[发明专利]高动态场景下载波频率捕获的方法和装置

说明书

本发明公布了一种高动态场景下频率斜升估值辅助锁频环的载波频率捕获方法和装置，通过使用开环频率斜升估值算法对锁频环频率捕获进行辅助，实现锁频环快速入锁，实现高动态信号的快速捕获。包括：使用开环频率斜升估值算法对接收信号进行频率斜升估计，得到频率斜升估计值，作为锁频环载波频率捕获的初始状态，更新锁频环环路滤波器中的寄存单元；再进行闭环捕获。与现有技术相比，本发明具有捕获时间短的优点；且所述方法的捕获时间与初始频率斜升大小基本无关，只受估值后残余频率斜升的影响，在存在较大频率斜升和低信噪比的条件下，有较强的实用性。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种高动态场景下频率斜升估值辅助锁频环的载波频率捕获方法和实现装置。

背景技术

通信系统中载波频率捕获是接收机实现相干解调的前提条件。现有传统的载波频率捕获通常采用锁频环实现。锁频环电路主要由鉴频器、环路滤波器和数控振荡器组成。接收信号与本振信号的频率差由鉴频器鉴别并输出误差信号，经环路滤波后，用以控制振荡器频率随之线性变化，直至环路入锁。

采用现有的载波频率捕获技术，在高动态场景中，由于载波信号中不仅存在多普勒频偏，还存在多普勒频率斜升，甚至存在多普勒频率斜升的变化率(即多普勒频率的二次变化率)，从而使接收机入锁困难。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种高动态场景下频率斜升估值辅助锁频环的载波频率捕获方法和装置，可以实现高动态信号的快速捕获。

本发明的技术方案如下：

一种高动态场景下载波频率捕获的方法，是一种频率斜升估值辅助锁频环的载波频率捕获方法，通过使用开环频率斜升估值算法对锁频环频率捕获进行辅助，使得锁频环快速入锁，从而实现高动态信号的快速捕获；包括如下步骤：

1)开环估值：使用开环频率斜升估值算法对接收序列中的N个符号进行频率斜升估计，得到频率斜升估计值α；其中，N为用于估计的符号长度，即估值符号数；

2)获取锁频环载波频率捕获的初始状态：利用频率斜升α作为锁频环载波频率捕获的初始状态，更新锁频环环路滤波器中的寄存单元；

3)闭环捕获：开环估值结束后，使用锁频环闭环工作，直至环路入锁，即捕获得到高动态场景下的载波频率。

实际上，锁频结束之后还要锁相，载波同步最终得到载波的频率和相位。由于频率误差需要在一定的范围内锁相环才能正常工作得到载波相位，因此，捕获得到高动态场景下的载波频率可以保证在误差范围内。

对于高动态通信环境，假定：信道模型为加性高斯白噪声(AWGN)信道，调制方式为相移键控(PSK)，接收信号的第k个采样值r_k表示为式1：

其中，E_s为信号能量；e为自然对数的底；j为虚数单位为均匀分布于-π，π之间的载波初始相偏；ω为多普勒频偏；为符号周期，R_s为符号速率；a为多普勒频率斜升(真实值)；n_k为独立同分布的零均值加性复高斯随机变量。

步骤1)中所述的开环频率斜升估值算法首先进行频率斜升单样本估计；然后通过多样本累加，实现频率斜升的开环估计。

所述的频率斜升单样本估计的方法是通过求取的相角实现，其中，m≥1,n≥1，为接收符号的序号；是接收符号序列{r_k}中序号差为m的两个符号的共轭乘积。

频率斜升估值器中的频率斜升单样本估计方法，具体地，共轭相乘结果的均值表示为式2：