一种检测QPSK信号频率锁定状态的方法及装置与流程

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种检测qpsk信号频率锁定状态的方法及装置，通常应用于指示qpsk信号锁频环的频率锁定状态。

背景技术：

在无线通信技术中，载波的恢复与跟踪是进行解调的关键，在高动态环境中，载波同步需要由锁频环对载波信号进行粗略的捕获，把载波频率牵引至锁相环的线性工作范围内，再使用锁相环对信号进行精确跟踪，进而实现载波信号的同步。

如图1所示的传统锁频环跟踪环路，它通常由数字nco、积分清除器(i-d)、鉴频器、数字环路滤波器、频率锁定检测器等部分组成。输入信号首先与本地nco所产生的cos(θ(n))/sin(θ(n))信号进行乘法运算，去除频偏的影响。鉴频器计算出输入载波与复制载波之间的频率差，将该误差信号经环路滤波器滤除噪声之后得到频差控制信号，并加到压控振荡器上使之产生频率偏移，从而使得输出频率能够跟踪输入频率的变化。

在锁频环中，一个重要的部分是频率锁定指示，用于判断锁频环的工作状态，判断环路是否锁定，是否失锁，接收机根据锁定指示进行相应的处理，以保证接收机载波同步模块持续稳定的工作。

考虑到环境中多种干扰因素，接收机跟踪环路发生对信号的失锁和锁定现象是不可避免的，并且在一定的环境下可能会频繁地发生。如果锁频环路对信号锁定，那么锁相环工作在可以锁定的范围内，否则，如果锁频环路失锁，则锁相环也就无法正常工作，这时，接收机应该做相应的处理以恢复环路的正常工作。

因此，正确、及时地判断锁频环是否工作在锁定状态对于接收机的正常运行非常重要，一旦错误地判断锁频环路的锁定状态，将全面降低接收机的性能。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于：提供一种检测qpsk信号频率锁定状态的方法，能够快速、准确地判断出锁频环的失锁状态。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种用于qpsk信号频率锁定状态的检测方法，其包括以下步骤：

步骤一：根据n时刻的输入信号rn，计算出中间变量i′n和q′n；而且，

rn＝in+jqn

i′n＝in²-qn²

q′n＝2inqn

其中，in和qn分别为输入信号rn的同相分量和正交分量；

步骤二：计算点积量dotn和差积量crossn；而且，

dotn＝i′ni′n-1+q′nq′n-1

crossn＝q′ni′n-1-i′nq′n-1

步骤三：计算频率锁定度量值xn；而且，

步骤四：计算频率锁定度量值的平均值l；而且，

其中，n表示计算所选取的时刻的数量；

步骤五：判断频率锁定度量值的平均值l是否大于或等于判决门限th，其中，若频率锁定度量值的平均值l大于或等于判决门限th，则锁频环路处于锁定状态，否则，锁频环路处于未锁定状态。

根据一种具体的实施方式，本发明检测qpsk信号频率锁定状态的方法中，所述判决门限th的取值范围为

根据一种具体的实施方式，本发明检测qpsk信号频率锁定状态的方法中，将当前时刻输入信号的频率锁定度量值和当前时刻之前n个时刻输入信号的频率锁定度量值，用于计算频率锁定度量值的平均值l。

基于统一发明构思，本发明还提供一种qpsk信号频率锁定状态检测装置，其包括一个或多个处理器、存储装置，所述存储装置用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明的方法。

同时，本发明还提供一种采用本发明的qpsk信号频率锁定状态检测装置的锁频环跟踪环路，在应用时，能够快速、准确地判断出锁频环的失锁状态，避免影响接收机的性能。本发明还提供一种存储介质，该存储介质中存储有程序，当所述程序被一个或多个处理器上执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明检测qpsk信号频率锁定状态的方法，其根据输入信号，计算出中间变量，接着根据中间变量，计算出点积量和差积量，再根据点积量和差积量，计算频率锁定度量值，最后，计算频率锁定度量值的平均值，并将频率锁定度量值的平均值与判决门限相比，若大于或等于该判决门限，则锁频环路处于锁定状态，否则，锁频环路处于未锁定状态。因此，本发明通过判断设定频率锁定度量值的平均值与判决门限的大小关系，即可快速、准确地判断出锁频环的失锁状态。

附图说明

图1为传统锁频环跟踪环路的结构示意图；

图2为本发明检测qpsk信号频率锁定状态的流程示意图

图3为不同信噪比条件下频率锁定度量值的变化趋势图；

图4为不同幅度条件下频率锁定度量值的变化趋势图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如图2所示，本发明检测qpsk信号频率锁定状态的方法，其包括以下步骤：

步骤一：根据n时刻的输入信号rn，计算出中间变量i′n和q′n；而且，

rn＝in+jqn

i′n＝in²-qn²

q′n＝2inqn

其中，in和qn分别为输入信号rn的同相分量和正交分量；

步骤二：计算点积量dotn和差积量crossn；而且，

dotn＝i′ni′n-1+q′nq′n-1

crossn＝q′ni′n-1-i′nq′n-1

步骤三：计算频率锁定度量值xn；而且，

步骤四：计算频率锁定度量值的平均值l；而且，

其中，n表示计算所选取的时刻的数量；

步骤五：判断频率锁定度量值的平均值l是否大于或等于判决门限th，其中，若频率锁定度量值的平均值l大于或等于判决门限th，则锁频环路处于锁定状态，否则，锁频环路处于未锁定状态。

具体的，本发明用于qpsk信号频率锁定状态的检测方法中，在没有噪声的条件下，即信噪比无限大，判决门限th为但是，实际情况下都或多或少存在噪声，比如在低信噪比环境下，判决门限th通常设置为0.85，而在高信噪比的环境下，可根据最低要求信噪比，设定判决门限，如最低要求信噪比为10db，根据snr与频率锁定度量值之间的关系，频率锁定度量值应大于1.2，那么，将判决门限设置为1.1即可。所以，结合实际应用来看，判决门限th的取值范围为

本发明检测qpsk信号频率锁定状态的方法中，将当前时刻输入信号的频率锁定度量值和当前时刻之前n个时刻输入信号的频率锁定度量值，用于计算频率锁定度量值的平均值l。由于结合当前时刻输入信号的频率锁定度量值，以实时地检测环路的锁定状态，从而能够更加及时地发现环路是否失锁。具体的，可采用随机采样法选取n个时刻，而且本领域技术人员可以根据具体应用情形下进行选择n的取值。

基于统一发明构思，本发明还提供一种qpsk信号频率锁定状态检测装置，其包括一个或多个处理器、存储装置，存储装置用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现本发明的方法。

具体的，例如，该qpsk信号频率锁定状态检测装置包括：中间变量计算模块，点积与差积计算模块，频率锁定度量值计算模块，均值计算模块和锁定状态判断模块。而且，这些模块均能够读取存储装置中的数据，且每个模块具有一个或多个处理器。

而且，中间变量计算模块用于根据n时刻的输入信号rn，计算出中间变量i′n和q′n；点积与差积计算模块，用于计算点积量dotn和差积量crossn；频率锁定度量值计算模块用于计算频率锁定度量值xn；均值计算模块用于计算频率锁定度量值的平均值l；锁定状态判断模块用于判断频率锁定度量值的平均值l是否大于或等于判决门限th，其中，若频率锁定度量值的平均值l大于或等于判决门限th，则锁频环路处于锁定状态，否则，锁频环路处于未锁定状态。

同时，本发明还提供一种采用本发明的qpsk信号频率锁定状态检测装置的锁频环跟踪环路，在应用时，能够快速、准确地判断出锁频环的失锁状态，避免影响接收机的性能。本发明还提供一种存储介质，该存储介质中存储有程序，当程序被一个或多个处理器上执行，使得一个或多个处理器实现本发明的方法。此处不再赘述。

如图3所示，输入信号在不同信噪比条件下度量值的变化趋势，在仿真时，n取8192。由图可知，环路处于稳定状态下的频率锁定度量值大小和snr有关，信噪比越低，频率锁定度量值越低，因此，在设定阈值的时候，需要满足要求的最低信噪比下的条件。

如图4所示，输入信号在不同幅度条件下的度量值的变化趋势，而且，仿真条件为snr＝10db,n＝8192。由图可知，频率锁定度量值不随信号幅度的改变而改变，因此，环路锁定检测量与信号幅度无关，检测性能稳定。