一种MPSK卫星通信系统载波同步方法技术方案

本发明专利技术涉及一种MPSK卫星通信系统载波同步方法，该方法包括如下步骤：获取两段MPSK数字基带信号，对每一段MPSK数字基带信号分别做M次方运算，得到两段无符号调制数字信号，M为MPSK数字基带信号的相位数；计算两段无符号调制数字信号的无模糊相位估计值，分别记为第一无模糊相位估计值ψ1和第二无模糊相位估计值ψ2；根据第一无模糊相位估计值ψ1和第二无模糊相位估计值ψ2与MPSK数字基带信号载波频偏、载波相位的关系，建立二元一次方程组，解算二元一次方程组得到MPSK数字基带信号的载波频偏精估计值和载波相位精估计值和载波相位精估计值和载波相位精估计值和载波相位精估计值

【技术实现步骤摘要】
一种MPSK卫星通信系统载波同步方法


[0001]本专利技术属于卫星通信
，具体涉及一种MPSK卫星通信系统载波同步方法，特别是应用于多普勒或干扰等引起的大频偏信道下的高精度频偏校正及相位补偿方法。

技术介绍

[0002]MPSK调制信号可以有效地利用有限的频带资源，在卫星无线通信中得到广泛应用。在低地球轨道卫星通信系统中或接收机载体高速运动条件下，由于多普勒效应的影响，接收到的信号存在较大的多普勒频偏，甚至达到符号速率的十几倍。由于多普勒频移和收发双方振荡器不稳定等因素的影响，使得接收机接收信号的载波与本地载波存在较大动态范围的频偏，而载波恢复是通信信号接收的一项关键技术，其恢复效果将直接影响接收机信号接收的性能。载波恢复的首要问题是载波频率估计，若载波频率估计不准确，就会产生频率漂移，影响信号恢复效果。在载波频偏的影响被消除后，接下来进行载波相位估计。载波相位估计的目的就是对残留频偏估计误差以及相偏进行纠正，保证系统以较低的误码率恢复出原始信号。
[0003]目前，根据是否使用辅助序列可以将载波频偏估计算法分为数据辅助类和非数据辅助类两大类。数据辅助类方法主要是基于一种前导序码或者训练序列来帮助进行频偏估计。该方法性能较好，但是由于在数据辅助估计算法中训练序列占用了一定的资源，从而导致系统的传输效率降低。非数据辅助类方法是利用信道传输信号本身比如循环前缀等来进行盲估计，或者也可以进行简单的直接判决法。后者是利用解调后传输符号的速率来检测相位或者载波的频偏误差，以此进行对系统同步的估计。
[0004]非数据辅助频偏估计方法又可以分为两类：基于时域的估计方法和基于频域的估计方法。基于时域估计方法的频偏估计器硬件消耗相对较小，它有几种不同的实现结构，可以归结为两种形式：基于相邻接收信号差分和基于自相关函数的方法。主要有延时共轭相乘算法、Fitz算法等。这些算法均能在一定的信噪比下接近克拉美罗界，缺点是难以同时兼顾频偏估计精度和频偏的估计范围。基于频域估计方法则以寻找周期图的最大值为基础，主要有基于FFT的频偏估计算法、基于CZT的频偏估计算法等。以上这几类方法的频偏估计精度和频偏估计范围不高。此外，这几类方法均忽略了对载波相位估计处理，无法做到载波频偏和载波相位联合估计处理。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本专利技术提出一种MPSK卫星通信系统载波同步方法，用于实现高动态环境下卫星通信的高精度载波同步。
[0006]本专利技术解决技术的方案是：一种MPSK卫星通信系统载波同步方法，该方法包括如下步骤：
[0007]获取两段MPSK数字基带信号，对每一段MPSK数字基带信号分别做M次方运算，得到两段无符号调制数字信号，M为MPSK数字基带信号的调制阶数；
[0008]计算两段无符号调制数字信号的无模糊相位估计值，分别记为第一无模糊相位估计值ψ1和第二无模糊相位估计值ψ2；
[0009]根据第一无模糊相位估计值ψ1和第二无模糊相位估计值ψ2与MPSK数字基带信号载波频偏、载波相位的关系，建立二元一次方程组，解算二元一次方程组得到MPSK数字基带信号的载波频偏精估计值和载波相位精估计值
[0010]优选地，所述二元一次方程组为:
[0011][0012]其中，N1为第一段MPSK数字基带信号的采样点数，N2为第二段MPSK数字基带信号的采样点数，N1≠N2；T为采样周期。
[0013]优选地，无符号调制数字信号的无模糊相位估计值通过如下步骤计算得到：
[0014]对无符号调制数字信号进行快速傅里叶变换，得到无符号调制数字信号频谱；
[0015]取无符号调制数字信号频谱中最大值所对应的载波频率，作为无符号调制数字信号的载波频偏粗估计值；
[0016]对无符号调制数字信号的载波频偏的粗估计值进行累积，得到无符号调制数字信号的载波相位粗估计值；
[0017]对无符号调制数字信号频谱中最大值所对应的相位进行补偿，得到无符号调制数字信号的模糊相位值；
[0018]根据无符号调制数字信号的载波频偏粗估计值、模糊相位值和载波相位粗估计值，进行解相位模糊处理，获得无符号调制数字信号的无模糊相位估计值。
[0019]优选地，无符号调制数字信号的载波频偏粗估计值为：
[0020][0021]其中，n0为频谱中最大值所对应的索引值，N
FFT
为FFT处理点数。
[0022]优选地，无符号调制数字信号的模糊相位值的补偿值为：
[0023][0024]其中，N为MPSK数字基带信号的采样点数。
[0025]优选地，无符号调制数字信号的模糊相位值ψ为：
[0026]ψ＝πM(N
‑
1)ΔfT+Mθ
[0027]其中，θ为MPSK数字基带信号的载波相位。
[0028]优选地，所述无模糊相位估计值的具体计算步骤如下：
[0029]根据载波频偏估计值和载波相位粗估计值，计算出无模糊相位参考值ψ'；
[0030]根据模糊相位值和无模糊相位参考值ψ'，计算相位模糊数k
am
；
[0031]根据相位模糊数k
am
和模糊相位值值，计算解模糊后的无模糊相位值。
[0032]优选地，所述无模糊相位参考值ψ'的计算公式如下：
[0033]。
[0034]优选地，所述相位模糊数k
am
的计算公式如下：
[0035][0036]其中，[]表示向近取整运算。
[0037]优选地，所述解模糊后的无模糊相位值ψ”的计算公式如下：
[0038][0039]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0040](1)、本专利技术通过综合分析频谱峰值点的幅度信息和相位信息获取载波频偏的粗估计值，再利用该载波频偏粗估计值获得载波相位的粗估计值。
[0041](2)、本专利技术提出了基于频谱峰值点的载波频偏值辅助解相位模糊的方法，可准确求解模糊数，并获得无模糊的峰值点相位信息。
[0042](3)、本专利技术可同时获得载波频偏和相位的高精度估计值，且易于实现。
[0043](4)、本专利技术可实现高动态环境下卫星通信的高精度载波同步。
附图说明
[0044]图1为本专利技术实施例所提方法处理流程图；
[0045]图2为本专利技术实施例解相位模糊方法处理流程图。
具体实施方式
[0046]下面结合实施例对本专利技术作进一步阐述。
[0047]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0048]本专利技术提供了一种MPSK卫星通信系统载波同步方法，该方法包括如下步骤：
[0049]获取两段MPSK数字基带信号，对每一段MPSK数字基带信号分别做M次方运算，得到两段无符号调制数字信号，M为MPSK数字基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MPSK卫星通信系统载波同步方法，其特征在于包括如下步骤：获取两段MPSK数字基带信号，对每一段MPSK数字基带信号分别做M次方运算，得到两段无符号调制数字信号，M为MPSK数字基带信号的调制阶数；计算两段无符号调制数字信号的无模糊相位估计值，分别记为第一无模糊相位估计值ψ1和第二无模糊相位估计值ψ2；根据第一无模糊相位估计值ψ1和第二无模糊相位估计值ψ2与MPSK数字基带信号载波频偏、载波相位的关系，建立二元一次方程组，解算二元一次方程组得到MPSK数字基带信号的载波频偏精估计值和载波相位精估计值2.根据权利要求1所述的一种MPSK卫星通信系统载波同步方法，其特征在于所述二元一次方程组为:其中，N1为第一段MPSK数字基带信号的采样点数，N2为第二段MPSK数字基带信号的采样点数，N1≠N2；T为采样周期。3.根据权利要求1所述的一种MPSK卫星通信系统载波同步方法，其特征在于无符号调制数字信号的无模糊相位估计值通过如下步骤计算得到：对无符号调制数字信号进行快速傅里叶变换，得到无符号调制数字信号频谱；取无符号调制数字信号频谱中最大值所对应的载波频率，作为无符号调制数字信号的载波频偏粗估计值；对无符号调制数字信号的载波频偏的粗估计值进行累积，得到无符号调制数字信号的载波相位粗估计值；对无符号调制数字信号频谱中最大值所对应的相位进行补偿，得到无符号调制数字信号的模糊相位值；根据无符号调制数字信号的载波频偏粗估计值、模糊相位值和载波相位粗估计值，进行解相位模糊处理，获得无符号调制数字信号的无模糊相位估计值。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文吉，郑重，郑寒雨，栾珊，管芸笛，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：