一种多普勒频偏估计方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明适用于通信【技术领域】，提供了一种多普勒频偏估计方法和装置，该方法包括：基于恒定的多普勒频偏方法，获取多个连续时间周期的一级多普勒频偏估计值，确定所述一级多普勒频偏估计的一级搜索范围；根据相邻的两个一级多普勒频偏估计值计算下一时间周期的多普勒频偏估计的二级预测搜索范围；根据所述二级预测搜索范围确定所述下一时间周期的二级多普勒频偏估计值；根据多个所获取的二级多普勒频偏估计值进一步确定下一级预测搜索范围以及下一级多普勒频偏估计值。本发明利用已得到多普勒频偏估计值来逐步缩小频偏估计的搜索范围，提高多普勒频偏估计的可靠性，从而有效缩短累加时间长度，提高估计精度。
【专利说明】一种多普勒频偏估计方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信【技术领域】，尤其涉及一种多普勒频偏估计方法和装置。
【背景技术】
[0002] 未来，人们期望在高铁和飞机上也享受到高速的互联网服务，长期演进技术（LTE， Long Term Evolution)也要求可提供高速移动中的通信需求。同时，在移动互联网时代， LTE终端设备中具备GPS模块也已成为标准配置，GPS信号接收同样需要满足高移动性的需 求。
[0003] 在移动通信系统中，为了克服由高移动性引起的大多普勒频移对通信质量的影 响，接收端必须实施快速、准确的进行多普勒频偏捕获，将剩余多普勒频偏缩小到跟踪环路 入锁频偏动态范围之内，以便进行多普勒跟踪。
[0004] 现有的大多普勒频移估计算法主要有基于FFT的功率谱检测算法、基于噪声匹配 的算法、采用三阶段机制进行合码捕获和多普勒估计的算法、以及采用半分法进行迭代搜 索的多普勒频偏估计算法等等。但是，现有的多普勒频偏估计算法都仅考虑了恒定的多普 勒频偏，没有考虑多普勒加速度对频偏估计的影响。
[0005] 当接收信噪比不足以保证一个可靠的多普勒频偏估计时，可通过相干或非相干累 加来累积信号能量，从而有效提高接收端信噪比。但是，由于多普勒频偏一次加速度的存 在，多普勒频偏估计的精度与累加时间长度成反比，而多普勒频偏估计的可靠性与累加时 间长度成正比，因而不利于在保证频偏估计的可靠性的同时，提高多谱勒频偏的精度。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种多普勒频偏估计方法和装置，以解决现有技术由于多 普勒频偏一次加速度的存在，多普勒频偏估计的精度与累加时间长度成反比，而多普勒频 偏估计的可靠性与累加时间长度成正比，因而不利于在保证频偏估计的可靠性的同时，提 高多谱勒频偏的精度的问题。
[0007] 本发明是这样实现的，一种多普勒频偏估计方法，所述方法包括：
[0008] 基于恒定的多普勒频偏方法，获取多个连续时间周期的一级多普勒频偏估计值， 确定所述一级多普勒频偏估计的一级搜索范围；
[0009] 根据相邻的两个一级多普勒频偏估计值计算下一时间周期的多普勒频偏估计的 二级预测搜索范围，所述二级预测搜索范围小于所述初始搜索范围；
[0010] 根据所述二级预测搜索范围确定所述下一时间周期的二级多普勒频偏估计值；
[0011] 根据多个所获取的二级多普勒频偏估计值进一步确定下一级预测搜索范围以及 下一级多普勒频偏估计值。
[0012] 本发明的另一目的在于提供一种多普勒频偏估计装置，所述装置包括：
[0013] 第一确定单元，用于基于恒定的多普勒频偏方法，获取多个连续时间周期的一级 多普勒频偏估计值，确定所述一级多普勒频偏估计的一级搜索范围；
[0014] 搜索范围计算单元，用于根据相邻的两个一级多普勒频偏估计值计算下一时间周 期的多普勒频偏估计的二级预测搜索范围，所述二级预测搜索范围小于所述初始搜索范 围；
[0015] 第二确定单元，用于根据所述二级预测搜索范围确定所述下一时间周期的二级多 普勒频偏估计值；
[0016] 第三确定单元，用于根据多个所获取的二级多普勒频偏估计值进一步确定下一级 预测搜索范围以及下一级多普勒频偏估计值。
[0017] 本发明基于恒定的多普勒频偏方法获取多个连续时间周期的一级多普勒频偏估 计值，并确定所述一级多普勒频偏估计的一级搜索范围，根据两个相邻的一级多普勒频偏 估计计算下一时间的多普勒频偏估计的、更加精确的二级预测搜索范围，并且通过二级预 测搜索范围确定二级多普勒频偏估计值，通过多个二级多普勒频偏估计值又可以进一步得 到更加精确的三级多普勒频偏估计值，从而在有效的缩短了累加时间长度的同时，提高多 普勒频偏估计值的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1是本发明实施例提供的多普勒频偏估计方法的实现流程图；
[0019] 图2是本发明实施例提供的基于快速傅立叶变换FFT的功率检测方法的实现流程 图；
[0020] 图3是本发明实施例提供的搜索范围逐级缩小的多普勒频偏估计原理框图；
[0021] 图4为本发明实施例提供的基于搜索范围预测的多普勒捕获方法与分段补偿法 和插值法的捕获概率性能曲线比较示意图；
[0022] 图5为本发明实施例提供的多普勒频偏捕获误差的互补累积分布函数图；
[0023] 图6为本发明实施例提供的多普勒频偏估计的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0025] 本发明实施例可适用于扩频通信系统或者GPS接收机，具体可用于扩频通信系统 或者GPS接收机中对接收信号的频偏估计。
[0026] 本发明实施例针对现有技术中存在的低信噪比条件和高动态性对多普勒频偏估 计的双重影响的环境，提出了一种适用于极低信噪比高动态环境下的基于搜索范围预测的 多普勒频偏估计方法。在基于FFT功率检测的多普勒频偏估计等算法基础上，充分利用前 后信号之间多普勒频偏变化受限这一物理特点，通过迭代不断缩小频率检测的有效搜索范 围，提高频偏估计的可靠性。可以有效提高多普勒频偏估计的正确检测概率。下面结合附 图具体说明。
[0027] 图1示出了本发明实施例提供的多普勒频偏估计方法的实现流程，详述如下：
[0028] 在步骤SlOl中，基于恒定的多普勒频偏方法，获取多个连续时间周期的一级多普 勒频偏估计值，确定所述一级多普勒频偏估计的一级搜索范围。
[0029] 具体的，所述一级多普勒频偏，是相对于后续的以一级多普勒频偏估计值为基础 计算得到的二级多普勒频偏估计进行区分而设定的标识，同样的道理，所述一级搜索范围， 是为区别于后续提到的以一级搜索范围得到的二级多普勒频偏估计，并以为此基础生成的 二级预测搜索相区分而设置的标识。
[0030] 所述时间周期连续，是指计算所述多普勒频偏估计值的时间周期是相连的，中间 没有间隔时间。
[0031] 所述一级搜索范围，是在步骤SlOl中所计算的多普勒频偏估计而到的一个范围， 假设初始的多普勒估计的搜索范围是S = [_Fmax，Fmax]，其中Fmax为步骤SlOl中计算的多普 勒频偏的最大值。
[0032] 所述基于恒定的多普勒频偏方法，主要包括基于快速傅立叶变换FFT的功率检测 方法、基于噪声匹配方法、采用三阶段机制进行合码捕获和多普勒估计的方法、以及采用半 分法进行迭代搜索的多普勒频偏估计方法等。下面对基于快速傅立叶变换FFT的功率检测 方法简单介绍如下：
[0033] 首先，需要设定系统模型，本发明假定系统接收端经载波解调、中频DDC(Direct Digital Control，直接数字控制）和滤波抽取之后，得到的基带扩频信号为rn:
[0034]
【权利要求】
1. 一种多普勒频偏估计方法，其特征在于，所述方法包括： 基于恒定的多普勒频偏方法，获取多个连续时间周期的一级多普勒频偏估计值，确定 所述一级多普勒频偏估计的一级搜索范围； 根据相邻的两个一级多普勒频偏估计值计算下一时间周期的多普勒频偏估计的二级 预测搜索范围，所述二级预测搜索范围小于所述初始搜索范围； 根据所述二级预测搜索范围确定所述下一时间周期的二级多普勒频偏估计值； 根据多个所获取的二级多普勒频偏估计值进一步确定下一级预测搜索范围以及下一 级多普勒频偏估计值。
2. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述基于恒定的多普勒频偏方法，获取多个 连续时间周期的一级多普勒频偏估计值，确定所述一级多普勒频偏估计的一级搜索范围步 骤具体为： 基于快速傅立叶变换FFT功率检测的多普勒频偏估计检测方法，获取连续时间周期的 一级多普勒频偏估计值，并根据所述多普勒频偏的最大值Fmax确定所述一级多普勒频偏估 计的一级搜索范围为[_F max，Fmax]。
3. 根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述基于快速傅立叶变换FFT功率检测的多 普勒频偏估计拾涮方法，获取连续时间周期的一级多普勒颍偏估计倌步骤具休为： 通过公?
计算连 续时间周期的一级多普勒频偏估计值； 其中，g(f-kBw)为长度为Bw的矩形窗，Bw为计算累积时间范围内的最大频率漂移范围， R。为扩码速率，为基带扩频信号的解扩信号，M为累加长度。
4. 权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据相邻的两个一级多普勒频偏估计值计 算下一时间周期的多普勒频偏估计的二级预测搜索范围步骤具体为： 根据公式 S' = [max U δ -2 Θ，-FniaJ，min {f；ax+2 δ +2 Θ，F·}]计算下一 时间周期的多普勒频偏估计的二级预测搜索范围，其中，/min = min 4，/〇 }>
为基于恒定的多普勒频偏方法在相邻两个累加周期 分别得到的多普勒频偏估计值；S是相邻的两个累加时间周期之间的最大多普勒漂移，
R。为扩码速率，Rb为信息码元速率，扩频码长度N。= RcZRb, Θ为多普勒频偏 估计精度。
5. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述基于恒定的多普勒频偏方法，获取多个 连续时间周期的一级多普勒频偏估计值的正确概率为P且P大于〇. 5,所述根据所述二级预 测搜索范围确定所述下一时间周期的二级多普勒频偏估计值步骤具体为： 根据所述二级预测搜索范围确定所述下一时间周期的二级多普勒频偏估计值的正确 概率为 η 彡（I-P)P2-P(I-P)2。
6. -种多普勒频偏估计装置，其特征在于，所述装置包括： 第一确定单元，用于基于恒定的多普勒频偏方法，获取多个连续时间周期的一级多普 勒频偏估计值，确定所述一级多普勒频偏估计的一级搜索范围； 搜索范围计算单元，用于根据相邻的两个一级多普勒频偏估计值计算下一时间周期的 多普勒频偏估计的二级预测搜索范围，所述二级预测搜索范围小于所述初始搜索范围； 第二确定单元，用于根据所述二级预测搜索范围确定所述下一时间周期的二级多普勒 频偏估计值； 第三确定单元，用于根据多个所获取的二级多普勒频偏估计值进一步确定下一级预测 搜索范围以及下一级多普勒频偏估计值。
7. 根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述第一确定单元具体用于： 基于快速傅立叶变换FFT功率检测的多普勒频偏估计检测方法，获取连续时间周期的 一级多普勒频偏估计值，并根据所述多普勒频偏的最大值Fmax确定所述一级多普勒频偏估 计的一级搜索范围为[_F max，Fmax]。
8. 根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述第一确定单元具体用于： 通过公式
计算连 续时间周期的一级多普勒频偏估计值； 其中，g(f-kBw)为长度为Bw的矩形窗，Bw为计算累积时间范围内的最大频率漂移范围， Rc为扩码速率,匕/为基带扩频信号的解扩信号,M为累加长度。
9. 权利要求6所述装置，其特征在于，所述第二确定单元具体用于： 根据公式 S' = [max U δ -2 Θ，-FniaJ，min {f；ax+2 δ +2 Θ，F·}]计算下一 时间周期的多普勒频偏估计的二级预测搜索范围，其中，/mn = ， Zmax 基于恒定的多普勒频偏方法在相邻两个累加周期 分别得到的多普勒频偏估计值；δ是相邻的两个累加时间周期之间的最大多普勒漂移，
R。为扩码速率，Rb为信息码元速率，扩频码长度N。= RcZRb, Θ为多普勒频偏 估计精度。
10. 根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述基于恒定的多普勒频偏方法，获取多 个连续时间周期的一级多普勒频偏估计值的正确概率为P且P大于0. 5,所述第二确定单元 具体为： 根据所述二级预测搜索范围确定所述下一时间周期的二级多普勒频偏估计值的正确 概率为 η 彡（I-P)P2-P(I-P)2。
【文档编号】H04L25/02GK104378316SQ201410604686
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】刘斌, 茆胜, 商松泉 申请人:深圳市国创新能源研究院