[發明專利]一種用于非相干解調電路中的載波相位同步方法及裝置

在審

• 申請號: 201410369979.X
• 申請日: 2014-07-30
• 公開（公告）號: CN104092642A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 劉昊;袁斌
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04B1/7087;H04B1/7097
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及通信領域，尤其是涉及采用非相干解調方式實現的兼容IEEE?802.15.4標準的通信系統，本發明用于實現對接收信號的載波相位同步。

背景技術

IEEE?802.15.4標準定義了低速無線個域網(LR-WPAN)的物理層和媒體接入控制層兩個規范。IEEE?802.15.4低速率、低功耗和短距離傳輸的特點使它適合應用于無線傳感器網絡領域。IEEE?802.15.4c物理層規定了三個頻段，即2.4GHz頻段、868/915MHz頻段和780MHz頻段。在中國專用的780MHz頻段，規范規定了兩種物理層調制方案：采用O-QPSK調制方案和直接序列擴頻技術及采用MPSK調制方案和直接序列擴頻技術，兩種調制方案都采用升余弦脈沖成型方式。

由于IEEE?802.15.4標準面向的是低功耗、低成本的應用，所用的器件要求體積小、集成度要高，所以IEEE?802.15.4標準的解調電路一般采用的是非相干解調方式。而非相干解調方式是不知道載波的頻率偏移和初始相位的，需要有電路對載波的頻率偏移、初始相位進行估計，再進行頻率及相位補償來完成載波相位同步。

目前載波相位同步的方法主要是利用鎖相環PLL和壓控振蕩器VCO在RF前端進行閉環前向載波同步，常用的結構有同相正交環、平方環及M方環等方式來實現載波相位的同步，這一類的同步大多采用模擬器件在射頻RF端實現，功耗和體積都比較大，不便于集成。而目前用于IEEE?802.15.4的載波相位同步電路主要有兩類：第一類是在數字基帶處理中估計頻率偏移及初始相位，而相位補償不在數字基帶中處理，數字基帶本身不做相位補償運算，而是將頻率相位錯誤的指示信息傳遞給壓控振蕩器VCO，讓VCO來鎖定，從而完成載波相位同步的。第二類是在數字基帶處理中完成頻率偏移及初始相位估計并進行相位補償計算，來完成載波相位同步。第二類方法采用的是全數字的設計方案，其優點是可以降低RF設計的復雜度及功耗，減少整個接收機的面積，集成度高，可以很容易集成到片上系統SOC分區設計中去。

而在全數字的設計方案中，載波頻偏估計大多是利用接收到的數據進行延遲相關計算來完成頻率偏移估計的，若在低信噪比的情況下，其頻率偏移估計的精度會嚴重惡化，因為其沒有利用已知前導碼序列的相關信息來降低噪聲的干擾，另外其相位補償只是針對于頻率偏移相位補償，一般都沒有考慮初始相位估計和相位殘余誤差跟蹤，這樣由于存在頻率估計誤差，隨著包長度的增加，接收的數據點的相位差會累計到一個很大的值，這會給解調電路造成很大的誤碼率。

發明內容

(1)發明目的

本發明提供一種直接序列擴頻通信系統中采用非相干解調電路中的全數字實現、在低信噪比條件下能夠精確進行載波相位同步的方法及裝置，在低信噪比環境中，該方法及裝置能夠實現載波相位的精確估計和跟蹤，可以顯著降低系統的誤碼率，提高接收機的性能。

(2)技術方案

本發明是一種用于非相干解調電路中的載波相位同步方法及裝置，其載波相位同步方法是：載波相位同步分為相位獲取模式和相位跟蹤模式兩種工作模式，在前導碼周期階段，工作在相位獲取模式，其包含頻率偏移估計和初始相位估計，在數據解擴周期中，采用相位跟蹤模式來實現符號的殘余相位誤差估計，精確跟蹤相位。其載波同步的過程是：在前導碼周期內，首先對接收到的長度為L個數據的前導碼進行延遲相關計算，延遲時間為一個碼片周期(L小于等于前導碼長度)，對計算的結果利用已知前導碼序列延遲相關得到的系數進行濾波處理，并計算出處理后的相位的均值Δω，得到頻率偏移的估計值；根據Δω的值對接收到的延遲L個碼片周期的數據進行旋轉，消除頻率偏移的影響，即對每個數據進行頻率偏移補償計算，再將補償后的數據跟接收到的L個數據所對應的前導碼碼片進行相關計算，對計算結果求出其相位的均值θ，作為初始相位的估計值；在數據解擴周期中，利用已經解擴出來的符號對應的碼片值跟延遲一個符號周期的接收到的數據進行相關計算，并計算其結果的相位均值φ，作為符號的殘余相位誤差。然后根據Δω、θ及φ的結果，計算出接收到的每個數據的相位偏移量Ψ，進行相位補償計算，完成載波相位同步。其中數據相位偏移量的計算方式如下：在相位獲取階段，每個數據的相位偏移量Ψ為相位累加值(每個數據的相位累加計算增量為Δω)與θ的和；在相位跟蹤階段，每個符號的起始數據的相位偏移量Ψ為相位累加值(每個數據的相位累加計算增量為Δω)、θ和φ的和，在一個符號周期內的數據的相位偏移量Ψ等于上一個數據的相位偏移量加上頻率偏移相位遞增量Δω。

(3)技術效果