Cpfsk信號載波跟蹤精度的提高方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無線通信領(lǐng)域的載波跟蹤技術(shù)，尤其涉及一種寬帶數(shù)字接收機(jī) 中，提高連續(xù)相位頻移鍵控（ContinuousPhraseFrequencyShiftKey,CPFSK)信號載波 跟蹤精度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 連續(xù)相位頻移鍵控CPFSK屬于連續(xù)相位調(diào)制（CPM)的特例，具有頻帶利用率高、帶 外衰減快、包絡(luò)恒定等特點，在現(xiàn)代通信中得到了非常廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的CPM信號通常采 用差分鑒頻的方式進(jìn)行解調(diào)，雖然這種方式結(jié)構(gòu)簡單，且對因多徑衰落造成的幅度和相位 方面的失真有較強(qiáng)的抗干擾能力。但該方式存在較大的"門限效應(yīng)"，解調(diào)性能較差。
[0003] 隨著CPFSK調(diào)制數(shù)據(jù)傳輸速率和作用距離的不斷提高，為了提升解調(diào)性能， WilliamP.Osborne等針對CPFSK信號的解調(diào)提出了MSD技術(shù)。當(dāng)接收到一個符號時，并不 立即進(jìn)行判決，而是在多個符號長度內(nèi)將接收到的信號波形與本地存儲的波形進(jìn)行相關(guān)運 算，以此來判決符號。美國在靶場先進(jìn)遙測計劃中將MSD技術(shù)和Turbo乘積碼（TPC)技術(shù) 相結(jié)合，增強(qiáng)遙測系統(tǒng)的性能。理論上，采用這兩項技術(shù)的遙測系統(tǒng)在誤碼率為10 7的條件 下，相比原系統(tǒng)可以獲得近9dB的信道增益。在采用MSD技術(shù)對CPFSK信號進(jìn)行解調(diào)的系 統(tǒng)中，當(dāng)歸一化的頻偏達(dá)到5%時，性能將損失約3. 6dB;當(dāng)歸一化的頻偏達(dá)到7%時，性能 將損失約7. 5dB。由此可見，在進(jìn)行解調(diào)處理之前，對載波進(jìn)行精確跟蹤是非常有必要的。
[0004] 現(xiàn)有方法常常采用由鑒頻器、環(huán)路濾波器和載波NC0等模塊組成的鎖頻環(huán)來進(jìn)行 載波頻率跟蹤。鎖頻環(huán)結(jié)構(gòu)簡單，復(fù)雜度低，可以實現(xiàn)頻率的實時估計。但是，該方法用于 對CPFSK信號進(jìn)行載波跟蹤時，對數(shù)據(jù)源的'Γ，' 0'等概特性有嚴(yán)格要求；并且在低信噪比 下跟蹤誤差較大。王西奪等人提出了一種把譯碼與跟蹤結(jié)合起來進(jìn)行載波跟蹤的方法。該 方法采用MSD與TPC組合，能夠在低信噪比下獲得多普勒的精確估計。但是，由于MSD+TPC 組合延時較大，該方法不能對多普勒進(jìn)行實時估計，環(huán)路穩(wěn)定性差，跟蹤精度不能滿足MSD 解調(diào)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的CPFSK信號載波跟蹤方法存在的不足之處，提供一種 提高CPFSK信號載波跟蹤精度的方法，保證載波跟蹤環(huán)路的穩(wěn)定性及低信噪比下的跟蹤精 度。
[0006] 本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達(dá)到，一種CPFSK信號載波跟蹤精度的提 高方法，其結(jié)構(gòu)包括：下變頻器1、重采樣單元2、鑒頻支路3、MSD判決反饋支路4、MSD+TPC 判決反饋支路5、多普勒分析器6、環(huán)路濾波器7和載波NC08,其特征在于：數(shù)字中頻信號經(jīng) 過下變頻器1處理后送入重采樣單元2,重采樣單元2對接收的CPFSK信號進(jìn)行任意比降 采樣，把采樣速率降低為符號速率的整數(shù)倍；鑒頻支路3利用鑒頻器對降采樣后的CPFSK信 號進(jìn)行頻率檢測，得到包含多普勒頻移的CPFSK信號頻率值;MSD判決反饋支路4先后利用 MSD單元和CPFSK調(diào)制單元，對降采樣后的CPFSK信號進(jìn)行判決和再調(diào)制，再利用去調(diào)制單 元以再調(diào)制信號的共輒信號與經(jīng)過延時后的CPFSK信號相乘，得到僅反映多普勒頻移的單 頻信號；MSD+TPC判決反饋支路5先后利用MSD單元、TPC譯碼單元、TPC編碼單元和CPFSK 調(diào)制單元對降采樣后的CPFSK信號進(jìn)行判決、譯碼、再編碼和再調(diào)制，再利用去調(diào)制單元以 再調(diào)制信號的共輒信號與經(jīng)過延時后的CPFSK信號相乘，得到僅反映多普勒頻移的單頻信 號；多普勒分析器6對上述三個支路提取的多普勒信息進(jìn)行分析，得到多普勒估計值；環(huán)路 濾波器7對多普勒估計值進(jìn)行濾波；載波NC08根據(jù)濾波后的多普勒估計值，調(diào)整本地載波 的頻率和相位；下變頻器1利用載波NC08產(chǎn)生的本地載波對中頻接收信號進(jìn)行數(shù)字下變 頻，實現(xiàn)環(huán)路對載波的精確跟蹤。
[0007] 本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：
[0008] 本發(fā)明利用鑒頻支路、MSD判決反饋支路以及MSD+TPC判決反饋支路同時對信號 中存在的多普勒頻移進(jìn)行檢測，對數(shù)據(jù)源的'Γ，' 〇'等概特性沒有依賴性，能夠?qū)討B(tài)多普 勒進(jìn)行實時估計，并且可針對不同應(yīng)用場景，最大限度減小多普勒的估計誤差，在低信噪比 下保證載波精確跟蹤。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明CPFSK信號載波跟蹤精度的提高方法原理示意圖。
[0010] 圖2是圖1中的重采樣單元的原理示意圖。
[0011] 圖3是圖1中的鑒頻支路的原理示意圖。
[0012] 圖4是圖1中的MSD判決反饋支路的原理示意圖。
[0013] 圖5是圖1中的MSD+TPC判決反饋支路的原理示意圖。
[0014] 圖6是圖1中的多普勒分析器的原理示意圖。
[0015] 圖中：1下變頻器、2重采樣單元、3鑒頻支路、4MSD判決反饋支路、5MSD+TPC判決 反饋支路、6多普勒分析器、7環(huán)路濾波器、8載波NC0。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和實施例對發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0017] 參閱圖1。采用CPFSK信號載波跟蹤精度的提高方法的CPFSK信號接收機(jī)系統(tǒng)包 括：下變頻器1、重采樣單元2、鑒頻支路3、MSD判決反饋支路4、MSD+TPC判決反饋支路5、 多普勒分析器6、環(huán)路濾波器7和載波NC08等。其中，數(shù)字中頻信號經(jīng)過下變頻器1處理 后送入重采樣單元2,重采樣單元2對接收的CPFSK信號進(jìn)行任意比降采樣，把采樣速率降 低為符號速率的整數(shù)倍；鑒頻支路3、MSD判決反饋支路4和MSD+TPC判決反饋支路5同時 對降采樣后的CPFSK信號進(jìn)行多普勒信息提??；多普勒分析器6對上述三個支路提取的多 普勒信息進(jìn)行分析，得到多普勒估計值；環(huán)路濾波器7對多普勒估計值進(jìn)行濾波；載波NC08 根據(jù)濾波后的多普勒估計值，調(diào)整本地載波的頻率和相位；下變頻器1利用載波NC08產(chǎn)生 的本地載波對中頻接收信號進(jìn)行數(shù)字下變頻，實現(xiàn)環(huán)路對載波的精確跟蹤。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，CPFSK信號載波跟蹤精度的提高方法，具體步驟包括：
[0019] 1.任意比降采樣：參閱圖2,重采樣單元以CPFSK信號作為輸入，首先利用累加器 對輸入進(jìn)行累加，然后在使能信號有效時對累加結(jié)果進(jìn)行采樣得到輸出信號，同時對累加 器清零，接著循環(huán)這個過程，完成對輸入信號的任意比降采樣操作。重采樣單元把CPFSK信 號的采樣速率降低為符號速率的D倍，此時的符號ak對應(yīng)CPFSK信號s(η)表示為：
[0020]
[0021] 式中，
>。表示調(diào)制信號的初始相位，h表示調(diào)制指數(shù)，fd表示多普勒頻 移，札表示符號速率。
[0022] 2.多普勒信息提?。鸿b頻支路、MSD判決反饋支路以及MSD+TPC判決反饋支路同時 對經(jīng)過降采樣處理后的CPFSK信號進(jìn)行多普勒信息提取，三個支路對多普勒的估計值分別 用fdl，fd2和f&表示。
[0023] 參閱圖3,鑒頻支路包括順次串聯(lián)的低通濾波器、下采樣器和鑒頻器，其中，鑒頻器 對CPFSK信號進(jìn)行頻率檢測，獲得頻率值fdls，由CPFSK信號本身的頻率和信號中存在的多 普勒頻移兩部分組成。不同符號對應(yīng)的頻率值fdls取值不同，頻率值fdls表示為：
[0024]
[0025] 式中的ak表示頻率值fdls對應(yīng)的符號。
[0026] 參閱圖4。MSD判決反饋支路利用MSD單元對CPFSK信號s(η)進(jìn)行判決，得到符 號4，再通過CPFSK調(diào)制單元對判決結(jié)果進(jìn)行再調(diào)制，輸出調(diào)制信號s' (η):
[0027]
[0028] 式中，為再調(diào)制信號的初始相位；去調(diào)制單元以再調(diào)制信號s' (η)的共輒信 號作為反饋信號sra(n):
[0029]
[0030] 接著對CPFSK信號做延時操作，使一個符號ak對應(yīng)的延遲信號與該符號ak對應(yīng)的 反饋信號對齊，即s(η)與(η)對齊；然后兩信號相乘，得到單頻信號scd2 (η)，其頻率等于 接收信號中存在的多普勒頻移值：
[0031]
[0032] 參閱圖5,MSD+TPC判決反饋支路利用MSD單元和TPC譯碼單元對CPFSK信號進(jìn)行 解調(diào)和譯碼，再利用TPC編碼單元和CPFSK調(diào)制單元對譯碼結(jié)果進(jìn)行再編碼和再調(diào)制。去 調(diào)制單元以再調(diào)制信號的共輒信號作為反饋信號，與經(jīng)過延遲后的CPFSK信號相乘，得到 單頻信號scd3(η)，單頻信號scd3(η)的頻率等于接收信號中存在的多普勒頻移值：
[0033]
[0034] 3.多普勒分析：參閱圖6,多普勒分析器對鑒頻支路、MSD判決反饋支路和MSD+TPC 判決反饋支路提取的多普勒信息進(jìn)行分析，首先，利用單頻信號scd2(η)和單頻信