[发明专利]一种基于多级架构的OQPSK信号大频偏载波同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及OQPSK领域，具体涉及一种基于多级架构的OQPSK信号大频偏载波同步方法。

背景技术

OQPSK是一种恒包络数字调制技术，正交支路码元与同相支路码元在时间上偏移了一个比特间隔，即半个符号周期。OQPSK信号消除了相邻符号的弧度偏转现象，在带宽有限的实际通信系统中，包络起伏小，经过非线性功率放大器后不会产生明显的功率谱旁瓣增生效应，具有高频谱利用率和高功率利用率特点。

OQPSK信号通常采用相干解调方式，为得到良好的接收性能与通信质量，应尽可能实现准确的载波同步。OQPSK信号的载波同步一般采用基于锁相环的模式，通过设置不同的误差函数得到相应的反馈型载波同步环路。基于维纳理论的载波同步方法设计了最佳环路滤波器，该方法虽然误差函数选取简单，但环路滤波器实现复杂度高，同步精度低。基于COSTAS环的载波同步方法联合使用IQ两路数据以及半个码元后的IQ两路数据来完成估计判决，同步环存在较大的自噪声问题，对时钟偏差十分敏感。较大的时钟偏差会使得COSTAS环捕获时间很长，同步误差大，同步环路稳定性差，频繁出现跳周现象，甚至无法收敛。尤其对于大频偏信号，需要一定的入锁时间并且存在挂起现象，不能实现载波的快速锁定。如图1所示为基于COSTAS环的OQPSK载波同步环路与时钟同步方法的原理框图。

传统的OQPSK解调方法采用载波同步与时钟同步分别估计的方法，载波同步的精度影响时钟同步估计，造成时钟同步捕获时间长，同步误差大和稳定性差。基于最大似然的载波时钟相位估计算法虽然可以同时估计载波和时钟，但其捕获范围窄，同步精度不高，且存在整数倍相位模糊问题。

发明内容

本发明的目的是提供了一种基于多级架构的OQPSK信号大频偏载波同步方法，解决现有的OQPSK调制中载波相位同步与时钟同步相互干扰的问题，同时实现载波频率的大频偏快速捕获，且捕获后有极小的相位抖动。

本发明采用以下的技术方案：

一种基于多级架构的OQPSK信号大频偏载波同步方法，包括以下步骤：

步骤1：对接收信号进行抽样，抽样周期为kT_s，则抽样后的信号为：x(kT_s)＝s(kT_s)+n(kT_s)，令z(kT_s)＝x(kT_s)x^*((k-D)T_s)，其中，D为延迟时间，得：

步骤2：对式(1)取均值，并进行区间求和，k代表抽样的序号，L₀是观测长度，N指一个码元周期内采样的个数，即码元周期与抽样周期的比值，有：

步骤3：对式(2)两边同时取辐角，采用和值来代替它的数学期望，得到一种近似最优解，并解出△f得：

由于本身估计时时延相乘会放大噪声，造成性能下降，为了进一步提高估计精度，采用增加迭代次数，并且每次迭代时来提高估计精度；

步骤4：在完成载波频率粗同步后，接着就是实现对残留载波相位进行稳态估计，实现载波同步完整估计，同时考虑OQPSK调制信号的特殊性，在进行载波相位估计的时候同时进行位同步，避免不同阶段估计之间的相互影响，提高同步性能；采用基于最大似然准则进行推导，对似然函数进行约束和近似，提出滑动累积窗口长度自适应控制来提高估计精度；

经过时延相乘前向频率估计方法消除频偏后，基带OQPSK信号表示为：

式(3)中θ载波相偏，τ是定时偏差，T是符号间隔，g(t)是脉冲成型滤波器；

令a＝{a_i}和b＝{b_i}分别表示同相和正交分量上独立、同分布的传输符号，并以等概率取值±1，则被测信号的最大似然方程为；

其中分别表示载波相偏θ、定时偏差τ、符号a和b的估计值；

步骤5：为了实现载波相偏和定时偏差的联合估计，将上式对于符号估计值和求平均，得到关于参数θ和τ的最大似然方程为：

关于参数θ和τ求偏导并令其为零，求得式(4)方程取得极大值的载波相位估计值和定时误差估计值，如下所示：

其中m和l为任意整数；