Cpfsk信号载波跟踪精度的提高方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无线通信领域的载波跟踪技术，尤其涉及一种宽带数字接收机 中，提高连续相位频移键控（ContinuousPhraseFrequencyShiftKey,CPFSK)信号载波 跟踪精度的方法。
【背景技术】
[0002] 连续相位频移键控CPFSK属于连续相位调制（CPM)的特例，具有频带利用率高、带 外衰减快、包络恒定等特点，在现代通信中得到了非常广泛的应用。传统的CPM信号通常采 用差分鉴频的方式进行解调，虽然这种方式结构简单，且对因多径衰落造成的幅度和相位 方面的失真有较强的抗干扰能力。但该方式存在较大的"门限效应"，解调性能较差。
[0003] 随着CPFSK调制数据传输速率和作用距离的不断提高，为了提升解调性能， WilliamP.Osborne等针对CPFSK信号的解调提出了MSD技术。当接收到一个符号时，并不 立即进行判决，而是在多个符号长度内将接收到的信号波形与本地存储的波形进行相关运 算，以此来判决符号。美国在靶场先进遥测计划中将MSD技术和Turbo乘积码（TPC)技术 相结合，增强遥测系统的性能。理论上，采用这两项技术的遥测系统在误码率为10 7的条件 下，相比原系统可以获得近9dB的信道增益。在采用MSD技术对CPFSK信号进行解调的系 统中，当归一化的频偏达到5%时，性能将损失约3. 6dB;当归一化的频偏达到7%时，性能 将损失约7. 5dB。由此可见，在进行解调处理之前，对载波进行精确跟踪是非常有必要的。
[0004] 现有方法常常采用由鉴频器、环路滤波器和载波NC0等模块组成的锁频环来进行 载波频率跟踪。锁频环结构简单，复杂度低，可以实现频率的实时估计。但是，该方法用于 对CPFSK信号进行载波跟踪时，对数据源的'Γ，' 0'等概特性有严格要求；并且在低信噪比 下跟踪误差较大。王西夺等人提出了一种把译码与跟踪结合起来进行载波跟踪的方法。该 方法采用MSD与TPC组合，能够在低信噪比下获得多普勒的精确估计。但是，由于MSD+TPC 组合延时较大，该方法不能对多普勒进行实时估计，环路稳定性差，跟踪精度不能满足MSD 解调要求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对现有的CPFSK信号载波跟踪方法存在的不足之处，提供一种 提高CPFSK信号载波跟踪精度的方法，保证载波跟踪环路的稳定性及低信噪比下的跟踪精 度。
[0006] 本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种CPFSK信号载波跟踪精度的提 高方法，其结构包括：下变频器1、重采样单元2、鉴频支路3、MSD判决反馈支路4、MSD+TPC 判决反馈支路5、多普勒分析器6、环路滤波器7和载波NC08,其特征在于：数字中频信号经 过下变频器1处理后送入重采样单元2,重采样单元2对接收的CPFSK信号进行任意比降 采样，把采样速率降低为符号速率的整数倍；鉴频支路3利用鉴频器对降采样后的CPFSK信 号进行频率检测，得到包含多普勒频移的CPFSK信号频率值;MSD判决反馈支路4先后利用 MSD单元和CPFSK调制单元，对降采样后的CPFSK信号进行判决和再调制，再利用去调制单 元以再调制信号的共辄信号与经过延时后的CPFSK信号相乘，得到仅反映多普勒频移的单 频信号；MSD+TPC判决反馈支路5先后利用MSD单元、TPC译码单元、TPC编码单元和CPFSK 调制单元对降采样后的CPFSK信号进行判决、译码、再编码和再调制，再利用去调制单元以 再调制信号的共辄信号与经过延时后的CPFSK信号相乘，得到仅反映多普勒频移的单频信 号；多普勒分析器6对上述三个支路提取的多普勒信息进行分析，得到多普勒估计值；环路 滤波器7对多普勒估计值进行滤波；载波NC08根据滤波后的多普勒估计值，调整本地载波 的频率和相位；下变频器1利用载波NC08产生的本地载波对中频接收信号进行数字下变 频，实现环路对载波的精确跟踪。
[0007] 本发明相比于现有技术具有以下有益效果：
[0008] 本发明利用鉴频支路、MSD判决反馈支路以及MSD+TPC判决反馈支路同时对信号 中存在的多普勒频移进行检测，对数据源的'Γ，' 〇'等概特性没有依赖性，能够对动态多普 勒进行实时估计，并且可针对不同应用场景，最大限度减小多普勒的估计误差，在低信噪比 下保证载波精确跟踪。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明CPFSK信号载波跟踪精度的提高方法原理示意图。
[0010] 图2是图1中的重采样单元的原理示意图。
[0011] 图3是图1中的鉴频支路的原理示意图。
[0012] 图4是图1中的MSD判决反馈支路的原理示意图。
[0013] 图5是图1中的MSD+TPC判决反馈支路的原理示意图。
[0014] 图6是图1中的多普勒分析器的原理示意图。
[0015] 图中：1下变频器、2重采样单元、3鉴频支路、4MSD判决反馈支路、5MSD+TPC判决 反馈支路、6多普勒分析器、7环路滤波器、8载波NC0。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图和实施例对发明进一步说明。
[0017] 参阅图1。采用CPFSK信号载波跟踪精度的提高方法的CPFSK信号接收机系统包 括：下变频器1、重采样单元2、鉴频支路3、MSD判决反馈支路4、MSD+TPC判决反馈支路5、 多普勒分析器6、环路滤波器7和载波NC08等。其中，数字中频信号经过下变频器1处理 后送入重采样单元2,重采样单元2对接收的CPFSK信号进行任意比降采样，把采样速率降 低为符号速率的整数倍；鉴频支路3、MSD判决反馈支路4和MSD+TPC判决反馈支路5同时 对降采样后的CPFSK信号进行多普勒信息提取；多普勒分析器6对上述三个支路提取的多 普勒信息进行分析，得到多普勒估计值；环路滤波器7对多普勒估计值进行滤波；载波NC08 根据滤波后的多普勒估计值，调整本地载波的频率和相位；下变频器1利用载波NC08产生 的本地载波对中频接收信号进行数字下变频，实现环路对载波的精确跟踪。
[0018] 根据本发明，CPFSK信号载波跟踪精度的提高方法，具体步骤包括：
[0019] 1.任意比降采样：参阅图2,重采样单元以CPFSK信号作为输入，首先利用累加器 对输入进行累加，然后在使能信号有效时对累加结果进行采样得到输出信号，同时对累加 器清零，接着循环这个过程，完成对输入信号的任意比降采样操作。重采样单元把CPFSK信 号的采样速率降低为符号速率的D倍，此时的符号ak对应CPFSK信号s(η)表示为：
[0020]
[0021] 式中，
>。表示调制信号的初始相位，h表示调制指数，fd表示多普勒频 移，札表示符号速率。
[0022] 2.多普勒信息提取：鉴频支路、MSD判决反馈支路以及MSD+TPC判决反馈支路同时 对经过降采样处理后的CPFSK信号进行多普勒信息提取，三个支路对多普勒的估计值分别 用fdl，fd2和f&表示。
[0023] 参阅图3,鉴频支路包括顺次串联的低通滤波器、下采样器和鉴频器，其中，鉴频器 对CPFSK信号进行频率检测，获得频率值fdls，由CPFSK信号本身的频率和信号中存在的多 普勒频移两部分组成。不同符号对应的频率值fdls取值不同，频率值fdls表示为：
[0024]
[0025] 式中的ak表示频率值fdls对应的符号。
[0026] 参阅图4。MSD判决反馈支路利用MSD单元对CPFSK信号s(η)进行判决，得到符 号4，再通过CPFSK调制单元对判决结果进行再调制，输出调制信号s' (η):
[0027]
[0028] 式中，为再调制信号的初始相位；去调制单元以再调制信号s' (η)的共辄信 号作为反馈信号sra(n):
[0029]
[0030] 接着对CPFSK信号做延时操作，使一个符号ak对应的延迟信号与该符号ak对应的 反馈信号对齐，即s(η)与(η)对齐；然后两信号相乘，得到单频信号scd2 (η)，其频率等于 接收信号中存在的多普勒频移值：
[0031]
[0032] 参阅图5,MSD+TPC判决反馈支路利用MSD单元和TPC译码单元对CPFSK信号进行 解调和译码，再利用TPC编码单元和CPFSK调制单元对译码结果进行再编码和再调制。去 调制单元以再调制信号的共辄信号作为反馈信号，与经过延迟后的CPFSK信号相乘，得到 单频信号scd3(η)，单频信号scd3(η)的频率等于接收信号中存在的多普勒频移值：
[0033]
[0034] 3.多普勒分析：参阅图6,多普勒分析器对鉴频支路、MSD判决反馈支路和MSD+TPC 判决反馈支路提取的多普勒信息进行分析，首先，利用单频信号scd2(η)和单频信