适用于连续相位调制信号的频率捕获方法技术

本发明专利技术提出了一种适用于连续相位调制信号的频率捕获方法，包括：步骤S1，对接收信号进行积分降速，然后进行分段加窗处理和分段FFT运算，得到频域信号；步骤S2，将所述频域信号进行非相干累加，然后按照信号频谱带宽进行频谱匹配移位累加，得到匹配循环累加频谱；步骤S3，检测匹配循环累加频谱的峰值，计算多普勒频率偏移值；步骤S4，重复上述步骤S1至步骤S3，得到多组多普勒频率偏移值，计算平均值，作为频率捕获值。捕获值。捕获值。

【技术实现步骤摘要】
适用于连续相位调制信号的频率捕获方法


[0001]本专利技术涉及无线通信
，特别涉及一种适用于连续相位调制信号的频率捕获方法。

技术介绍

[0002]在无线通信系统中，由于收发两端的相对运动，接收信号频率将发生变化，即多普勒频移。在相干解调系统中，需要利用载波相位同步技术实现收发信号的载波相位剥离。然而在多数应用场景中，如卫星无线通信中，卫星移动速度快，接收信号存在较大的多普勒频移，远远超过载波相位同步技术的入锁范围，需要首先进行多普勒频移的捕获，将接收信号的频率偏移缩小到一定范围后，再进行载波相位同步过程。因此，载波频率捕获是无线信号相干接收解调中的重要环节。
[0003]在现有频率捕获技术中，采用快速傅里叶变换(FFT)技术，将时域信号变换到频率进行测频，是一种常用的频率捕获方法。当载波没有调制时,频率的最佳估计是频谱峰值点。当载波被调制时,可以先通过非线性变换消除调制影响,再进行FFT变换。对于BSPK、QPSK类相位调制信号，通过将基带信号进行复数平方或四次方运算，可消除信号调制的影响，得到单音信号，在频率搜索峰值，可快速估计出信号的频率。然而，对于连续相位调制类信号，如CPM、PCM
‑
FM等信号，无法通过简单的非线性运算消除信号调制的影响，其频谱较宽，且带内较平坦，通过检测频域信号峰值的方法将引起极大的频率估计误差。
[0004]对于连续相位调制类信号捕获方法中，论文《Digital carrier frequency estimation for multi level CPM signals》中采用延迟相乘累加算法实现载波频偏估计，该算法具有结构简单的优点，但该算法存在较大的自噪声，在信噪比较低的情况下，该算法的性能恶化很严重。论文《大动态PCM/FM信号的载波频率同步》中，提出了基于快速傅里叶变换(FFT)及频谱重心的载波频率估计方法，并采用了频谱叠加及频谱截取的优化方法提高算法估计精度。相对于其他基于FFT的频率估计算法，频谱重心法有着更高的估计精度及更好的抗噪声性能，而且复杂度代价很小。然而，在极低信噪比(小于0dB)、大动态，低符号速率情况下，频谱重心法估计的频率误差仍然较大，无法满足极低信噪比场景时的应用需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
[0006]为此，本专利技术的目的在于提出一种适用于连续相位调制信号的频率捕获方法，以解决
技术介绍
中所提到的问题，克服现有技术中存在的不足。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的实施例提供一种适用于连续相位调制信号的频率捕获方法，包括如下步骤：
[0008]步骤S1，对接收信号进行积分降速，然后进行分段加窗处理和分段FFT运算，得到频域信号；
[0009]步骤S2，将所述频域信号进行非相干累加，然后按照信号频谱带宽进行频谱匹配移位累加，得到匹配循环累加频谱；
[0010]步骤S3，检测匹配循环累加频谱的峰值，计算多普勒频率偏移值；
[0011]步骤S4，重复上述步骤S1至步骤S3，得到多组多普勒频率偏移值，计算平均值，作为频率捕获值。
[0012]由上述任一方案优选的是，在所述步骤S1中，所述对接收信号进行积分降速，包括如下步骤：
[0013]降采样数值N
ID
为
[0014][0015]将接收信号每连续N
ID
个采样点进行相加，得到积分降速后的信号，积分降速后的信号采样率为f
s
/N
ID
；其中，信号采样频率为f
s
，信号速率为R
b
，最大多普勒为f
dmax
。
[0016]由上述任一方案优选的是，在所述步骤S1中，所述分段加窗处理和分段FFT运算，得到频域信号，包括如下步骤：
[0017]设连续取LEN
FFT
×
N
FFT
个积分降速后的信号采样值，记为分为N
FFT
个段，每段LEN
FFT
个信号采样值，即
[0018][0019]分别对每段信号做LEN
FFT
点的加窗处理；
[0020]分段加窗后的信号以段为单位，对每段信号进行快速傅里叶变换，得到分段频域信号，记为
[0021][0022]由上述任一方案优选的是，加窗选用的窗函数包括：矩形窗、海明窗、布莱克曼窗。
[0023]由上述任一方案优选的是，在所述步骤S2中，对所述频域信号进行非相干累加，包括如下步骤：
[0024]对分段频域信号进行N
FFT
点的非相干频谱累加，得到信号频谱非相干累加谱，记为计算过程为
[0025][0026]由上述任一方案优选的是，在所述步骤S2中，所述按照信号频谱带宽进行频谱匹配移位累加，得到匹配循环累加频谱，包括如下步骤：
[0027]信号频谱非相干累加结果从第IND
st
个数开始，向后取ACC
len
‑
1个数，共ACC
len
个数累加，得到第1个频谱匹配累加结果，记为pacc1；然后从IND
st
+1个数开
始，向后取ACC
len
‑
1个数，共ACC
len
个数累加，得到第2个频谱匹配累加结果，记为pacc2；如此进行，直到从IND
end
个数开始，向后取ACC
len
‑
1个数，共ACC
len
个数累加，得到第IND
end
‑
IND
st
+1个频谱匹配累加结果，记为pacc
n
,n＝IND
end
‑
IND
st
+1；其中，
[0028][0029]由上述任一方案优选的是，在所述步骤S3中，所述计算多普勒频率偏移值，包括如下步骤：
[0030]对计算得到的n个频谱匹配累加进行最大值寻址，寻找频谱匹配累加最大值所对应的序号m，即有pacc
m
≥pacc
i
,i＝1,2,
…
,n；
[0031]根据频谱匹配累加最大值的序号m，计算多普勒频移：
[0032][0033]本专利技术相比于现有技术的有益效果是：
[0034]1、适用面广：通过频谱匹配移位累加找峰值的方式进行频率捕获，其本质在于利用信号的频域特性，因此本专利技术不仅对连续相位调制类信号有用，对于一般具有频谱特征的调制信号均能适用，适用面广。
[0035]2、捕获频率宽：可实现3/4采样率频率范围的频偏捕获，捕获范围极宽。
[0036]3、捕获精度高：通过积分降速来降低信号采样率，从而提高FFT估计的频率分辨率，捕获频率精度高。
[0037]4、捕获时间短：捕获时间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于连续相位调制信号的频率捕获方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，对接收信号进行积分降速，然后进行分段加窗处理和分段FFT运算，得到频域信号；步骤S2，将所述频域信号进行非相干累加，然后按照信号频谱带宽进行频谱匹配移位累加，得到匹配循环累加频谱；步骤S3，检测匹配循环累加频谱的峰值，计算多普勒频率偏移值；步骤S4，重复上述步骤S1至步骤S3，得到多组多普勒频率偏移值，计算平均值，作为频率捕获值。2.如权利要求1所述的适用于连续相位调制信号的频率捕获方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述对接收信号进行积分降速，包括如下步骤：降采样数值N
ID
为将接收信号每连续N
ID
个采样点进行相加，得到积分降速后的信号，积分降速后的信号采样率为f
s
/N
ID
；其中，信号采样频率为f
s
，信号速率为R
b
，最大多普勒为f
dmax
。3.如权利要求1所述的适用于连续相位调制信号的频率捕获方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述分段加窗处理和分段FFT运算，得到频域信号，包括如下步骤：设连续取LEN
FFT
×
N
FFT
个积分降速后的信号采样值，记为分为N
FFT
个段，每段LEN
FFT
个信号采样值，即分别对每段信号做LEN
FFT
点的加窗处理；分段加窗后的信号以段为单位，对每段信号进行快速傅里叶变换，得到分段频域信号，记为4.如权利要求3所述的适用于连续相位调制信号的频率捕获方法，其特征在于，加窗选用的窗函数包括：矩形窗、海明窗、布莱克曼窗。5.如权利要求1所述的适用于连续相位调制信号的频率捕获方法，其特征在于，在所述步骤S2中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘云强，徐杰，
申请(专利权)人：北京融为科技有限公司，
类型：发明
国别省市：