一种QAM弱信号的载波相位跟踪装置及信号接收机制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种QAM弱信号的载波相位跟踪装置，包括：补偿模块，用于对QAM信号的信号频率进行初始估计并补偿；第一处理模块，与补偿模块通信连接，用于对QAM信的星座图中外围信号点进行四次方处理；卡尔曼跟踪环路，与处理模块通信连接，用于对连续数据块的相位误差进行相干累积和采用卡尔曼环路跟踪；第二处理模块，与卡尔曼跟踪环路通信连接，用于对QAM信号进行补偿，然后对QAM信号星座图中的外围信号点进行鉴相、相干累积以及采用卡尔曼跟踪环路跟踪，得到QAM信号的第二信号参数估计值。本发明专利技术还提供了一种信号接收机。本发明专利技术能够实现对载波相位进行更高精度的跟踪，解决了现有技术存在的高动态低信噪比下传统跟踪环路跟踪不稳定易失锁的技术问题。不稳定易失锁的技术问题。不稳定易失锁的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种QAM弱信号的载波相位跟踪装置及信号接收机


[0001]本专利技术涉及QAM信号接收设备研制领域，具体涉及一种QAM弱信号的载波相位跟踪装置及信号接收机。

技术介绍

[0002]正交幅度调制QAM是一种幅度和相位联合控制的正交调制技术，同时利用幅度与相位来传递信息，因此在最小距离相同的条件下可实现更高的频带利用率，其广泛应用于微波通信、卫星通信、深空通信等领域，相应的通信系统可能会工作在高动态低信噪比的环境下。
[0003]传统QAM信号载波跟踪环路，一方面采用高动态跟踪环境，这样会引入较大频偏及频率变化率，其会导致星座点相位在短时间内快速变化，另一方面，通常在跟踪初期采用鉴频和鉴相环路，当检测到相邻符号相位转动过大时直接将鉴相结果至零，其同时具备鉴频和鉴相能力；信号频率跟踪稳定后采用锁相环路或仅鉴相环路进行精细跟踪；当鉴频鉴相时，若对所有星座点进行处理，其能容忍的相位误差有限（高阶QAM信号相位跟踪精度要求更高），若对QAM信号外围的星座点进行处理，由于外围星座点受相位误差影响较小，因此鉴频鉴相通常进行极性判决后取星座图外围的星座点，但相应跟踪可用符号概率减少，而QAM信号阶数越高，星座图外围星座点概率越低，传统跟踪环路输入的鉴相信息信噪比降低，而高动态环境下又要求大的环路带宽，因此，高动态低信噪比下的传统跟踪环路跟踪不稳定易失锁。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
中介绍的传统QAM信号载波相位跟踪环路在高动态低信噪比环境下跟踪不稳定易失锁的缺陷，本专利技术提出了一种QAM弱信号的载波相位跟踪装置，能够实现对载波相位进行更高精度的跟踪，解决了现有技术存在的高动态低信噪比下传统跟踪环路跟踪不稳定易失锁的技术问题。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种QAM弱信号的载波相位跟踪装置，载波相位跟踪装置包括：
[0007]补偿模块，用于根据QAM信号的四次方谱，对QAM信号的信号频率进行初始估计并补偿，输出QAM信号；
[0008]第一处理模块，与补偿模块通信连接，用于在环路更新周期T内，对QAM信号的星座图中外围信号点进行四次方处理，输出无符号调制的QAM信号；
[0009]卡尔曼跟踪环路，与处理模块通信连接，用于对QAM信号 中的连续数据块的相位误差进行相干累积和采用卡尔曼跟踪环路跟踪，得到QAM信号的第一信号参数估计值；
[0010]第二处理模块，与卡尔曼跟踪环路通信连接，用于根据所述第一信号参数估计值，
对QAM信号进行补偿，输出QAM信号，然后对QAM信号星座图中的外围信号点进行鉴相、相干累积以及采用卡尔曼跟踪环路跟踪，得到QAM信号的第二信号参数估计值。
[0011]进一步地，所述补偿模块包括：
[0012]第一预设单元，用于预设QAM信号的信号采样率为，采样间隔为，所述QAM信号为QAM基带信号；
[0013]FFT单元，与第一预设单元通信连接，用于将QAM信号进行四次方后与相位信息相乘，对乘积进行求和后再除以频率估计所采用的数据长度，得到QAM信号的快速傅里叶变换结果，其表达式为： ,其中，为信号频率估计所采用的数据长度,为相位信息，N为信号频率估计所采用的数据点数，变量i为信号采样点序号，变量k为信号频谱谱线序号；
[0014]查找单元，与FFT单元通信连接，用于查找快速傅里叶变换结果的绝对值的最大值所对应的信号频谱谱线序号，其表达式为：；
[0015]第一判断单元，与查找单元通信连接，用于在信号频谱谱线序号小于信号频率估计所采用的数据点数N的半数的情况下，信号频率估计值为信号频谱谱线序号除以数据长度的倍数值后的商值后再与信号采样率之间相乘的乘积，在信号频谱谱线序号大于或等于信号频率估计所采用的数据点数N的半数的情况下，信号频率估计值为信号频谱谱线序号与数据长度之间的差值与四倍数据长度相除所得到的商值再与信号采样率之间相乘的乘积，QAM信号的信号频率估计值的表达式为： ,其中，为QAM信号的信号采样率，为信号频率估计所采用的数据长度，为信号频谱谱线序号；
[0016]第一补偿单元，与第一判断单元通信连接，用于将QAM信号与相位信息相乘，得到频率补偿后的QAM信号，其表达式为：；其中，为信号频率估计值，为信号采样率，变量i为信号采样点序号。
[0017]进一步地，第一处理模块包括：
[0018]设置单元，用于取QAM信号星座图最外围星座点与相邻星座点的幅度平均值作为QAM信号幅度判决门限；
[0019]第二判断单元，与设置单元通信连接，用于判断信号补偿后的QAM信号的绝对值是否大于或等于QAM信号幅度判决门限，在信号补偿后的QAM信号的绝对值大于或等于QAM信号幅度判决门限的情况下，选取信号补偿后的QAM信号的星座图中的外围信号点进行四次方处理，得到无符号调制的QAM信号。
[0020]在跟踪初始阶段，本专利技术通过第一处理模块内的设置单元选取QAM信号的星座图
最外围星座点，然后通过第二判断单元进行四次方处理，能够有效消除符号影响，从而可以积累较长时间数据，有效提升了信号频率与载波相位估计的精度。
[0021]进一步地，卡尔曼跟踪环路包括：
[0022]第一残余相位误差估计单元，用于对连续数据块进行相干累积和快速傅里叶变换处理，然后估计残余相位误差，获得残余相位误差估计值；
[0023]卡尔曼跟踪单元，与残余相位误差估计单元通信连接，用于根据所述残余相位误差估计值，对QAM信号进行信号残余频率变化率、残余频率和残余相位误差的初步跟踪，得到第一残余频率估计值和第一相位误差估计值。
[0024]进一步地，第二处理模块包括：
[0025]第二补偿单元，用于将QAM信号与相位信息相乘，得到QAM补偿后信号，其表达式为：，其中，为第一残余频率估计值，为第一相位误差估计值，N为信号采样点数；
[0026]鉴相器，与第二补偿单元通信连接，用于对QAM补偿后信号的星座图外围信号点进行极性判决鉴相处理，得到鉴相序列dis(i)；
[0027]第二残余相位误差估计单元，与鉴相器通信连接，用于将鉴相序列dis(i)除以数据采样点数N，得到QAM补偿后信号信号的残余相位误差估计值；
[0028]以及用于根据所述残余相位误差估计值，利用卡尔曼跟踪环路，对QAM信号的残余频率变化率、残余频率和残余相位误差进行精确跟踪，得到第二残余频率估计值、第二残余相位误差估计值。
[0029]进一步地，鉴相器包括：
[0030]鉴相单元，用于在QAM信号的绝对值大于或等于QAM信号幅度判决门限的情况下，将QAM信号除以与QAM信号星座图中距离最近的理论星座信号点后取其虚部，得到鉴相序列，所述QAM信号幅度判决门限为星座最外围星座点与相邻星座点的幅度平均值。
[0031]进一步地，第一残余相位误差估计单元包括：
[0032]相干累积子单元，用于将QAM信号 中连续数据块划分成M段，每段为L点数据，然后对每段本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种QAM弱信号的载波相位跟踪装置，其特征在于，载波相位跟踪装置包括：补偿模块，用于根据QAM信号的四次方谱，对QAM信号的信号频率进行初始估计并补偿，输出QAM信号；第一处理模块，与补偿模块通信连接，用于在环路更新周期T内，对QAM信号的星座图中外围信号点进行四次方处理，输出无符号调制的QAM信号；卡尔曼跟踪环路，与处理模块通信连接，用于对QAM信号 中的连续数据块的相位误差进行相干累积和采用卡尔曼跟踪环路跟踪，得到QAM信号的第一信号参数估计值；第二处理模块，与卡尔曼跟踪环路通信连接，用于根据所述第一信号参数估计值，对QAM信号进行补偿，输出QAM信号，然后对QAM信号星座图中的外围信号点进行鉴相、相干累积以及采用卡尔曼跟踪环路跟踪，得到QAM信号的第二信号参数估计值。2.如权利要求1所述的一种QAM弱信号的载波相位跟踪装置，其特征在于，所述补偿模块包括：第一预设单元，用于预设QAM信号的信号采样率为，采样间隔为，所述QAM信号为QAM基带信号；FFT单元，与第一预设单元通信连接，用于将QAM信号进行四次方后与相位信息相乘，对乘积进行求和后再除以频率估计所采用的数据长度，得到QAM信号的快速傅里叶变换结果，其表达式为： ,其中，为信号频率估计所采用的数据长度,为相位信息，N为信号频率估计所采用的数据点数，变量i为信号采样点序号，变量k为信号频谱谱线序号；查找单元，与FFT单元通信连接，用于查找快速傅里叶变换结果的绝对值的最大值所对应的信号频谱谱线序号，其表达式为：；第一判断单元，与查找单元通信连接，用于在信号频谱谱线序号小于信号频率估计所采用的数据点数N的半数的情况下，信号频率估计值为信号频谱谱线序号除以数据长度的倍数值后的商值后再与信号采样率之间相乘的乘积，在信号频谱谱线序号大于或等于信号频率估计所采用的数据点数N的半数的情况下，信号频率估计值为信号频谱谱线序号与数据长度之间的差值与四倍数据长度相除所得到的商值再与信号采样率之间相乘的乘积，QAM信号的信号频率估计值的表达式为： ,其中，为QAM信号的信号采样率，为信号频率估计所采用的数据长度，为信号频谱谱线序号；第一补偿单元，与第一判断单元通信连接，用于将QAM信号与相位信息相乘，得到频率补偿后的QAM信号， 其表达式为：
；其中，为信号频率估计值，为信号采样率，变量i为信号采样点序号。3.如权利要求1或2所述的一种QAM弱信号的载波相位跟踪装置，其特征在于，第一处理模块包括：设置单元，用于取QAM信号星座图最外围星座点与相邻星座点的幅度平均值作为QAM信号幅度判决门限；第二判断单元，与设置单元通信连接，用于判断信号补偿后的QAM信号的绝对值是否大于或等于QAM信号幅度判决门限，在信号补偿后的QAM信号的绝对值大于或等于QAM信号幅度判决门限的情况下，选取信号补偿后的QAM信号的星座图中的外围信号点进行四次方处理，得到无符号调制的QAM信号。4.如权利要求3所述的一种QAM弱信号的载波相位跟踪装置，其特征在于，卡尔曼跟踪环路包括：第一残余相位误差估计单元，用于对连续数据块进行相干累积和快速傅里叶变换处理，然后估计残余相位误差，获得残余相位误差估计值；卡尔曼跟踪单元，与残余相位误差估计单元通信连接，用于根据所述残余相位误差估计值，对QAM信号进行信号残余频率变化率、残余频率和残余相位误差的初步跟踪，得到第一残余频率估计值和第一相位误差估计值。5.如权利要求4所述的一种QAM弱信号的载波相位跟踪装置，其特征在于，第二处理模块包括：第二补偿单元，用于将QAM信号与相位信息相乘，得到QAM补偿后信号，其表达式为：，其中，为第一残余频率估计值，为第一相位误差估计值，N为信号采样点数；鉴相器，与第二补偿单元通信连接，用于对QAM补偿后信号的星座图外围信号点进行极性判决鉴相处理，得到鉴相序列dis(i)；第二残余相位误差估计单元，与鉴相器通信连接，用于将鉴相序列dis(i)除以数据采样点数N，得到QAM补偿后信号信号的残余相位误差估计值；以及用于根据所述残余相位误差估计值，利用卡尔曼跟踪环路，对QAM信号的残余频率变化率、残余频率和残余相位误差进行精确跟踪，得到第二残余频率估计值、第二残余相位误差估计值；其中，所述鉴相器包括鉴相单元，用于在QAM信号的绝对值大于或等于QAM信号幅度判决门限的情况下，将QAM信号除以与QAM信号星座图中距离最近的理论星座信号点后取其虚部，得到鉴相序列，所述QAM信号幅度判决门限为星座最外围星座点与相邻星座点的幅度平均值。6.如权利要求4所述的一种QAM弱信号的载波相位跟踪装置，其特征在于，第一残余相位误差估计单元包括：相干累积子单元，用于将QAM信号 中...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾祥华，王文博，廖鹏，张振华，曾意，
申请(专利权)人：长沙先度科技有限公司，
类型：发明
国别省市：