一種多普勒頻偏估計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)領域】，提供了一種多普勒頻偏估計方法和裝置，該方法包括：基于恒定的多普勒頻偏方法，獲取多個連續(xù)時間周期的一級多普勒頻偏估計值，確定所述一級多普勒頻偏估計的一級搜索范圍；根據(jù)相鄰的兩個一級多普勒頻偏估計值計算下一時間周期的多普勒頻偏估計的二級預測搜索范圍；根據(jù)所述二級預測搜索范圍確定所述下一時間周期的二級多普勒頻偏估計值；根據(jù)多個所獲取的二級多普勒頻偏估計值進一步確定下一級預測搜索范圍以及下一級多普勒頻偏估計值。本發(fā)明利用已得到多普勒頻偏估計值來逐步縮小頻偏估計的搜索范圍，提高多普勒頻偏估計的可靠性，從而有效縮短累加時間長度，提高估計精度。
【專利說明】一種多普勒頻偏估計方法和裝置

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

【背景技術(shù)】
[0002] 未來，人們期望在高鐵和飛機上也享受到高速的互聯(lián)網(wǎng)服務，長期演進技術(shù)（LTE， Long Term Evolution)也要求可提供高速移動中的通信需求。同時，在移動互聯(lián)網(wǎng)時代， LTE終端設備中具備GPS模塊也已成為標準配置，GPS信號接收同樣需要滿足高移動性的需 求。
[0003] 在移動通信系統(tǒng)中，為了克服由高移動性引起的大多普勒頻移對通信質(zhì)量的影 響，接收端必須實施快速、準確的進行多普勒頻偏捕獲，將剩余多普勒頻偏縮小到跟蹤環(huán)路 入鎖頻偏動態(tài)范圍之內(nèi)，以便進行多普勒跟蹤。
[0004] 現(xiàn)有的大多普勒頻移估計算法主要有基于FFT的功率譜檢測算法、基于噪聲匹配 的算法、采用三階段機制進行合碼捕獲和多普勒估計的算法、以及采用半分法進行迭代搜 索的多普勒頻偏估計算法等等。但是，現(xiàn)有的多普勒頻偏估計算法都僅考慮了恒定的多普 勒頻偏，沒有考慮多普勒加速度對頻偏估計的影響。
[0005] 當接收信噪比不足以保證一個可靠的多普勒頻偏估計時，可通過相干或非相干累 加來累積信號能量，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，多普勒頻偏估計的精度與累加時間長度成反比，而多普勒頻偏估計的可靠性與累加時 間長度成正比，因而不利于在保證頻偏估計的可靠性的同時，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，多普勒頻偏估計的精度與累加時間長度成反比，而多普勒頻 偏估計的可靠性與累加時間長度成正比，因而不利于在保證頻偏估計的可靠性的同時，提 高多譜勒頻偏的精度的問題。
[0007] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種多普勒頻偏估計方法，所述方法包括：
[0008] 基于恒定的多普勒頻偏方法，獲取多個連續(xù)時間周期的一級多普勒頻偏估計值， 確定所述一級多普勒頻偏估計的一級搜索范圍；
[0009] 根據(jù)相鄰的兩個一級多普勒頻偏估計值計算下一時間周期的多普勒頻偏估計的 二級預測搜索范圍，所述二級預測搜索范圍小于所述初始搜索范圍；
[0010] 根據(jù)所述二級預測搜索范圍確定所述下一時間周期的二級多普勒頻偏估計值；
[0011] 根據(jù)多個所獲取的二級多普勒頻偏估計值進一步確定下一級預測搜索范圍以及 下一級多普勒頻偏估計值。
[0012] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種多普勒頻偏估計裝置，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，獲取多個連續(xù)時間周期的一級 多普勒頻偏估計值，確定所述一級多普勒頻偏估計的一級搜索范圍；
[0014] 搜索范圍計算單元，用于根據(jù)相鄰的兩個一級多普勒頻偏估計值計算下一時間周 期的多普勒頻偏估計的二級預測搜索范圍，所述二級預測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)所述二級預測搜索范圍確定所述下一時間周期的二級多 普勒頻偏估計值；
[0016] 第三確定單元，用于根據(jù)多個所獲取的二級多普勒頻偏估計值進一步確定下一級 預測搜索范圍以及下一級多普勒頻偏估計值。
[0017] 本發(fā)明基于恒定的多普勒頻偏方法獲取多個連續(xù)時間周期的一級多普勒頻偏估 計值，并確定所述一級多普勒頻偏估計的一級搜索范圍，根據(jù)兩個相鄰的一級多普勒頻偏 估計計算下一時間的多普勒頻偏估計的、更加精確的二級預測搜索范圍，并且通過二級預 測搜索范圍確定二級多普勒頻偏估計值，通過多個二級多普勒頻偏估計值又可以進一步得 到更加精確的三級多普勒頻偏估計值，從而在有效的縮短了累加時間長度的同時，提高多 普勒頻偏估計值的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明實施例提供的多普勒頻偏估計方法的實現(xiàn)流程圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明實施例提供的基于快速傅立葉變換FFT的功率檢測方法的實現(xiàn)流程 圖；
[0020] 圖3是本發(fā)明實施例提供的搜索范圍逐級縮小的多普勒頻偏估計原理框圖；
[0021] 圖4為本發(fā)明實施例提供的基于搜索范圍預測的多普勒捕獲方法與分段補償法 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)明實施例提供的多普勒頻偏捕獲誤差的互補累積分布函數(shù)圖；
[0023] 圖6為本發(fā)明實施例提供的多普勒頻偏估計的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0024] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實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)明實施例可適用于擴頻通信系統(tǒng)或者GPS接收機，具體可用于擴頻通信系統(tǒng) 或者GPS接收機中對接收信號的頻偏估計。
[0026] 本發(fā)明實施例針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的低信噪比條件和高動態(tài)性對多普勒頻偏估 計的雙重影響的環(huán)境，提出了一種適用于極低信噪比高動態(tài)環(huán)境下的基于搜索范圍預測的 多普勒頻偏估計方法。在基于FFT功率檢測的多普勒頻偏估計等算法基礎上，充分利用前 后信號之間多普勒頻偏變化受限這一物理特點，通過迭代不斷縮小頻率檢測的有效搜索范 圍，提高頻偏估計的可靠性?？梢杂行岣叨嗥绽疹l偏估計的正確檢測概率。下面結(jié)合附 圖具體說明。
[0027] 圖1示出了本發(fā)明實施例提供的多普勒頻偏估計方法的實現(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，獲取多個連續(xù)時間周期的一級多普 勒頻偏估計值，確定所述一級多普勒頻偏估計的一級搜索范圍。
[0029] 具體的，所述一級多普勒頻偏，是相對于后續(xù)的以一級多普勒頻偏估計值為基礎 計算得到的二級多普勒頻偏估計進行區(qū)分而設定的標識，同樣的道理，所述一級搜索范圍， 是為區(qū)別于后續(xù)提到的以一級搜索范圍得到的二級多普勒頻偏估計，并以為此基礎生成的 二級預測搜索相區(qū)分而設置的標識。
[0030] 所述時間周期連續(xù)，是指計算所述多普勒頻偏估計值的時間周期是相連的，中間 沒有間隔時間。
[0031] 所述一級搜索范圍，是在步驟SlOl中所計算的多普勒頻偏估計而到的一個范圍， 假設初始的多普勒估計的搜索范圍是S = [_Fmax，F(xiàn)max]，其中Fmax為步驟SlOl中計算的多普 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 方法、基于噪聲匹配方法、采用三階段機制進行合碼捕獲和多普勒估計的方法、以及采用半 分法進行迭代搜索的多普勒頻偏估計方法等。下面對基于快速傅立葉變換FFT的功率檢測 方法簡單介紹如下：
[0033] 首先，需要設定系統(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，得到的基帶擴頻信號為rn:
[0034]

【權(quán)利要求】
1. 一種多普勒頻偏估計方法，其特征在于，所述方法包括： 基于恒定的多普勒頻偏方法，獲取多個連續(xù)時間周期的一級多普勒頻偏估計值，確定 所述一級多普勒頻偏估計的一級搜索范圍； 根據(jù)相鄰的兩個一級多普勒頻偏估計值計算下一時間周期的多普勒頻偏估計的二級 預測搜索范圍，所述二級預測搜索范圍小于所述初始搜索范圍； 根據(jù)所述二級預測搜索范圍確定所述下一時間周期的二級多普勒頻偏估計值； 根據(jù)多個所獲取的二級多普勒頻偏估計值進一步確定下一級預測搜索范圍以及下一 級多普勒頻偏估計值。
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 連續(xù)時間周期的一級多普勒頻偏估計值，確定所述一級多普勒頻偏估計的一級搜索范圍步 驟具體為： 基于快速傅立葉變換FFT功率檢測的多普勒頻偏估計檢測方法，獲取連續(xù)時間周期的 一級多普勒頻偏估計值，并根據(jù)所述多普勒頻偏的最大值Fmax確定所述一級多普勒頻偏估 計的一級搜索范圍為[_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功率檢測的多 普勒頻偏估計拾涮方法，獲取連續(xù)時間周期的一級多普勒潁偏估計倌步驟具休為： 通過公?
計算連 續(xù)時間周期的一級多普勒頻偏估計值； 其中，g(f-kBw)為長度為Bw的矩形窗，Bw為計算累積時間范圍內(nèi)的最大頻率漂移范圍， R。為擴碼速率，為基帶擴頻信號的解擴信號，M為累加長度。
4. 權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述根據(jù)相鄰的兩個一級多普勒頻偏估計值計 算下一時間周期的多普勒頻偏估計的二級預測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)·}]計算下一 時間周期的多普勒頻偏估計的二級預測搜索范圍，其中，/min = min 4，/〇 }>
為基于恒定的多普勒頻偏方法在相鄰兩個累加周期 分別得到的多普勒頻偏估計值；S是相鄰的兩個累加時間周期之間的最大多普勒漂移，
R。為擴碼速率，Rb為信息碼元速率，擴頻碼長度N。= RcZRb, Θ為多普勒頻偏 估計精度。
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 連續(xù)時間周期的一級多普勒頻偏估計值的正確概率為P且P大于〇. 5,所述根據(jù)所述二級預 測搜索范圍確定所述下一時間周期的二級多普勒頻偏估計值步驟具體為： 根據(jù)所述二級預測搜索范圍確定所述下一時間周期的二級多普勒頻偏估計值的正確 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，獲取多個連續(xù)時間周期的一級多普 勒頻偏估計值，確定所述一級多普勒頻偏估計的一級搜索范圍； 搜索范圍計算單元，用于根據(jù)相鄰的兩個一級多普勒頻偏估計值計算下一時間周期的 多普勒頻偏估計的二級預測搜索范圍，所述二級預測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)所述二級預測搜索范圍確定所述下一時間周期的二級多普勒 頻偏估計值； 第三確定單元，用于根據(jù)多個所獲取的二級多普勒頻偏估計值進一步確定下一級預測 搜索范圍以及下一級多普勒頻偏估計值。
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功率檢測的多普勒頻偏估計檢測方法，獲取連續(xù)時間周期的 一級多普勒頻偏估計值，并根據(jù)所述多普勒頻偏的最大值Fmax確定所述一級多普勒頻偏估 計的一級搜索范圍為[_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： 通過公式
計算連 續(xù)時間周期的一級多普勒頻偏估計值； 其中，g(f-kBw)為長度為Bw的矩形窗，Bw為計算累積時間范圍內(nèi)的最大頻率漂移范圍， Rc為擴碼速率,匕/為基帶擴頻信號的解擴信號,M為累加長度。
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)·}]計算下一 時間周期的多普勒頻偏估計的二級預測搜索范圍，其中，/mn = ， Zmax 基于恒定的多普勒頻偏方法在相鄰兩個累加周期 分別得到的多普勒頻偏估計值；δ是相鄰的兩個累加時間周期之間的最大多普勒漂移，
R。為擴碼速率，Rb為信息碼元速率，擴頻碼長度N。= RcZRb, Θ為多普勒頻偏 估計精度。
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 個連續(xù)時間周期的一級多普勒頻偏估計值的正確概率為P且P大于0. 5,所述第二確定單元 具體為： 根據(jù)所述二級預測搜索范圍確定所述下一時間周期的二級多普勒頻偏估計值的正確 概率為 η 彡（I-P)P2-P(I-P)2。
【文檔編號】H04L25/02GK104378316SQ201410604686
【公開日】2015年2月25日 申請日期: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 申請人:深圳市國創(chuàng)新能源研究院