一种连续相位调制体制的频率同步方法技术

本发明专利技术提出一种连续相位调制体制的频率同步方法，属于通信频率同步领域，能够自适应调整频率步进值，提升频率同步的收敛速率。具体如下：1、输入信号通过基于离散傅里叶变换的频率粗估计过程，获取输入信号的载波频率初步估计值；2、利用载波频率初步估计值对输入信号进行频谱搬移，获取基带信号；3、基带信号经过升频支路和降频支路进行前向维特比过程，获取对应支路的累计度量值；4、由步骤3获取的升频支路累计度量值λ

【技术实现步骤摘要】
一种连续相位调制体制的频率同步方法


[0001]本专利技术涉及通信频率同步领域。特别涉及一种连续相位调制体制的频率同步方法。

技术介绍

[0002]连续相位调制(CPM)作为一种相位调制技术，以其先行对输入信号进行成型处理随后再进行调相的方式获取了更高的频谱效率。
[0003]传统的升降频支路频率同步算法在进行频率控制修正时，使用的步进方式是定步长方式，其收敛速度完全依赖于选择的固定步长。步长过长则稳态震荡过大，步长过小则收敛时间无法满足现实需求，需要在二者之间寻求均衡。本设计提出一种基于可信度估计的变步长频率同步方式，其步长由估计频差可信度控制，从而根据实际信道情况实时调整步长，达到快速收敛同时降低稳态震荡的目的。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于，提供一种基于可信度估计的变步长多指数连续相位调制频率同步方法，解决传统定步长频率同步在保证稳态震荡小时存在的收敛时间过长的问题。
[0005]本专利技术提出基于可信度估计的变步长连续相位调制CPM频率同步方法，具体步骤如下：
[0006]步骤一，输入信号通过基于离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)的频率粗估计过程，获取输入信号的载波频率初步估计值。
[0007]步骤1.1，获取输入信号的功率谱重心位置k
c
。
[0008]考虑输入信号为r(n)，设计首先对输入信号进行N点的DFT过程，通过下式计算获取输入信号的功率谱：
[0009][0010]式中，r(n)代表采样后的输入信号的第n点，N表示DFT过程的点数，P(k)则表示信号功率谱第k点的值。
[0011]随后通过加权累加和正常累加做商，求取输入信号功率谱的重心位置k
c
：
[0012][0013]步骤1.2，根据功率谱重心位置k
c
和带宽保留系数M进行功率谱截取，并取截取后功率谱进行载波频率初步估计。
[0014]首先根据设定的带宽保留系数M和通过步骤1.1获取的功率谱中心位置k
c
确定截取后累加范围。设计截取后功率谱索引集I＝{I1，I2，...，I
n
，...，I
MN
}，由下式
[0015]I
n
＝k
c
‑
0.5MN+n
[0016]可以获得对应的截取后功率谱索引项I
n
，随后将索引项逐个带入信号功率谱P(k)中，取 k＝I
n
，得到截取后的功率谱计算功率谱对应的载波频率估计值
[0017][0018]式中，f
s
为输入信号的采样频率。由此即可完成对载波频率的初步估计。
[0019]步骤二，利用获取的载波频率初步估计值对输入信号进行频谱搬移，获取基带信号。
[0020]从步骤二开始，设计进入至同步递归中，除非出现后续所述失去锁定的情况否则不会重复进行步骤一。
[0021]步骤2.1，获取当前的本地载波频率NCO
f
(n)。
[0022]首先确定跳转至步骤2.1的上一个步骤。若为步骤一跳转，则首先清零同步递归次数，并直接设定本地载波频率NCO
f
(0)为步骤一所获取的载波频率估计值
[0023][0024]若为步骤六跳转，则使同步递归次数加一，并获取步骤5.3提供的更新后的本地载波频率NCO
f
(n)。
[0025]步骤2.2，根据本地载波频率NCO
f
(n)进行频谱搬移，获取基带信号。
[0026]确定本地载波频率NCO
f
(n)后，首先生成本地载波c(k)：
[0027]c(k)＝cos(2πNCO
f
(n)k/f
s
+θ
n
)
[0028]式中，θ
n
为上一递归生成载波后的残余相位，在输入的数据块采样点数为N
B
时，由下式计算：
[0029]θ
n
＝(θ
n
‑1+2πNCO
f
(n
‑
1)N
B
/f
s
)mod 2π
[0030]θ0＝0
[0031]生成本地载波后，进行频谱搬移过程，有
[0032]s(k)＝(c(k)
·
r(k))*ftlt(l)
[0033]式中，r(k)代表输入信号第k样点。使用的滤波器filt(l)，其频域响应能保证进行搬移后能滤去高频镜像干扰。由此即可获得基带信号采样s(k)，其对应的连续信号为s(t)。
[0034]步骤三，基带信号经过升频支路和降频支路进行前向维特比(Viterbi)过程，获取对应支路的累计度量值。
[0035]取无噪接收信号为s，其符号周期为T。由CPM信号模型，无噪接收信号可以表示为：
[0036][0037]式中，E
s
代表符号能量，α
k
代表输入的第k个符号信息，h
k
为α
k
对应的调制指数，q(t)则为CPM的相位脉冲响应函数，q(t
‑
kT)则为脉冲响应函数进行kT单位时间平移得到的脉冲响应。
[0038]对于前向Viterbi过程，本频率同步算法取升频降频量为σf，经过对应的升降频处理后，升频支路的接收信号s
U
及降频支路的接受信号s
D
表示为：
[0039][0040][0041]经过前向Viterbi过程后可以获得第n个数据块的升频支路累计度量值λ
n，U
及降频支路累计度量值λ
n，D
。
[0042]步骤四，由步骤三获取的升频支路累计度量值λ
n，U
及降频支路累计度量值λ
n，D
被送至鉴频模块获取频率误差估计值：
[0043]λ
n，U
＝maxλ
n
(m，s
U
(t))
[0044][0045]λ
n，D
＝maxλ
n
(m，s
D
(t))
[0046][0047]式中m＝[m1，m2，...，m
k
]表示接收的解调序列。设计频率归一化度量值γ满足下式：
[0048][0049]通过对前向Viterbi过程的似然值边缘条件分析，可以获取频率误差Δf对于累计度量值的影响：
[0050][0051]式中L表示连续相位调制体制选取的部分响应长度。取码率频率误差Δf对累计度量值的影响在[
‑
0.2R，0.2R)的范围内呈现为凸函数，通过上述归一化设计后获取本设计的频率度量曲线。
[005本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续相位调制体制的频率同步方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一，输入信号通过基于离散傅里叶变换DFT的频率粗估计过程，获取输入信号的载波频率初步估计值；步骤二，利用获取的载波频率初步估计值对输入信号进行频谱搬移，获取基带信号；步骤三，基带信号经过升频支路和降频支路进行前向维特比Viterbi过程，获取对应支路的累计度量值；步骤四，由步骤三获取的升频支路累计度量值λ
n，U
及降频支路累计度量值λ
n，D
被送至鉴频模块获取频率误差估计值：步骤五，通过估计频率误差和先前数据块的频率步进值更新频率同步模块，实现对频率变化的跟踪；步骤六，由当前数据块可信度判断频率同步是否锁定。2.根据权利要求1所述的一种连续相位调制体制的频率同步方法，其特征在于：在步骤一中，具体包括：步骤1.1，获取输入信号的功率谱重心位置k
c
；考虑输入信号为r(n)，设计首先对输入信号进行N点的DFT过程，通过下式计算获取输入信号的功率谱：式中，r(n)代表采样后的输入信号的第n点，N表示DFT过程的点数，P(k)则表示信号功率谱第k点的值；随后通过加权累加和正常累加做商，求取输入信号功率谱的重心位置k
c
：步骤1.2，根据功率谱重心位置k
c
和带宽保留系数M进行功率谱截取，并取截取后功率谱进行载波频率初步估计；首先根据设定的带宽保留系数M和通过步骤1.1获取的功率谱中心位置k
c
确定截取后累加范围；设计截取后功率谱索引集I＝{I1，I2，...，I
n
，...，I
MN
}，由下式：I
n
＝k
c
‑
0.5MN+n获得对应的截取后功率谱索引项I
n
，随后将索引项逐个带入信号功率谱P(k)中，取k＝I
n
，得到截取后的功率谱计算功率谱对应的载波频率估计值，得到截取后的功率谱计算功率谱对应的载波频率估计值式中，f
s
为输入信号的采样频率；由此完成对载波频率的初步估计。3.根据权利要求1所述的一种连续相位调制体制的频率同步方法，其特征在于：从步骤二开始，设计进入至同步递归中，除非出现后续所述失去锁定的情况否则不会重复进行步骤一。4.根据权利要求1或3所述的一种连续相位调制体制的频率同步方法，其特征在于：在
步骤二中，具体包括：步骤2.1，获取当前的本地载波频率NCO
f
(n)；首先确定跳转至步骤2.1的上一个步骤；若为步骤一跳转，则首先清零同步递归次数，并直接设定本地载波频率NCO
f
(0)为步骤一所获取的载波频率估计值(0)为步骤一所获取的载波频率估计值若为步骤六跳转，则使同步递归次数加一，并获取步骤5.3提供的更新后的本地载波频率NCO
f
(n)；步骤2.2，根据本地载波频率NCO
f
(n)进行频谱搬移，获取基带信号；确定本地载波频率NCO
f
(n)后，首先生成本地载波c(k)：c(k)＝cos(2πNCO
f
(n)
k
/f
s
+θ
n
)式中，θ
n
为上一递归生成载波后的残余相位，在输入的数据块采样点数为N
B
时，由下式计算：θ
n
＝(θ
n
‑1+2πNCO
f
(n
‑
1)N
B
/f
s
)mod 2πθ0＝0生成本地载波后，进行频谱搬移过程，有s(k)＝(c(k)
·
r(k))*filt(l)式中，r(k)代表输入信号第k样点；使用的滤波器filt(l)，其频域响应能保证进行搬移后能滤去高频镜像干扰；由此获得基带信号采样s(k)，其对应的连续信号为s(t)。5.根据权利要求1所述的一种连续相位调制体制的频率同步方法，其特征在于：在步骤三中，取无噪接收信号为s，其符号周期为T；由CPM信号模型，无噪接收信号表示为：式中，E
s
代表符号能量，α
k
代表输入的第k个符号信息，h
k
为α
k<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘荣科，张添策，刘誉楷，陈祺治，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：