一種多普勒頻偏估計(jì)方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種多普勒頻偏估計(jì)方法和裝置，該方法包括：基于恒定的多普勒頻偏方法，獲取多個(gè)連續(xù)時(shí)間周期的一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值，確定所述一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)的一級(jí)搜索范圍；根據(jù)相鄰的兩個(gè)一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值計(jì)算下一時(shí)間周期的多普勒頻偏估計(jì)的二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍；根據(jù)所述二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍確定所述下一時(shí)間周期的二級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值；根據(jù)多個(gè)所獲取的二級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值進(jìn)一步確定下一級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍以及下一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值。本發(fā)明利用已得到多普勒頻偏估計(jì)值來(lái)逐步縮小頻偏估計(jì)的搜索范圍，提高多普勒頻偏估計(jì)的可靠性，從而有效縮短累加時(shí)間長(zhǎng)度，提高估計(jì)精度。
【專利說(shuō)明】一種多普勒頻偏估計(jì)方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種多普勒頻偏估計(jì)方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 未來(lái)，人們期望在高鐵和飛機(jī)上也享受到高速的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)（LTE， Long Term Evolution)也要求可提供高速移動(dòng)中的通信需求。同時(shí)，在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代， LTE終端設(shè)備中具備GPS模塊也已成為標(biāo)準(zhǔn)配置，GPS信號(hào)接收同樣需要滿足高移動(dòng)性的需 求。
[0003] 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，為了克服由高移動(dòng)性引起的大多普勒頻移對(duì)通信質(zhì)量的影 響，接收端必須實(shí)施快速、準(zhǔn)確的進(jìn)行多普勒頻偏捕獲，將剩余多普勒頻偏縮小到跟蹤環(huán)路 入鎖頻偏動(dòng)態(tài)范圍之內(nèi)，以便進(jìn)行多普勒跟蹤。
[0004] 現(xiàn)有的大多普勒頻移估計(jì)算法主要有基于FFT的功率譜檢測(cè)算法、基于噪聲匹配 的算法、采用三階段機(jī)制進(jìn)行合碼捕獲和多普勒估計(jì)的算法、以及采用半分法進(jìn)行迭代搜 索的多普勒頻偏估計(jì)算法等等。但是，現(xiàn)有的多普勒頻偏估計(jì)算法都僅考慮了恒定的多普 勒頻偏，沒(méi)有考慮多普勒加速度對(duì)頻偏估計(jì)的影響。
[0005] 當(dāng)接收信噪比不足以保證一個(gè)可靠的多普勒頻偏估計(jì)時(shí)，可通過(guò)相干或非相干累 加來(lái)累積信號(hào)能量，從而有效提高接收端信噪比。但是，由于多普勒頻偏一次加速度的存 在，多普勒頻偏估計(jì)的精度與累加時(shí)間長(zhǎng)度成反比，而多普勒頻偏估計(jì)的可靠性與累加時(shí) 間長(zhǎng)度成正比，因而不利于在保證頻偏估計(jì)的可靠性的同時(shí)，提高多譜勒頻偏的精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種多普勒頻偏估計(jì)方法和裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)由于多 普勒頻偏一次加速度的存在，多普勒頻偏估計(jì)的精度與累加時(shí)間長(zhǎng)度成反比，而多普勒頻 偏估計(jì)的可靠性與累加時(shí)間長(zhǎng)度成正比，因而不利于在保證頻偏估計(jì)的可靠性的同時(shí)，提 高多譜勒頻偏的精度的問(wèn)題。
[0007] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種多普勒頻偏估計(jì)方法，所述方法包括：
[0008] 基于恒定的多普勒頻偏方法，獲取多個(gè)連續(xù)時(shí)間周期的一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值， 確定所述一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)的一級(jí)搜索范圍；
[0009] 根據(jù)相鄰的兩個(gè)一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值計(jì)算下一時(shí)間周期的多普勒頻偏估計(jì)的 二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍，所述二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍小于所述初始搜索范圍；
[0010] 根據(jù)所述二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍確定所述下一時(shí)間周期的二級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值；
[0011] 根據(jù)多個(gè)所獲取的二級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值進(jìn)一步確定下一級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍以及 下一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值。
[0012] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種多普勒頻偏估計(jì)裝置，所述裝置包括：
[0013] 第一確定單元，用于基于恒定的多普勒頻偏方法，獲取多個(gè)連續(xù)時(shí)間周期的一級(jí) 多普勒頻偏估計(jì)值，確定所述一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)的一級(jí)搜索范圍；
[0014] 搜索范圍計(jì)算單元，用于根據(jù)相鄰的兩個(gè)一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值計(jì)算下一時(shí)間周 期的多普勒頻偏估計(jì)的二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍，所述二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍小于所述初始搜索范 圍；
[0015] 第二確定單元，用于根據(jù)所述二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍確定所述下一時(shí)間周期的二級(jí)多 普勒頻偏估計(jì)值；
[0016] 第三確定單元，用于根據(jù)多個(gè)所獲取的二級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值進(jìn)一步確定下一級(jí) 預(yù)測(cè)搜索范圍以及下一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值。
[0017] 本發(fā)明基于恒定的多普勒頻偏方法獲取多個(gè)連續(xù)時(shí)間周期的一級(jí)多普勒頻偏估 計(jì)值，并確定所述一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)的一級(jí)搜索范圍，根據(jù)兩個(gè)相鄰的一級(jí)多普勒頻偏 估計(jì)計(jì)算下一時(shí)間的多普勒頻偏估計(jì)的、更加精確的二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍，并且通過(guò)二級(jí)預(yù) 測(cè)搜索范圍確定二級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值，通過(guò)多個(gè)二級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值又可以進(jìn)一步得 到更加精確的三級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值，從而在有效的縮短了累加時(shí)間長(zhǎng)度的同時(shí)，提高多 普勒頻偏估計(jì)值的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的多普勒頻偏估計(jì)方法的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于快速傅立葉變換FFT的功率檢測(cè)方法的實(shí)現(xiàn)流程 圖；
[0020] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的搜索范圍逐級(jí)縮小的多普勒頻偏估計(jì)原理框圖；
[0021] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于搜索范圍預(yù)測(cè)的多普勒捕獲方法與分段補(bǔ)償法 和插值法的捕獲概率性能曲線比較示意圖；
[0022] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的多普勒頻偏捕獲誤差的互補(bǔ)累積分布函數(shù)圖；
[0023] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的多普勒頻偏估計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0025] 本發(fā)明實(shí)施例可適用于擴(kuò)頻通信系統(tǒng)或者GPS接收機(jī)，具體可用于擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 或者GPS接收機(jī)中對(duì)接收信號(hào)的頻偏估計(jì)。
[0026] 本發(fā)明實(shí)施例針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的低信噪比條件和高動(dòng)態(tài)性對(duì)多普勒頻偏估 計(jì)的雙重影響的環(huán)境，提出了一種適用于極低信噪比高動(dòng)態(tài)環(huán)境下的基于搜索范圍預(yù)測(cè)的 多普勒頻偏估計(jì)方法。在基于FFT功率檢測(cè)的多普勒頻偏估計(jì)等算法基礎(chǔ)上，充分利用前 后信號(hào)之間多普勒頻偏變化受限這一物理特點(diǎn)，通過(guò)迭代不斷縮小頻率檢測(cè)的有效搜索范 圍，提高頻偏估計(jì)的可靠性?？梢杂行岣叨嗥绽疹l偏估計(jì)的正確檢測(cè)概率。下面結(jié)合附 圖具體說(shuō)明。
[0027] 圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的多普勒頻偏估計(jì)方法的實(shí)現(xiàn)流程，詳述如下：
[0028] 在步驟SlOl中，基于恒定的多普勒頻偏方法，獲取多個(gè)連續(xù)時(shí)間周期的一級(jí)多普 勒頻偏估計(jì)值，確定所述一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)的一級(jí)搜索范圍。
[0029] 具體的，所述一級(jí)多普勒頻偏，是相對(duì)于后續(xù)的以一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值為基礎(chǔ) 計(jì)算得到的二級(jí)多普勒頻偏估計(jì)進(jìn)行區(qū)分而設(shè)定的標(biāo)識(shí)，同樣的道理，所述一級(jí)搜索范圍， 是為區(qū)別于后續(xù)提到的以一級(jí)搜索范圍得到的二級(jí)多普勒頻偏估計(jì)，并以為此基礎(chǔ)生成的 二級(jí)預(yù)測(cè)搜索相區(qū)分而設(shè)置的標(biāo)識(shí)。
[0030] 所述時(shí)間周期連續(xù)，是指計(jì)算所述多普勒頻偏估計(jì)值的時(shí)間周期是相連的，中間 沒(méi)有間隔時(shí)間。
[0031] 所述一級(jí)搜索范圍，是在步驟SlOl中所計(jì)算的多普勒頻偏估計(jì)而到的一個(gè)范圍， 假設(shè)初始的多普勒估計(jì)的搜索范圍是S = [_Fmax，F(xiàn)max]，其中Fmax為步驟SlOl中計(jì)算的多普 勒頻偏的最大值。
[0032] 所述基于恒定的多普勒頻偏方法，主要包括基于快速傅立葉變換FFT的功率檢測(cè) 方法、基于噪聲匹配方法、采用三階段機(jī)制進(jìn)行合碼捕獲和多普勒估計(jì)的方法、以及采用半 分法進(jìn)行迭代搜索的多普勒頻偏估計(jì)方法等。下面對(duì)基于快速傅立葉變換FFT的功率檢測(cè) 方法簡(jiǎn)單介紹如下：
[0033] 首先，需要設(shè)定系統(tǒng)模型，本發(fā)明假定系統(tǒng)接收端經(jīng)載波解調(diào)、中頻DDC(Direct Digital Control，直接數(shù)字控制）和濾波抽取之后，得到的基帶擴(kuò)頻信號(hào)為rn:
[0034]

【權(quán)利要求】
1. 一種多普勒頻偏估計(jì)方法，其特征在于，所述方法包括： 基于恒定的多普勒頻偏方法，獲取多個(gè)連續(xù)時(shí)間周期的一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值，確定 所述一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)的一級(jí)搜索范圍； 根據(jù)相鄰的兩個(gè)一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值計(jì)算下一時(shí)間周期的多普勒頻偏估計(jì)的二級(jí) 預(yù)測(cè)搜索范圍，所述二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍小于所述初始搜索范圍； 根據(jù)所述二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍確定所述下一時(shí)間周期的二級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值； 根據(jù)多個(gè)所獲取的二級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值進(jìn)一步確定下一級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍以及下一 級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述基于恒定的多普勒頻偏方法，獲取多個(gè) 連續(xù)時(shí)間周期的一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值，確定所述一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)的一級(jí)搜索范圍步 驟具體為： 基于快速傅立葉變換FFT功率檢測(cè)的多普勒頻偏估計(jì)檢測(cè)方法，獲取連續(xù)時(shí)間周期的 一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值，并根據(jù)所述多普勒頻偏的最大值Fmax確定所述一級(jí)多普勒頻偏估 計(jì)的一級(jí)搜索范圍為[_F max，F(xiàn)max]。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，所述基于快速傅立葉變換FFT功率檢測(cè)的多 普勒頻偏估計(jì)拾涮方法，獲取連續(xù)時(shí)間周期的一級(jí)多普勒潁偏估計(jì)倌步驟具休為： 通過(guò)公?
計(jì)算連 續(xù)時(shí)間周期的一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值； 其中，g(f-kBw)為長(zhǎng)度為Bw的矩形窗，Bw為計(jì)算累積時(shí)間范圍內(nèi)的最大頻率漂移范圍， R。為擴(kuò)碼速率，為基帶擴(kuò)頻信號(hào)的解擴(kuò)信號(hào)，M為累加長(zhǎng)度。
4. 權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述根據(jù)相鄰的兩個(gè)一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值計(jì) 算下一時(shí)間周期的多普勒頻偏估計(jì)的二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍步驟具體為： 根據(jù)公式 S' = [max U δ -2 Θ，-FniaJ，min {f；ax+2 δ +2 Θ，F(xiàn)·}]計(jì)算下一 時(shí)間周期的多普勒頻偏估計(jì)的二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍，其中，/min = min 4，/〇 }>
為基于恒定的多普勒頻偏方法在相鄰兩個(gè)累加周期 分別得到的多普勒頻偏估計(jì)值；S是相鄰的兩個(gè)累加時(shí)間周期之間的最大多普勒漂移，
R。為擴(kuò)碼速率，Rb為信息碼元速率，擴(kuò)頻碼長(zhǎng)度N。= RcZRb, Θ為多普勒頻偏 估計(jì)精度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述基于恒定的多普勒頻偏方法，獲取多個(gè) 連續(xù)時(shí)間周期的一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值的正確概率為P且P大于〇. 5,所述根據(jù)所述二級(jí)預(yù) 測(cè)搜索范圍確定所述下一時(shí)間周期的二級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值步驟具體為： 根據(jù)所述二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍確定所述下一時(shí)間周期的二級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值的正確 概率為 η 彡（I-P)P2-P(I-P)2。
6. -種多普勒頻偏估計(jì)裝置，其特征在于，所述裝置包括： 第一確定單元，用于基于恒定的多普勒頻偏方法，獲取多個(gè)連續(xù)時(shí)間周期的一級(jí)多普 勒頻偏估計(jì)值，確定所述一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)的一級(jí)搜索范圍； 搜索范圍計(jì)算單元，用于根據(jù)相鄰的兩個(gè)一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值計(jì)算下一時(shí)間周期的 多普勒頻偏估計(jì)的二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍，所述二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍小于所述初始搜索范圍； 第二確定單元，用于根據(jù)所述二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍確定所述下一時(shí)間周期的二級(jí)多普勒 頻偏估計(jì)值； 第三確定單元，用于根據(jù)多個(gè)所獲取的二級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值進(jìn)一步確定下一級(jí)預(yù)測(cè) 搜索范圍以及下一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述裝置，其特征在于，所述第一確定單元具體用于： 基于快速傅立葉變換FFT功率檢測(cè)的多普勒頻偏估計(jì)檢測(cè)方法，獲取連續(xù)時(shí)間周期的 一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值，并根據(jù)所述多普勒頻偏的最大值Fmax確定所述一級(jí)多普勒頻偏估 計(jì)的一級(jí)搜索范圍為[_F max，F(xiàn)max]。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述裝置，其特征在于，所述第一確定單元具體用于： 通過(guò)公式
計(jì)算連 續(xù)時(shí)間周期的一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值； 其中，g(f-kBw)為長(zhǎng)度為Bw的矩形窗，Bw為計(jì)算累積時(shí)間范圍內(nèi)的最大頻率漂移范圍， Rc為擴(kuò)碼速率,匕/為基帶擴(kuò)頻信號(hào)的解擴(kuò)信號(hào),M為累加長(zhǎng)度。
9. 權(quán)利要求6所述裝置，其特征在于，所述第二確定單元具體用于： 根據(jù)公式 S' = [max U δ -2 Θ，-FniaJ，min {f；ax+2 δ +2 Θ，F(xiàn)·}]計(jì)算下一 時(shí)間周期的多普勒頻偏估計(jì)的二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍，其中，/mn = ， Zmax 基于恒定的多普勒頻偏方法在相鄰兩個(gè)累加周期 分別得到的多普勒頻偏估計(jì)值；δ是相鄰的兩個(gè)累加時(shí)間周期之間的最大多普勒漂移，
R。為擴(kuò)碼速率，Rb為信息碼元速率，擴(kuò)頻碼長(zhǎng)度N。= RcZRb, Θ為多普勒頻偏 估計(jì)精度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述裝置，其特征在于，所述基于恒定的多普勒頻偏方法，獲取多 個(gè)連續(xù)時(shí)間周期的一級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值的正確概率為P且P大于0. 5,所述第二確定單元 具體為： 根據(jù)所述二級(jí)預(yù)測(cè)搜索范圍確定所述下一時(shí)間周期的二級(jí)多普勒頻偏估計(jì)值的正確 概率為 η 彡（I-P)P2-P(I-P)2。
【文檔編號(hào)】H04L25/02GK104378316SQ201410604686
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】劉斌, 茆勝, 商松泉 申請(qǐng)人:深圳市國(guó)創(chuàng)新能源研究院