CN109743274A - 一种载波频率的估计方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种载波频率的估计方法及装置，所述估计方法包括：获取解调端接收到的待估信号，将所述待估信号输入到临界混沌状态的杜芬Duffing振子系统中进行步长迭代计算，得到输出相轨迹，如果所述相轨迹处于周期性间歇混沌状态，则根据所述周期性间歇混沌状态下的步长，计算所述待估信号的载波频率。本发明实施例中，在非协作数字通信中，降低了载波频率估计算法的复杂度，实现了对待估信号载波频率的精确估计，提升了信号解调的准确性，保障通信质量。

Description

一种载波频率的估计方法、装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种载波频率的估计方法及装置。

背景技术

现有载波频率估计方法中，大多数是基于循环平稳的载波频率估计方法，如高阶累积量、循环谱等估计方法等。比如，在基于循环平稳的载波频率估计方法中，首先，需要计算信号的高阶自相关性(即高阶矩)，根据信号的高阶自相关性再利用维纳-辛钦定理计算循环相关谱函数，最后，基于循环相关谱函数以及载波频率在循环处的值不为零的结论来估计载波频率的值。

但是，现有基于循环平稳的载波频率估计方法，虽然对噪声有一定的抑制能力，但是，该方法需要大量的信号样本点进行计算，不但计算量大，计算复杂，而且对硬件设备要求也高，不适合信号的实时处理。特别是在非协作数字通信中，针对较强的背景噪声，微弱的信号的情况，基于循环平稳的载波频率估计方法估算的载波频率精度不尽人意。

因此，在非协作数字通信中，如何精确地的估算调制信号载波频率，是目前有待解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供一种载波频率的估计方法，以解决现有技术中不能精确地的估算调制信号的载波频率，导致信号解调准确性降低，通信质量差的问题。

相应的，本发明实施例还提供了一种载波频率的估计装置，用以保证上述方法的实现及应用。

为了解决上述问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

第一方面提供一种载波频率的估计方法，所述方法包括：

获取解调端接收到的待估信号；

将所述待估信号输入到临界混沌状态的杜芬Duffing振子系统中进行步长迭代计算，得到相轨迹；

如果所述相轨迹处于周期性间歇混沌状态，则根据所述周期性间歇混沌状态下的步长，计算所述待估信号的载波频率。

可选的，在获取待估信号之前，所述方法还包括：

构建临界混沌状态的杜芬Duffing振子系统；

所述构建临界混沌状态的杜芬Duffing振子系统，包括：

设定杜芬Duffing振子系统中的系统参数的值；

根据设定的所述系统参数的值构建杜芬Duffing振子系统，使其处于临界混沌状态；其中

系统参数的周期策动力幅值取值为0.8257-0.8270之间。

可选的，所述方法还包括：

如果所述相轨迹处于非周期性间歇混沌状态，则调整迭代计算的步长，直到所述相轨迹处于周期性间歇混沌状态。

可选的，所述采用下述方式调整迭代计算的步长：

在采样周期上，对所述待估信号的采样频率按照设定值进行采样变换；

根据变换后的频率计算迭代步长；

将计算的所述迭代步长作为调整的步长。

可选的，所述按照设定值进行采样变换包括：

按照ω_c/ω₀倍进行采样频率变换，其中，ω_c为待估信号的载波频率；ω₀为杜芬Duffing振子系统中周期策动力信号频率；

所述根据变换后的频率计算迭代步长包括：

根据变换后的频率按照公式计算迭代的步长，其中，f_s是调制信号的采样频率，Δω＝ω_c-ω₀为调制信号的载波频率和周期策动力信号频率之差。

可选的，所述根据所述周期性间歇混沌状态下的步长，计算待估信号的载波频率，包括：

设定所述待估信号的初始检测频率f₁，频率递进步长△f；

在所述待估计频率初值f₁基础上，按照频率递进步长△f进行迭代计算，得到临界混沌状态的Duffing振子系统输出的相轨迹处于周期性间歇混沌状态下的检测步长Δh_i；

确定所述检测步长Δh_i下对应的检测频率f_i，并将所述f_i作为待估计信号的载波频率；或者

根据所述检测步长Δh_i确定下一个检测步长Δh_i+1下的检测频率f_i+1；

计算检测频率f_i和检测频率f_i+1的平均值，并将所述平均值作为待估计信号的载波频率。

可选的，按照下述公式确定检测步长包括：

其中，f₁为待估信号的初始检测频率，△f为频率递进步长；ω_i为不同检测步长下对应的待检测频率，ω₀为周期策动力信号频率；

根据所述Δh_i按照公式f_i＝f₁+(i－1)×△f计算检测步长下对应的检测频率f_i。

第二方面提供一种载波频率的估计装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取解调端接收到的待估信号；

迭代计算模块，用于将所述待估信号输入到临界混沌状态的杜芬Duffing振子系统进行步长迭代计算，得到相轨迹；

频率计算模块，用于在所述相轨迹处于周期性间歇混沌状态时，根据所述周期性间歇混沌状态下的步长，计算所述待估信号的载波频率。

可选的，所述装置还包括：

构建模块，用于在所述获取模块获取待估信号之前，构建临界混沌状态的杜芬Duffing振子系统，其中，所述构建模块包括：

设定模块，用于设定杜芬Duffing振子系统中的系统参数的值；

构建子模块，用于根据所述设定模块设定的所述系统参数的值构建杜芬Duffing振子系统，使其处于临界混沌状态，其中，系统参数的周期策动力幅值取值为0.8257-0.8270之间。

可选的，所述装置还包括：

调整模块，用于在所述相轨迹处于非周期性间歇混沌状态时，调整迭代计算的步长，直到所述相轨迹处于周期性间歇混沌状态。

可选的，所述调整模块包括：

采样变换模块，用于在采样周期上，对所述待估信号的采样频率按照设定值进行采样变换；

步长计算模块，用于根据变换后的频率计算迭代步长；

步长确定模块，用于将所述步长计算模块计算的所述迭代步长作为调整的步长。

可选的，所述采样变换模块，具体用于按照ω_c/ω₀倍进行采样变换，其中，ω_c为待估信号的载波频率；ω₀为杜芬Duffing振子系统中周期策动力信号频率；

所述步长计算模块，具体用于根据变换后的频率按照

计算迭代的步长，其中，f_s是调制信号的采样频率，Δω＝ω_c-ω₀为调制信号的载波频率和周期策动力信号频率之差。

可选的，所述步长计算模块包括：设定模块，检测步长计算模块，第一检测频率确定模块和第一载波频率确定模块；和/或，设定模块，检测步长计算模块，第一检测频率确定模块、第二检测频率确定模块、平均值计算模块和第二载波频率确定模块；其中，

所述设定模块，用于设定所述待估信号的初始检测频率f₁，频率递进步长△f；

所述检测步长计算模块，用于在所述待估计频率初值f₁基础上，按照频率递进步长△f进行迭代计算，得到Duffing振子系统输出的相轨迹处于周期性间歇混沌时的检测步长Δh_i；

所述第一检测频率确定模块，用于确定所述检测步长Δh_i下对应的检测频率f_i；

所述第一载波频率确定模块，用于将所述fi作为待估计信号的载波频率；

所述第二检测频率确定模块，用于根据所述检测步长Δh_i确定下一个检测步长下的检测频率f_i+1；

所述平均值计算模块，用于计算检测频率f_i和检测频率f_i+1的平均值；

所述第二载波频率确定模块，用于将所述平均值作为待估计信号的载波频率。

可选的，所述检测步长计算模块，具体按照公式

来确定检测步长，其中，f₁为待估信号的初始检测频率，△f为频率递进步长；ω_i为不同检测步长下对应的待检测频率，ω₀周期策动力信号频率；

所述第一检测频率确定模块，具体用于根据所述Δh_i按照公式f_i＝1+(i－1)×△f计算检测步长下对应的检测频率f_i。

与现有技术相比，本发明实施例包括以下优点：

本发明实施例中，在获取的待估信号输入到临界混沌状态的Duffing振子系统进行步长迭代计算，得到相轨迹呈现周期性间歇混沌状态，根据所述周期性间歇混沌状态下的步长，计算所述待估信号的载波频率。也就是说，本发明实施例中，在非协作数字通信中，降低了频率估计算法的复杂度，实现了对待估信号载波频率的精确估计，提升了信号解调的准确性，保障通信质量，同时，降低了载波频率估计复杂度，减小了计算量，提高了低信噪比下载波频率估算的精度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种载波频率的估计方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种载波频率的估计方法的另一流程图；

图3是本发明实施例提供的一种临界混沌的Duffing振子系统中γ取值的示意图；

图4是本发明实施例提供的一种γ＝0.8时，系统输出的相轨迹处于混沌状态的示意图；

图5是本发明实施例提供的一种γ＝0.826时，系统输出的相轨迹处于混沌和大轨迹周期之间的一种临界状态的示意图；

图6是本发明实施例提供的一种γ＝0.83时，系统输出的相轨迹处于大轨迹周期状态的示意图；

图7是本发明实施例提供的一种临界混沌的Duffing振子系统的原理示意图；

图8是本发明实施例提供的一种载波频率的估计装置的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的一种载波频率的估计装置的另一结构示意图；

图10是本发明实施例提供的一种载波频率的估计装置的另一结构示意图；

图11是本发明实施例提供的一种无噪声情况下的QPSK调制信号波形的示意图；

图12是图11加入噪声后得到SNR等于0dB时的QPSK信号的示意图；

图13是对图12中的信号采用本发明实施例提供的Duffing振子估计方法的仿真结果示意图；

图14是对图12中的信号采用基于循环平稳载波频率估计方法的仿真结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，为本发明实施例提供的一种载波频率的估计方法的流程图；所述方法应用于非协作数字通信中，具体可以包括如下步骤：

步骤101：获取解调端接收到的待估信号；

该步骤中的待估信号可以是未知载波频率的调制信号，比如在非协作数字通信中的多进制数字相位调制(MPSK，multiple phase shift keying)信号等，当然，也可以是其他类似的信号，本实施例不作限制。

步骤102：将所述待估信号输入到临界混沌状态的杜芬(Duffing)振子系统进行步长迭代计算，得到相轨迹；

该实施例中，临界混沌状态的Duffing振子系统是预先根据梅尔尼科夫理论，通过设置临界混沌状态的Duffing振子系统中的系统参数的值来构建的。其中，系统参数可以包括系统阻尼系数和周期策动力幅值，系统阻尼系数的值设置为0.5，周期策动力幅值设置为0.826，当然，该临界混沌状态的Duffing振子系统中，还可以包括其他参数，本实施例不作限制，其临界混沌状态的Duffing振子系统的具体的构成详见下图7，在此不再赘述。

其中，临界混沌状态的Duffing振子系统可由二阶非线性微分方程描述，针对非线性微分方程，可以利用四阶龙格-库塔算法进行步长迭代计算，得到相轨迹的过程包括：

将输入的所述待估信号和临界混沌状态的Duffing振子系统的周期策动力幅值进行合成，得到幅度呈周期特性的合成信号；在不同步长的迭代计算下，合成信号幅值周期性变化使得临界混沌状态的Duffing振子系统的输出相轨迹，其中，输出的相轨迹可以呈现周期性间歇混沌状态，也可以呈现非周期性间歇混沌状态。

该实施例中，待估信号以MPSK信号为例，根据通信相关理论知识可知MPSK信号的表达式Smpsk(t)如下式所示，

S_mpsk(t)＝A_k(t)·cos[ω_ct+φ_k(t)] (1)

其中，A_k(t)为调制信号幅度，ω_c为载波频率，φ_k(t)为相位。

其次，将S_mpsk(t)作为待测信号加入到混沌Duffing振子系统中，即可得到如下表达式：

其中，ω₀＝2πf为系统周期策动力频率，n(t)为零均值噪声。

当Duffing振子系统加入MPSK信号后，根据(2)式右边，系统合成信号的幅度和相位表达式如(3)式所示。

其中，Δω＝ω_c-ω₀为待估计载波频率ω_c和周期策动力信号频率ω₀之差，当周期策动力幅度γ设置为0.826(临界混沌状态下的周期策动力幅度)时，合成后的信号幅度χ(t)会以周期T＝2π/Δω，且在[γ-A_k(t),γ+A_k(t)]区间内变化，导致临界混沌状态的Duffing振子系统输出的x呈现周期性间歇混沌状态。

也就是说，将待估计信号加入到临界混沌状态的Duffing振子系统中，当待估计信号与混沌状态的Duffing振子系统的周期策动力频率接近时，系统输出临界混沌状态，通过不断的改变迭代计算步长(等效于改变周期策动力频率)，可使临界混沌状态的Duffing振子系统输出的相轨迹呈现周期性间歇混沌状态(或周期性间歇混沌现象)，当然，也可以呈现非周期性间歇混沌状态(或非周期性间歇混沌现象)。

步骤103：如果所述相轨迹处于周期性间歇混沌状态，则根据所述周期性间歇混沌状态下的步长，计算所述待估信号的载波频率。

在该实施例中，一种计算所述待估信号的载波频率过程包括：设定所述待估信号的初始检测频率f₁，频率递进步长△f；在所述待估计频率初值f₁基础上，按照频率递进步长△f进行迭代计算，得到Duffing振子系统输出的相轨迹出现周期性间歇混沌状态下的检测步长Δh_i；确定所述检测步长Δh_i下对应的检测频率f_i；并将所述f_i作为待估计信号的载波频率。

进一步，在上述步骤的基础上，计算所述待估信号的载波频率过程还可以包括：根据所述检测步长Δh_i确定下一个检测步长Δh_i+1下的检测频率f_i+1；计算检测频率f_i和检测频率f_i+1的平均值，并将所述平均值作为待估计信号的载波频率。其具体过程为：

首先，设初始检测频率为f₁，频率递进步长为△f，按照频率递进步长△f进行迭代计算，当系统输出的相轨迹出现周期性间歇混沌状态时，记录此时检测步长Δh_i为：

其中，f₁为待估信号的初始检测频率，△f为频率递进步长；ω_i为不同检测步长下对应的待检测频率，ω₀为周期策动力信号频率。

然后，根据该检测步长Δh_i确定下一个检测步长Δh_i+1下的检测频率f_i+1。

也就是说，当临界混沌状态的Duffing振子系统输出的相轨迹处于周期性间歇混沌时，确定此时的Δh_i以及下一个检测步长Δh_i+1，即连续两次检测步长，然后，根据公式(4)式和△h_i＝1/f_i，计算出两次检测步长所对应的检测频率为：

需要说明的是，由于频率为f_i的信号对应唯一计算步长△h_i，能使输出的相轨迹产生周期间歇性混沌状态。在式(5)中，记录产生周期间歇性混沌现象即可，比如第i次出现周期间歇性混沌现象，得到次数i后，结合初始频率f₁，根据(4)式子便可计算出fi(或此频率对应的△h_i)。△h_i和f_i可同时计算出。从时间维和频率维度考虑，△h_i和f_i，之间的换算公式为：△h_i＝1/f_i，f_i为出现周期间歇性混沌状态下的频率。

最后，计算检测频率f_i和检测频率f_i+1的平均值，并将所述平均值作为待估计信号的频率，其计算公式为：

采用上述实施例估计待测信号的频率，会存在一定的误差精度η，具体为：

该实施例中，频率递进步长为△f取的值越大，估算的载波频率的精度越低，△f取的值越小，估算的载波频率的精度越高，此误差精度作为估算载波频率的补偿，在实际应用中，可以将估计的载波频率加上误差精度，来作为最终的估计载波频率。

需要说明的是，上述实施例中，如果已知频率的待估信号，则可以采用固定步长求解，得到Duffing振子系统的输出，而对于未知频率的待估信号(比如未知频率的调制信号等)，则可以采用上述方法变换步长进行迭代求解，得到Duffing振子系统的输出。

本发明实施例中，将混沌振子检测技术应用到非协作通信中的参数估计中，在获取的待估信号输入到临界混沌状态的Duffing振子系统进行步长迭代计算，如果得到的相轨迹处于周期性间歇混沌状态，则根据所述周期性间歇混沌状态下的步长，计算所述待估信号的载波频率。也就是说，本发明实施例中，在非协作数字通信中，实现了对待估信号载波频率的精确估计，提升了信号解调的准确性，保障通信质量；同时复杂度降低，计算量减小，低信噪比下载波频率精度得到提高。

还请参阅图2，为本发明实施例提供的一种载波频率的估计方法的另一实施例中，该实施例在上述实施例的基础上，还可以包括：判断所述相轨迹是否呈现周期性间歇混沌状态，如果没有，则调整迭代计算的步长，直到所述相轨迹呈现周期性间歇混沌状态，其具体过程包括：

步骤201；获取解调端接收到的待估信号；

步骤202；将所述待估信号输入到临界混沌状态的杜芬Duffing振子系统进行步长迭代计算，得到相轨迹；

该步骤201和步骤202与步骤101和步骤102同，具体详见上述过程，在此不再赘述。

步骤203；判断所述相轨迹是否呈现周期性间歇混沌状态；如果是，执行步骤204；否则，执行步骤205；

该步骤中，当待估计信号加入到临界混沌状态的Duffing振子系统中，当待估计信号与Duffing振子系统周期策动力频率接近时，系统的输出呈现临界混沌状态。通过不断的改变迭代计算的步长(等效于改变周期策动力频率)，可使输出的相轨迹呈现周期性间歇混沌状态。

步骤204：根据所述周期性间歇混沌状态下的步长，计算所述待估信号的载波频率；

该步骤与步骤103相同，具体详见上述，在此不再赘述。

步骤205：调整迭代计算的步长，返回步骤202，直到所述相轨迹呈现周期性间歇混沌状态。

该步骤中，在采样周期上，对所述待估信号的采样频率按照设定值进行采样变换；然后根据变换后的频率计算迭代步长；并将计算的所述迭代步长作为调整的步长。

其中，可以按照ω_c/ω₀倍进行采样频率变换，这样不同的频率对应不同的迭代步长能使振子系统相轨迹产生间歇性混沌现象。其中，ω_c为待估信号的载波频率；ω₀为Duffing振子系统中周期策动力信号频率；

然后，根据变换后的频率按照公式计算迭代的步长，其中，f_s是调制信号的采样频率，Δω＝ω_c-ω₀为调制信号的载波频率和周期策动力信号频率之差。

该实施例中，可设周期策动力信号频率ω₀(ω₀＝2πf)为一相对较小频率，确保能够覆盖载波频率即可。将含有加性高斯噪声的MPSK信号作为输入信号输入到临界混沌状态的Duffing振子系统中，并利用四阶龙格-库塔算法进行数值迭代求解。在求解中，由于待测信号的载波频率未知，故在求解时需根据公式(4)及公式进行步长变换，即对MPSK信号采样周期做了ω_c/ω₀倍的变换。这样不同的待估计频率会对应不同的迭代步长才能使振子系统相轨迹产生周期性间歇混沌现象。

该步骤中，以△f为步长递增量，扫描待估信号的频率，当Duffing振子系统输出的相轨迹产生周期性间歇混沌现象时，可根据(5)式计算待估信号的载波频率。

可选的，在另一实施例中，该实施例在上述实施例的基础上，还可以构建临界混沌状态的Duffing振子系统，其构建的过程包括：

先设置Duffing振子系统中的系统参数的值，然后根据设定的所述系统参数的值构建杜芬Duffing振子系统，使其处于临界混沌状态；其中，系统参数的周期策动力幅值取值为0.8257-0.8270之间比如设置。

通常情况下，设置的系统参数包括：阻尼系数k＝0.5，周期策动力幅值γ＝0.826。周期策动力频率ω₀(ω₀＝2πf)为一相对较小频率f₁(确保能够覆盖载波频率)，这样就构建了临界混沌状态下的Duffing振子系统，其中，Duffing振子系统为非线性微分方程。基于临界混沌状态下的Duffing振子系统，根据梅尔尼科夫理论，便可充分利用振子的初值敏感性和噪声免疫性。

其中，Duffing振子系统的描述方程为：

在式(8)中x为Duffing振子系统输出量，k是系统阻尼系数，f(x)为一非线性回复力，在Duffing振子系统中k＝0.5，f(x)＝-x+x3；γcos(2πft)为系统周期策动力，γ为策动力幅度，f为策动力周期，sn(t)为含有零均值噪声的输入信号。构建临界混沌的Duffing振子系统时，根据梅尔尼科夫理论，取周期策动力幅值初始值为γ＝0.8，以步长为0.001递增至γ＝0.9，如图3所示，当步长递增至0.826时，系统输出和状态量的能量和x2+y2有一明显跳跃，与γ＝0.825和γ＝0.827处的对应的x2+y2值差值很大，故0.826可作为临界系统周期策动力幅度γ的阈值。

根据图3，分别以设置的周期策动力幅值γ分别为0.82、0.826、0.83为例时，求解得到Duffing振子的输出的相轨迹分别如图4、图5和图6。

如图4中，当γ＝0.8时，系统相轨迹处于混沌状态；图6中，当γ＝0.83时，系统相轨迹处于大轨迹周期状态；在图5中，当γ＝0.826时，系统相轨迹处于混沌和大轨迹周期之间的一种临界状态。据此，当设置阻尼系数k＝0.5，γ值为0.826，即可搭建临界混沌的Duffing振子系统，其具体的示意图如图7中的虚线所示，该中的硬件可以包括比例、微分器构成的二阶比例微分系统(也可以称为反馈系统)，对于二阶比例微分系统，可用四阶龙格-库塔算法进行数值迭代求解，其Duffing振子系统中包括的各个硬件部分对于本领域技术人员来说，已是熟知技术，在此不再赘述。

由图7可知，本发明实施例中，首先，噪声作为干扰信号和MPSK信号叠加在一起作为Duffing振子系统的输入信号；其次，该输入信号和周期策动力信号经过合成后，合成信号的幅度会呈现一定的周期特性，且周期与MPSK信号载波频率相关；最后，在不同的计算步长下，合成信号幅值周期性变化导致Duffing振子输出呈现周期性间歇混沌，根据周期性间歇混沌状态下的步长计算MPSK信号的载波频率。

本发明实施例中，在获取待估信号(比如MPSK信号)后，将MPSK信号作为输入信号输入到临界混沌状态的Duffing振子系统；在该输入信号和周期策动力信号经过合成后，合成信号的幅度会呈现一定的周期特性，且该周期与待估信号的载波频率相关；最后，在不同的计算步长下，合成信号幅值周期性变化导致Duffing振子输出呈现周期性间歇混沌，根据周期性间歇混沌状态下的步长计算待估信号的载波频率。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

还请参阅图8，为本发明实施例提供一种载波频率的估计装置的结构示意图，所述装置应用于非协作数字通信中，所述装置包括：获取模块81，迭代计算模块82和频率计算模块83，其中，

获取模块81，用于获取解调端接收到的待估信号；

迭代计算模块82，用于将所述待估信号输入到临界混沌状态的杜芬Duffing振子系统进行步长迭代计算，得到相轨迹；

频率计算模块83，用于在所述相轨迹处于周期性间歇混沌状态时，根据所述周期性间歇混沌状态下的步长，计算所述待估信号的载波频率。

可选的，在另一实施例中，该实施例在上述实施例的基础上，所述装置还包括：构建模块91，其结构示意图如9所示，其中，

构建模块91，用于在所述获取模块81获取待估信号之前，构建临界混沌状态的Duffing振子系统。

可选的，在另一实施例中，该实施例在上述实施例的基础上，所述构建模块包括：设定模块和构建子模块(图中未示)，其中，

设定模块，用于设定Duffing振子系统中的系统参数的值；

确定模块，用于根据所述设定模块设定的所述系统参数的值构建杜芬Duffing振子系统，使其处于临界混沌状态，其中，系统参数的周期策动力幅值取值为0.8257-0.8270之间。

可选的，在另一实施例中，该实施例在上述实施例的基础上，所述设定模块设定的系统参数的值包括：所述阻尼系数的值为0.5和周期策动力幅的值最佳为0.826。

可选的，在另一实施例中，该实施例在上述实施例的基础上，所述装置还包括：调整模块(图中未示)，其中，

调整模块，用于在所述相轨迹处于非周期性间歇混沌状态时，调整迭代计算的步长，直到所述相轨迹处于周期性间歇混沌状态。

可选的，在另一实施例中，该实施例在上述实施例的基础上，所述装置还包括：判断模块10和调整模块11，其结构示意图如图10所示，其中，

判断模块10，用于判断所述相轨迹是否呈现周期性间歇混沌状态；

所述频率计算模块83，还用于在所述判断模块10判断所述相轨迹呈现周期性间歇混沌状态时，根据所述周期性间歇混沌状态的步长，计算所述待估的载波频率的步骤；

调整模块11，用于在所述判断模块10判断所述相轨迹呈现非周期性间歇混沌状态时，调整迭代计算的步长，直到所述相轨迹呈现周期性间歇混沌状态。

可选的，在另一实施例中，该实施例在上述实施例的基础上，所述调整模块包括：采样变换模块，步长计算模块和步长确定模块(图中未示)，其中，

采样变换模块，用于在采样周期上，对所述待估信号的采样频率按照设定值进行采样变换；

步长计算模块，用于根据变换后的频率计算迭代步长；

步长确定模块，用于将所述步长计算模块计算的所述迭代步长作为调整的步长。

可选的，在另一实施例中，该实施例在上述实施例的基础上，所述采样变换模块，具体用于按照ω_c/ω₀倍进行采样变换，其中，ω_c为待估信号的载波频率；ω₀为Duffing振子系统中周期策动力信号频率；

所述步长计算模块，具体用于根据变换后的频率按照

计算迭代的步长，

其中，f_s是调制信号的采样频率，Δω＝ω_c-ω₀为调制信号的载波频率和周期策动力信号频率之差。

可选的，在另一实施例中，该实施例在上述实施例的基础上，所述步长计算模块包括：设定模块，检测步长计算模块，第一检测频率确定模块和第一载波频率确定模块；和/或，设定模块，检测步长计算模块，第一检测频率确定模块、第二检测频率确定模块，平均值计算模块和第二载波频率确定模块(图中未示)，其中，

设定模块，用于设定所述待估信号的初始检测频率f₁，频率递进步长△f；

检测步长计算模块，用于在所述待估计频率初值f₁基础上，按照频率递进步长△f进行迭代计算，得到Duffing振子系统输出的相轨迹出现周期性间歇混沌时的检测步长Δh_i；

第一检测频率确定模块，用于确定所述检测步长Δh_i下对应的检测频率f_i；

所述第一载波频率确定模块，用于将所述fi作为待估计信号的载波频率；

第二检测频率确定模块，用于根据所述检测步长Δh_i确定下一个检测步长下的检测频率f_i+1；

平均值计算模块，用于计算检测频率f_i和检测频率f_i+1的平均值；

第二载波频率确定模块，用于将所述平均值作为待估计信号的载波频率。

可选的，在另一实施例中，该实施例在上述实施例的基础上，所述检测步长计算模块，具体按照公式来确定检测步长，

其中，f₁为待估信号的初始检测频率，△f为频率递进步长；ω_i为不同检测步长下对应的待检测频率，ω₀周期策动力信号频率；

所述第一检测频率确定模块，具体用于根据所述Δh_i按照公式f_i＝1+(i－1)×△f计算检测步长下对应的检测频率f_i。

本发明实施例中，在获取的待估信号输入到临界混沌状态的Duffing振子系统进行步长迭代计算，如果得到相轨迹呈现周期性间歇混沌状态，则根据所述周期性间歇混沌状态下的步长，计算所述待估信号的载波频率。也就是说，本发明实施例中，在非协作数字通信中，实现了对待估信号载波频率的精确估计，提升了信号解调的准确性，保障通信质量，同时，降低了载波频率估计复杂度，减小了计算量，提高了低信噪比下载波频率估算的精度。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

为了便于理解，请参阅下述仿真的应用实例。

该实施例待估信号以QPSK信号为例，计算机模拟均匀分布产生码元500个，载波频率为fc＝4KHz，采样频率fs＝40KHz，信噪比条件为SNR＝0dB。如图11所示，为本发明实施例提供的一种无噪声情况下的QPSK调制信号的波形示意图。当在图11所示的信号中加入噪声后，得到如图12所示SNR＝0dB时的QPSK调制信号的示意图，从图12中可以看出，QPSK调制信号已经完全被淹没在噪声中。

针对图12中的待估计信号，取初始检测频率为＝10Hz,频率递增步长＝0.5Hz，分别采用本发明实施例提供的临界混沌状态的Duffing振子估计法进行估算载波频率和现有常规的基于循环平稳载波频率估计方法进行估算载波频率频率的对比分析，得到对应仿真结果如图13和图14所所示。

图13中，当SNR＝0dB时，i取8016和8019时，系统输出的相轨迹出现非周期性间歇混沌状态；而当SNR＝0dB时，i取8017和8018时，系统输出的相轨迹才出现周期性间歇混沌状态，则可以根据上述估计频率的公式(5)、(6)和(7)进行计算，得到该待估计信号的载波频率估计值为4009.25Hz，载波频率估计误差仅为0.231％。图14中，四阶循环累积量估计出载波频率为3983.0Hz，存在0.425％的估计误差。仿真实例验证了Duffing振子的载波频率估计方法具有较高的估计精度。

优选的，本发明实施例还提供一种终端，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述载波频率的估计方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述载波频率的估计方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、装置、终端、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种载波频率的估计方法、装置、终端及计算机可读存储介质，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (14)

1.一种载波频率的估计方法，其特征在于，包括：

获取解调端接收到的待估信号；

将所述待估信号输入到临界混沌状态的杜芬Duffing振子系统中进行步长迭代计算，得到相轨迹；

如果所述相轨迹处于周期性间歇混沌状态，则根据所述周期性间歇混沌状态下的步长，计算所述待估信号的载波频率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取待估信号之前，所述方法还包括：

构建临界混沌状态的杜芬Duffing振子系统；

所述构建临界混沌状态的杜芬Duffing振子系统，包括：

设定杜芬Duffing振子系统中的系统参数的值；

根据设定的所述系统参数的值构建杜芬Duffing振子系统，使其处于临界混沌状态；其中

系统参数的周期策动力幅值取值为0.8257-0.8270之间。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

如果所述相轨迹处于非周期性间歇混沌状态，则调整迭代计算的步长，直到所述相轨迹处于周期性间歇混沌状态。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采用下述方式调整迭代计算的步长：

在采样周期上，对所述待估信号的采样频率按照设定值进行采样变换；

根据变换后的频率计算迭代步长；

将计算的所述迭代步长作为调整的步长。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述按照设定值进行采样变换包括：

按照ω_c/ω₀倍进行采样频率变换，其中，ω_c为待估信号的载波频率；ω₀为杜芬Duffing振子系统中周期策动力信号频率；

所述根据变换后的频率计算迭代步长包括：

根据变换后的频率按照公式计算迭代的步长，其中，f_s是调制信号的采样频率，Δω＝ω_c-ω₀为调制信号的载波频率和周期策动力信号频率之差。

6.根据权利要求1至5任何一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述周期性间歇混沌状态下的步长，计算待估信号的载波频率，包括：

设定所述待估信号的初始检测频率f₁，频率递进步长△f；

在所述待估计频率初值f₁基础上，按照频率递进步长△f进行迭代计算，得到临界混沌状态的Duffing振子系统输出的相轨迹处于周期性间歇混沌状态下的检测步长Δh_i；

确定所述检测步长Δh_i下对应的检测频率f_i，并将所述f_i作为待估计信号的载波频率；或者

根据所述检测步长Δh_i确定下一个检测步长Δh_i+1下的检测频率f_i+1；

计算检测频率f_i和检测频率f_i+1的平均值，并将所述平均值作为待估计信号的载波频率。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，按照下述公式确定检测步长包括：

其中，f₁为待估信号的初始检测频率，△f为频率递进步长；ω_i为不同检测步长下对应的待检测频率，ω₀为周期策动力信号频率；

根据所述Δh_i按照公式f_i＝f₁+(i－1)×△f计算检测步长下对应的检测频率f_i。

8.一种载波频率的估计装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取解调端接收到的待估信号；

迭代计算模块，用于将所述待估信号输入到临界混沌状态的杜芬Duffing振子系统进行步长迭代计算，得到相轨迹；

频率计算模块，用于在所述相轨迹处于周期性间歇混沌状态时，根据所述周期性间歇混沌状态下的步长，计算所述待估信号的载波频率。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

构建模块，用于在所述获取模块获取待估信号之前，构建临界混沌状态的杜芬Duffing振子系统，其中，所述构建模块包括：

设定模块，用于设定杜芬Duffing振子系统中的系统参数的值；

构建子模块，用于根据所述设定模块设定的所述系统参数的值构建杜芬Duffing振子系统，使其处于临界混沌状态，其中，系统参数的周期策动力幅值取值为0.8257-0.8270之间。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

调整模块，用于在所述相轨迹处于非周期性间歇混沌状态时，调整迭代计算的步长，直到所述相轨迹处于周期性间歇混沌状态。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述调整模块包括：

采样变换模块，用于在采样周期上，对所述待估信号的采样频率按照设定值进行采样变换；

步长计算模块，用于根据变换后的频率计算迭代步长；

步长确定模块，用于将所述步长计算模块计算的所述迭代步长作为调整的步长。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，

所述采样变换模块，具体用于按照ω_c/ω₀倍进行采样变换，其中，ω_c为待估信号的载波频率；ω₀为杜芬Duffing振子系统中周期策动力信号频率；

所述步长计算模块，具体用于根据变换后的频率按照

计算迭代的步长，其中，f_s是调制信号的采样频率，Δω＝ω_c-ω₀为调制信号的载波频率和周期策动力信号频率之差。

13.根据权利要求8至12任何一项所述的装置，其特征在于，所述步长计算模块包括：设定模块，检测步长计算模块，第一检测频率确定模块和第一载波频率确定模块；和/或，设定模块，检测步长计算模块，第一检测频率确定模块、第二检测频率确定模块、平均值计算模块和第二载波频率确定模块；其中，

所述设定模块，用于设定所述待估信号的初始检测频率f₁，频率递进步长△f；

所述检测步长计算模块，用于在所述待估计频率初值f₁基础上，按照频率递进步长△f进行迭代计算，得到Duffing振子系统输出的相轨迹处于周期性间歇混沌时的检测步长Δh_i；

所述第一检测频率确定模块，用于确定所述检测步长Δh_i下对应的检测频率f_i；

所述第一载波频率确定模块，用于将所述fi作为待估计信号的载波频率；

所述第二检测频率确定模块，用于根据所述检测步长Δh_i确定下一个检测步长下的检测频率f_i+1；

所述平均值计算模块，用于计算检测频率f_i和检测频率f_i+1的平均值；

所述第二载波频率确定模块，用于将所述平均值作为待估计信号的载波频率。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述检测步长计算模块，具体按照公式来确定检测步长，

其中，f₁为待估信号的初始检测频率，△f为频率递进步长；ω_i为不同检测步长下对应的待检测频率，ω₀周期策动力信号频率；

所述第一检测频率确定模块，具体用于根据所述Δh_i按照公式f_i＝1+(i－1)×△f计算检测步长下对应的检测频率f_i。