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一种多普勒频移补偿技术的实时短波信号传输方法及系统

申请号 CN202311831961.2 申请日 2023-12-28 公开(公告)号 CN117955785A 公开(公告)日 2024-04-30
申请人 中国电波传播研究所(中国电子科技集团公司第二十二研究所); 中国人民解放军73676部队; 发明人 何国金; 刘亚南; 吴斌; 朱传伙; 金培进;
摘要 一种多普勒频移补偿技术的实时短波 信号 传输方法,包括如下步骤:步骤1,接收短波信号并进行预处理:步骤2,检测多普勒频移:步骤3,进行频偏补偿:步骤4,解调与解码。本 发明 所公开的方法,通过对短波信号频偏的实时补偿,可以使信号恢复至原始频带,提高了短波通信的可靠性和传输效率。此外,本发明所提供的方法还具有实施简单、实时性高等优点,在实际应用中具有广泛的推广和应用前景。
权利要求

1.一种多普勒频移补偿技术的实时短波信号传输方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1,接收短波信号并进行预处理:
收集一定数量的无线通信信号,进行预处理;对信号进行分析建立多径信道模型;对信道进行预测和优化;
步骤2,检测多普勒频移:
估计多径信道的延迟和幅度;对接收信号进行信号校正,消除多普勒频移和相位偏移;
步骤3,进行频偏补偿:
对天波干扰数据进行预处理,提取特征;采用主成分分析、信息增益方法来选取特征;
根据选定的特征来构建分类器模型;使用处理好的数据集进行模型的训练和测试;
步骤4,解调与解码:
对天波干扰进行分类,确定抑制策略;干扰抑制策略选择;自适应控制方法设计;训练模型控制抑制器中的参数或权值。
2.根据权利要求1所述多普勒频移补偿技术的实时短波信号传输方法,其特征在于,步骤1具体包括如下步骤:
步骤11,接收短波信号:
接收短波信号的天线是单频段的或多频段的,使用可调谐滤波器和前置放大器进行信号预处理;
步骤12,信号采样和滤波处理:
接收到的短波信号是连续时间的模拟信号,通过采样和量化将其转换为离散时间的数字信号,再进行滤波处理;
步骤13,DSP芯片实时计算和处理、FPGA运算加速
3.根据权利要求1所述多普勒频移补偿技术的实时短波信号传输方法,其特征在于,步骤2具体包括如下步骤:
步骤21,频域方法进行多普勒频移检测:
当发射信号中的目标物体相对于雷达或通信设备运动时,信号的频率变化表示为:
上式中,f_D为多普勒频移大小,v为目标物体的运动速度,λ为发射信号的波长,θ为目标物体的运动与发射信号的方向夹
通过多普勒频移检测得到信号的多普勒频偏估计结果,包括频偏大小、频偏方向和频率漂移率;
频偏大小通过如下公式计算:
上式中,f为频偏大小,Δf为接收信号的频率偏移,fc为信号的中心频率;
频偏方向根据多普勒频移的正负来判断,如果多普勒频移为正,表示目标物体远离雷达或通信设备,频偏方向为正;如果多普勒频移为负,表示目标物体靠近雷达或通信设备,频偏方向为负;
频率漂移率用数学公式表示为:
上式中,是频率漂移率,T是时间窗口的长度, 是接收信号在时间窗口内的频率变化率;
步骤22,时间域方法进行多普勒频移检测:
相位差估计法:
扫频法:
上式中,f_d表示多普勒频偏,phi表示相位差,Δt表示时间差,Δf表示频率差,B表示扫频信号的带宽;
步骤23,多普勒频移参数估计。
4.根据权利要求1所述多普勒频移补偿技术的实时短波信号传输方法,其特征在于,步骤3具体包括如下步骤:
步骤31,频偏补偿方法:
频偏补偿是指根据获得的频偏信息,对接收到的基带信号进行实时调整,使其恢复到原始信号的频率特性;
频偏补偿方法包括频率补偿法、相位补偿法和时钟补偿法;
步骤32,频偏补偿算法
频偏补偿算法包括FDFE算法、PLL算法和CFO算法;
FDFE算法通过对接收到的信号进行频谱分析,估计信号的频偏信息,并通过改变接收信号的频率来进行补偿,其频偏估计结果表示为:
上式中,X[n]和Y[n]分别表示接收信号的频谱和参考信号的频谱,N表示信号的样本点数;
PLL算法通过对接收到的信号进行相位估计和追踪,实现对频偏的补偿,其频偏估计结果表示为:
上式中,X[n]和Y[n]分别表示接收信号的正交分量,N表示信号的样本点数,T_s表示信号的采样间隔;
CFO算法通过推测接收信号的频偏和频率漂移率,对信号进行相位和频率调整,其频偏估计结果表示为:
上式中,X[n]和Y[n]分别表示接收信号的正交分量,N表示信号的样本点数,T_s表示信号的采样间隔;
步骤33,频偏补偿应用:
在无线通信系统中,频偏补偿用于对接收信号进行解调和解码,在雷达系统中,频偏补偿用于对回波信号进行解析和定位
5.根据权利要求1所述多普勒频移补偿技术的实时短波信号传输方法,其特征在于,步骤4具体包括如下步骤:
步骤41,解调处理:
解调是指将调制信号还原为原始信息信号的过程,包括相干解调和非相干解调;相干解调是指利用接收端已知的调制方式和相位信息来解调调制信号;非相干解调是指不需要精确的调制和相位信息就能够对调制信号进行解调;
步骤42,解码处理:
解码是指将已解调的信号转换为原始信息的过程,通过协议定义的编码方式进行处理。
6.一种多普勒频移补偿技术的实时短波信号传输系统,适用于权利要求1所述的方法,其特征在于:包括预处理单元,用于收集一定数量的无线通信信号,进行预处理、对信号进行分析建立多径信道模型、对信道进行预测和优化;检测单元,用于估计多径信道的延迟和幅度、对接收信号进行信号校正,消除多普勒频移和相位偏移;频偏补偿单元,用于对天波干扰数据进行预处理,提取特征,采用主成分分析、信息增益方法来选取特征、根据选定的特征来构建分类器模型、使用处理好的数据集进行模型的训练和测试;解调与解码单元,用于对天波干扰进行分类,确定抑制策略、干扰抑制策略选择、自适应控制方法设计、训练模型控制抑制器中的参数或权值。

说明书全文

一种多普勒频移补偿技术的实时短波信号传输方法及系统

技术领域

[0001] 本发明属于短波通信技术领域,特别涉及该领域中的一种多普勒频移补偿技术的实时短波信号传输方法及系统。

背景技术

[0002] 短波通信作为一种长距离通信方式,具有传输距离远、信号穿透能强等优点,在军事、航空和无线电电视等领域具有广泛的应用。由于多普勒效应的存在,短波信号在传输过程中会发生频偏现象,导致接收到的信号出现带宽变窄、谱重心偏移等问题,从而降低了通信系统的可靠性和传输效率。
[0003] 多普勒效应是由于信号源与接收器之间的相对运动而引起的,当信号源和接收器相对运动时,接收到的信号频率会发生变化。在短波通信中,如果不对多普勒频移进行补偿,接收到的信号将偏离原始频带,导致信号带宽变窄,信号功率减小,严重影响信号的可靠性。
[0004] 目前,已经提出了一些方法来补偿短波信号的多普勒频移。其中一种方法是通过采用自适应滤波器来实现频偏补偿。这种方法根据实时接收到的信号的频偏情况,调整滤波器的频率响应,使信号频谱恢复到原始频带。虽然这种方法可以实现一定程度的频偏补偿,但是对滤波器的设计和参数设置要求较高,这增加了算法的复杂度和功耗,并且效果不明显。
[0005] 另外一种方法是通过预测和校正的方法来实现频偏补偿。这种方法首先通过分析信号的特性和多普勒效应产生的原因,预测多普勒频移的大小和方向。根据预测结果,采用实时控制算法对信号的频率、相位或时钟进行调整,以实现频偏的补偿。虽然这种方法可以在一定程度上改善信号的频偏问题,但是预测和校正过程需要较长的计算时间,导致实时性不高。
[0006] 另外一种方法是通过迭代算法来实现频偏补偿。迭代算法首先对接收到的信号进行初始频偏估计,通过自适应滤波和时钟控制等方法进行频偏补偿,再次对信号进行频偏估计,并不断迭代直到补偿效果达到要求。这种方法可以实现较好的频偏补偿效果,但是计算复杂度较高,需要大量的计算资源,对硬件实现要求较高。
[0007] 目前已有的多普勒频移补偿方法存在着效果不明显、实时性不高、复杂度高等问题。因此,需要提出一种高效、实时补偿短波信号多普勒频移的方法,以提高短波通信的可靠性和传输效率。

发明内容

[0008] 本发明所要解决的技术问题就是提供一种可以实现高效、实时补偿短波信号多普勒频移的方法及系统,以提高短波通信的可靠性和传输效率。
[0009] 本发明采用如下技术方案:
[0010] 一种多普勒频移补偿技术的实时短波信号传输方法,其改进之处在于,包括如下步骤:
[0011] 步骤1,接收短波信号并进行预处理:
[0012] 收集一定数量的无线通信信号,进行预处理;对信号进行分析建立多径信道模型;对信道进行预测和优化;接收短波信号,并对其进行采样和滤波处理,采用DSP芯片进行实时计算和处理,也可以采用FPGA实现高效的运算加速,以获得基带信号。
[0013] 步骤2,检测多普勒频移:
[0014] 估计多径信道的延迟和幅度;对接收信号进行信号校正,消除多普勒频移和相位偏移;通过对基带信号进行多普勒频移的检测,获得短波信号的频偏信息。多普勒频移检测可以采用频域方法或时间域方法,采用傅里叶变换、相位差估计等算法。
[0015] 步骤3,进行频偏补偿:
[0016] 对天波干扰数据进行预处理,提取特征;采用主成分分析、信息增益等方法来选取特征;根据选定的特征来构建分类器模型;使用处理好的数据集进行模型的训练和测试;根据获得的频偏信息,对基带信号进行实时的频偏补偿,实现信号恢复。频偏补偿通过改变接收信号的频率、相位或时钟进行实现。
[0017] 步骤4,解调与解码:
[0018] 对天波干扰进行分类,确定抑制策略;干扰抑制策略选择;自适应控制方法设计;训练模型控制抑制器中的参数或权值。根据具体使用的短波通信协议进行相应的处理,对经过频偏补偿的基带信号进行解调和解码处理,以获取原始数据。
[0019] 进一步的,步骤1具体包括如下步骤:
[0020] 步骤11,接收短波信号:
[0021] 接收短波信号的天线是单频段的或多频段的,使用可调谐滤波器和前置放大器进行信号预处理;
[0022] 步骤12,信号采样和滤波处理:
[0023] 接收到的短波信号是连续时间的模拟信号,通过采样和量化将其转换为离散时间的数字信号,再进行滤波处理;
[0024] 步骤13,DSP芯片实时计算和处理、FPGA运算加速。
[0025] 进一步的,步骤2具体包括如下步骤:
[0026] 步骤21,频域方法进行多普勒频移检测:
[0027] 当发射信号中的目标物体相对于雷达或通信设备运动时,信号的频率变化表示为:
[0028]
[0029] 上式中,f_D为多普勒频移大小,v为目标物体的运动速度,λ为发射信号的波长,θ为目标物体的运动与发射信号的方向夹
[0030] 通过多普勒频移检测得到信号的多普勒频偏估计结果,包括频偏大小、频偏方向和频率漂移率;
[0031] 频偏大小通过如下公式计算:
[0032]
[0033] 上式中,f为频偏大小,Δf为接收信号的频率偏移,fc为信号的中心频率;
[0034] 频偏方向根据多普勒频移的正负来判断,如果多普勒频移为正,表示目标物体远离雷达或通信设备,频偏方向为正;如果多普勒频移为负,表示目标物体靠近雷达或通信设备,频偏方向为负;
[0035] 频率漂移率用数学公式表示为:
[0036]
[0037] 上式中, 是频率漂移率,T是时间窗口的长度, 是接收信号在时间窗口内的频率变化率;
[0038] 步骤22,时间域方法进行多普勒频移检测:
[0039] 相位差估计法:
[0040] 扫频法:
[0041] 上式中,f_d表示多普勒频偏,phi表示相位差,Δt表示时间差,Δf表示频率差,B表示扫频信号的带宽;
[0042] 步骤23,多普勒频移参数估计。
[0043] 进一步的,步骤3具体包括如下步骤:
[0044] 步骤31,频偏补偿方法:
[0045] 频偏补偿是指根据获得的频偏信息,对接收到的基带信号进行实时调整,使其恢复到原始信号的频率特性;
[0046] 频偏补偿方法包括频率补偿法、相位补偿法和时钟补偿法;
[0047] 步骤32,频偏补偿算法:
[0048] 频偏补偿算法包括FDFE算法、PLL算法和CFO算法;
[0049] FDFE算法通过对接收到的信号进行频谱分析,估计信号的频偏信息,并通过改变接收信号的频率来进行补偿,其频偏估计结果表示为:
[0050]
[0051] 上式中,X[n]和Y[n]分别表示接收信号的频谱和参考信号的频谱,N表示信号的样本点数;
[0052] PLL算法通过对接收到的信号进行相位估计和追踪,实现对频偏的补偿,其频偏估计结果表示为:
[0053]
[0054] 上式中,X[n]和Y[n]分别表示接收信号的正交分量,N表示信号的样本点数,T_s表示信号的采样间隔;
[0055] CFO算法通过推测接收信号的频偏和频率漂移率,对信号进行相位和频率调整,其频偏估计结果表示为:
[0056]
[0057] 上式中,X[n]和Y[n]分别表示接收信号的正交分量,N表示信号的样本点数,T_s表示信号的采样间隔;
[0058] 步骤33,频偏补偿应用:
[0059] 在无线通信系统中,频偏补偿用于对接收信号进行解调和解码,在雷达系统中,频偏补偿用于对回波信号进行解析和定位
[0060] 进一步的,步骤4具体包括如下步骤:
[0061] 步骤41,解调处理:
[0062] 解调是指将调制信号还原为原始信息信号的过程,包括相干解调和非相干解调;相干解调是指利用接收端已知的调制方式和相位信息来解调调制信号;非相干解调是指不需要精确的调制和相位信息就能够对调制信号进行解调;
[0063] 步骤42,解码处理:
[0064] 解码是指将已解调的信号转换为原始信息的过程,通过协议定义的编码方式进行处理。
[0065] 一种多普勒频移补偿技术的实时短波信号传输系统,适用于上述的方法,其改进之处在于:包括预处理单元,用于收集一定数量的无线通信信号,进行预处理、对信号进行分析建立多径信道模型、对信道进行预测和优化;检测单元,用于估计多径信道的延迟和幅度、对接收信号进行信号校正,消除多普勒频移和相位偏移;频偏补偿单元,用于对天波干扰数据进行预处理,提取特征,采用主成分分析、信息增益方法来选取特征、根据选定的特征来构建分类器模型、使用处理好的数据集进行模型的训练和测试;解调与解码单元,用于对天波干扰进行分类,确定抑制策略、干扰抑制策略选择、自适应控制方法设计、训练模型控制抑制器中的参数或权值。
[0066] 本发明的有益效果是:
[0067] 本发明所公开的方法,通过对短波信号频偏的实时补偿,可以使信号恢复至原始频带,提高了短波通信的可靠性和传输效率。此外,本发明所提供的方法还具有实施简单、实时性高等优点,在实际应用中具有广泛的推广和应用前景。
[0068] 本发明所公开的系统,专用于实施本发明方法,运算速度快,准确率高。附图说明
[0069] 图1是本发明方法的流程示意图;
[0070] 图2是本发明方法步骤1的流程示意图;
[0071] 图3是本发明方法步骤2的流程示意图;
[0072] 图4是本发明方法步骤3的流程示意图;
[0073] 图5是本发明方法步骤4的流程示意图。

具体实施方式

[0074] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图和实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0075] 实施例1,为提高信号接收质量,解决因天波干扰和多径效应影响,无法满足海上微波传播预测准确性要求的问题。本实施例公开了一种多普勒频移补偿技术的实时短波信号传输方法,如图1所示,包括如下具体步骤:
[0076] 步骤1,接收短波信号并进行预处理。
[0077] 如图2所示,步骤1具体包括如下步骤:
[0078] 步骤11,接收短波信号:
[0079] 接收短波信号的天线是接收系统中的重要组成部分。天线的设计和选择对信号接收的效果有着重要的影响。
[0080] 天线可以是单频段的,也可以是多频段的,用于接收特定频段的短波信号。单频段的天线适用于只接收一个频段的场景,例如只接收短波广播的天线。而多频段的天线则可以接收多个频段的信号,适用于需要接收不同频段的短波通信的场景。
[0081] 为了增强天线的选择性和降低杂散信号,可以采用一些信号预处理技术。一种常用的预处理技术是使用可调谐滤波器。可调谐滤波器可以根据频率对信号进行滤波,选择性地通过目标频段的信号,并阻止其他频段的杂散信号。这样可以提高接收的信噪比,减少对系统的影响。
[0082] 此外,还可以使用前置放大器来增强接收信号。前置放大器位于天线与接收器之间,用于将天线接收到的微弱信号放大。这样可以提高信号的强度,减少噪声对信号的影响,改善接收效果。
[0083] 步骤12,信号采样和滤波处理:
[0084] 接收到的短波信号是连续时间的模拟信号,它包含着各种信息。为了进一步处理和分析这些信号,需要将其转换为离散时间的数字信号。这一过程通过采样和量化来实现。
[0085] 采样是将连续时间信号在时间上进行周期性采集,将其转换为离散时间信号。采样需要选择合适的采样频率,即采样频率必须大于信号中最高频率的两倍,以避免采样失真。采样频率的选择决定了转换后的数字信号的带宽。
[0086] 量化是将采样信号离散化为一系列有限的数值,将信号幅度从连续的模拟值转换为离散的数字值。量化过程中,需要选择合适的量化级别,即将连续的信号强度映射到离散的数值范围内。量化级别的选择决定了数字信号的精度。通常情况下,量化级别越大,数字信号的精度越高,但存储和传输所需的资源也会相应增加。
[0087] 在信号采样和量化之后,通常需要进行滤波处理来去除不必要的高频噪声和杂散成分,以保留感兴趣的信号频段。滤波器可以根据需要选择不同类型的滤波器进行处理。
[0088] 低通滤波器(Low‑pass Filter)通过去除高于某一截止频率的频率成分,将信号限制在截止频率以下的频段范围内。这可以有效地抑制高频噪声和杂散成分,同时保留感兴趣的低频信号。
[0089] 带通滤波器(Band‑pass Filter)通过限定信号在某一频率范围内通过,将其限制在感兴趣的频段内。这可以过滤掉低频和高频的干扰信号,只保留目标频段的信号。
[0090] 高通滤波器(High‑pass Filter)通过去除低于某一截止频率的频率成分,将信号限制在截止频率以上的频段范围内。这可以抑制低频噪声和杂散成分,同时保留高频信号。
[0091] 选择适当的滤波器类型和参数可以根据具体的应用需求和信号特性,来实现对接收到的短波信号的进一步处理和分析。这些处理步骤可以使得信号更易于处理和解读,同时提高数字信号的质量和准确性。
[0092] 步骤13,DSP芯片实时计算和处理、FPGA运算加速:
[0093] DSP芯片和FPGA是现代数字信号处理中常用的两种硬件平台。它们在信号处理领域发挥着重要的作用,彼此之间也存在着一些不同之处。
[0094] DSP芯片主要针对数字信号处理算法进行优化设计,具有高速计算和并行处理的能力。它通常采用硬件专用的指令集和架构,使得算法运行更加高效。DSP芯片内部具有专门的运算单元和存储器,能够实现对信号的实时计算和处理。它常用于音频、视频、通信等领域,可以实现各种信号处理算法,如滤波、谱分析、调制解调、数字滤波器设计等。DSP芯片的优势在于其专用的硬件加速和优化设计,使得它能够在有限的功耗和资源限制下,实现高性能的信号处理。
[0095] FPGA是一种灵活可编程的硬件平台。FPGA具有可重构逻辑资源和可编程的互连网络,在设计中可以通过配置和连接逻辑单元来实现各种功能。FPGA具有高度的并行性和灵活性,可以在一个芯片上实现多个并行运算和复杂的控制逻辑。相比于DSP芯片,FPGA不仅能够实现信号处理算法,还可以实现图像处理机器学习、加密解密等各种应用。在信号处理领域,FPGA广泛应用于高速数据采集、实时控制以及算法加速等场景。
[0096] 在实际应用中,DSP芯片和FPGA往往会结合使用,以充分发挥它们各自的优势。通常情况下,DSP芯片主要负责实时的信号计算和处理,而FPGA负责算法加速和处理的灵活性。DSP芯片可以提供高速的计算能力,实现各种复杂的算法,而FPGA可以通过并行计算和自定义硬件电路,加速部分算法的执行。通过DSP芯片和FPGA的结合,可以实现高性能、高效率的信号处理系统。
[0097] 步骤2,检测多普勒频移。
[0098] 如图3所示,步骤2具体包括如下步骤:
[0099] 步骤21,频域方法进行多普勒频移检测:
[0100] 频域方法是一种常用的多普勒频移检测方法,其基本思想是通过对接收到的基带信号进行频谱分析,以检测信号的频偏信息。首先,将采样得到的基带信号进行离散傅里叶变换(DFT),得到信号的频谱图。然后,通过分析频谱图中的主要频率成分,可以估计信号的多普勒频偏。
[0101] 在频域方法中,常用的多普勒频移估计算法包括自相关法、互相关法和最大似然法等。这些算法可以通过计算相关函数、相位差估计和频率差估计等指标,来得到准确的多普勒频偏估计结果。通过频域方法进行多普勒频移检测,可以有效地估计信号的频偏信息,为后续的信号处理和分析提供准确的基础
[0102] 当发射信号中的目标物体相对于雷达或通信设备运动时,信号的频率会发生变化,这种现象就被称为多普勒频移。这种频率变化可以用数学公式表示为:
[0103]
[0104] 其中,f_D为多普勒频移大小,v为目标物体的运动速度,λ为发射信号的波长,θ为目标物体的运动与发射信号的方向夹角。
[0105] 通过多普勒频移检测,我们可以得到信号的多普勒频偏估计结果,包括频偏大小、频偏方向和频率漂移率等。频偏大小可以通过如下公式计算:
[0106]
[0107] 其中,f为频偏大小,Δf为接收信号的频率偏移,fc为信号的中心频率。
[0108] 频偏方向可以根据多普勒频移的正负来判断,如果多普勒频移为正,表示目标物体远离雷达或通信设备,频偏方向为正;如果多普勒频移为负,表示目标物体靠近雷达或通信设备,频偏方向为负。
[0109] 频率漂移率可以用数学公式表示为:
[0110]
[0111] 其中, 是频率漂移率,T是时间窗口的长度, 是接收信号在时间窗口内的频率变化率。
[0112] 步骤22,时间域方法进行多普勒频移检测:
[0113] 除了频域方法,时间域方法也可以用于多普勒频移检测。时间域方法主要基于接收到的信号在时域上的特征变化,通过分析信号的时延差和时间差等参数,来推测信号的多普勒频偏。
[0114] 常见的时间域方法包括相位差估计法和扫频法等。这些方法通过计算相关函数、时延估计和速度估计等指标,来得到准确的多普勒频偏估计结果。时间域方法具有实时性强、运算速度快的优点,适用于实时检测和跟踪多普勒频偏。
[0115] 相位差估计法:
[0116] 扫频法:
[0117] 其中,f_d表示多普勒频偏,phi表示相位差,Δt表示时间差,Δf表示频率差,B表示扫频信号的带宽。
[0118] 步骤23,多普勒频移参数估计:
[0119] 多普勒频移检测的最终目的是得到准确的多普勒频偏参数。通过频域方法和时间域方法的分析和计算,可以得到信号的多普勒频偏估计结果。这些估计结果包括频偏大小、频偏方向(正频移或负频移)以及频率漂移率等。
[0120] 获得多普勒频移参数后,可以根据实际需求进行进一步处理和应用。在雷达系统中,可以根据多普勒频偏参数对目标的运动状态进行估计和跟踪;在通信系统中,可以根据多普勒频偏参数进行频偏补偿和同步对齐等操作。因此,多普勒频移检测是短波信号处理中的重要环节,为后续的应用提供了基础数据。
[0121] 步骤3,进行频偏补偿。
[0122] 如图4所示,步骤3具体包括如下步骤:
[0123] 步骤31,频偏补偿方法:
[0124] 频偏补偿是指根据获得的频偏信息,对接收到的基带信号进行实时调整,使其恢复到原始信号的频率特性。频偏补偿可以通过改变接收信号的频率、相位或时钟来实现。
[0125] 常用的频偏补偿方法包括频率补偿法、相位补偿法和时钟补偿法等。频率补偿法通过改变接收信号的频率,使其与原始信号的频率偏差趋近于零。相位补偿法通过调整接收信号的相位,使其与原始信号的相位保持一致。时钟补偿法通过改变接收信号的时钟频率,实现对频偏的补偿。
[0126] 频率补偿法:频率补偿法通过改变接收信号的频率来实现对频偏的补偿。这种方法常用于调制解调器、载波恢复等系统中。其原理是通过测量接收信号的频偏,并相应地改变本地振荡器的频率,使接收信号的频偏趋近于零。这样一来,恢复的信号频率就与原始信号的频率一致,实现了频偏补偿。
[0127] 相位补偿法:相位补偿法通过调整接收信号的相位来实现对频偏的补偿。相位补偿法常用于调制解调器、同步器等系统中。其原理是测量接收信号的相位偏移,并通过改变本地振荡器的相位,使接收信号的相位与原始信号的相位保持一致。这样一来,恢复的信号相位就与原始信号的相位一致,实现了频偏补偿。
[0128] 时钟补偿法:时钟补偿法通过改变接收信号的时钟频率来实现对频偏的补偿。时钟补偿法常用于数字通信系统中。其原理是通过测量接收信号的时钟误差,并相应地调整本地时钟的频率,使接收信号的时钟频率与原始信号的时钟频率保持一致。这样一来,恢复的信号时钟频率就与原始信号的时钟频率一致,实现了频偏补偿。
[0129] 步骤32,频偏补偿算法:
[0130] 频偏补偿算法是实现频偏补偿的关键。常见的频偏补偿算法包括FDFE(Frequency Domain Frequency Estimation)算法、PLL(Phase‑Locked Loop)算法和CFO(Carrier Frequency Offset)算法等。
[0131] FDFE算法通过对接收到的信号进行频谱分析,估计信号的频偏信息,并通过改变接收信号的频率来进行补偿。PLL算法通过对接收到的信号进行相位估计和追踪,实现对频偏的补偿。CFO算法通过推测接收信号的频偏和频率漂移率,对信号进行相位和频率调整。
[0132] 频偏补偿算法是实现频偏补偿的关键。常见的频偏补偿算法包括FDFE(Frequency Domain Frequency Estimation)算法、PLL(Phase‑Locked Loop)算法和CFO(Carrier Frequency Offset)算法等。
[0133] FDFE算法通过对接收到的信号进行频谱分析,估计信号的频偏信息,并通过改变接收信号的频率来进行补偿。其频偏估计结果可以表示为:
[0134]
[0135] 其中,X[n]和Y[n]分别表示接收信号的频谱和参考信号的频谱,N表示信号的样本点数。
[0136] PLL算法通过对接收到的信号进行相位估计和追踪,实现对频偏的补偿。其频偏估计结果可以表示为:
[0137]
[0138] 其中,X[n]和Y[n]分别表示接收信号的正交分量,N表示信号的样本点数,T_s表示信号的采样间隔。
[0139] CFO算法通过推测接收信号的频偏和频率漂移率,对信号进行相位和频率调整。其频偏估计结果可以表示为:
[0140]
[0141] 其中,X[n]和Y[n]分别表示接收信号的正交分量,N表示信号的样本点数,T_s表示信号的采样间隔。
[0142] 步骤33,频偏补偿应用:
[0143] 频偏补偿的最终目的是实现信号的恢复,使其能够正常进行后续的信号处理和分析。频偏补偿可以应用于各种无线通信系统和雷达系统中。
[0144] 在无线通信系统中,频偏补偿可以用于对接收信号进行解调和解码,以实现高质量的信号传输。频偏补偿可以通过改变接收信号的频率和相位,使其与发射信号保持同步,从而尽可能地减少频偏对通信质量的影响。
[0145] 在雷达系统中,频偏补偿可以用于对回波信号进行解析和定位。频偏补偿可以通过改变接收信号的频率和相位,对回波信号进行修正,以实现对目标位置和速度的准确测量。
[0146] 步骤4,解调与解码。
[0147] 如图5所示,步骤4具体包括如下步骤:
[0148] 步骤41,解调处理:
[0149] 解调是指将调制信号还原为原始信息信号的过程,通常包括相干解调和非相干解调两种方式。
[0150] 对于短波通信协议,解调方式一般是根据协议中定义的调制方式,对接收到的信号进行相应的解调。例如,常见的AM调制可以采用包络检波的方式解调,而FM调制可以采用频率鉴频器的方式进行解调。
[0151] 相干解调是指利用接收端已知的调制方式和相位信息来解调调制信号。相干解调能够获得较高的解调性能和恢复原始信号质量,但需要精确的调制和相位信息。
[0152] 非相干解调是指不需要精确的调制和相位信息就能够对调制信号进行解调。非相干解调方式较为简单,但解调性能相对较差。
[0153] 步骤42,解码处理:
[0154] 解码是指将已解调的信号转换为原始信息的过程,通常是通过协议定义的编码方式进行处理。
[0155] 对于短波通信协议,解码方式一般是根据协议中定义的编码方式,对解调后的信号进行相应的解码。例如,常见的数字通信协议中可以采用差分二进制编码(Differential Binary Coding,DBC)或差分四相位编码(Differential Quadrature Phase Shift Keying,DQPSK)等方式进行编码和解码。
[0156] 解码过程中需要对接收到的码流进行格局匹配和纠错处理,以确保获得正确的原始信息。解码还需要考虑数据的分包和分问题,以便正确地组装原始数据。
[0157] 综上所述,本实施例方法通过对短波信号频偏的实时补偿,可以使信号恢复至原始频带,提高了短波通信的可靠性和传输效率。此外还具有实施简单、实时性高等优点,在实际应用中具有广泛的推广和应用前景。
[0158] 本实施例还公开了一种多普勒频移补偿技术的实时短波信号传输系统,适用于上述的方法,包括预处理单元,用于收集一定数量的无线通信信号,进行预处理、对信号进行分析建立多径信道模型、对信道进行预测和优化;检测单元,用于估计多径信道的延迟和幅度、对接收信号进行信号校正,消除多普勒频移和相位偏移;频偏补偿单元,用于对天波干扰数据进行预处理,提取特征,采用主成分分析、信息增益方法来选取特征、根据选定的特征来构建分类器模型、使用处理好的数据集进行模型的训练和测试;解调与解码单元,用于对天波干扰进行分类,确定抑制策略、干扰抑制策略选择、自适应控制方法设计、训练模型控制抑制器中的参数或权值。
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