一种抗大频偏的QPSK基带恢复系统技术方案

本发明专利技术提出了一种抗大频偏的QPSK基带恢复系统，用于解决现有系统在频偏较大时载波锁定慢或无法锁定的技术问题，包括数据采样模块、载波速率预估计模块、开关选择模块、低速基带恢复模块、载波锁定检测模块、高速基带恢复模块和定时同步判决输出模块；数据采样模块接收并采样调制信号，载波速率预估计模块粗略估计调制信号载波频率，基于闭环的低速基带恢复模块和基于开环的高速基带恢复模块在开关选择模块的控制下对采样后数据进行基带数据恢复，载波锁定检测模块检测低速基带恢复模块的本地载波是否锁定，定时同步判决输出模块对恢复出的基带数据进行定时同步和硬判决，得到最终解调数据。本发明专利技术基带恢复的速度高，误码率低。

A QPSK Baseband Recovery System Against Large Frequency Offset

The invention provides a QPSK baseband recovery system against large frequency offset, which is used to solve the technical problems of slow carrier locking or unlockable carrier locking when the frequency offset is large, including data sampling module, carrier rate pre-estimation module, switch selection module, low-speed baseband recovery module, carrier locking detection module, high-speed baseband recovery module and timing synchronous decision output module. The sampling module receives and samples the modulated signal. The carrier rate pre-estimation module roughly estimates the carrier frequency of the modulated signal. The baseband data are recovered by the closed-loop low-speed baseband recovery module and the open-loop high-speed baseband recovery module under the control of the switch selection module. The carrier lock detection module detects whether the local carrier of the low-speed baseband recovery module is locked or not. The output module of timing synchronization decision makes timing synchronization and hard decision on the recovered baseband data to get the final demodulation data. The invention has high baseband recovery speed and low bit error rate.

【技术实现步骤摘要】
一种抗大频偏的QPSK基带恢复系统
本专利技术属于数字通信
，涉及一种QPSK基带恢复系统，具体涉及一种抗大频偏的QPSK基带恢复系统，可用于QPSK调制解调系统中。技术背景数字通信技术已经成为当代通信技术的主流，而在数字通信系统中，数字调制解调是必不可少的组成部分，也是通信信号传输技术的重要手段。数字调制是采用数字信号处理的方法，将有用的基带信号加载到较高频率的载波信号上的过程。数字解调是数字调制的逆过程，是采用数字信号处理的方法，从已调波信号中取出原来的有用基带信号的过程，其中数字调制方式有振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)、移相键控(PSK)和差分移相键控(DPSK)等，移相键控(PSK)主要分为BPSK、QPSK、8PSK和16PSK等，他们之间基础原理框架基本相同，QPSK作为最常用的数字调制解调方式之一，凭借其抗干扰性强、频谱利用率高、适合高速传输等优点，已广泛应用于微波通信、卫星通信和移动通信中。常见的QPSK解调方法有相干解调和非相干解调，其中相干解调是指，接收端需要恢复出一个与调制载波严格同步的相干载波，然后才能进行准确解调。非相干解调也称为包络检波，即直接从已调波的幅度中恢复出原调制信号，不需要相干载波，但性能较差。相干解调的解调误码率性能好于非相干解调，因而应用较多。现有的QPSK相干解调系统结构如图1所示，包含数据采样模块、基带恢复模块和定时同步判决输出模块，其中，数据采样模块对输入的模拟信号进行采样并输出采样后的信号给基带恢复模块，基带恢复模块用于将输入的采样信号进行载波同步，恢复并输出恢复的基带信号给定时同步判决输出模块，定时同步判决输出模块进行定时同步和硬判决，并输出得到的解调输出数据。QPSK相干解调中最关键的两个环节是基带恢复模块中的载波同步和定时同步判决输出模块中的定时同步，载波同步用于产生一个与调制信号的载波同频同向的本地载波信号，并利用该本地载波信号从采样后数据中恢复出基带信号，而定时同步则用于消除调制端与解调端的时钟误差和调制信号在传输过程中出现的传输时延，其中，载波同步常通过锁相环路来实现，Costas环是最常见的一种锁相环路，用于对输入信号进行载波同步，但锁相环路在输入信号频偏较大时，锁定时间较长，耗费大量计算资源，影响基带恢复速度，且当频偏过大时会导致载波锁定出现偏差，甚至无法锁定，致使误码率剧增甚至无法正常恢复基带。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种抗大频偏的QPSK基带恢复系统，消除了现有技术存在的在频偏较大时载波锁定慢、误差大甚至无法锁定的缺陷，提高了基带恢复的速度，降低了误码率。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种抗大频偏的QPSK基带恢复系统，包括数据采样模块1、载波速率预估计模块2、开关选择模块3、低速基带恢复模块4、载波锁定检测模块5、高速基带恢复模块6和定时同步判决输出模块7，其中：所述数据采样模块1，用于对接收的调制信号进行采样，并输出采样后数据INDATA；所述载波速率预估计模块2，用于对采样后数据INDATA的载波频率进行粗略估计，并输出载波估计频率fc；所述开关选择模块3，用于控制低速基带恢复模块4的关闭和高速基带恢复模块6的开启；所述低速基带恢复模块4，采用Costas环结构，其本地载波频率fcc的初值为fc，用于对采样后数据INDATA进行低速基带数据恢复，并输出本地载波频率fcc、相位累加值θ0和低速基带数据BLDATA；所述载波锁定检测模块5，用于判断低速基带恢复模块4的本地载波信号Sc是否锁定，对锁定后的本地载波频率fcc进行滤波，并输出开关信号Lock和fcc的滤波结果f0；所述高速基带恢复模块6，采用开环结构，用于在开关选择模块3的控制下，以滤波结果f0为本地载波频率，利用相位累加值θ0进行补偿，实现对采样后数据INDATA进行高速基带数据恢复，并输出得到的高速基带数据BHDATA；所述定时同步判决输出模块7，用于对低速基带数据BLDATA和高速基带数据BHDATA进行定时同步和硬判决，并输出得到的解调输出数据OUTDATA。上述一种抗大频偏的QPSK基带恢复系统，所述载波速率预估计模块2，包含载波预测序列存储模块21、N个低通滤波器22及1个功率计算单元23，其中：载波预测序列存储模块21，用于将其中预先存储的N个单频信号分别与采样后数据BUFDATA进行混频，得到N个混频后序列并输出；N个低通滤波器22，其截止频率小于调制信号的符号速率，用于对N个混频后序列进行低通滤波，得到N个滤波后序列并输出；功率计算单元23，用于计算各滤波后序列的信号功率，选择出计算结果中的最大值，并将该最大值对应的单频信号的频率值fc输出。上述一种抗大频偏的QPSK基带恢复系统，所述开关选择模块3，其对低速基带恢复模块4的关闭和高速基带恢复模块6的开启的控制，是在接收到载波锁定检测模块5发出的Lock信号时实现的。上述一种抗大频偏的QPSK基带恢复系统，所述低速基带恢复模块4，其在载波速率预估计模块2估计出载波估计频率fc后，对采样后数据INDATA进行低速基带数据恢复。上述一种抗大频偏的QPSK基带恢复系统，所述载波锁定检测模块5，其判断低速基带恢复模块4的本地载波信号Sc是否锁定，是利用低速基带数据BLDATA的幅度信息，采用自归一化M阶非线性检测算法实现的，当检测出本地载波信号Sc锁定时，开始在预时间t内对本地载波频率fcc进行均值滤波，并在时间t结束后输出开关信号Lock和fcc的均值滤波结果f0。上述一种抗大频偏的QPSK基带恢复系统，所述高速基带恢复模块6，包括数字下变频器61、低通滤波器62、相位补偿器63和数控振荡器64，其中：数字下变频器61，用于利用数控振荡器64产生的同向信号Scos和正交信号Ssin，对采样后数据INDATA进行混频，并输出得到的I路混频后信号SI和Q路混频后信号SQ；低通滤波器62，用于对I路混频后信号SI和Q路混频后信号SQ分别进行低通滤波，并将得到的I路滤波后信号SfI和Q路滤波后信号SfQ作为高速基带数据BHDATA，并输出；相位补偿器63，用于产生相位补偿θ并输出；数控振荡器64，用于产生频率为f0的与载波同向的余弦信号Scos和与Scos正交的正弦信号Ssin。上述一种抗大频偏的QPSK基带恢复系统，所述的相位补偿θ，其计算公式为：其中，θ1为前一个采样点的相位补偿值，θ1的初始值为低速基带恢复模块4输出的相位累加值θ0的最后一个值，fs为数据采样模块1的采样频率。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1、本专利技术由于载波速率预估计模块先粗略估计出载波频率fc，低速基带恢复模块4将该载波估计频率fc作为载波同步时的初始频率，由于载波估计频率fc已经很接近实际载波频率，降低了误码率，同时可减少载波同步时的载波锁定时间，增大系统的最大载波频率捕获带，避免了现有相干解调系统在大频偏的情况下载波锁定慢，甚至无法锁定的缺陷，有效地提高了基带恢复的速度。2、本专利技术在低速基带恢复模块锁定后由高速基带恢复模块从采样后数据中恢复基带信号，高速基带恢复模块采用开环结构，以低速基带恢复模块锁定后的载波频率的均值滤波结果作为高速基带恢复模块的本地载波频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗大频偏的QPSK基带恢复系统，其特征在于：包括数据采样模块(1)、载波速率预估计模块(2)、开关选择模块(3)、低速基带恢复模块(4)、载波锁定检测模块(5)、高速基带恢复模块(6)和定时同步判决输出模块(7)，其中：所述数据采样模块(1)，用于对接收的调制信号进行采样，并输出采样后数据INDATA；所述载波速率预估计模块(2)，用于对采样后数据INDATA的载波频率进行粗略估计，并输出载波估计频率fc；所述开关选择模块(3)，用于控制低速基带恢复模块(4)的关闭和高速基带恢复模块(6)的开启；所述低速基带恢复模块(4)，采用Costas环结构，其本地载波频率fcc的初值为fc，用于对采样后数据INDATA进行低速基带数据恢复，并输出本地载波频率fcc、相位累加值θ0和低速基带数据BLDATA；所述载波锁定检测模块(5)，用于判断低速基带恢复模块(4)的本地载波信号Sc是否锁定，对锁定后的本地载波频率fcc进行滤波，并输出开关信号Lock和fcc的滤波结果f0；所述高速基带恢复模块(6)，采用开环结构，用于在开关选择模块(3)的控制下，以滤波结果f0为本地载波频率，利用相位累加值θ0进行补偿，实现对采样后数据INDATA进行高速基带数据恢复，并输出得到的高速基带数据BHDATA；所述定时同步判决输出模块(7)，用于对低速基带数据BLDATA和高速基带数据BHDATA进行定时同步和硬判决，并输出得到的解调输出数据OUTDATA。...

【技术特征摘要】
1.一种抗大频偏的QPSK基带恢复系统，其特征在于：包括数据采样模块(1)、载波速率预估计模块(2)、开关选择模块(3)、低速基带恢复模块(4)、载波锁定检测模块(5)、高速基带恢复模块(6)和定时同步判决输出模块(7)，其中：所述数据采样模块(1)，用于对接收的调制信号进行采样，并输出采样后数据INDATA；所述载波速率预估计模块(2)，用于对采样后数据INDATA的载波频率进行粗略估计，并输出载波估计频率fc；所述开关选择模块(3)，用于控制低速基带恢复模块(4)的关闭和高速基带恢复模块(6)的开启；所述低速基带恢复模块(4)，采用Costas环结构，其本地载波频率fcc的初值为fc，用于对采样后数据INDATA进行低速基带数据恢复，并输出本地载波频率fcc、相位累加值θ0和低速基带数据BLDATA；所述载波锁定检测模块(5)，用于判断低速基带恢复模块(4)的本地载波信号Sc是否锁定，对锁定后的本地载波频率fcc进行滤波，并输出开关信号Lock和fcc的滤波结果f0；所述高速基带恢复模块(6)，采用开环结构，用于在开关选择模块(3)的控制下，以滤波结果f0为本地载波频率，利用相位累加值θ0进行补偿，实现对采样后数据INDATA进行高速基带数据恢复，并输出得到的高速基带数据BHDATA；所述定时同步判决输出模块(7)，用于对低速基带数据BLDATA和高速基带数据BHDATA进行定时同步和硬判决，并输出得到的解调输出数据OUTDATA。2.根据权利要求1所述的一种抗大频偏的QPSK基带恢复系统，其特征在于：所述载波速率预估计模块(2)，包括载波预测序列存储模块(21)、N个低通滤波器(22)及1个功率计算单元(23)，其中：载波预测序列存储模块(21)，用于将其中预先存储的N个单频信号分别与采样后数据BUFDATA进行混频，得到N个混频后序列并输出；N个低通滤波器(22)，其截止频率小于调制信号的符号速率，用于对N个混频后序列进行低通滤波，得到N个滤波后序列并输出；功率计算单元(23)，用于计算各滤波后序列的信号功率，选择出计算结果中的最大值，并将该...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海，刘岩，王志豪，郑东莉，张皓迪，俞中伟，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61