一种适用于MPSK解调的快速精确频率同步方法技术

本发明专利技术提供了一种适用于MPSK解调的快速精确频率同步方法，包括以下步骤：S1：获取MPSK接收信号，去调制得到调制载波信号，对调制载波信号进行K点的FFT处理，并对结果进行求模选大得到粗估计频率值；S2：根据粗估计频率值对MPSK接收信号进行频率粗补偿，补偿后的数据序列再次进行M次方复乘去调制，然后进行窄带滤波及N倍抽取，再求模选大得到精细估计频率值；S3：将精细估计频率值与粗估计频率值进行相加，得到最终的DDS频率字，并采用该DDS频率字对输入的MPSK接收信号进行精确频率补偿。本发明专利技术的频率同步方法资源占用率小，频率估计精度高，适用于连续和突发MPSK调制信号的频率快速精确估计和补偿。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及MPSK信号解调的频率同步技术，特别涉及一种适用于MPSK解调的快速精确频率同步方法。
技术介绍
在无线数字通信系统中，载波频率偏移是影响系统解调性能指标的重要因素，为了降低误码率，提高通信系统的解调性能，必须在接收端进行估计和校正。针对MPSK的频率估计，一般采用FFT的方法进行，但由于资源限制，一般FFT点数不宜超过8192点，过大的FFT不仅资源占用多，处理延时也大，影响了频率补偿的效果；而FFT点数过小，又无法达到所需的频率精度，使后续的锁相环等带宽过大，增加了复杂度，降低了通信系统的稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于MPSK解调的快速精确频率同步方法，以解决现有的对MPSK的频率估计在采用FFT方法时所存在的受资源限制，特别是在FFT点数过大时处理延时较大导致多普勒变化率累积，影响频率补偿；在FFT点数小时，无法满足频率精度需求的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种适用于MPSK解调的快速精确频率同步方法，包括以下步骤：S1：获取MPSK接收信号，对所述MPSK接收信号采用M次方复乘去调制的方式进行去调制处理，恢复得到调制载波信号，对所述调制载波信号进行K点的FFT处理，并对FFT处理的结果进行求模后选取其中的最大值得到粗估计频率值；其中，K为2的整数次幂值；S2：根据所述粗估计频率值对所述MPSK接收信号的数据序列进行频率粗补偿，并对频率粗补偿后的数据序列再次进行M次方复乘去调制，然后进行窄带滤波处理，再进行N倍抽取，最后通过求模后选取其中的最大值得到精细估计频率值；S3：将所述精细估计频率值与所述粗估计频率值进行相加，得到最终的DDS频率字，并采用该DDS频率字对输入的MPSK接收信号进行精确频率补偿。较佳地，采用第一级状态机、第二级状态机及第三级状态机分别执行所述步骤S1、S2及S3。较佳地，采用第一级状态机将获取的所述MPSK接收信号中的复数数据存储在RAM中，存储的长度为FFT的长度，并由所述第一级状态机进行调制处理及求模后选取其中的最大值得到所述粗估计频率值。较佳地，所述第一级状态机将所述粗估计频率值发送至所述第二级状态机，所述第二级状态机读取RAM中的MPSK接收信号的复数数据并进行频率粗补偿、调制、窄带滤波处理、抽取及求模后选取其中的最大值，得到精细估计频率值。较佳地，所述第二级状态机将所述精细估计频率值发送至所述第三级状态机，所述第三级状态机采用计算的DDS频率字对外部输入的MPSK接收信号进行精确频率补偿。较佳地，窄带滤波处理时，窄带滤波的带宽小于采样带宽的1/N。较佳地，所述FFT处理的K点的值为1024，且所述FFT处理选用基-4FFT运算器执行。本专利技术采用新型的分时复用两级FFT技术，可以用资源占用较小的1024点FFT实现65536点FFT的频率分辨率和效果，大幅减少了程序资源占用，降低了处理时延，减少了多普勒频率变化率对频率估计的影响，提升了精确频率估计的效果，对解调中的频率精确同步的实现有着重要的实际意义。本专利技术方法适用于快速精确同步系统，也适用于连续或者突发信号的MPSK解调系统。附图说明图1为本专利技术方法整体流程图；图2为本专利技术优选实施例使用的基-4FFT运算器结构示意图；图3为本专利技术优选实施例的QPSK解调的快速精确频率同步方法流程图。具体实施方式为更好地说明本专利技术，兹以一优选实施例，并配合附图对本专利技术作详细说明，具体如下：如图1所示，本实施例提供的一种适用于MPSK解调的快速精确频率同步方法，包括以下步骤：S1：获取MPSK接收信号，对所述MPSK接收信号采用M次方复乘去调制的方式进行去调制处理，恢复得到调制载波信号，对所述调制载波信号进行K点的FFT处理，并对FFT处理的结果进行求模后选取其中的最大值得到粗估计频率值；这里的K为2的整数次幂值。具体地，本实施例中假设在接收端进行载波同步处理时，用于载波频偏估计的MPSK接收信号基带表达式如下：其中，ak为独立同分布的等概率数据，fe为待估计得的载波频率偏移误差，T是符号周期，θ0是未知的载波相位，ωk为加性高斯白噪声。首先，对输入星座图为2π/M旋转对称形式的MPSK复数基带信号rk采用M次方复乘去调制的方式进行去调制处理，恢复出调制载波。对去调制后的信号进行K点的FFT处理(其中K取2的整数次幂值，方便FFT的蝶形运算)，并求模选大找出载波频率中心位置，此时，FFT频率估计范围为采样频率的1/M，频率分辨率为采样频率的1/(M×K)倍。FFT的运算过程为：其中，rk为接收基带信号，X(k)为FFT处理后的数据序列。其中为了减少FFT运算延时，FFT长度不宜选的过长，本实施例中的FFT处理的K点的值为1024，且FFT处理选用基-4FFT运算器执行，基-4FFT运算器的结构如图2所示。S2：根据所述粗估计频率值对所述MPSK接收信号的数据序列进行频率粗补偿，并对频率粗补偿后的数据序列再次进行M次方复乘去调制，然后进行窄带滤波处理，再进行N倍抽取，最后通过求模后选取其中的最大值得到精细估计频率值；具体地，根据步骤S1中FFT结果进行求模选大(求模后选取其中的最大值)得到粗估计频率值，对原始数据信号序列进行DDS频率粗补偿。然后，对粗频率补偿后的数据序列再次进行M次方复乘去调制，复乘后的序列进行窄带滤波处理，再进行N倍抽取，以缩小频率范围，进行精细频率估计和补偿。此时窄带滤波在粗同步后进行，由于前端频率粗同步已经把频率误差控制在采样频率的1/(M×K)倍以内，只需使用一个带宽小于后端抽取倍数N的窄带低通滤波器即可，阶数可选32阶，以滤除M次方复乘后的噪声和杂散，并降低N倍抽取后信号的混叠影响。经过N倍抽取，精细频率同步FFT的鉴频分辨率缩小为采样频率的1/(M×K×N)倍，抽取后的K/N点数据后面补齐(K-K/N)个零，以凑齐K点数据序列进行精确同步的K点FFT计算，FFT输出求模选大后得到精细同步频率估计结果。其中，窄带滤波处理时，窄带滤波的带宽小于采样带宽的1/N。S3：将所述精细估计频率值与所述粗估计频率值进行相加，得到最终的DDS频率字，并采用该DDS频率字对输入的MPSK接收信号进行精确频率补偿。具体地，将步骤S2中FFT输出求模选大后的精细同步频率估计结果加上粗同步频率估计结果，合并产生出最终频率估计的DDS频率字，对外部输入的MPSK接收信号进行一次性的精确频率补偿。其中，本实施例中分别采用第一级状态机、第二级状态机及第三级状态机来执行上述的步骤S1、S2及S3的流程，使用3级状态机实现频率估计和补偿，可以使RAM、FFT、DDS、复数乘法器等资源在不同状态机状态下可以分时复用，节省了程序的资源占用。具体地，采用第一级状态机将获取的所述MPSK接收信号中的复数数据存储在RAM中，存储的长度为FFT的长度，并由所述第一级状态机进行调制处理及求模后选取其中的最大值得到所述粗估计频率值。第一级状态机将所述粗估计频率值发送至所述第二级状态机，所述第二级状态机读取RAM中的MPSK接收信号的复数数据并进行频率粗补偿、调制、窄带滤波处理、抽取及求模后选取其中的最大值，得到精细估计频率值。所述第二级状态机将所述精细估计频率值发送至所述第三级状态机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于MPSK解调的快速精确频率同步方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取MPSK接收信号，对所述MPSK接收信号采用M次方复乘去调制的方式进行去调制处理，恢复得到调制载波信号，对所述调制载波信号进行K点的FFT处理，并对FFT处理的结果进行求模后选取其中的最大值得到粗估计频率值；其中，K为2的整数次幂值；S2：根据所述粗估计频率值对所述MPSK接收信号的数据序列进行频率粗补偿，并对频率粗补偿后的数据序列再次进行M次方复乘去调制，然后进行窄带滤波处理，再进行N倍抽取，最后通过求模后选取其中的最大值得到精细估计频率值；S3：将所述精细估计频率值与所述粗估计频率值进行相加，得到最终的DDS频率字，并采用该DDS频率字对输入的MPSK接收信号进行精确频率补偿。

【技术特征摘要】
1.一种适用于MPSK解调的快速精确频率同步方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取MPSK接收信号，对所述MPSK接收信号采用M次方复乘去调制的方式进行去调制处理，恢复得到调制载波信号，对所述调制载波信号进行K点的FFT处理，并对FFT处理的结果进行求模后选取其中的最大值得到粗估计频率值；其中，K为2的整数次幂值；S2：根据所述粗估计频率值对所述MPSK接收信号的数据序列进行频率粗补偿，并对频率粗补偿后的数据序列再次进行M次方复乘去调制，然后进行窄带滤波处理，再进行N倍抽取，最后通过求模后选取其中的最大值得到精细估计频率值；S3：将所述精细估计频率值与所述粗估计频率值进行相加，得到最终的DDS频率字，并采用该DDS频率字对输入的MPSK接收信号进行精确频率补偿。2.根据权利要求1所述的适用于MPSK解调的快速精确频率同步方法，其特征在于，采用第一级状态机、第二级状态机及第三级状态机分别执行所述步骤S1、S2及S3。3.根据权利要求2所述的适用于MPSK解调的快速精确频率同步方法，其特征在于，采用第一级状态机将获取的所述M...

【专利技术属性】
技术研发人员：向前，李惠媛，王思超，叶曦，葛钊，
申请(专利权)人：上海航天测控通信研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31