[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

本發明公布了一種高動態場景下頻率斜升估值輔助鎖頻環的載波頻率捕獲方法和裝置，通過使用開環頻率斜升估值算法對鎖頻環頻率捕獲進行輔助，實現鎖頻環快速入鎖，實現高動態信號的快速捕獲。包括：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，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；再進行閉環捕獲。與現有技術相比，本發明具有捕獲時間短的優點；且所述方法的捕獲時間與初始頻率斜升大小基本無關，只受估值后殘余頻率斜升的影響，在存在較大頻率斜升和低信噪比的條件下，有較強的實用性。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，具體涉及一種高動態場景下頻率斜升估值輔助鎖頻環的載波頻率捕獲方法和實現裝置。

背景技術

通信系統中載波頻率捕獲是接收機實現相干解調的前提條件。現有傳統的載波頻率捕獲通常采用鎖頻環實現。鎖頻環電路主要由鑒頻器、環路濾波器和數控振蕩器組成。接收信號與本振信號的頻率差由鑒頻器鑒別并輸出誤差信號，經環路濾波后，用以控制振蕩器頻率隨之線性變化，直至環路入鎖。

采用現有的載波頻率捕獲技術，在高動態場景中，由于載波信號中不僅存在多普勒頻偏，還存在多普勒頻率斜升，甚至存在多普勒頻率斜升的變化率(即多普勒頻率的二次變化率)，從而使接收機入鎖困難。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種高動態場景下頻率斜升估值輔助鎖頻環的載波頻率捕獲方法和裝置，可以實現高動態信號的快速捕獲。

本發明的技術方案如下：

一種高動態場景下載波頻率捕獲的方法，是一種頻率斜升估值輔助鎖頻環的載波頻率捕獲方法，通過使用開環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序列中的N個符號進行頻率斜升估計，得到頻率斜升估計值α；其中，N為用于估計的符號長度，即估值符號數；

2)獲取鎖頻環載波頻率捕獲的初始狀態：利用頻率斜升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；

3)閉環捕獲：開環估值結束后，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。

實際上，鎖頻結束之后還要鎖相，載波同步最終得到載波的頻率和相位。由于頻率誤差需要在一定的范圍內鎖相環才能正常工作得到載波相位，因此，捕獲得到高動態場景下的載波頻率可以保證在誤差范圍內。

對于高動態通信環境，假定：信道模型為加性高斯白噪聲(AWGN)信道，調制方式為相移鍵控(PSK)，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；為符號周期，R_s為符號速率；a為多普勒頻率斜升(真實值)；n_k為獨立同分布的零均值加性復高斯隨機變量。

步驟1)中所述的開環頻率斜升估值算法首先進行頻率斜升單樣本估計；然后通過多樣本累加，實現頻率斜升的開環估計。

所述的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。

頻率斜升估值器中的頻率斜升單樣本估計方法，具體地，共軛相乘結果的均值表示為式2：