基于解调软输出的MSK载波同步与解调系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于解调软输出的MSK载波同步与解调系统及方法，包括：频相补偿模块、MSK相干解调模块、解调软输出分段求均方值模块与多路择大判决模块。在无需数据辅助的情况下，将最大化解调软输出的均方值作为目标函数，通过频率‑相位的二维搜索、补偿，实现较理想的MSK载波同步与相干解调。本发明专利技术适用于MSK短突发通信系统，以较低的系统复杂度为代价，获得近似理想同步的误码率性能，同时兼顾了较大的估计范围和较高的估计精度。

【技术实现步骤摘要】
基于解调软输出的MSK载波同步与解调系统及方法
本专利技术属于无线通信信号处理
，涉及一种基于解调软输出的MSK载波同步与解调系统及方法，用于解决MSK信号在低信噪比下可靠传输问题。
技术介绍
最小频移键控(MinimumShiftKeying，MSK)属于连续相位调制(Continuousphasemodulation，CPM)方式，能够产生相位连续、包络恒定的调制信号，能够有效适应非线性信道，并且带外功率谱密度下降快，因而广泛应用于现代通信系统中。载波同步是指在接收端恢复出发送端的载波信息，是MSK调制信号相干解调的基础。短突发通信系统要求调制解调器在尽可能低的信噪比下可靠工作，这对载波同步算法在低信噪比下的性能提出更高的要求。传统的MSK载波同步方案采用负反馈控制系统来实现。闭环载波同步结构跟踪性能好，能够准确跟踪微弱信号。然而其在低信噪比下锁相环路稳定性差，存在难入锁、易失锁等问题，进而限制了闭环载波同步机制的应用。采用前向结构的载波恢复方案具有同步速度快、算法稳定度高的特点，包括基于FFT的频域搜索，基于二阶/四阶统计量的延迟相关求期望，通过载波频偏和定时误差联合估计等方式实现载波同步。上述开环载波同步方法大多依赖于数据辅助，频偏估计精度受限于辅助数据的长度。尤其在低信噪比下，采用较长的数据长度才能保证同步算法的可靠性，而增加辅助数据长度会导致算法复杂度增加。针对短突发通信系统，MSK载波同步算法也可以分为数据辅助(DA:DataAided)与非数据辅助(NDA:Non-DataAided)两大类。数据辅助算法如Kay，Fitz，L&;R与FFT等，不能同时兼顾解调所需的接收信噪比门限和频偏估计范围，需要通过增加辅助序列的长度来提高估计精度，难以适用于短突发通信。非数据辅助算法一般利用译码软信息，采用频相二维的搜索与补偿，以运算复杂度和处理时延为代价换取载波估计精度；或利用解调输出的状态转移信息辅助载波相位估计，仅适用于载波相位恒定或慢变系统，工程实用价值较低。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题：针对现有MSK载波同步算法在低信噪比条件下估计精度低、实现困难的问题，提供了一种无需导频的、基于解调软输出辅助的MSK载波同步与解调系统及方法，适用于MSK短突发通信系统，以较低的系统复杂度为代价，获得近似理想同步的误码率性能，同时兼顾了较大的估计范围和较高的估计精度。本专利技术技术解决方案：一种基于解调软输出的MSK载波同步与解调联合系统，包括：频相补偿模块、MSK相干解调模块、解调软输出分段求均方值模块与多路择大判决模块，其中：频相补偿模块：将预设的或上一段数据估计出的最优频偏补偿值作为本段数据频偏补偿的中心频率，将预设的或上一段数据估计出的最优相位补偿值作为本段相位补偿的初始相位，根据频相估计范围确定频偏补偿值与相偏补偿值的搜索步长，根据估计精度与复杂度要求选取多路补偿的支路个数K，以中心频率为多路补偿的中间支路频率值，加减搜索步长生成频率补偿值以初始相位为多路补偿的中间支路相位值，加减搜索步长生成相位补偿值对接收信号通过相位旋转的方式进行频相补偿，得到频相补偿后的校正信号；MSK相干解调模块：将多路经过频相补偿后的校正信号串并转换为I/Q两个通道，分别与同相分量正交分量进行相关运算，并将运算结果在两个码元周期2T内完成积分，得到同相和正交信道的解调软输出其中T为正交信道的积分比同相信道的积分延迟；解调软输出分段求均方值模块：对本段数据的解调软输出求均方将Γ(fd,θ0)定义为目标函数；多路择大判决模块：选取Γ(fd,θ0)取值最大的支路解调输出作为本段数据的解调结果，选取Γ(fd,θ0)取值最大的那一支路频相补偿值作为最优频相估计值。如图1所示，基于解调软输出的MSK载波同步与解调联合方法的具体步骤为：步骤一：对接收信号进行分段处理，每段数据长度为L；步骤二：根据预设的中心频率与初始相位生成多路频偏补偿值与相位补偿值对分段接收信号进行频偏纠正与相位旋转；步骤三：对多路经过频相补偿的信号进行MSK延迟判决相干解调，输出解调软信息，同时缓存各支路解调结果；步骤四：对本段解调软输出求均方值，生成软判决度量值；步骤五：根据“择大准则”对各支路软判决度量值进行判决，判决时刻为本段数据结束，最大软判决度量值对应的频率补偿值与相位补偿值即为最优频偏估计值与相偏估计值最大软判决度量值对应的MSK相干解调结果即为解调输出；步骤六：若当前数据帧中所有分段数据均解调输出，则结束同步与解调，否则将最优频偏估计值与相偏估计值分别作为下一数据段频偏纠正的中心频率与相偏纠正的初始相位，返回步骤二。本专利技术的有益效果：首先，本专利技术对MSK信号的载波恢复无需数据辅助，即无需在发送数据中额外传输一段或多段特定结构的导频符号，有效提高系统的频带利用率，提高数据传输的有效性。其次，本专利技术充分利用接收信号的解调软输出，以解调软输出均方值最大支路的频率作为频偏的估计值，这种算法可获得较大的频偏估计范围；灵活调整频相搜索步进，以二维搜索的方式获得接近最大似然的载波频率和相位；同时兼顾了较大的估计范围和较高的估计精度。再次，本专利技术采用适当的数据分段长度，可保证在低信噪比下，MSK载波同步算法趋于收敛，与理想同步相比，系统性能损失低于0.5dB，即MSK相干解调能获得接近理想的误码性能。最后，本专利技术通过合理划分搜索范围与搜索步进，降低运算复杂度；采用具有相同运算结构的并行搜索支路，大幅降低处理时延；能稳定工作于低信噪比条件下，具有良好的工程适用价值等特点。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术的MSK载波同步与解调系统；图3为本专利技术中MSK延迟判决相干解调器方框图；图4为本专利技术中归一化解调软信息均方值的频相特性图；图5为本专利技术中归一化解调软信息均方值的等高线；图6为本专利技术中不同分段数据长度的MSK解调误码率性能曲线；图7为本专利技术中不同频相补偿支路个数的MSK解调误码率性能曲线；图8为本专利技术中不同频偏、固定随机载波相偏情况下MSK解调误码率性能曲线。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。通过足够详细的描述这些实施示例，使得本领域技术人员能够理解和实践本专利技术。在不脱离本专利技术的主旨和范围的情况下，可以对实施做出逻辑的、实现的和其他的改变。因此，以下详细说明不应该被理解为限制意义，本专利技术的范围仅仅由权利要求来限定。本专利技术设计的原理：本专利技术的系统如图2所示，发送原始MSK信号表示为：其中，f0为载波频率，αi＝±1为码元携带的数据信息，T为码元周期，是第i个数据持续时间的相位常数。将上式表示成正交形式：其中，为同相数据，为正交数据，在一个码元周期iT≤t<(i+1)T中，dI(t)与dQ(t)均为定值±1。MSK调制信号经过高斯白噪声信道，假设接收系统实现了理想的自动增益控制与符号定时同步，且码间干扰可忽略，接收信号经过下变频处理后可表示为：x(t)＝exp[j(2πfdt+θ0)]s(t)+z(t)式中，fd为下变频后的残余载波频偏；θ0为载波初始相位；z(t)为加性复高斯白噪声(为分析方便，在下述计算过程忽略噪声)。根据预设的频偏、相偏补偿值对接收信号进行校正，经过载波恢复后进行MSK相干解调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于解调软输出的MSK载波同步与解调系统，其特征在于：包括频相补偿模块、MSK相干解调模块、解调软输出分段求均方值模块与多路择大判决模块，其中：频相补偿模块：将预设的或上一段数据估计出的最优频偏补偿值

【技术特征摘要】
1.一种基于解调软输出的MSK载波同步与解调系统，其特征在于：包括频相补偿模块、MSK相干解调模块、解调软输出分段求均方值模块与多路择大判决模块，其中：频相补偿模块：将预设的或上一段数据估计出的最优频偏补偿值作为本段数据频偏补偿的中心频率，将预设的或上一段数据估计出的最优相位补偿值作为本段相位补偿的初始相位；根据频相估计范围确定频偏补偿值与相偏补偿值的搜索步长，根据估计精度与复杂度要求，选取多路补偿的支路个数K，以中心频率为多路补偿的中间支路频率值，加减搜索步长生成频率补偿值以初始相位为多路补偿的中间支路相位值，加减搜索步长生成相位补偿值对接收信号通过相位旋转的方式进行频相补偿，得到频相补偿后的校正信号；MSK相干解调模块：将多路经过频相补偿后的校正信号串并转换为I/Q两个通道，分别与同相分量正交分量进行相关运算，并将运算结果在两个码元周期2T内完成积分，得到同相和正交信道的解调软输出其中T为正交信道积分比同相信道积分的延迟；解调软输出分段求均方值模块：对本段数据的解调软输出求均方将Γ(fd,θ0)定...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱源，何晓新，周鑫，任海玉，肖祎晨，
申请(专利权)人：中国科学院软件研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11