本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波(Extended Kalman Filter，EKF)的時(shí)分碼分正交頻分復(fù)用(Time&Code Division-Orthogonal Frequency Division Multiplexing，TC-OFDM)接收機(jī)碼跟蹤方法及裝置。

背景技術(shù)：

基于地面移動(dòng)廣播網(wǎng)絡(luò)的TC-OFDM定位系統(tǒng)中，通常采用接收機(jī)進(jìn)行信號(hào)捕獲和跟蹤。其中，信號(hào)跟蹤主要包括碼跟蹤過程，以對(duì)捕獲的信號(hào)進(jìn)行跟蹤，確定其碼相位，進(jìn)而達(dá)到定位的目的。

圖1為現(xiàn)有的碼跟蹤環(huán)路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，現(xiàn)有的碼跟蹤環(huán)路由載波剝離運(yùn)算器、碼發(fā)生器、一組超前相關(guān)器、一組滯后相關(guān)器、四個(gè)積分-清零器、碼環(huán)鑒別器、碼環(huán)濾波器和載波數(shù)控振蕩器組成，具體的，載波剝離運(yùn)算器對(duì)接收機(jī)接收的信號(hào)S_IF,I和S_IF,Q經(jīng)過運(yùn)算后得到信號(hào)i、q，并將信號(hào)i、q與接收機(jī)自身產(chǎn)生的本地信號(hào)e、l經(jīng)過超前和滯后兩組相關(guān)器進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算后，得到超前相關(guān)器輸出信號(hào)I_E、Q_E，以及滯后相關(guān)器輸出信號(hào)I_L、Q_L，進(jìn)而根據(jù)I_E、Q_E，以及I_L、Q_L對(duì)接收信號(hào)與本地信號(hào)的延遲τ(即碼相位誤差)進(jìn)行估計(jì)。具體的，可以通過碼環(huán)鑒別器對(duì)τ進(jìn)行估計(jì)，并且有：

其中d是超前和滯后兩組相關(guān)器之間的間距，E和L為超前與滯后兩組相關(guān)器輸出信號(hào)的積分值，E和L分別通過以下公式確定：

其中A為相關(guān)器支路輸出的信號(hào)幅度，T_coh為相干積分時(shí)間，R(·)為自相關(guān)函數(shù)，f_d為殘留載波頻率差，n_E、n_L為相應(yīng)相關(guān)器支路輸出的噪聲。記A_c＝(A|sin c(f_dT_coh)|)²，則式(2)可以改寫成：

現(xiàn)有方法中，碼環(huán)鑒別器根據(jù)公式(1)計(jì)算τ時(shí)，A_c被歸一化而消去。但是，在碼跟蹤時(shí)，由于噪聲影響等原因，可能出現(xiàn)信號(hào)幅度突變的情況。這種情況下，收到的基站信號(hào)可能超出TC-OFDM接收機(jī)中碼環(huán)鑒別器能處理的信號(hào)幅度閾值，同時(shí)由于碼環(huán)鑒別器在鑒別相位時(shí)存在非線性因素，因此容易出現(xiàn)碼環(huán)失鎖的現(xiàn)象，即不能計(jì)算出碼相位誤差的現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種基于EKF的TC-OFDM接收機(jī)碼跟蹤方法及裝置，以提高TC-OFDM接收機(jī)的跟蹤靈敏度。具體技術(shù)方案如下：

一種基于EKF的TC-OFDM接收機(jī)碼跟蹤方法，應(yīng)用于所述TC-OFDM接收機(jī)，所述方法包括：

接收當(dāng)前時(shí)刻的目標(biāo)信號(hào)，并獲取所述TC-OFDM接收機(jī)自身產(chǎn)生的本地信號(hào)；

對(duì)所述目標(biāo)信號(hào)與所述本地信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值；

獲取所述當(dāng)前時(shí)刻的上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，使用EKF算法對(duì)所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值和所述當(dāng)前時(shí)刻的上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值進(jìn)行計(jì)算，得到當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，其中，所述狀態(tài)估計(jì)值包括碼相位誤差和信號(hào)幅度。

如上所述的方法，其中，所述對(duì)所述目標(biāo)信號(hào)與所述本地信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值包括：

對(duì)所述目標(biāo)信號(hào)i、q以及本地信號(hào)e、l分別經(jīng)過超前相關(guān)器和滯后相關(guān)器進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到所述超前相關(guān)器的輸出信號(hào)I_E、Q_E，以及所述滯后相關(guān)器的輸出信號(hào)I_L、Q_L，并確定所述超前相關(guān)器和所述滯后相關(guān)器的輸出信號(hào)的積分值E、L分別為：

其中，所述τ為碼相位誤差，且所述A_c＝(A|sinc(f_dT_coh)|)²，所述A為所述超前相關(guān)器和所述滯后相關(guān)器支路輸出的信號(hào)幅度，所述d是所述超前相關(guān)器和所述滯后相關(guān)器之間的間距，所述T_coh為所述相關(guān)運(yùn)算的相干積分時(shí)間，所述R(·)為自相關(guān)函數(shù)，所述n_E為所述超前相關(guān)器輸出的噪聲，所述n_L為所述滯后相關(guān)器輸出的噪聲；f_d為殘留載波頻率差；

根據(jù)所述超前相關(guān)器和所述滯后相關(guān)器輸出信號(hào)的積分值E、L確定所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值Y_k為：

如上所述的方法，其中，所述使用EKF算法對(duì)所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值和所述當(dāng)前時(shí)刻的上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值進(jìn)行計(jì)算，得到當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值包括：

根據(jù)所述上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，以及預(yù)設(shè)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，確定當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測(cè)值，并確定上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣；

根據(jù)所述上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣，以及所述預(yù)設(shè)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，確定當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)誤差；

確定所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值對(duì)應(yīng)的觀測(cè)矩陣和隨機(jī)觀測(cè)噪聲，以及所述隨機(jī)觀測(cè)噪聲的協(xié)方差矩陣；

根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)誤差、所述觀測(cè)矩陣、以及所述隨機(jī)觀測(cè)噪聲的協(xié)方差矩陣，確定當(dāng)前時(shí)刻的濾波增益；

根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測(cè)值、所述濾波增益、以及所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值，確定所述當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值。

如上所述的方法，其中，根據(jù)所述上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，以及預(yù)設(shè)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，確定當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測(cè)值包括：

根據(jù)公式X_k,k-1＝ΦX_k-1，確定所述當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測(cè)值X_k,k-1；其中，所述X_k-1為所述上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，為所述預(yù)設(shè)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；

所述確定上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣包括：

根據(jù)公式確定上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差W_k-1；其中，所述n_τ、是均值為0，方差為δ_τ²和的高斯白噪聲；

根據(jù)公式確定所述上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣Q_k-1。

如上所述的方法，其中，根據(jù)所述上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣，以及所述預(yù)設(shè)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，確定當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)誤差包括：

獲取上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差P_k-1，并根據(jù)公式P_k,k-1＝ΦP_k-1Φ^T+Q_k-1，確定所述當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)誤差P_k,k-1；其中，所述Φ^T為所述Φ的轉(zhuǎn)置矩陣；

所述確定所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值對(duì)應(yīng)的觀測(cè)矩陣和隨機(jī)觀測(cè)噪聲，以及所述隨機(jī)觀測(cè)噪聲的協(xié)方差矩陣包括：

確定所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值Y_k為：

確定所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值Y_k對(duì)應(yīng)的隨機(jī)觀測(cè)噪聲為V_k，所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值Y_k對(duì)應(yīng)的觀測(cè)矩陣H_k為：

確定所述隨機(jī)觀測(cè)噪聲V_k的協(xié)方差矩陣R_k為：

如上所述的方法，其中，所述根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)誤差、所述觀測(cè)矩陣、以及所述隨機(jī)觀測(cè)噪聲的協(xié)方差矩陣，確定當(dāng)前時(shí)刻的濾波增益包括：

根據(jù)公式確定所述當(dāng)前時(shí)刻的濾波增益K_k；

所述根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測(cè)值、所述濾波增益、以及所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值，確定所述當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值包括：

根據(jù)公式X_k＝X_k,k-1+K_k(Y_k-h(X_k,k-1))，確定所述當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值X_k。

一種基于EKF的TC-OFDM接收機(jī)碼跟蹤裝置，應(yīng)用于所述TC-OFDM接收機(jī)，所述裝置包括：

接收模塊，用于接收當(dāng)前時(shí)刻的目標(biāo)信號(hào)，并獲取所述TC-OFDM接收機(jī)自身產(chǎn)生的本地信號(hào)；

相關(guān)運(yùn)算模塊，用于對(duì)所述目標(biāo)信號(hào)與所述本地信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值；

EKF計(jì)算模塊，用于獲取所述當(dāng)前時(shí)刻的上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，使用EKF算法對(duì)所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值和所述當(dāng)前時(shí)刻的上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值進(jìn)行計(jì)算，得到當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，其中，所述狀態(tài)估計(jì)值包括碼相位誤差和信號(hào)幅度。

如上所述的裝置，其中，所述相關(guān)運(yùn)算模塊具體用于：

對(duì)所述目標(biāo)信號(hào)i、q以及本地信號(hào)e、l分別經(jīng)過超前相關(guān)器和滯后相關(guān)器進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到所述超前相關(guān)器的輸出信號(hào)I_E、Q_E，以及所述滯后相關(guān)器的輸出信號(hào)I_L、Q_L，并確定所述超前相關(guān)器和所述滯后相關(guān)器的輸出信號(hào)的積分值E、L分別為：

其中，所述τ為碼相位誤差，且所述A_c＝(A|sinc(f_dT_coh)|)²，所述A為所述超前相關(guān)器和所述滯后相關(guān)器支路輸出的信號(hào)幅度，所述d是所述超前相關(guān)器和所述滯后相關(guān)器之間的間距，所述T_coh為所述相關(guān)運(yùn)算的相干積分時(shí)間，所述R(·)為自相關(guān)函數(shù)，所述n_E為所述超前相關(guān)器輸出的噪聲，所述n_L為所述滯后相關(guān)器輸出的噪聲；f_d為殘留載波頻率差；

根據(jù)所述超前相關(guān)器和所述滯后相關(guān)器輸出信號(hào)的積分值E、L確定所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值Y_k為：

如上所述的裝置，其中，所述EKF計(jì)算模塊具體用于：

根據(jù)所述上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，以及預(yù)設(shè)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，確定當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測(cè)值，并確定上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣；

根據(jù)所述上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣，以及所述預(yù)設(shè)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，確定當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)誤差；

確定所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值對(duì)應(yīng)的觀測(cè)矩陣和隨機(jī)觀測(cè)噪聲，以及所述隨機(jī)觀測(cè)噪聲的協(xié)方差矩陣；

根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)誤差、所述觀測(cè)矩陣、以及所述隨機(jī)觀測(cè)噪聲的協(xié)方差矩陣，確定當(dāng)前時(shí)刻的濾波增益；

根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測(cè)值、所述濾波增益、以及所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值，確定所述當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值。

如上所述的裝置，其中，所述EKF計(jì)算模塊具體用于：

根據(jù)公式X_k,k-1＝ΦX_k-1，確定所述當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測(cè)值X_k,k-1；其中，所述X_k-1為所述上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，為所述預(yù)設(shè)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；

根據(jù)公式確定上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差W_k-1；其中，所述n_τ、是均值為0，方差為δ_τ²和的高斯白噪聲；

根據(jù)公式確定所述上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣Q_k-1；

獲取上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差P_k-1，并根據(jù)公式P_k,k-1＝ΦP_k-1Φ^T+Q_k-1，確定所述當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)誤差P_k,k-1；其中，所述Φ^T為所述Φ的轉(zhuǎn)置矩陣；

確定所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值Y_k為：

確定所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值Y_k對(duì)應(yīng)的隨機(jī)觀測(cè)噪聲為V_k，所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值Y_k對(duì)應(yīng)的觀測(cè)矩陣H_k為：

確定所述隨機(jī)觀測(cè)噪聲V_k的協(xié)方差矩陣R_k為：

根據(jù)公式確定所述當(dāng)前時(shí)刻的濾波增益K_k；

根據(jù)公式X_k＝X_k,k-1+K_k(Y_k-h(X_k,k-1))，確定所述當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值X_k。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于EKF的TC-OFDM接收機(jī)碼跟蹤方法及裝置，通過接收當(dāng)前時(shí)刻的目標(biāo)信號(hào)，并獲取所述TC-OFDM接收機(jī)自身產(chǎn)生的本地信號(hào)；對(duì)所述目標(biāo)信號(hào)與所述本地信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值；獲取所述當(dāng)前時(shí)刻的上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，使用EKF算法對(duì)所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值和所述當(dāng)前時(shí)刻的上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值進(jìn)行計(jì)算，得到當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，其中，所述狀態(tài)估計(jì)值包括碼相位誤差和信號(hào)幅度。通過將碼相位誤差和信號(hào)幅度共同作為EKF的狀態(tài)估計(jì)值進(jìn)行計(jì)算，提高了跟蹤環(huán)路的收斂速度和穩(wěn)健性，從而提高了TC-OFDM接收機(jī)的跟蹤靈敏度。當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品或方法并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為傳統(tǒng)碼跟蹤環(huán)路結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的碼跟蹤環(huán)路結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于EKF的TC-OFDM接收機(jī)碼跟蹤方法的流程圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于EKF的TC-OFDM接收機(jī)碼跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的碼跟蹤環(huán)路結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的碼跟蹤環(huán)路由載波剝離運(yùn)算器、碼發(fā)生器、一組超前相關(guān)器、一組滯后相關(guān)器、四個(gè)積分-清零器、載波數(shù)控振蕩器和EKF組成，載波剝離運(yùn)算器對(duì)接收機(jī)接收的信號(hào)S_IF,I和S_IF,Q經(jīng)過運(yùn)算后得到信號(hào)i、q，并將信號(hào)i、q與接收機(jī)自身產(chǎn)生的本地信號(hào)e、l經(jīng)過超前和滯后兩組相關(guān)器進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算后，得到超前相關(guān)器輸出信號(hào)I_E、Q_E，以及滯后相關(guān)器輸出信號(hào)I_L、Q_L，進(jìn)而根據(jù)I_E、Q_E，以及I_L、Q_L對(duì)接收信號(hào)與本地信號(hào)的碼相位誤差τ和信號(hào)幅度A_c進(jìn)行估計(jì)。具體的，可以通過EKF對(duì)碼相位誤差τ和信號(hào)幅度A_c進(jìn)行估計(jì)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于EKF的TC-OFDM接收機(jī)碼跟蹤方法中，采用EKF替代了現(xiàn)有的TC-OFDM接收機(jī)碼跟蹤環(huán)路中的碼環(huán)鑒別器，EKF碼跟蹤算法是一種基于最小均方誤差估計(jì)準(zhǔn)則的估計(jì)方法，將非線性函數(shù)在狀態(tài)估計(jì)值附近進(jìn)行泰勒多項(xiàng)式展開，把非線性濾波問題轉(zhuǎn)換成線性濾波問題，有效的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，在實(shí)際應(yīng)用中，EKF的形式和狀態(tài)方程、觀測(cè)方程密切相關(guān)。

首先對(duì)狀態(tài)方程和觀測(cè)方程進(jìn)行說明。

狀態(tài)方程描述的是狀態(tài)向量的行為。為了能夠準(zhǔn)確的跟蹤輸入信號(hào)的相位，選擇濾波器的狀態(tài)量為：

X＝[τ,A_c]^T (4)

假設(shè)信號(hào)幅度A_c短時(shí)間內(nèi)變化緩慢，可將其建模成一步狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為單位陣的平穩(wěn)一階馬爾科夫模型：

其中，為兩時(shí)刻信號(hào)幅度的變化值。則EKF線性狀態(tài)方程可以表示為：

式中：Φ為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，W_k-1為系統(tǒng)過程誤差，n_τ、是均值為0，方差分別為δ_τ²和的高斯白噪聲。因此，W_k-1的協(xié)方差矩陣為：

觀測(cè)方程描述的是信號(hào)觀測(cè)值和狀態(tài)向量之間的關(guān)系。碼跟蹤環(huán)中積分清零E和L支路輸出為：

為了方便分析，僅考慮一次非相干積分的碼環(huán)跟蹤模型，則信號(hào)觀測(cè)值可簡(jiǎn)寫成如下向量形式：

即

Y_k＝h(X_k)+V_k (10)

其中，V_k為隨機(jī)觀測(cè)噪聲，Y_k對(duì)應(yīng)的觀測(cè)矩陣為：

由于有限帶寬的PN碼自相關(guān)函數(shù)形式較為復(fù)雜，在此使用無限帶寬的PN碼自相關(guān)函數(shù)代替：

將R(τ)帶入式(11)，得到

相關(guān)器輸出的IQ兩路噪聲服從均值為0、方差為的高斯分布，則有：

同時(shí)，同一相關(guān)器IQ兩路的噪聲是獨(dú)立的，所以：

cov(n_E,I,n_E,Q)＝cov(n_L,I,n_L,Q)＝0 (15)

對(duì)應(yīng)式(8)有：

則和的方差為：

同時(shí)，

則V_k的協(xié)方差矩陣為：

下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的基于EKF的TC-OFDM接收機(jī)碼跟蹤方法進(jìn)行說明。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于EKF的TC-OFDM接收機(jī)碼跟蹤方法的流程圖。如圖3所示，本實(shí)施例提供的基于EKF的TC-OFDM接收機(jī)碼跟蹤方法，應(yīng)用于所述TC-OFDM接收機(jī)，所述方法可以包括：

步驟101、接收當(dāng)前時(shí)刻的目標(biāo)信號(hào)，并獲取所述TC-OFDM接收機(jī)自身產(chǎn)生的本地信號(hào)。

所述當(dāng)前時(shí)刻的目標(biāo)信號(hào)是由所述TC-OFDM接收機(jī)接收到的基站信號(hào)，本地信號(hào)是由所述TC-OFDM接收機(jī)內(nèi)的碼發(fā)生器產(chǎn)生的。

步驟102、對(duì)所述目標(biāo)信號(hào)與所述本地信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值。

本步驟中，具體的，對(duì)所述目標(biāo)信號(hào)i、q以及本地信號(hào)e、l分別經(jīng)過超前相關(guān)器和滯后相關(guān)器進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到所述超前相關(guān)器的輸出信號(hào)I_E、Q_E，以及所述滯后相關(guān)器的輸出信號(hào)I_L、Q_L，并確定所述超前相關(guān)器和所述滯后相關(guān)器的輸出信號(hào)的積分值E、L分別為：

其中，所述τ為碼相位誤差，且所述A_c＝(A|sinc(f_dT_coh)|)²，所述A為所述超前相關(guān)器和所述滯后相關(guān)器支路輸出的信號(hào)幅度，所述d是所述超前相關(guān)器和所述滯后相關(guān)器之間的間距，所述T_coh為所述相關(guān)運(yùn)算的相干積分時(shí)間，所述R(·)為自相關(guān)函數(shù)，所述n_E為所述超前相關(guān)器輸出的噪聲，所述n_L為所述滯后相關(guān)器輸出的噪聲；f_d為殘留載波頻率差。

根據(jù)所述超前相關(guān)器和所述滯后相關(guān)器輸出信號(hào)的積分值E、L確定所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值Y_k為：

步驟103、獲取所述當(dāng)前時(shí)刻的上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，使用EKF算法對(duì)所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值和所述當(dāng)前時(shí)刻的上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值進(jìn)行計(jì)算，得到當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，其中，所述狀態(tài)估計(jì)值包括碼相位誤差和信號(hào)幅度。

本實(shí)施例提供的方法，在對(duì)傳統(tǒng)延遲鎖定環(huán)(Delay Lock Loop，DLL)和無幅度估計(jì)的EKF碼跟蹤算法分析的基礎(chǔ)上，提出包含信號(hào)幅度估計(jì)的EKF碼跟蹤算法，相對(duì)于傳統(tǒng)DLL碼環(huán)和傳統(tǒng)無幅度估計(jì)的EKF碼跟蹤算法有碼速率波動(dòng)范圍小、信號(hào)強(qiáng)度大動(dòng)態(tài)范圍變化時(shí)收斂速度快等優(yōu)點(diǎn)，在低信噪比的環(huán)境下能夠較好的跟蹤TC-OFDM信號(hào)。

在使用EKF算法對(duì)所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值和所述當(dāng)前時(shí)刻的上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值進(jìn)行計(jì)算，得到當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值時(shí)，具體可以根據(jù)所述上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，以及預(yù)設(shè)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，確定當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測(cè)值，并確定上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣；確定出當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測(cè)值和上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣后，根據(jù)所述上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣，以及所述預(yù)設(shè)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，確定當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)誤差；確定所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值對(duì)應(yīng)的觀測(cè)矩陣和隨機(jī)觀測(cè)噪聲，以及所述隨機(jī)觀測(cè)噪聲的協(xié)方差矩陣；根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)誤差、所述觀測(cè)矩陣、以及所述隨機(jī)觀測(cè)噪聲的協(xié)方差矩陣，確定當(dāng)前時(shí)刻的濾波增益；根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測(cè)值、所述濾波增益、以及所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值，確定所述當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值。

可選的，可以根據(jù)公式X_k,k-1＝ΦX_k-1，確定所述當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測(cè)值X_k,k-1，并根據(jù)公式確定上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差W_k-1。

其中，所述X_k-1為所述上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，為所述預(yù)設(shè)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，所述n_τ、是均值為0，方差為δ_τ²和的高斯白噪聲；根據(jù)公式確定所述上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣Q_k-1。

可選的，可以根據(jù)公式獲取上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差P_k-1，并根據(jù)公式P_k,k-1＝ΦP_k-1Φ^T+Q_k-1，確定所述當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)誤差P_k,k-1。

其中，I為單位矩陣，所述H_k-1為上一時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值Y_k-1對(duì)應(yīng)的觀測(cè)矩陣，R_k-1為上一時(shí)刻的隨機(jī)觀測(cè)噪聲V_k-1的協(xié)方差矩陣，所述K_k-1為上一時(shí)刻的濾波增益，P_k-1,k-2為上一時(shí)刻的上一時(shí)刻的預(yù)測(cè)誤差，所述Φ^T為所述Φ的轉(zhuǎn)置矩陣。

可選的，根據(jù)公式確定所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值，V_k為所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值Y_k對(duì)應(yīng)的隨機(jī)觀測(cè)噪聲；根據(jù)公式確定所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值Y_k對(duì)應(yīng)的觀測(cè)矩陣H_k；并根據(jù)公式確定所述隨機(jī)觀測(cè)噪聲V_k的協(xié)方差矩陣R_k。

可選的，可以根據(jù)公式確定所述當(dāng)前時(shí)刻的濾波增益K_k；根據(jù)公式X_k＝X_k,k-1+K_k(Y_k-h(X_k,k-1))，確定所述當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值X_k。

其中，K_k為當(dāng)前時(shí)刻的濾波增益，P_k,k-1為當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)誤差，H_k為當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值Y_k對(duì)應(yīng)的觀測(cè)矩陣，R_k為當(dāng)前時(shí)刻的隨機(jī)觀測(cè)噪聲V_k的協(xié)方差矩陣，X_k為當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，X_k,k-1為當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測(cè)值，為自定義變量，表示所述超前相關(guān)器和所述滯后相關(guān)器支路的真實(shí)相關(guān)值。

從公式可以看出，當(dāng)R_k很大時(shí)，對(duì)應(yīng)的K_k會(huì)很小，從而導(dǎo)致公式X_k＝X_k,k-1+K_k(Y_k-h(X_k,k-1))計(jì)算出來的狀態(tài)估計(jì)值很?。划?dāng)Q_k很小時(shí)，公式P_k,k-1＝ΦP_k-1Φ^T+Q_k-1計(jì)算得到的一步預(yù)測(cè)系統(tǒng)過程誤差P_k,k-1將會(huì)很小，最終導(dǎo)致狀態(tài)估計(jì)值X_k較小。

通過上述分析，可以看出EKF每次對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的估計(jì)都是當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)不確定度和信號(hào)觀測(cè)量不確定度之間的折中。因此，本實(shí)施例通過對(duì)歷史觀測(cè)值和當(dāng)前觀測(cè)值來對(duì)噪聲進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)來確定R_k和Q_k，增強(qiáng)EKF濾波器對(duì)噪聲的適應(yīng)性。

本實(shí)施例的技術(shù)方案，通過將碼相位誤差和信號(hào)幅度共同作為EKF的狀態(tài)估計(jì)值進(jìn)行計(jì)算，提高了跟蹤環(huán)路的收斂速度和穩(wěn)健性，從而提高了TC-OFDM接收機(jī)的跟蹤靈敏度。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于EKF的TC-OFDM接收機(jī)碼跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，本實(shí)施例提供的基于EKF的TC-OFDM接收機(jī)碼跟蹤裝置，可應(yīng)用于所述TC-OFDM接收機(jī)，具體的，所述裝置包括：

接收模塊41，用于接收當(dāng)前時(shí)刻的目標(biāo)信號(hào)，并獲取所述TC-OFDM接收機(jī)自身產(chǎn)生的本地信號(hào)；

相關(guān)運(yùn)算模塊42，用于對(duì)所述目標(biāo)信號(hào)與所述本地信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值；

EKF計(jì)算模塊43，用于獲取所述當(dāng)前時(shí)刻的上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，使用EKF算法對(duì)所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值和所述當(dāng)前時(shí)刻的上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值進(jìn)行計(jì)算，得到當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，其中，所述狀態(tài)估計(jì)值包括碼相位誤差和信號(hào)幅度。

所述相關(guān)運(yùn)算模塊42具體用于：對(duì)所述目標(biāo)信號(hào)i、q以及本地信號(hào)e、l分別經(jīng)過超前相關(guān)器和滯后相關(guān)器進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到所述超前相關(guān)器的輸出信號(hào)I_E、Q_E，以及所述滯后相關(guān)器的輸出信號(hào)I_L、Q_L，并確定所述超前相關(guān)器和所述滯后相關(guān)器的輸出信號(hào)的積分值E、L分別為：

其中，所述τ為碼相位誤差，且所述A_c＝(A|sinc(f_dT_coh)|)²，所述A為所述超前相關(guān)器和所述滯后相關(guān)器支路輸出的信號(hào)幅度，所述d是所述超前相關(guān)器和所述滯后相關(guān)器之間的間距，所述T_coh為所述相關(guān)運(yùn)算的相干積分時(shí)間，所述R(·)為自相關(guān)函數(shù)，所述n_E為所述超前相關(guān)器輸出的噪聲，所述n_L為所述滯后相關(guān)器輸出的噪聲；f_d為殘留載波頻率差；

根據(jù)所述超前相關(guān)器和所述滯后相關(guān)器輸出信號(hào)的積分值E、L確定所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值Y_k為：

具體的，所述EKF計(jì)算模塊43具體用于：根據(jù)所述上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，以及預(yù)設(shè)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，確定當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測(cè)值，并確定上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣；根據(jù)所述上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣，以及所述預(yù)設(shè)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，確定當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)誤差；確定所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值對(duì)應(yīng)的觀測(cè)矩陣和隨機(jī)觀測(cè)噪聲，以及所述隨機(jī)觀測(cè)噪聲的協(xié)方差矩陣；根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)誤差、所述觀測(cè)矩陣、以及所述隨機(jī)觀測(cè)噪聲的協(xié)方差矩陣，確定當(dāng)前時(shí)刻的濾波增益；根據(jù)所述當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測(cè)值、所述濾波增益、以及所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值，確定所述當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值。

EKF計(jì)算模塊43具體用于：

根據(jù)公式X_k,k-1＝ΦX_k-1，確定所述當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測(cè)值X_k,k-1；其中，所述X_k-1為所述上一時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值，為所述預(yù)設(shè)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；

根據(jù)公式確定上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差W_k-1；其中，所述n_τ、是均值為0，方差為δ_τ²和的高斯白噪聲；

根據(jù)公式確定所述上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣Q_k-1；

獲取上一時(shí)刻的系統(tǒng)過程誤差P_k-1，并根據(jù)公式P_k,k-1＝ΦP_k-1Φ^T+Q_k-1，確定所述當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測(cè)誤差P_k,k-1；其中，所述Φ^T為所述Φ的轉(zhuǎn)置矩陣；

確定所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值Y_k為：

確定所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值Y_k對(duì)應(yīng)的隨機(jī)觀測(cè)噪聲為V_k，所述當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)觀測(cè)值Y_k對(duì)應(yīng)的觀測(cè)矩陣H_k為：

確定所述隨機(jī)觀測(cè)噪聲V_k的協(xié)方差矩陣R_k為：

根據(jù)公式確定所述當(dāng)前時(shí)刻的濾波增益K_k；

根據(jù)公式X_k＝X_k,k-1+K_k(Y_k-h(X_k,k-1))，確定所述當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值X_k。

本實(shí)施例提供的基于EKF的TC-OFDM接收機(jī)碼跟蹤裝置，可用于執(zhí)行上述方法實(shí)施例的技術(shù)方案，其實(shí)現(xiàn)原理和技術(shù)效果類似，此處不再贅述。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用相關(guān)的方式描述，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其，對(duì)于系統(tǒng)實(shí)施例而言，由于其基本相似于方法實(shí)施例，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見方法實(shí)施例的部分說明即可。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。