CN109525533B - 一种应用于mapsk调制的载波相位误差提取*** - Google Patents

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Abstract

一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，涉及卫星通信领域；包括乘法器、第一滤波器、鉴频器、数控震荡器、第二滤波器、鉴相器和时钟恢复模块；本发明可以用于非数据辅助，也可以用于数据辅助的场景，另外集中于解决精同步的残留载波相位误差提取；同时本发明利用卫星通信***中的MPSK/MAPSK信号的星座特性，分别对不同调制方式信号进行星座图简化、分割，避免了直接利用原有星座图进行载波误差信号提取的复杂计算，大大增加了工程实现灵活性，有利于产品快速实现；本发明实现了从接收到的不同模式信号中提取与相位相关的分量，从而实现载波跟踪及锁定。

Description

一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***
技术领域
本发明涉及一种卫星通信领域，特别是一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***。
背景技术
广播通信领域一般会使用多种编码调制方式和工作模式等。针对卫星通信***新增加的调试方式，需要对实现的算法进行简单高效的简化，以最终能实现为产品。
数字基带信号经过高频载波调制，被发射出去后，接收端接收到高频信号，并转化成数字信号后，一般会有以下几个步骤，首先高频信号要处理成基带信号。但是由于接收端和发射端的晶振、混频器、低噪声模块的差异和不稳定性，以及累加了经过长距离的传输，卫星信号在传输过程中引入的Doppler频率偏差，卫星通信***的接收***要处理较大的频偏。由于初始情况下存在有较大的频偏，只经过一次频率同步，是无法将残留频率偏差减少到后续相位同步模块可以允许的范围内，所以一般同步会分成两个部分：粗同步和精同步。另外，有数据辅助和非数据辅助两种算法。本发明可以用于非数据辅助，也可以用于数据辅助的场景，另外集中于解决精同步的残留载波相位误差提取。
卫星通信***的引入了多种数字调制模式，包括MPSK和MAPSK。由于MPSK/MAPSK的信号点数众多，而且星座点间距离较小，并且分成多个圈层(MPSK只有外圈)，这样给残留载波相位误差提取的工程实现带来了较大困难，目前并没有相关技术队该难点有很好的解决方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，实现了从接收到的不同模式信号中提取与相位相关的分量，从而实现载波跟踪及锁定。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，包括乘法器、第一滤波器、鉴频器、数控震荡器、第二滤波器、鉴相器和时钟恢复模块；
乘法器：接收外部接收机传来的基带信号r(t)，对基带信号r(t)进行残留载波消除处理，生成载波恢复信号；并将载波恢复信号发送至时钟恢复模块；接收数控振荡器传来的混频信号；接收下一时刻的外部接收机传来的基带信号r(t)；将混频信号与下一周期的基带信号r(t)进行复乘，实现对基带信号的载波和相位偏移进行补偿；生成补偿后的载波恢复信号；并将补偿后的载波恢复信号发送至时钟恢复模块；
时钟恢复模块：接收乘法器传来的载波恢复信号，对载波恢复信号进行位同步处理，生成最佳采样信号；并将最佳采样信号分别发送至鉴频器、鉴相器和外部解调器；接收乘法器传来的补偿后的载波恢复信号，进行位同步处理，生成下一周期最佳采样信号；并将下一周期最佳采样信号发送至外部解调器；
鉴频器：接收时钟恢复模块传来的最佳采样信号，对最佳采样信号进行载波频偏估计处理，生成频偏估计信号，并将频偏估计信号发送至第一滤波器；
鉴相器：接收时钟恢复模块传来的最佳采样信号，对最佳采样信号依次进行残余小频偏和相位跟踪提取处理，生成相位误差信号，并将相位误差信号发送至第二滤波器；
第一滤波器：接收鉴频器传来的频偏估计信号，对进行滤波处理，生成载波频偏粗同步频率控制字，并将载波频偏粗同步频率控制字发送至数控振荡器；
第二滤波器：接收鉴相器传来的相位误差信号，对相位误差信号进行滤波处理，生成残余载波精同步频率控制字；并将残余载波精同步频率控制字发送至数控振荡器；
数控振荡器：接收第一滤波器传来的载波频偏粗同步频率控制字；接收第二滤波器传来的残余载波精同步频率控制字；生成混频信号，并将混频信号发送至乘法器。
在上述的一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，***循环，实现对每一周期的基带信号进行载波和相位偏移补偿；并将每一周期的最佳采样信号发送至外部解调器。
在上述的一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，所述的基带信号r(t)的表达式为：
Figure BDA0001899401310000031
式中，fc为残留的载波频偏；
Figure BDA0001899401310000032
为残留载波相位；
αI(t)为I路数据幅度；
αQ(t)为Q路数据幅度；且αQ(t)＝αI(t)。
在上述的一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，所述鉴频器检测的频偏范围为传输符号率的-10％～10％。
在上述的一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，所述第一滤波器采用16阶的海明窗函数。
在上述的一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，所述鉴相器检测的残余频偏范围为符号率的-0.5％～0.5％。
在上述的一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，所述第二滤波器在捕获阶段的通带截止频率为1.5Δf；在跟踪阶段的通带截止频率为1.1Δf。
在上述的一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，所述Δf为0.5倍的稳定传输符号率。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明提供一种应用于卫星通信***的载波相位误差方法，利用卫星通信***中的MPSK/MAPSK信号的星座特性，分别对不同调制方式信号进行星座图简化、分割，避免了直接利用原有星座图进行载波误差信号提取的复杂计算，大大增加了工程实现灵活性，有利于产品快速实现；
(2)本发明通用性较好，可扩展到相似调制方式的信号的载波误差提取问题；
(3)本发明方法精简、效率高，该方法将多种调制方式的信号载波误差提取问题归一化到与QPSK一样的特性，将不同调制方式的载波误差提取问题归一化处理，简化问题，实现简单。
附图说明
图1为本发明载波相位误差提取***示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，应用于载波的相位捕获与跟踪。通过利用卫星通信***中的多种MPSK/MAPSK调制方式信号的星座特性，分别对不同调制方式信号进行简单的乘加减法处理，得到近似于QPSK星座分布点的数据，利用QPSK的相位误差提取特点进行相位误差的计算提取，实现卫星通信***信号的相位误差提取。简化了以往相位误差提取的复杂度，并可拓展到相似类型的信号的相位误差提取问题。
如图1所示为载波相位误差提取***示意图，由图可知，一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，包括乘法器、第一滤波器、鉴频器、数控震荡器、第二滤波器、鉴相器和时钟恢复模块；
乘法器：接收外部接收机传来的基带信号r(t)；所述的基带信号r(t)的表达式为：
Figure BDA0001899401310000041
式中，fc为残留的载波频偏；
Figure BDA0001899401310000042
为残留载波相位；
αI(t)为I路数据幅度；
αQ(t)为Q路数据幅度；且αQ(t)＝αI(t)。
对基带信号r(t)进行残留载波消除处理，生成载波恢复信号；并将载波恢复信号发送至时钟恢复模块；接收数控振荡器传来的混频信号；接收下一时刻的外部接收机传来的基带信号r(t)；将混频信号与下一周期的基带信号r(t)进行复乘，实现对基带信号的载波和相位偏移进行补偿；生成补偿后的载波恢复信号；并将补偿后的载波恢复信号发送至时钟恢复模块。
时钟恢复模块：接收乘法器传来的载波恢复信号，对载波恢复信号进行位同步处理，生成最佳采样信号；并将最佳采样信号分别发送至鉴频器、鉴相器和外部解调器；接收乘法器传来的补偿后的载波恢复信号，进行位同步处理，生成下一周期最佳采样信号；并将下一周期最佳采样信号发送至外部解调器；
鉴频器：接收时钟恢复模块传来的最佳采样信号，对最佳采样信号进行载波频偏估计处理，生成频偏估计信号，并将频偏估计信号发送至第一滤波器；鉴频器检测的频偏范围为传输符号率的-10％～10％。
鉴相器：接收时钟恢复模块传来的最佳采样信号，对最佳采样信号依次进行残余小频偏和相位跟踪提取处理，生成相位误差信号，并将相位误差信号发送至第二滤波器；鉴相器检测的残余频偏范围为符号率的-0.5％～0.5％。
第一滤波器：接收鉴频器传来的频偏估计信号，对进行滤波处理，生成载波频偏粗同步频率控制字，并将载波频偏粗同步频率控制字发送至数控振荡器；第一滤波器采用16阶的海明窗函数。
第二滤波器：接收鉴相器传来的相位误差信号，对相位误差信号进行滤波处理，生成残余载波精同步频率控制字；并将残余载波精同步频率控制字发送至数控振荡器；所述第二滤波器在捕获阶段的通带截止频率为1.5Δf；在跟踪阶段的通带截止频率为1.1Δf；Δf为0.5倍的稳定传输符号率。
数控振荡器：接收第一滤波器传来的载波频偏粗同步频率控制字；接收第二滤波器传来的残余载波精同步频率控制字；生成混频信号，并将混频信号发送至乘法器。
***循环，实现对每一周期的基带信号进行载波和相位偏移补偿；并将每一周期的最佳采样信号发送至外部解调器。
本发明通用性较好，本发明可扩展到相似调制方式的信号的载波误差提取问题；本发明精简、效率高，该方法将多种调制方式的信号载波误差提取问题归一化到与QPSK一样的特性，将不同调制方式的载波误差提取问题归一化处理，简化问题，实现简单；
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，其特征在于：包括乘法器、第一滤波器、鉴频器、数控震荡器、第二滤波器、鉴相器和时钟恢复模块；
乘法器：接收外部接收机传来的基带信号r(t)，对基带信号r(t)进行残留载波消除处理，生成载波恢复信号；并将载波恢复信号发送至时钟恢复模块；接收数控振荡器传来的混频信号；接收下一时刻的外部接收机传来的基带信号r(t)；将混频信号与下一周期的基带信号r(t)进行复乘，实现对基带信号的载波和相位偏移进行补偿；生成补偿后的载波恢复信号；并将补偿后的载波恢复信号发送至时钟恢复模块；
时钟恢复模块：接收乘法器传来的载波恢复信号，对载波恢复信号进行位同步处理，生成最佳采样信号；并将最佳采样信号分别发送至鉴频器、鉴相器和外部解调器；接收乘法器传来的补偿后的载波恢复信号，进行位同步处理，生成下一周期最佳采样信号；并将下一周期最佳采样信号发送至外部解调器；
鉴频器：接收时钟恢复模块传来的最佳采样信号，对最佳采样信号进行载波频偏估计处理，生成频偏估计信号，并将频偏估计信号发送至第一滤波器；
鉴相器：接收时钟恢复模块传来的最佳采样信号，对最佳采样信号依次进行残余小频偏和相位跟踪提取处理，生成相位误差信号，并将相位误差信号发送至第二滤波器；
第一滤波器：接收鉴频器传来的频偏估计信号，对频偏估计信号进行滤波处理，生成载波频偏粗同步频率控制字，并将载波频偏粗同步频率控制字发送至数控振荡器；
第二滤波器：接收鉴相器传来的相位误差信号，对相位误差信号进行滤波处理，生成残余载波精同步频率控制字；并将残余载波精同步频率控制字发送至数控振荡器；
数控振荡器：接收第一滤波器传来的载波频偏粗同步频率控制字；接收第二滤波器传来的残余载波精同步频率控制字；生成混频信号，并将混频信号发送至乘法器。
2.根据权利要求1所述的一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，其特征在于：***循环，实现对每一周期的基带信号进行载波和相位偏移补偿；并将每一周期的最佳采样信号发送至外部解调器。
3.根据权利要求2所述的一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，其特征在于：所述的基带信号r(t)的表达式为：
Figure FDA0002872883590000021
式中，fc为残留的载波频偏；
Figure FDA0002872883590000022
为残留载波相位；
αI(t)为I路数据幅度；
αQ(t)为Q路数据幅度；且αQ(t)＝αI(t)。
4.根据权利要求3所述的一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，其特征在于：所述鉴频器检测的频偏范围为传输符号率的-10％～10％。
5.根据权利要求4所述的一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，其特征在于：所述第一滤波器采用16阶的海明窗函数。
6.根据权利要求5所述的一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，其特征在于：所述鉴相器检测的残余频偏范围为符号率的-0.5％～0.5％。
7.根据权利要求6所述的一种应用于MAPSK调制的载波相位误差提取***，其特征在于：所述第二滤波器在捕获阶段的通带截止频率为1.5Δf；在跟踪阶段的通带截止频率为1.1Δf；所述Δf为0.5倍的稳定传输符号率。
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