一種用于oqpsk調(diào)制的載波與時(shí)鐘聯(lián)合同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信號(hào)調(diào)制領(lǐng)域，特別涉及一種用于OQPSK調(diào)制的載波與時(shí)鐘聯(lián)合同步 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] OQPSK是一種恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)，正交支路碼元與同相支路碼元在時(shí)間上偏移 了一個(gè)比特間隔，即半個(gè)符號(hào)周期。OQPSK信號(hào)消除了相鄰符號(hào)的弧度偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在帶寬有 限的實(shí)際通信系統(tǒng)中，包絡(luò)起伏小，經(jīng)過(guò)非線性功率放大器后不會(huì)產(chǎn)生明顯的功率譜旁瓣 增生效應(yīng)，具有高頻譜利用率和高功率利用率特點(diǎn)。
[0003] OQPSK信號(hào)的表達(dá)式為：
[0004]
[0005] 其中P為信號(hào)功率，取P = 1，m(t)為數(shù)字調(diào)制信號(hào)的復(fù)包絡(luò)。
[0006]
[0007] 其中{aj，{bk} e {+1，-1}分別表示獨(dú)立同分布的I路和Q路傳輸比特流，T表示 符號(hào)周期，T = 2Tb，Θ為要估計(jì)的載波相位，p(t)為成形濾波器。OQPSK信號(hào)經(jīng)過(guò)信道后， 其接收信號(hào)為：
[0008] r (t) = s (t, Θ ) +n (t)
[0009] 接收信號(hào)4關(guān)于傳輸數(shù)據(jù)a k、bk和載波相位Θ的概率密度函數(shù)為：
[0010]
[0011] OQPSK信號(hào)通常采用相干解調(diào)方式，為得到良好的接收性能與通信質(zhì)量，應(yīng)盡可能 實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的載波同步。OQPSK信號(hào)的載波同步一般采用基于鎖相環(huán)的模式，通過(guò)設(shè)置不同的 誤差函數(shù)得到相應(yīng)的反饋型載波同步環(huán)路?；诰S納理論的載波同步方法設(shè)計(jì)了最佳環(huán)路 濾波器，該方法雖然誤差函數(shù)選取簡(jiǎn)單，但環(huán)路濾波器實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高，同步精度低。
[0012] COSTAS環(huán)法可較好地提取載波相位，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低；缺點(diǎn)是捕獲速度慢，較小的 時(shí)鐘同步偏差就會(huì)引起Costas同步環(huán)路的捕獲時(shí)間長(zhǎng)，同步誤差大，環(huán)路穩(wěn)定性很差以及 出現(xiàn)跳周現(xiàn)象。
[0013] 圖1所示為基于COSTAS環(huán)的OQPSK載波同步環(huán)路與時(shí)鐘同步方法原理框圖，其基 于MP準(zhǔn)則的OQPSK載波同步COSTAS環(huán)路誤差函數(shù)為：
[0014]
[0015] 其中
[0016]
[0017]
[0018] 基于COSTAS環(huán)的OQPSK載波與時(shí)鐘同步方法將載波同步與時(shí)鐘同步分別進(jìn)行估 計(jì)，其中基于COSTAS環(huán)的載波同步方法在有時(shí)鐘偏差情況下無(wú)法采用最佳采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)判 斷和完成IQ錯(cuò)位恢復(fù)，造成收斂時(shí)間很長(zhǎng)，同步誤差大，同步環(huán)路穩(wěn)定性差，頻繁出現(xiàn)跳周 現(xiàn)象，甚至無(wú)法同步收斂。
[0019] 而IQ-Gadner算法在載波相位偏差情況下會(huì)同時(shí)受到I路數(shù)據(jù)與Q路數(shù)據(jù)的影 響，捕獲時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)法進(jìn)行時(shí)鐘同步?？梢?jiàn)該方法存在載波同步與時(shí)鐘同步相互影響問(wèn)題。
[0020] 目前，現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺點(diǎn)：
[0021] (1)基于COSTAS環(huán)的載波同步方法聯(lián)合使用IQ兩路數(shù)據(jù)以及半個(gè)碼元后的IQ兩 路數(shù)據(jù)來(lái)完成估計(jì)判決，同步環(huán)存在較大的自噪聲問(wèn)題，對(duì)時(shí)鐘偏差十分敏感；較大的時(shí)鐘 偏差會(huì)使得COSTAS環(huán)捕獲時(shí)間很長(zhǎng)，同步誤差大，同步環(huán)路穩(wěn)定性差，頻繁出現(xiàn)跳周現(xiàn)象， 甚至無(wú)法收斂；尤其對(duì)于大頻偏信號(hào)，需要一定的入鎖時(shí)間并且存在掛起現(xiàn)象，不能實(shí)現(xiàn)載 波的快速鎖定。
[0022] (2)傳統(tǒng)的OQPSK解調(diào)方法采用載波同步與時(shí)鐘同步分別估計(jì)的方法，載波同步 的精度影響時(shí)鐘同步估計(jì)，造成時(shí)鐘同步捕獲時(shí)間長(zhǎng)，同步誤差大和穩(wěn)定性差。
[0023] (3)基于最大似然的載波時(shí)鐘相位估計(jì)算法雖然可以同時(shí)估計(jì)載波和時(shí)鐘，但其 捕獲范圍窄，同步精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024] 本發(fā)明的目的就是要提出一種用于OQPSK調(diào)制的載波與時(shí)鐘聯(lián)合同步方法，解決 OQPSK調(diào)制中載波相位同步與時(shí)鐘同步相互干擾問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)載波頻率的快速捕獲，且捕 獲后有極小的相位抖動(dòng)。
[0025] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0026] -種用于OQPSK調(diào)制的載波與時(shí)鐘聯(lián)合同步方法，利用OQPSK信號(hào)的循環(huán)譜特性 進(jìn)行載波頻率的粗估計(jì)，實(shí)現(xiàn)載波的快速鎖定；
[0027] 對(duì)COSTAS環(huán)的誤差函數(shù)進(jìn)行級(jí)數(shù)展開(kāi)并簡(jiǎn)化；
[0028] 采用基于最大似然原理對(duì)殘余載頻頻偏進(jìn)行估計(jì)并同時(shí)估計(jì)出時(shí)鐘。
[0029] 可選地，對(duì)于循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)s (t)，其共輒循環(huán)自相關(guān)函數(shù)為：
[0030]
[0031] 則 OQPSK信號(hào)的共輒譜函數(shù)為：
[0032]
[0033] 式中a = Sf^+n/T，η為奇數(shù)，P(f)為成形濾波器p(t)的傅里葉變換，則
[0034]
(3)〇
[0035] 可選地，當(dāng)單譜線的頻率位置α〈〇,頻偏粗估計(jì)爻
[0036] 當(dāng)單譜線的頻率位置α >0,頻偏粗估計(jì)為
[0037] 可選地，在得到粗頻譜后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行粗校正；
[0038] 對(duì)粗校正后的信號(hào)，采用基于載波同步環(huán)路的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)載波的精同步；
[0039] 采用基于最大似然的載波與時(shí)鐘聯(lián)合同步方法來(lái)同時(shí)估計(jì)殘余頻偏和時(shí)鐘相位。
[0040] 可選地，基于載波同步環(huán)路的方法中，取級(jí)數(shù)展開(kāi)式的前兩項(xiàng)，即
[0041]
(4)
[0042] 則誤差函數(shù)簡(jiǎn)化為
[0043] e ( Θ ) = I (k) Q (k+1/2) (I2 (k) -Q2 (k+1/2)) (5)。
[0044] 可選地，載波同步環(huán)路首先對(duì)Q路和延時(shí)T/2后的I路進(jìn)行匹配濾波和重采樣，然 后根據(jù)所述式（5)計(jì)算出載波誤差后送給環(huán)路濾波器，控制數(shù)字壓控振蕩器估計(jì)出載波頻 偏，其中環(huán)路濾波器的參數(shù)影響載波同步環(huán)路收斂速度。
[0045] 可選地，信號(hào)經(jīng)基于載波同步環(huán)路和任意倍數(shù)重采樣處理后，信號(hào)采樣點(diǎn)表示為X =Ix (kTs)}，載波殘余相偏和定時(shí)誤差根據(jù)NL。個(gè)連續(xù)樣點(diǎn)最大似然估計(jì)得到，NT為觀測(cè) 窗口長(zhǎng)度，則被測(cè)OQPSK信號(hào)參數(shù)集的最大似然方程為：
[0046]
(6)。
[0047] 可選地，對(duì)最大似然方程關(guān)于參數(shù)Θ和τ求偏導(dǎo)并令其為零，求得使最大似然方 程取得最大值的載波相位估計(jì)值和時(shí)鐘誤差估計(jì)值f為：
[0048]
[0049]
[0050]
[0051]
[0052] 可選地，OQPSK信號(hào)經(jīng)過(guò)I、Q兩路分別進(jìn)行延時(shí)和濾波，滑動(dòng)累積以及求幅角操 作，最后得到相位偏差和時(shí)鐘偏差估計(jì)。
[0053] 可選地，載波誤差估算單元中的載波相偏估計(jì)控制，通過(guò)環(huán)路濾波器控制數(shù)字壓 控振蕩器產(chǎn)生一個(gè)正交本振信號(hào)對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)精確載波相位同步；定時(shí) 偏差送入后級(jí)插值濾波器，通過(guò)對(duì)載波同步后的OQPSK基帶信號(hào)進(jìn)行插值濾波，實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘 誤差修正。
[0054] 本發(fā)明的有益效果是：
[0055] (1)基于OQPSK信號(hào)循環(huán)譜特性，采用平方譜估計(jì)方法得到載波的粗頻偏，實(shí)現(xiàn)大 頻偏信號(hào)的快速入鎖；
[0056] (2)對(duì)載波同步環(huán)路誤差函數(shù)采用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)并進(jìn)行優(yōu)化，在保證同步性能的 條件下大大降低算法的復(fù)雜度，而且利用載波同步環(huán)路可以保證信號(hào)同步結(jié)果的準(zhǔn)確性， 同時(shí)有助于降低計(jì)算信號(hào)循環(huán)譜所需的信號(hào)長(zhǎng)度；
[0057] (3)基于最大似然原理，對(duì)IQ兩路信號(hào)進(jìn)行濾波延時(shí)后滑動(dòng)累積并求幅角，同時(shí) 估計(jì)出載波殘留頻偏和時(shí)鐘相位，避免時(shí)鐘估計(jì)與載波估計(jì)的相互影響。
【附圖說(shuō)明】
[0058] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0059] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中基于COSTAS環(huán)的OQPSK載波與時(shí)鐘同步方法原理框圖；
[0060] 圖2為本發(fā)明用于OQPSK調(diào)制的載波與時(shí)鐘聯(lián)合同步方法的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0061] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0062] 如圖2所示，本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的用于OQPSK調(diào)制的載波與時(shí)鐘聯(lián)合同步方法，利用 OQPSK信號(hào)的循環(huán)譜特性進(jìn)行載波頻率的粗估計(jì)，實(shí)現(xiàn)載波的快速鎖定；對(duì)COSTAS環(huán)的