[發明專利]連續相位調制信號實現迭代定時同步的系統與方法

無效

• 申請號: 201110130280.4
• 申請日: 2011-05-19
• 公開（公告）號: CN102148681A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 牛凱;郭莉;吳寅峰;王強
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L7/00
• 分類號: H04L7/00;H04L1/00;H04L25/03
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 夏憲富

技術領域

本發明涉及一種連續相位調制CPM(Continuous?phase?modulation)信號實現迭代定時同步的系統與方法，用于解決連續相位調制的數字通信系統中的時延估計、時偏糾正和系統中的時鐘抖動問題，屬于數字通信的技術領域。

背景技術

定時同步是數字通信的一個重要部分。雖然有關線性調制定時方法的論述有很多，然而，描述非線性的連續相位調制信號的同步算法的文獻卻非常少。

參見圖1，介紹傳統的連續相位調制CPM的數字通信系統的結構組成，其中，t為系統時間，接收端的接收信號為r(t)。圖中的定時同步環路電路用于計算定時誤差值，對匹配濾波器的輸出信號進行采樣或插值，獲得不同采樣時刻下的信號值。現在使用的一種異步采樣的定時同步環路電路是由定時同步誤差檢測器、環路濾波器以及由控制器和插值器組成的定時校正電路所構成(參見圖2)。圖2中的固定采樣時鐘的采樣周期為T_s，即采樣頻率為接收端信號r(t)首先通過固定采樣時鐘的采樣被轉換為樣條值序列后，送至匹配濾波器。當固定采樣時鐘的采樣速率滿足奈奎斯特采樣條件時，通過插值器的計算可以得到任意時刻下匹配濾波器的輸出值。定時校正電路是通過控制器和插值器完成的。定時同步誤差檢測器產生當前符號周期的定時誤差值，由控制器決定需要調整的時延大小，送入到插值器，通過插值器的計算得到不同時延補償下的信號值。如果采用同步采樣的定時同步環路，則不需要固定采樣時鐘電路，定時同步環路的電路也會略有差異，這里不再詳細說明。

下面介紹定時誤差檢測的方法：傳統技術的CPM信號采用高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)調制，即調制器中含有高斯低通濾波器，該濾波器的矩形脈沖響應波形(即頻率響應，記為g(t))的持續時間為LT，其中L為記憶長度，T為符號周期。

當信源信號序列α＝(α₀，α₁，...，α_n，...)為獨立等概的取值為+1或-1的序列，其中，自然數下標n為信號序列中的符號序號，同時表示第n個符號周期，n的最大數、即信號序列長度為N。當在信號處理與傳輸過程中引入時延τ時，則對二進制CPM信號進行Laurent分解的計算公式是：式中，C_k(t)為Laurent分解的分量波形，自然數k為分量波形序號，系數b_k，n為信息序列{α_n}的函數，表示對應第n個符號周期中第k個PAM分量的偽符號。引入時延τ和信道噪聲w(t)后，接收信號的復包絡為：r(t)＝s(t-τ，α)+w(t)。

在先驗概率相等條件下，加性高斯白噪聲信道的最佳檢測器采用最大似然(ML)準則，根據相關理論，要使接收端判決信號與接收信號r(t)的相關度量最大，其中是任意一個序列長度為N的二進制信息序列，α是未知的，需要通過最大似然概率檢測方法進行判決和估計。以Laurent分解為例，令t為系統時間，n為信息序列中的符號序號，k是匹配濾波器的序號，即k＝1，2，…，2^L-1，C_k(t)為Laurent分解的分量波形，為接收信號r(t)經過匹配濾波器C_k(t)的輸出響應。考慮到加入時延補償后，接收端判決信號與接收信號的相關數值計算公式為：式中，其中自然數i表示部分響應波形調制的CPM格圖狀態分支，與當前符號周期內的相關狀態和當前比特符號相對應著。在調制指數h＝2κ/η(κ、η都是整數)時，BCJR解調的狀態轉移格圖一共有2^L-1η個狀態，對應每符號周期的格圖狀態分支一共有2^Lη個。因此自然數i的最大值為2^Lη。是偽符號的共軛，是與i、k和n都有關系的變量。可以通過對第k個匹配濾波器在第時刻進行采樣(即插值)得到。

關于線性調制定時方法的論述已有很多，然而，描述非線性的連續相位調制信號的同步算法的文獻卻很少。文獻《Joint?Phase?and?Timing?Recovery?With?CPM?Signals》(刊于：IEEE?Trans?on?Communications.1997，VOL.45：867-876.)提出一種基于最大似然準則算法檢測時鐘偏移量的方法，可用于CPM信號的定時恢復。在該論文提出的方案中，假定可以通過維特比接收機判決出長度為N的信號比特序列并進而確定每個符號周期內i的值，即根據判決結果能夠唯一地確定相關狀態和當前比特符號那么，此時可以用來代替。

預測的發送符號序列的似然函數表達式為：