[發明專利]高動態場景下載波頻率捕獲的方法和裝置

有效

• 申請號: 201711264035.6
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN109873651B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 羅武;李星辰;任夢;黃騰
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H04B1/16
• 分類號: H04B1/16
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 黃鳳茹

1.一種高動態場景下載波頻率捕獲的方法，通過使用頻率斜升估值算法對鎖頻環頻率捕獲進行輔助，使得鎖頻環快速入鎖，從而實現高動態信號的快速捕獲；包括如下步驟：

1)開環估值：使用開環頻率斜升估值算法對接收信號進行頻率斜升估計，得到頻率斜升估計值α；

通過頻率斜升估值算法得到頻率斜升開環估計值α，首先進行頻率斜升單樣本估計，然后通過多樣本累加得到頻率斜升開環估計值；具體包括如下過程：

11)對于高動態通信環境，假定信道模型為加性高斯白噪聲信道，調制方式為相移鍵控，接收信號的第k個采樣值r_k表示為式1：

其中，E_s為信號能量；e為自然對數的底；j為虛數單位為均勻分布于-π，π之間的載波初始相偏；ω為多普勒頻偏；R_s為符號速率；a為多普勒頻率斜升；n_k為獨立同分布的零均值加性復高斯隨機變量；

12)頻率斜升單樣本估計的方法是通過求取的相角實現，其中，m≥1,n≥1，為接收符號的序號；是接收符號序列{r_k}中序號差為m的兩個符號的共軛乘積；

13)共軛相乘結果的均值表示為式2：

其中，E[·]表示取均值；(·)^*表示取復共軛；E_s為信號能量；e為自然對數的底；j為虛數單位m、n為接收符號的序號，m≥1,n≥1；a為多普勒頻率斜升；為符號周期，R_s為符號速率；

若不考慮調制信息的影響，的相位為歸一化頻率斜升單樣本估計值可根據通過式3計算得出：

14)N個符號周期后輸出頻率斜升估計值α；所述頻率斜升估計值α獨立于鎖頻環之外求得；

2)獲取鎖頻環載波頻率捕獲的初始狀態：利用頻率斜升開環估計值α作為鎖頻環載波頻率捕獲的初始狀態，更新鎖頻環環路濾波器中的寄存單元，從而使鎖頻環在估計出的頻率斜升點開始工作；

3)閉環捕獲：使用鎖頻環閉環工作，直至環路入鎖，即捕獲得到高動態場景下的載波頻率。

2.如權利要求1所述高動態場景下載波頻率捕獲的方法，其特征是，進行多樣本累加得到頻率斜升估計量，包括如下過程：

對接收符號序列{r_k}中序號差為m的兩個符號共軛相乘后的結果求和，再進行乘積運算，通過式5計算得到檢測量G：

此時頻率斜升估計量表示為式6：

其中，arg(G)表示檢測量G的幅角。

3.如權利要求1所述高動態場景下載波頻率捕獲的方法，其特征是，步驟3)中，鎖頻環的閉環捕獲過程，具體是：鎖頻環的環路濾波器對鑒頻器的輸出進行低通濾波，限制噪聲帶寬，使數控振蕩器頻率能實時跟蹤接收信號頻率；數控振蕩器的輸出頻率與接收信號頻率差產生誤差頻率，誤差頻率再反饋到環路濾波器的輸入端，由此形成閉環過程；誤差頻率經環路濾波器進行環路濾波后，用以控制振蕩器頻率，直至環路入鎖。

4.一種實現權利要求1～3任一項所述高動態場景下載波頻率捕獲的方法的頻率斜升估值輔助鎖頻環的載波頻率捕獲裝置，其特征是，除包括鎖頻環所有模塊外，還包括頻率斜升估值模塊；鎖頻環模塊包括鑒頻器、環路濾波器和數控振蕩器；

所述頻率斜升估值模塊用于對頻率斜升進行開環估計，并將估計結果即頻率斜升α作為環路濾波器寄存單元的初始值；估值結束后啟動鎖頻環，鎖頻環用于完成殘余動態的捕獲。

5.如權利要求4所述載波頻率捕獲裝置，其特征是，所述捕獲通過環路濾波器對鑒頻器的輸出進行低通濾波，使數控振蕩器的頻率能實時跟蹤接收信號頻率；數控振蕩器的輸出頻率與接收信號頻率之差產生誤差頻率，誤差頻率再反饋回環路濾波器輸入端，由此形成閉環過程。