專利名稱：：一種高速并行8psk載波恢復系統(tǒng)及恢復方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及數字通信領域，具體屬于高速數字解調器領域，是指一種解調8PSK信號的并行實現載波恢復的方法。
背景技術：
：遙感衛(wèi)星是國家制定環(huán)境保護政策、資源開發(fā)和利用中必不可少的技術支持，廣泛應用于經濟社會的諸多領域。它具有可重復覆蓋、連續(xù)觀測、3見點高、視域廣、獲取數據快的特點。目前，遙感衛(wèi)星已發(fā)展成為擁有氣象、資源、雷達、海洋衛(wèi)星等系列衛(wèi)星的觀測系統(tǒng)。在遙感衛(wèi)星系統(tǒng)中，為了在寶貴的星地鏈路上更有效的提高頻帶利用率，通常釆用多元PSK調制方式。此時系統(tǒng)的頻帶利用率是隨著M的增加而以Log2M系數倍增加，系統(tǒng)信號功率以M2系數倍增加，因此在功率受限的衛(wèi)星鏈路中，M不可能無限的增大。從實際技術的應用和設備的復雜程度考慮，目前作為遙感衛(wèi)星系統(tǒng)，其高速數據傳輸為了達到更好的頻帶利用率，在QPSK之外，8PSK是重點的考慮方案之一。在衛(wèi)星遙感系統(tǒng)中，能夠高質量、實時、可靠地將衛(wèi)星發(fā)往地球的數據接收下來，獲得盡可能多的高質量遙感圖片是十分重要的，因此，高速、高可靠性、性能優(yōu)異的解調性能是對遙感衛(wèi)星接收機的基本要求。所以，高速全數字接收機是衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的一個關鍵部分。載波恢復環(huán)路是數字接收機中的一個重要組成部分。在衛(wèi)星通信中，載波偏移主要是由調制器與解調器中，產生中頻(射頻)信號的晶體振蕩器的頻率偏差與相位偏差所引起的。載波恢復性能的優(yōu)劣對于最后誤碼性能有著重要的影響，更嚴重的是當載波恢復不正常時，無法得到正確的解調數據。由于衛(wèi)星通信業(yè)務量的增加，衛(wèi)星數據傳輸速率越來越高，串行結構的數4字解調系統(tǒng)已經難以應付如此高的處理速度。因此，并行結構成為高速數字解調系統(tǒng)的首選，即用器件規(guī)模換取處理速度。通過檢索相關文章有"一種基于軟件無線電高速載波恢復方案"(2003年第33巻第8期無線電工程)和"高速數據傳輸載波恢復的原理與仿真"(2005年第35巻第5期無線電工程)，是針對QPSK信號解調的并行實現，均使用COSTAS環(huán)進行載波恢復，解調采用零中頻采樣的方法，解調器的性能受到90Q公分器性能影響，解調性能比中頻釆樣的方案要差。"新一代衛(wèi)星電視標準中解調算法的研究"2005年8月第39巻第8期浙江大學學報，針對8PSK調制信號的串行解調的方案，解調的碼速率受到器件內部運行速率的限制，適用于低速的接收機系統(tǒng)中。
發(fā)明內容本發(fā)明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供一種高速并行8PSK載波恢復系統(tǒng)及恢復方法，該系統(tǒng)及方法能夠對多進制調制系統(tǒng)實現載波恢復。本發(fā)明的技術解決方案是一種高速并行8PSK載波恢復系統(tǒng)，包括并行匹配濾波器、并行鑒相環(huán)、環(huán)路濾波器、并行數控振蕩器NCO;所述的載波恢復系統(tǒng)接收下變頻后的信號，對信號中的l路、Q路并行信號分別進行處理I路、Q路分別與并行數控振蕩器NCO輸出的恢復載波相乘，相乘后的結果分別釆用并行匹配濾波器濾除二倍頻分量；l路、Q路兩路濾除二倍頻分量后的結果進入并行鑒相環(huán)，由并行鑒相環(huán)生成鑒相誤差，并輸入給環(huán)路濾波器；環(huán)路濾波器濾出鑒相誤差信號中的高頻分量，輸出控制信號控制并行數控振蕩器NCO輸出新的恢復載波，所述的I路、Q路與并行數控振蕩器NCO輸出新的恢復載波相乘，實現并行載波恢復環(huán)路；所述的鑒相誤差e(t)計算公式為fq(,k"^")-ika(一a(ola(o|>|/,(o|S(0為Q路信號濾除二倍頻分量后的結果；^2/,(/)、^^(o分別表示取/力)、2,(,)的符號值；iv代表并行信號路數；《為在多進制系統(tǒng)中基帶信號的同相、正交分量的幅度修正值，取值范圍。所述的多進制系統(tǒng)中基帶信號的同相、正交分量的幅度修正值尺為VI+7。本發(fā)明方法的技術解決方案是一種高速并行8PSK載波恢復方法，對接收的下變頻后信號中的l路、Q路并行信號分別進行處理，處理步驟如下(1)將所述的l路、Q路并行信號分別與載波恢復信號相乘，相乘后濾除二倍頻分量；(2)根據步驟(1)中輸出的I路、Q路并行信號進行鑒相處理，生成一路鑒相誤差，鑒相誤差"t)計算公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>式中，/,(0為l路信號濾除二倍頻分量后的結果；Q(O為Q路信號濾除二倍頻分量后的結果；堪"/,(/)、柳e々)分別表示取/,々)、fiW的符號值；jv代表并行信號路數；夂為在多進制系統(tǒng)中基帶信號的同相、正交分量的幅度修正值，取^值范圍;(3)對所述的鑒相誤差采用環(huán)路濾波器進行濾波，濾除高頻分量，并生成控制信號控制并行數控振蕩器nco輸出的恢復載波，從步驟(1)開始循環(huán)執(zhí)行。所述的多進制系統(tǒng)中基帶信號的同相、正交分量的幅度修正值x為VI+J。本發(fā)明與現有技術相比有益效果為(1)本文采用并行的載波恢復方法，使用的載波恢復環(huán)路針對多進制調制系統(tǒng)提出，實現結構筒單、入鎖信噪比低、誤碼性能好，實現了高碼速率的8PSK解調接收處理。(2)本發(fā)明采用的鑒相誤差e(t)計算公式為針對多進制調制系統(tǒng)中，基帶信號l和Q的幅度不平衡性，分別對不同幅度進行誤差計算，并根據理論和實際調試結果，對幅度采取修正的方法，再各路求和得到總的鑒相誤差，這樣減小了誤差抖動，入鎖性能好。(3)本發(fā)明在鑒相誤差計算中，引入了系數K對幅度進行修正，避免環(huán)路鎖定過程中的延滯，能夠及時準確提取載波。圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結構框圖2為COSTAS環(huán)的載波誤差信號的收斂曲線圖3為COSTAS環(huán)鎖定時的星座圖4為本發(fā)明載波誤差信號的收斂曲線；圖5為載波環(huán)仿真鎖定時的星座圖6為仿真鎖定時的l、Q數據時域波形；圖7為環(huán)路濾波器原理框圖8為本發(fā)明載波環(huán)鎖定后誤差信號；圖9為本發(fā)明查表地址；圖10為本發(fā)明時鐘環(huán)和載波環(huán)都鎖定后的實際硬件調試出的星座圖。具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明系統(tǒng)包括并行匹配濾波器、并行鑒相環(huán)、環(huán)路濾波器、并行數控振蕩器NCO;所述的栽波恢復系統(tǒng)接收下變頻后的信號，對信號中的l路、Q路并行信號分別進行處理l路、Q路分別與并行數控振蕩器NCO輸出的恢復載波相乘，相乘后的結果分別采用并行匹配濾波器濾除二倍頻分量；I路、Q路兩路濾除二倍頻分量后的結果進入并行鑒相環(huán)，由并行鑒相環(huán)生成鑒相誤差，并輸入給環(huán)路濾波器；環(huán)路濾波器濾出鑒相誤差信號中的高頻分量，根據當前采樣時刻并行鑒相環(huán)輸入的鑒相誤差、前一采樣時刻并行鑒相環(huán)輸入的鑒相誤差和環(huán)路濾波器自身的輸出，輸出控制信號控制并行數控振蕩器NCO輸出新的恢復載波，所述的l路、Q路與并行數控振蕩器NCO輸出新的恢復載波相乘，實現并行載波恢復環(huán)路；所述的鑒相誤差e(t)計算^^式為&.a/,")-x/,(一a")k,")1^la)|XaW一")-i;/,妙威(olawi>|/,(o|式中，z,.(o為l路信號濾除二倍頻分量后的結果；G(O為Q路信號濾除二倍頻分量后的結果；^"/,(0、堪"e,()分別表示取/,(/)、Q々)的符號值；iV代表并行信號路數；A:為在多進制系統(tǒng)中基帶信號的同相、正交分量的幅度修正值，取值范圍_"70>yg"["20)]，其中"XO、"2(0分別為同相分量和正交分量，sgn表示符號判決，""W為相位誤差的控制信號。COSTAS環(huán)在解調QPSK系統(tǒng)時，具有入鎖信噪比低、誤碼性能好的特點，但是對于高階的調試，如8PSK調制信號。由于I、Q的幅度不平衡性，使計算出來的誤差抖動很大，影響鎖定時間和解調性能。這是通過圖2、3和圖4、5的比較得出的結論。同時從圖4可以看出，本發(fā)明誤差信號的收斂速度快、誤差抖動小。二、環(huán)路濾波器環(huán)路濾波器是一個線形低通濾波器，它主要有兩個功能濾出誤差信號中的高頻分量和為鎖相環(huán)提供短期的記憶。短期的記憶，因為環(huán)路濾波器用到延遲后上一采樣時刻的數據，即上一采樣時刻并行鑒相環(huán)輸出的鑒相誤差和環(huán)路濾波器自身輸出的控制信號。環(huán)路濾波器的結構和性能對整個環(huán)路的性能起決定作用，如環(huán)路帶寬、捕獲時間和動態(tài)響應等。本實施例中釆用二階環(huán)路濾波器，其傳遞函數如下所示環(huán)路濾波器原理框圖如圖7所示環(huán)路濾波器的輸出與當,時刻和前一時刻的輸入值有關。其中g1、^的大小和比值影響濾波器的性能。增大g1、^可以減小捕獲時間，增大捕獲帶，但同時增大了鎖定后的相位抖動。而^與gS的比值主要影響鎖定時間，比值越大鎖定越快。在實際調試中，取g1、g^分別為0.8、0.007。三、并行NCO通過對誤差信號濾波后，作取模處理，再查找cosx和sinx的值(此處x為環(huán)路濾波器的輸出值)，實現NCO。硬件調試時，利用XilinxChipScopeProAnalyzer11軟件對FPGA器件運行中特定的信號進行觀測，圖8為載波環(huán)鎖定后誤差信號，圖9為查表地址，圖10鎖定后星座圖?？梢?，經過與高速8PSK調制器的聯(lián)試，驗證了本發(fā)明的正確性，實現了8PSK的并行載波恢復，且硬件電路設計穩(wěn)定可靠。本發(fā)明一種高速并行8PSK載波恢復方法，對接收的下變頻后信號中的I路、Q路并行信號分別進行處理，處理步驟如下(1)將所述的l路、Q路并行信號分別與栽波恢復信號相乘，相乘后濾除二倍頻分量；(2)根據步驟(1)中輸出的I路、Qi各并行信號進行鑒相處理，生成一路鑒相誤差，鑒相誤差e(t)計算公式為p.aW扭,w-Z/,(—a")|a(o|^la(o|Sa(—,w-1;尺'a(一q")la(o|>la)|式中，/々)為l路信號濾除二倍頻分量后的結果；g,(0為Q路信號濾除二倍頻分量后的結果；sgn/,(/)、堪"2,(f)分別表示取/,W、g,(0的符號值；10w代表并行信號路數；《為在多進制系統(tǒng)中基帶信號的同相、正交分量的幅度^^正值，取4直范圍;所述的多進制系統(tǒng)中基帶信號的同相、正交分量的幅度修正值K最優(yōu)值為々+7。(3)對所述的鑒相誤差釆用環(huán)路濾波器進行濾波，濾除高頻分量，并生成控制信號控制并行數控振蕩器NCO輸出的恢復載波，從步驟(1)開始循環(huán)執(zhí)行。本發(fā)明未詳細說明部分屬本領域技術人員公知常識。ii權利要求1、一種高速并行8PSK載波恢復系統(tǒng)，其特征在于包括并行匹配濾波器、并行鑒相環(huán)、環(huán)路濾波器、并行數控振蕩器NCO；所述的載波恢復系統(tǒng)接收下變頻后的信號，對信號中的I路、Q路并行信號分別進行處理I路、Q路分別與并行數控振蕩器NCO輸出的恢復載波相乘，相乘后的結果分別采用并行匹配濾波器濾除二倍頻分量；I路、Q路兩路濾除二倍頻分量后的結果進入并行鑒相環(huán)，由并行鑒相環(huán)生成鑒相誤差，并輸入給環(huán)路濾波器；環(huán)路濾波器濾出鑒相誤差信號中的高頻分量，輸出控制信號控制并行數控振蕩器NCO輸出新的恢復載波，所述的I路、Q路與并行數控振蕩器NCO輸出新的恢復載波相乘，實現并行載波恢復環(huán)路；所述的鑒相誤差e(t)計算公式為<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><mi>e</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><mi>K</mi><mo>·</mo><msub><mi>Q</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>sgn</mi><msub><mi>I</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msub><mi>I</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>sgn</mi><msub><mi>Q</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo><msub><mi>I</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo><mo>≥</mo><mo>|</mo><msub><mi>Q</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msub><mi>Q</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>sgn</mi><msub><mi>I</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><mi>K</mi><mo>·</mo><msub><mi>I</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>sgn</mi><msub><mi>Q</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo><msub><mi>Q</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo><mo>></mo><mo>|</mo><msub><mi>I</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>]]></math></maths>式中，Ii(t)為I路信號濾除二倍頻分量后的結果；Qi(t)為Q路信號濾除二倍頻分量后的結果；sgnIi(t)、sgnQi(t)分別表示取Ii(t)、Qi(t)的符號值；N代表并行信號路數；K為在多進制系統(tǒng)中基帶信號的同相、正交分量的幅度修正值，取值范圍id="icf0002"file="A2009101803390002C2.tif"wi="21"he="5"top="192"left="25"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>2、根據權利要求1所述的一種高速并行8PSK載波恢復系統(tǒng)，其特征在于所述的多進制系統(tǒng)中基帶信號的同相、正交分量的幅度修正值《最優(yōu)值是3、一種高速并行8PSK載波恢復方法，其特征在于對接收的下變頻后信號中的l路、Q路并行信號分別進行處理，處理步驟如下(1)將所述的I路、Q路并行信號分別與載波恢復信號相乘，相乘后濾除藝《e,W柳a(,)-藝a(g"aw|/'(o|^la(,)l藝a(^g"w)-2尺./々)柳aw>|/,(o|二倍頻分量；(2)根據步驟(1)中輸出的I路、Q路并行信號進行鑒相處理，生成一路鑒相誤差，鑒相誤差e(t)計算公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式中，/々)為l路信號濾除二倍頻分量后的結果；g,(0為Q路信號濾除二倍頻分量后的結果；堪"/々)、^"e,a)分別表示取AW、g(O的符號值；iv代表并行信號路數；《為在多進制系統(tǒng)中基帶信號的同相、正交分量的幅度修正值，取值范圍;(3)對所述的鑒相誤差采用環(huán)路濾波器進行濾波，濾除高頻分量，并生成控制信號控制并行數控振蕩器NCO輸出的恢復載波，從步驟(1)開始循環(huán)執(zhí)行。4、根據權利要求3所述的一種高速并行8PSK載波恢復方法，其特征在于所述的多進制系統(tǒng)中基帶信號的同相、正交分量的幅度修正值K為々+7。全文摘要一種高速并行8PSK載波恢復系統(tǒng)及恢復方法，系統(tǒng)包括并行匹配濾波器、并行鑒相環(huán)、環(huán)路濾波器、并行數控振蕩器NCO；所述的載波恢復系統(tǒng)接收下變頻后的信號，對信號中的I路、Q路并行信號分別進行處理I路、Q路分別與并行數控振蕩器NCO輸出的恢復載波相乘，相乘后的結果分別采用并行匹配濾波器濾除二倍頻分量；I路、Q路兩路濾除二倍頻分量后的結果進入并行鑒相環(huán)，由并行鑒相環(huán)生成鑒相誤差，并輸入給環(huán)路濾波器；環(huán)路濾波器濾出鑒相誤差信號中的高頻分量，輸出控制信號控制并行數控振蕩器NCO輸出新的恢復載波，所述的I路、Q路與并行數控振蕩器NCO輸出新的恢復載波相乘，實現并行載波恢復環(huán)路。文檔編號H04L27/22GK101674272SQ200910180339公開日2010年3月17日申請日期2009年10月26日優(yōu)先權日2009年10月26日發(fā)明者平一帆,立李,楊光文,楊新權,謝耀菊申請人:西安空間無線電技術研究所