(C-B)/(CP+BP)、log[WL₁]、log[WL₂]的操作：节拍(1)：寄存器A3和寄存器B3分别把log[AP*E1*(B-A)/(AP+BP)]以及log[CP*E2*(C-B)/(CP+BP)]送往指数计算电路，得到AP*E1*(B-A)/(AP+BP)以及CP*E2*(C-B)/CP+BP)，分别送往寄存器A4和寄存器B4，并输出；节拍(2)：寄存器A2和寄存器B2把log(E1+E2)送往所述累加器中的两路加法器，分别和从寄存器A3输出的log[AP*E1*(B-A)/(AP+BP)]、寄存器B3输出的log[CP*E2*(C-B)/(CP+BP)]相减后，得到log(WL₁)、log(WL₂)、其中再送往寄存器A3和寄存器B3；节拍(5)：由状态9转变为状态10；状态10：寄存器A3和寄存器B3分别把log(WL₁)以及log(WL₂)送往指数计算电路，得到WL₁以及WL₂，分别送往寄存器A4和寄存器B4，并输出；步骤(2.3)：寄存器A4和寄存器B4共同把各自的输出信号WL₁、WL₂送往一个减法器，求出ΔL＝WL₂-WL₁；步骤(2.4)：运算电路按下式计算频率估计值Δf：Δf＝(B+ΔL)f_s/N其中，N为FFT采样点数，f_s为采样频率，均为固定值。