[發(fā)明專利]一種高速環(huán)境下的多普勒頻率估計(jì)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110381009.8
• 申請(qǐng)日: 2011-11-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102412878A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李忠民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/01
• 分類號(hào): H04B7/01
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多普勒頻率估計(jì)方法，尤其涉及一種高速環(huán)境下的多普勒頻率估計(jì)方法。

背景技術(shù)

在高速環(huán)境下，比如高速鐵路、高速公路，由于高速終端的高速移動(dòng)帶來(lái)的多普勒頻率偏移比較大，會(huì)造成比較嚴(yán)重的載波間干擾（ICI），因此，必須采用多普勒頻率估計(jì)方法估計(jì)出多普勒頻率偏移，才能夠根據(jù)該估計(jì)值進(jìn)行補(bǔ)償，以消除載波間干擾。

本發(fā)明提出一種高速環(huán)境下的新型的折線段近似擬合多普勒頻率估計(jì)方法。原有技術(shù)主要采用由高速終端根據(jù)相關(guān)測(cè)量值直接計(jì)算多普勒頻率，在高速終端離基站比較遠(yuǎn)時(shí)，根據(jù)該測(cè)量值進(jìn)行多普勒頻率補(bǔ)償，能夠消除高速環(huán)境下多普勒頻率帶來(lái)的載波間干擾。但是這種技術(shù)，由于沒(méi)有考慮到在高速終端離基站比較近時(shí)，多普勒頻率測(cè)不準(zhǔn)的現(xiàn)象，此時(shí)，根據(jù)測(cè)量值直接對(duì)多普勒頻率進(jìn)行估計(jì)誤差比較大，根據(jù)該測(cè)量值進(jìn)行多普勒頻率補(bǔ)償，并不能完全消除多普勒頻率偏移帶來(lái)的載波間干擾。

假設(shè)基站主載頻為f_c，由于高速終端移動(dòng)導(dǎo)致的多普勒頻率為f_D，則高速終端的接收信號(hào)頻率為f_c+f_D，并將該頻率作為參考基準(zhǔn)發(fā)送上行信號(hào)；高速終端發(fā)射的上行信號(hào)到達(dá)基站天線時(shí)，其頻率為f_c+2f_D，該頻率與基站主載頻的偏差為2f_D（見(jiàn)圖1），即產(chǎn)生了兩倍的頻偏。在高速終端高速移動(dòng)的情況下，比如工作頻率為2.4GHz、移動(dòng)速度為350千米/小時(shí)下，最大多普勒頻率約為778Hz，2倍的多普勒頻偏高達(dá)1.56KHz，對(duì)高速終端和基站解調(diào)信號(hào)都產(chǎn)生影響，會(huì)造成無(wú)法正確檢測(cè)，因此必須在高速終端上對(duì)多普勒頻率進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)和補(bǔ)償。

目前普遍采用的方法是：首先測(cè)量出高速終端的移動(dòng)速度和載波到達(dá)方向與高速終端運(yùn)動(dòng)方向的夾角，然后利用測(cè)量值直接計(jì)算出多普勒頻率的大小。

如圖2所示，假設(shè)高速終端在時(shí)間Δt內(nèi)以恒定速率ν由端點(diǎn)A移動(dòng)到端點(diǎn)B時(shí)接收來(lái)自基站發(fā)出的無(wú)線信號(hào)。設(shè)高速終端與基站之間的距離足夠遠(yuǎn)，則A和B處與入射波的夾角可以假設(shè)相等，記為θ。那么，無(wú)線電波從基站出發(fā)，在A點(diǎn)和B點(diǎn)分別被高速終端接收時(shí)所走的路徑差為

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由路程差造成的接收信號(hào)相位差為

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則多普勒頻率f_D的計(jì)算方法如下

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其中，λ是載波波長(zhǎng)，ν是高速終端移動(dòng)速度，f_c是載波頻率，c是光速（c＝2.998×10⁸米／秒），θ是高速終端運(yùn)動(dòng)方向與載波到達(dá)方向的夾角。

但是，當(dāng)高速終端離基站比較近時(shí)，A和B處與入射波的夾角相差比較大，用上式估計(jì)的多普勒頻率誤差較大，采用該多普勒頻率進(jìn)行補(bǔ)償不能完全消除多普勒頻率偏移帶來(lái)的載波間干擾。

在上述方法中，通過(guò)測(cè)量高速終端的移動(dòng)速度和高速終端運(yùn)動(dòng)方向與載波到達(dá)方向的夾角并直接計(jì)算出多普勒頻率，在高速終端離基站比較遠(yuǎn)時(shí)，用該多普勒頻率進(jìn)行補(bǔ)償，可以消除高速移動(dòng)時(shí)多普勒頻率偏移帶來(lái)的載波間干擾。

當(dāng)高速終端離基站比較近時(shí)，由于測(cè)量的誤差，存在多普勒頻率測(cè)不準(zhǔn)現(xiàn)象，必須采用有效的方法進(jìn)行多普勒頻率估計(jì)。上述方法由于在高速終端采用直接利用測(cè)量值計(jì)算多普勒頻率，在高速終端離基站比較近時(shí)，多普勒頻率估計(jì)誤差比較大，用該多普勒頻率估計(jì)值進(jìn)行補(bǔ)償，依然存在載波間干擾問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高速環(huán)境下的多普勒頻率估計(jì)方法，本方法在原有技術(shù)基礎(chǔ)上，采用GPS技術(shù)測(cè)量高速終端的移動(dòng)速度、高速終端離基站的距離和載波到達(dá)方向與高速終端運(yùn)動(dòng)方向的夾角，然后，在高速終端離基站較遠(yuǎn)時(shí)，用測(cè)量值直接計(jì)算多普勒頻率，在高速終端離基站較近時(shí)，用折線段近似擬合方法估計(jì)多普勒頻率，根據(jù)多普勒頻率估計(jì)值進(jìn)行多普勒頻率補(bǔ)償，消除高速環(huán)境下多普勒頻率偏移帶來(lái)的載波間干擾。

基于以上闡述，我們提出一種新方案對(duì)上述方法進(jìn)行改進(jìn)，整個(gè)方案可以描述如下：

首先，高速終端和基站都有GPS功能，運(yùn)用GPS每隔1秒測(cè)量一次高速終端的移動(dòng)速度ν、高速終端到基站的距離l和載波到達(dá)方向與接收機(jī)運(yùn)動(dòng)方向的夾角θ，然后，根據(jù)上述測(cè)量值對(duì)多普勒頻率進(jìn)行估計(jì)；

在高速終端離基站比較遠(yuǎn)時(shí)，多普勒頻率的估計(jì)值為：