[發(fā)明專利]基于多符號(hào)檢測(cè)的PCM/FM信號(hào)早遲環(huán)頻率同步方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010660213.2
• 申請(qǐng)日: 2020-07-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111865850B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝順欽;陳大海;李湘魯;周錁;黃治江;范靖;代濤;馬國(guó)寧;張金榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號(hào): H04L27/00
• 分類號(hào): H04L27/00
• 代理公司: 成都天嘉專利事務(wù)所(普通合伙) 51211
• 代理人: 康拯通

本發(fā)明屬于寬帶信號(hào)采樣技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多符號(hào)檢測(cè)的PCM/FM信號(hào)早遲環(huán)頻率同步方法，利用多符號(hào)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)頻率誤差估計(jì)，采用加入環(huán)路濾波器的早遲環(huán)載波同步結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了大動(dòng)態(tài)PCM/FM信號(hào)載波頻率的快速捕獲與高精度跟蹤的PCM/FM信號(hào)早遲環(huán)頻率同步方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多符號(hào)檢測(cè)的PCM/FM信號(hào)早遲環(huán)頻率同步方法。

背景技術(shù)

在大動(dòng)態(tài)的無(wú)線通信場(chǎng)景中，接收的PCM/FM信號(hào)存在較大的多普勒頻偏，并存在一階和二階多普勒變化率，表現(xiàn)出大動(dòng)態(tài)特性。過(guò)大的多普勒頻偏會(huì)影響遙測(cè)信號(hào)的解調(diào)性能，因此接收端通常需要對(duì)多普勒頻率進(jìn)行估計(jì)，完成載波頻率的捕獲與跟蹤，再進(jìn)行后續(xù)的信號(hào)解調(diào)。

現(xiàn)有的PCM/FM遙測(cè)信號(hào)的載波頻率同步通常使用基于功率譜特征的估計(jì)方法，如基于功率譜最值法、功率譜中值法，以及功率譜重心法。前兩種算法在對(duì)信號(hào)作FFT后，通過(guò)求功率譜最大幅值對(duì)應(yīng)的頻率，或估計(jì)功率譜在信號(hào)帶寬內(nèi)的中心頻率，完成對(duì)載波頻率的估計(jì)，但由于功率譜幅度的最大值和中心頻率的估計(jì)受噪聲的影響很大，導(dǎo)致這兩種方法的估計(jì)精度較差。尤其是當(dāng)信噪比較低時(shí)，該方法難以實(shí)現(xiàn)高性能的載波同步；第三種算法，功率譜重心法利用信號(hào)功率譜的對(duì)稱性，實(shí)現(xiàn)載波頻率的估計(jì)。當(dāng)發(fā)射端的調(diào)制碼元“0”和“1”保持相對(duì)均衡的數(shù)量時(shí)，PCM/FM信號(hào)功率譜的重心始終處于載波頻率處，此時(shí)該算法可以實(shí)現(xiàn)較高精度的載波頻率同步。此外，由于利用的功率譜信息增多，使得該算法的抗噪聲性能相比前兩種算法有很大的提升，但遺憾的是，在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于大多數(shù)PCM/FM發(fā)射機(jī)，由于數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的非隨機(jī)性，發(fā)射機(jī)的調(diào)制碼元“0”和“1”的數(shù)量并不均衡，從而使信號(hào)功率譜的重心并不始終處于載波頻率處，這會(huì)導(dǎo)致該同步方法產(chǎn)生估計(jì)偏差，因此，基于功率譜特征的幾種載波頻率估計(jì)方法在實(shí)際應(yīng)用中都存在一定的局限性。

除了基于頻域特征的估計(jì)方法外，PCM/FM信號(hào)的載波頻率同步還有基于鑒頻解調(diào)結(jié)果的估計(jì)方法，如公開(kāi)號(hào)為CN104486288A，公開(kāi)時(shí)間為2015年4月1日，名稱為“一種適用于PCM/FM遙測(cè)接收機(jī)的載波頻偏抑制方法”的中國(guó)發(fā)明專利文獻(xiàn)，公開(kāi)了一種適用于PCM/FM遙測(cè)接收機(jī)的載波頻偏抑制方法，利用成型后碼元的統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)，通過(guò)鑒頻后的信號(hào)進(jìn)行直方圖估計(jì)，實(shí)現(xiàn)正負(fù)碼元對(duì)應(yīng)的調(diào)制頻率估計(jì)，進(jìn)而對(duì)其取平均得到載波頻偏的估計(jì)值，將鑒頻后的信號(hào)減去該載波頻偏估計(jì)值從而達(dá)到抑制載波頻偏的效果，且受噪聲影響較小，可適用于大頻偏及正負(fù)碼元數(shù)目不等情況，計(jì)算量小，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，易于實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，該方法通過(guò)在一段時(shí)間內(nèi)統(tǒng)計(jì)判決得到的“0”和“1”的數(shù)量，估計(jì)調(diào)制碼元“0”和碼元“1”對(duì)應(yīng)的載波頻率位置f₀和f₁，并通過(guò)尋找f₀和f₁的中點(diǎn)來(lái)獲取載波頻率的估計(jì)值，這種方法解決了發(fā)射機(jī)調(diào)制碼元“0”和“1”不均衡的問(wèn)題；但是這種面向判決的估計(jì)精度取決于判決結(jié)果的準(zhǔn)確性，由于PCM/FM信號(hào)的鑒頻解調(diào)在低信噪比下的判決結(jié)果可靠性較低，從而會(huì)影響低信噪比下的頻率估計(jì)精度。此外，在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，PCM/FM信號(hào)經(jīng)過(guò)實(shí)際射頻信道及無(wú)線信道后，由于幅頻響應(yīng)或?yàn)V波器設(shè)計(jì)等原因，很難保證正負(fù)碼元對(duì)應(yīng)的鑒頻結(jié)果的幅度相當(dāng)，從而導(dǎo)致采用該方法進(jìn)行載波頻率同步會(huì)存在一定的殘留頻偏。

基于早遲門的載波頻率同步是最經(jīng)典的信號(hào)同步結(jié)構(gòu)，很多調(diào)制體制的信號(hào)同步都可以采用早遲門的思路來(lái)實(shí)現(xiàn)載波頻率同步。傳統(tǒng)的早遲門同步將超前和滯后支路輸出的結(jié)果作差，通過(guò)判斷該差值的極性，選擇朝正向或負(fù)向調(diào)整頻率的步進(jìn)，迭代完成載波頻率估計(jì)，但這種步進(jìn)通常決定了頻率調(diào)整的速度和反饋環(huán)路的估計(jì)精度——較大的步進(jìn)可以實(shí)現(xiàn)較快的頻偏捕獲，但是不利于載波的精細(xì)跟蹤；較小的步進(jìn)可以實(shí)現(xiàn)較高精度的載波頻率跟蹤，但是會(huì)使得前期的捕獲過(guò)程過(guò)于漫長(zhǎng)。

而采用“先大后小”的變步長(zhǎng)處理是早遲門解決捕獲速度和跟蹤精度的一種思路，但是這增加了環(huán)路控制的復(fù)雜性，尤其是當(dāng)信號(hào)中斷需要快速重捕時(shí)，載波同步的控制將會(huì)變得復(fù)雜，甚至有可能重補(bǔ)失敗。