[發明專利]一種用于載波提取的鎖相環環路帶寬動態調整的方法

有效

• 申請號: 201410447306.1
• 申請日: 2014-09-04
• 公開（公告）號: CN104283552B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 張朝杰;婁延年;郭攀;金仲和
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00;H03L7/085;H03L7/099;H03L7/08
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及無線通信與測量領域，尤其涉及一種用于載波提取和跟蹤的鎖相環環路帶寬動態調整的方法。

背景技術

載波的提取是無線通信與測量領域中重要的技術之一。載波的跟蹤性能受隨時間變化的各種外界因素影響，并且在每種外界條件下均存在著最佳環路參數。為了提高環路的跟蹤性能，各種自適應帶寬調整方法不斷被提出并得到了廣泛的應用。目前常用的自適應帶寬調整方法有FAB-PLL，PLB-PLL，FL-PLL等。

環路動態性能和環路跟蹤精度是帶寬調整中的核心問題。當采用大帶寬時，可以更好的應對動態過程但卻犧牲了跟蹤精度，當采用小帶寬時，可以獲得較高的跟蹤精度卻容易導致環路因動態過程而失鎖。因此，各種算法的關注重點在于最佳環路帶寬的計算。

FAB-PLL：即快速自適應環路帶寬鎖相環。該方法根據鑒相器輸出的相位差、收到的信號功率、當前的動態過程的估計、當前的噪聲特性，實時的計算并更新環路帶寬，以達到環路帶寬與當前工作環境的最佳匹配。環路帶寬初始值設為15Hz，可以在衰落信道條件下調整到5Hz以內，提高了環路的信噪比。然而FAB-PLL也有以下幾個缺點。(1)關注的重點僅僅是如何確定各種環境下的最佳帶寬，而不同帶寬間的切換過程沒有相應約束，存在相位失周或者短暫失鎖等風險。(2)由于計算量繁雜，環路帶寬的更新周期較長，一般幾毫秒更新一次，這使其無法及時應對某些突發的動態過程，這也會造成相位的滑動失周。

PLB-PLL：預定義環路帶寬鎖相環。PLB-PLL可以看做是FAB-PLL的一種簡化形式，它僅需要測量信噪比，不需要估計動態過程，將最佳帶寬以查找表的方式保存，使用時僅需查找，避免了復雜的實時計算過程，簡化了系統實現。但是該方法僅針對不同信噪比調整帶寬，并不根據實時動態過程調整。PLB-PLL和FAB-PLL相比，損失僅有3％左右。然而，這僅限于動態過程變化范圍較小、不同動態過程下的帶寬差距不大時，若動態過程的變化范圍較大，則性能損失會比較嚴重，因為即使沒有發生動態過程時，該方法仍然工作在較大的帶寬下。

FL-PLL：模糊邏輯鎖相環。模糊邏輯鎖相環將鑒相器輸出的相位差和鑒頻器輸出的頻率差作為輸入，通過模糊邏輯判斷當前的動態特性，從而調整輸入到環路濾波器的信號的增益，從而達到調整環路帶寬的目的。這種方法有著更好的魯棒性，對比FL-PLL與傳統PLL的鎖定范圍和拉入范圍，FL-PLL均提高了5倍以上。然而由于模糊控制是非線性過程，導致恢復出的相位與接收到的相位有一定偏差，不適宜應用在GNSS系統中。另外一個缺陷是FL-PLL需要訓練過程，該訓練過程與實際應用的偏差會導致FL-PLL的性能下降。

這些方法有著兩個不足，首先，它們缺少及時應對頻率階躍等突發動態過程的能力，其次，它們均不關心不同帶寬間的切換過程。這導致了相位滑動失周發生的可能性。在載波測距、電離層檢測等系統中，相位滑動失周會導致以下兩個問題。首先，當相位滑動失周發生時，恢復出的信號與接收到的信號的相位不再相同，因此這段時間內的偽距測量值是無效的。但是這些無效值仍然用在了后續的平滑過程中，造成了精度損失。其次，當相位滑動失周結束后，接收到的信號和恢復出的信號經歷了不同的周期數，因此相位解整周模糊過程需要重新進行，該過程需要耗費一定的時間，所以解模糊完成前會出現一些與真實偽距不同的野值，造成了測量值的不連續。

發明內容

針對上述方法的不足，本文提出一種新的帶寬自適應調節方法。與FAB-PLL相比，該方法有著兩個明顯的不同。首先，本方法使用了一個獨立的動態過程檢測器連續不間斷的監測動態過程。一旦監測到動態過程，立即開啟帶寬調節過程，而不是像FAB-PLL一樣在特定時間調整帶寬。這改進了對于動態過程的響應速度，使得系統能夠對于頻率階躍等突發的動態過程進行快速響應，避免系統的失鎖。其次，該方法考慮了環路在帶寬調節過程中的行為，并且通過添加一系列的約束條件，保證了環路在帶寬切換過程中始終處于穩定不失鎖狀態。這兩個特性保證了相位在帶寬調節過程中無滑動失周現象。

一種用于載波提取的鎖相環環路帶寬動態調整的方法，分為響應階段和恢復階段：

響應階段：為動態過程發生時由靜態帶寬切換為動態帶寬的過程；

(1)動態過程發生時，檢測鎖相環的相位差θ_e，和輸入載噪比C/N₀，并根據C/N₀計算最佳動態帶寬ω_d和最佳靜態帶寬ω_s，并設定切換門限Th_down和相位門限Th_up；