频偏信息估计值确定方法与流程

本申请涉及卫星通信领域，具体而言，涉及一种频偏信息估计值确定方法。

背景技术：

在低轨卫星的高动态场景下，卫星具有一阶、二阶甚至更高阶的多普勒频偏变化率，这对卫星信号的捕获和跟踪造成了极大的困难。本申请以dvb-s2协议为例，图1为现有技术中的dvb-s2协议中同步流程示意图；图1中，接收信号经过基于星历的多普勒频偏预补偿12、定时同步14、帧同步16后进行载波同步18；图2为载波同步模块的结构示意图；载波同步模块22包括载波频率捕获模块24和载波相位跟踪模块26，载波频率捕获模块24包括粗估计模块28与细估计模块210。在载波频率捕获过程中，通常先采用“粗估计”，即对接收到的信号的频偏及其变化率进行粗略的估计。

在“粗估计”中，分辨率是制约算法的关键点。高分辨率能将频偏及其变化率缩小到更小的范围，是后面细估计的基础。现有的数据辅助类算法，如：kay算法、fitz算法、l&w算法、l&r算法、m&m算法和导频辅助检测的最大似然估计算法以及将m&m、l&r算法和细估计算法的级联算法等都视信号频偏为定值，不适用于频偏具体高阶变化率的高动态场景。基于时域延迟类的相关算法在低信噪比时算法性能较差。dcft能很好的捕获频偏和变化率，但分辨率稍差。因此，现有的粗估计算法分辨率太低，对细估计的实施造成了影响。因而，需要设计出一种高分辨率的粗估计算法。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种频偏信息估计值确定方法，以至少解决现有技术中的粗估计算法分辨率较低的技术问题。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种频偏信息估计值确定方法，包括：采集包括待估计频偏信息的载波信号，所述待估计频偏信息包括：待估计频偏与所述待估计频偏的一阶变化率；根据预设旋转因子与所述载波信号确定所述载波信号的频域信息，所述旋转因子为基于第一参数和第二参数共同确定的，所述第一参数为基于对应所述待估计频偏的一阶变化率的第一测试点数，以及所述载波信号的频偏的预设最大一阶变化率确定的，所述第二参数为基于对应所述待估计频偏的第二测试点数，以及所述载波信号的预设最大频偏确定的；确定所述频域信息对应频域的幅值的最大值；确定所述最大值对应的目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点；基于所述目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点确定所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果。

可选地，所述旋转因子的表达式为

其中：k，1分别为对应所述频域信息的第一频率和所述第一频率的一阶变化率的点，ma为对应所述待估计频偏的一阶变化率的第一测试点数，mb为对应所述待估计频偏的第二测试点数，nt所述载波信号的采样点对应的时间信息，n为所述载波信号的采样点数，t为所述载波信号的采样周期，(f0)max为所述载波信号的预设最大频偏，(f1)max为所述载波信号的频偏的预设最大一阶变化率，所述a为所述第一参数，所述b为所述第二参数。

可选地，所述载波信号的表达式为：

其中，x(n)为所述载波信号，f0为所述待估计频偏，f1为所述待估计频偏的一阶变化率。

可选地，通过以下公式确定所述载波信号的频域信息：

其中，x(k，l)为所述频域信息。

可选地，通过以下公式确定所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果：

其中，所述为所述待估计频偏的估计结果，所述为所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果，所述km为所述目标频率对应的点，所述lm为所述目标一阶变化率对应的点。

可选地，基于所述目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点确定所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果之后，所述方法还包括：基于所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果对所述待估计频偏以及所述待估计频偏的一阶变化率进行细估计。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种频偏信息估计值确定装置，包括：采集模块，用于采集包括待估计频偏信息的载波信号，所述待估计频偏信息包括：待估计频偏与所述待估计频偏的一阶变化率；确定模块，用于根据预设旋转因子与所述载波信号确定所述载波信号的频域信息，所述旋转因子为基于第一参数和第二参数共同确定的，所述第一参数为基于对应所述待估计频偏的一阶变化率的第一测试点数，以及所述载波信号的频偏的预设最大一阶变化率确定的，所述第二参数为基于对应所述待估计频偏的第二测试点数，以及所述载波信号的预设最大频偏确定的；确定所述频域信息对应频域的幅值的最大值；确定所述最大值对应的目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点；基于所述目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点确定所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果。

可选地，所述旋转因子的表达式为其中：k，1分别为对应所述频域信息的第一频率和所述第一频率的一阶变化率的点，ma为对应所述待估计频偏的一阶变化率的第一测试点数，mb为对应所述待估计频偏的第二测试点数，nt所述载波信号的采样点对应的时间信息，n为所述载波信号的采样点数，t为所述载波信号的采样周期，(f0)max为所述载波信号的预设最大频偏，(f1)max为所述载波信号的频偏的预设最大一阶变化率，所述a为所述第一参数，所述b为所述第二参数。

可选地，所述载波信号的表达式为：

其中，x(n)为所述载波信号，f0为所述待估计频偏，f1为所述待估计频偏的一阶变化率。

可选地，所述确定模块通过以下公式确定所述载波信号的频域信息：

其中，x(k，l)为所述频域信息。

可选地，所述确定模块通过以下公式确定所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果：

其中，所述为所述待估计频偏的估计结果，所述为所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果，所述km为所述目标频率对应的点，所述lm为所述目标一阶变化率对应的点。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述的频偏信息估计值确定方法。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述的频偏信息估计值确定方法。

在本申请实施例中，采用采集包括待估计频偏信息的载波信号，所述待估计频偏信息包括：待估计频偏与所述待估计频偏的一阶变化率；根据预设旋转因子与所述载波信号确定所述载波信号的频域信息，所述旋转因子为基于第一参数和第二参数共同确定的，所述第一参数为基于对应所述待估计频偏的一阶变化率的第一测试点数，以及所述载波信号的频偏的预设最大一阶变化率确定的，所述第二参数为基于对应所述待估计频偏的第二测试点数，以及所述载波信号的预设最大频偏确定的；确定所述频域信息对应频域的幅值的最大值；确定所述最大值对应的目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点；基于所述目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点确定所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果的方式，通过引入第一参数与第二参数，达到了提高粗估计算法分辨率的技术效果，进而解决了现有技术中的粗估计算法分辨率较低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中的dvb-s2协议中同步流程示意图；

图2为载波同步模块的结构示意图；

图3是根据本申请实施例的一种可选的频偏信息估计值确定方法的流程示意图；

图4是根据本申请实施例的一种可选的频偏信息估计值确定装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本申请实施例，提供了一种频偏信息估计值确定方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在频率捕获过程中，主要是为了给出粗略的频偏值，可假设相位θ＝0。在dvb-s2这类系统中，辅助数据较短。载波捕获算法在设计时，可以忽略二级及其以上的高阶变化率频偏对信号的影响，故信号为：

式中，w(n)为信号相关高阶变化率频偏的信息，可以忽略不计，n是dft变换区间长度，即载波信号的采样点数，f0为所述待估计频偏，f1为所述待估计频偏的一阶变化率，nt所述载波信号的采样点对应的时间信息，n为所述载波信号的第三采样点数，t为所述载波信号的采样周期，f0为nt时刻对应的待估计频偏，f1为nt时刻所述待估计频偏的一阶变化率，n为大于等于0，小于等于n-1的整数。

载波频率捕获算法可运用dcft算法。dcft的数学表达式如下：

式中，为旋转因子，可将其简写成k、l分别为dcft运算中频率分量和一阶变化率分量对应的点，即k，1分别为所述频域信息中的第一频率和所述第一频率的一阶变化率的点数，x(k，l)为引入旋转因子以后，载波信号的频域信息得：

其中，x(k，1)为频域信息，当且时，|x(k，l)|最大，此时对应的k，l即为km和1m值，进而求出频偏f0及一阶变化率f1估计值

在dcft算法中，因为k、1只能取整数值，直接采用此方法，f0分辨率为频偏一阶变化率f1分辨率为在实际的硬件实现中，fft点数常取2n，n为1024。若低轨卫星通信系统符号速率为25msps，则f0的分辨率为hz，f1的分辨率为

针对dcft算法估计的精度不佳的问题，mdcft(modifieddiscretechirpfouriertransform)提出将旋转因子替换为mdcft的定义如下：

式中，m表示频率一阶变化率点数，n表示频率点数，

同理，当且时，x(k，1)模值最大。通过搜索最大的模值，找到对应的km值和1m值，然后计算出f0和f1的估计值。

和dcft算法中条件一样，n取1024，t取0.04us，f0的分辨率仍然为24414hz。而f1分辨率和(f1)max、m值有关。若(f1)max取值5khz/s，m取值500，则f1分辨率为20hz/s。不难看出，mdcft中旋转因子的改变改善了f1的分辨率，f0的分辨率仍然不够的缺点。

图3是根据本申请实施例的频偏信息估计值确定方法的流程示意图，如图3所示，该方法至少包括如下步骤：

步骤s302，采集包括待估计频偏信息的载波信号，所述待估计频偏信息包括：待估计频偏与所述待估计频偏的一阶变化率；

在本申请的一些可选的实施例中，载波信号的表达式可以为：

其中，x(n)为所述载波信号，f0为所述待估计频偏，f1为所述待估计频偏的一阶变化率，n为所述载波信号的第三采样点数，t为所述载波信号的采样周期，f0为nt时刻对应的待估计频偏，f1为nt时刻所述待估计频偏的一阶变化率，n为大于等于0，小于等于n-1的整数。

步骤s304，根据预设旋转因子与所述载波信号确定所述载波信号的频域信息，所述旋转因子为基于第一参数和第二参数共同确定的，所述第一参数为基于对应所述待估计频偏的一阶变化率的第一测试点数，以及所述载波信号的频偏的预设最大一阶变化率确定的，所述第二参数为基于对应所述待估计频偏的第二测试点数，以及所述载波信号的预设最大频偏确定的；

可选地，可通过以下公式确定所述载波信号的频域信息：

其中，x(k，l)为所述频域信息，可选地，为所述旋转因子的表达式，其中：

其中：k，1分别为对应所述频域信息中的第一频率和所述第一频率的一阶变化率的点数，ma为对应所述待估计频偏的一阶变化率的第一测试点数，mb为对应所述待估计频偏的第二测试点数，nt所述载波信号的采样点对应的时间信息，n为所述载波信号的采样点数，t为所述载波信号的采样周期，(f0)max为所述载波信号的预设最大频偏，(f1)max为所述载波信号的频偏的预设最大一阶变化率，所述a为所述第一参数，所述b为所述第二参数。其中，k，1可以分别为计算中的对应所述频域信息的第一频率和所述第一频率的一阶变化率的点。

步骤s306，确定所述频域信息对应频域的幅值的最大值；

步骤s308，确定所述最大值对应的目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点；

步骤s310，基于所述目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点确定所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果。

可选地，基于所述目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点确定所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果可以通过以下方式进行实现：

基于所述幅值最大值时，目标频率对应的点与所述目标一阶变化率对应的点确定所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果。

在本申请的一些可选的实施例中，引入旋转因子后频域信息的表达式为：

式中，mb与ma分别表示频率和一阶变化率的点数，即ma为对应所述待估计频偏的一阶变化率的第一测试点数，mb为对应所述待估计频偏的第二测试点数。

其中，当且时，|x(k，l)|最大，通过搜索x(k，1)最大模值，即可得到km和1m，从而计算法f0和f1的估计值

由上述可知，分辨率和(f0)max、mb的取值有关，分辨率和(f1)max、ma的取值有关。若以dvb-s2协议体制为例，频偏最大为符号速率的20％，本申请取符号速率25msps，故(f0)max＝5mhz，(f1)max＝5khz/sma＝mb＝2048，则分辨率为均为4882hz，分别按率为49hz/s，分辨率高于未引入新的旋转因子前的算法。所述待估计频偏的估计结果为与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果为

本申请粗估计算法如下：对信号引入新的旋转因子后做dcft运算，得到x(k，1)。其中搜索x(k，1)最大模值，得到km和1m；

由求出频偏和一阶变化率估计值然后由对信号进行补偿。

可选地，通过以下公式确定所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果：

其中，所述为所述待估计频偏的估计结果，所述为所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果，所述km为所述目标频率对应的点，所述lm为所述目标一阶变化率对应的点。

可选地，基于所述目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点确定所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果之后，所述方法还包括：基于所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果对所述待估计频偏以及所述待估计频偏的一阶变化率进行细估计。

可选地，粗估计以后更有利于细估计的实施，将频偏估计到一定范围后再对信号进行“细估计”，跟踪信号，实现载波的精准捕获，获取捕获结果后，进行载波相位跟踪，以完成载波同步。

可选地，细估计以后，则可根据估计结果对频率进行补偿。

在本申请实施例中，采用采集包括待估计频偏信息的载波信号，所述待估计频偏信息包括：待估计频偏与所述待估计频偏的一阶变化率；根据预设旋转因子与所述载波信号确定所述载波信号的频域信息，所述旋转因子为基于第一参数和第二参数共同确定的，所述第一参数为基于对应所述待估计频偏的一阶变化率的第一测试点数，以及所述载波信号的频偏的预设最大一阶变化率确定的，所述第二参数为基于对应所述待估计频偏的第二测试点数，以及所述载波信号的预设最大频偏确定的；确定所述频域信息对应频域的幅值的最大值；确定所述最大值对应的目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点；基于所述目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点确定所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果的方式，通过引入第一参数与第二参数，达到了提高粗估计算法分辨率的技术效果，进而解决了现有技术中的粗估计算法分辨率较低的技术问题。

根据本申请实施例，还提供了一种用于实施上述频偏信息估计值确定方法的频偏信息估计值确定装置，如图4所示，该装置包括：采集模块42、确定模块44；其中：

采集模块42，用于采集包括待估计频偏信息的载波信号，所述待估计频偏信息包括：待估计频偏与所述待估计频偏的一阶变化率；

确定模块44，用于根据预设旋转因子与所述载波信号确定所述载波信号的频域信息，所述旋转因子为基于第一参数和第二参数共同确定的，所述第一参数为基于对应所述待估计频偏的一阶变化率的第一测试点数，以及所述载波信号的频偏的预设最大一阶变化率确定的，所述第二参数为基于对应所述待估计频偏的第二测试点数，以及所述载波信号的预设最大频偏确定的；确定所述频域信息对应频域的幅值的最大值；确定所述最大值对应的目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点；基于所述目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点确定所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果。

可选地，所述旋转因子的表达式为其中：k，1分别为对应所述频域信息中的第一频率和所述第一频率的一阶变化率的点，ma为对应所述待估计频偏的一阶变化率的第一测试点数，mb为对应所述待估计频偏的第二测试点数，nt所述载波信号的采样点对应的时间信息，n为所述载波信号的采样点数，t为所述载波信号的采样周期，(f0)max为所述载波信号的预设最大频偏，(f1)max为所述载波信号的频偏的预设最大一阶变化率。所述a为所述第一参数，所述b为所述第二参数。

可选地，所述载波信号的表达式为：

其中，x(n)为所述载波信号，f0为所述待估计频偏，f1为所述待估计频偏的一阶变化率。

可选地，所述确定模块44通过以下公式确定所述载波信号的频域信息：

其中，x(k，l)为所述频域信息。

可选地，所述确定模块44通过以下公式确定所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果：

其中，所述为所述待估计频偏的估计结果，所述为所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果，所述km为所述目标频率对应的点，所述lm为所述目标一阶变化率对应的点。

可选地，基于所述目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点确定所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果之后，所述装置还用于：基于所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果对所述待估计频偏以及所述待估计频偏的一阶变化率进行细估计。

需要说明的是，图4所示实施例的优选实施方式可以参见图3所示实施例的相关描述，此处不再赘述。

根据本申请实施例的另一个方面，还提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，可选地，在本实施例中，存储介质被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：采集包括待估计频偏信息的载波信号，所述待估计频偏信息包括：待估计频偏与所述待估计频偏的一阶变化率；根据预设旋转因子与所述载波信号确定所述载波信号的频域信息，所述旋转因子为基于第一参数和第二参数共同确定的，所述第一参数为基于对应所述待估计频偏的一阶变化率的第一测试点数，以及所述载波信号的频偏的预设最大一阶变化率确定的，所述第二参数为基于对应所述待估计频偏的第二测试点数，以及所述载波信号的预设最大频偏确定的；确定所述频域信息对应频域的幅值的最大值；确定所述最大值对应的目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点；基于所述目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点确定所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果。

根据本申请实施例的另一个方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时可以执行应用程序的频偏信息估计值确定方法中以下步骤的程序代码：采集包括待估计频偏信息的载波信号，所述待估计频偏信息包括：待估计频偏与所述待估计频偏的一阶变化率；根据预设旋转因子与所述载波信号确定所述载波信号的频域信息，所述旋转因子为基于第一参数和第二参数共同确定的，所述第一参数为基于对应所述待估计频偏的一阶变化率的第一测试点数，以及所述载波信号的频偏的预设最大一阶变化率确定的，所述第二参数为基于对应所述待估计频偏的第二测试点数，以及所述载波信号的预设最大频偏确定的；确定所述频域信息对应频域的幅值的最大值；确定所述最大值对应的目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点；基于所述目标频率对应的点和目标一阶变化率对应的点确定所述待估计频偏的估计结果与所述待估计频偏的一阶变化率的估计结果。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。