[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

摘要

本发明提供了一种基于多级架构的OQPSK信号大频偏载波同步方法，包括利用迭代时延相乘前向频率估计方法进行载波频率的粗估计，实现载波的快速锁定；对于残留频偏相位采用结合载波同步与位同步的联合估计方法实现载波相位与位信息的同时估计，提出去卷叠方法来消除载波相位180度整数倍模糊问题，并采用自动滑动窗口累积方法来实现载波相位的精确估计。解决了现有的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。

主权项

一种基于多级架构的OQPSK信号大频偏载波同步方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对接收信号进行抽样，抽样周期为kTs，则抽样后的信号为：x(kTs)＝s(kTs)+n(kTs)，令z(kTs)＝x(kTs)x*((k‑D)Ts)，其中，D为延迟时间，得：z(kTs)=Aej2πΔfDTs+n(kTs)---(1)]]>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：E{Σk=0NL0-1z(kTs)}=NL0Aej2πΔfDTs---(2)]]>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：Δf=12πDTsarg{Σk=0NL0-1z(kTs)}]]>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：s(t)=ejθ{Σiaig(t-iT-τ)+jΣibig(t-iT-T/2-τ)}---(3)]]>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＝{ai}和b＝{bi}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；Λ(x|τ~,θ~,a~,b~)=exp{TsN0Σk=0NL0-1Re[x(kTs)s~*(kTs)]-Ts2N0ΣkNL0-1|s~(kTs)|2}]]>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：Λ(x|τ~,θ~)=Re{e-j2θ~(Xe-j2πτ~/T+Ye-j2πτ~/T)}---(4)]]>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：θ^=14[arg(X)+arg(Y)]+mπ2-lπ---(5)]]>τ^=T4π[-arg(X)+arg(Y)]+mT2---(6)]]>其中m和l为任意整数；步骤6：从式(5)可见存在π的整数倍相位模糊；式(6)中定时误差估计存在T/2的整数倍模糊，在对式(5)和式(6)均求复交函数(arg{})的值域是(‑π，π)，所以的值被限制在(‑π/2，π/2)的范围内；的值被限制在(‑T/2,T/2)的范围内；由于载波频率偏移和采样时钟频率偏差的存在，载波相位和时钟偏移值将会不断变化，在变化过程中，当求辐角函数的输出值变到(‑π，π)范围的边缘时，函数输出值会跳变2π，因而载波相位估计值会跳变π/2；时钟偏差估计值会跳变T/2；利用去卷叠算法用于消除跳周与模糊问题，去卷叠算法给模2π序列φ(n)加上如下校正序列Ck(n)：因此去卷积后相位或定时序列φu(n)为：φu(n)＝φ(n)+Ck(n)步骤7：载波变化越大，有意义的最大滑动累积窗口的长度就越小。因此，载波频率偏差越大，有意义的最大滑动累积窗口的长度就越小；采用窗口长度可调的滑动累积窗，当频率偏差较大时窗口长度设置得较短，当频率偏差较小时将滑动窗口的长度设置较长来完成精确估计；利用去卷叠后的估计相位值在单位时间内的变化量的平均值来控制滑动累积窗口长度Lw，越大，Lw的值越小，控制过程用如下公式表示：Δθ‾(kT)=Σi=0nΔθ[(k-i)T]]]>Lw∝1/Δθ‾]]>在同步初期，滑动窗口短，可对载波相位粗估计，经过一段时间控制，随着载波相位均值的不断减小，自适应参数控制器会逐渐增加滑动窗口长度，载波相位估计会变得更加精确，直至载波估计满足要求。