专利名称：一种soqpsk调制信号同步的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种SOQPSK信号的同步方法和系统。
背景技术：
在深空通信、航空通信、遥感遥测以及卫星通信中，由于对带外功率的限制和放大器效率的要求，越来越多的研究关注于能获取高带宽效率和高功率效率的数字调制方式。连续相位调制(Continue Phase Modulation, CMP)是一种先进的相位调制技术,它具有相位连续的特点，能够提供更高的带宽效率和功率效率。作为CPM调制方式中的一种，成型偏移四相相移键控(Shaped Offset Quadrature Phase-Shift Keying, SOQPSK)调制是在四相相移键控(Quadrature Phase-Shift Keying, QPSK)基础上进行改进而得到的一种新的调制体制。SOQPSK信号在具有恒模特性的同时有具有较低的带外散射，其高效率恒包络的特点，特别适合于衰减大和噪声严重的信道。随后提出的SOQPSK-A调制和SOQPSK-B调制是 经过频域滤波的SOQPSK方案，它们具备更高的带宽效率和更优的误码率性能。由于SOQPSK调制系统的高带宽效率、恒模特性以及对已存在系统的后向兼容性，SOQPSK调制系统在深空通信、航空通信以及卫星通信等应用中得到了广泛的采用。在传统的连续通信系统中，通常使用锁相环反馈方式进行信号同步。采用这种方式达到稳定同步的时间较长，但由于在连续通信系统中信号持续时间长，因此，即使需要较长时间到达稳定同步，也是可以采用采用锁相环反馈方式进行信号同步的。然而，对于时分双工(Time Division Duplexing,TDD)或时分多址(Time Division Multiple Access,TDMA)等突发通信模式的系统来说，使用锁相环反馈方式获得信号稳定同步的时间大大超出了突发通信模式系统所能允许的时间，不能实现SOQPSK信号快速的信号同步。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种SOQPSK调制信号同步的方法和系统。在存在频率误差、随机相位误差及定时误差的情况下，实现突发通信模式下对SOQPSK信号快速的同步操作。为实现上述目的，本发明提供了如下方案一种SOQPSK调制信号同步的发射端处理方法，包括针对待发送的突发信号，生成成型偏移四相相移键控SOQPSK调制信号；所述调制信号中包含有重复性的导频序列信息；所述导频序列信息用于接收端进行频率同步、相位同步和定时同步；将所述SOQPSK调制信号发送到接收端。其中，所述针对待发送的突发信号，生成SOQPSK调制信号包括在待发送的突发信号的每个数据段之前插入导频序列；将所述插入导频序列的突发信号进行SOQPSK调制，生成所述SOQPSK调制信号。其中，所述针对待发送的突发信号，生成SOQPSK调制信号包括
将所述待发送的突发信号的各个数据段进行SOQPSK调制；将导频序列进彳了 SOQPSK调制；在SOQPSK调制后的每个数据段之前插入SOQPSK调制后的导频序列，生成所述SOQPSK调制信号。其中，所述导频序列包括由第一导频序列及第二导频序列级联组成的序列，所述第一导频序列在SOQPSK调制过程中经预编码后的符号序列为全零序列；所述第二导频序列在SOQPSK调制过程中经预编码后的符号序列为全负一序列；其中，第一导频序列及第二导频序列级联组成的序列用于进行频率同步，第一导频序列还用于相位同步，第二导频序列还用于定时同步。其中，所述第一导频序列为由“1010”、“0101”、“1111”或“0000”重复生成的序列， 其序列长度为SOQPSK符号持续时间的整数倍。其中，所述第二导频序列为由“1100”、“ 1001”、“0011”或“0110”重复生成的序列，其序列长度为SOQPSK符号持续时间的整数倍。一种SOQPSK调制信号同步的接收端处理方法，包括接收发射端发送的SOQPSK调制信号，进行帧同步；利用帧同步后所述接收信号中所包含的导频序列信息的重复性，对所述接收信号进行频率同步；通过所述频率同步后的接收信号中所包含的导频序列信息，对频率同步后的接收信号进行相位同步；利用所述相位同步后的接收信号中所包含的导频序列信息，对相位同步后的接收信号进行定时同步。其中，所述导频序列包括由第一导频序列及第二导频序列级联组成的序列，其中，所述第一导频序列在SOQPSK调制过程中经预编码后的符号序列为全零序列；所述第二导频序列在SOQPSK调制过程中经预编码后的符号序列为全负一序列；所述通过所述频率同步后的接收信号中所包含的导频序列信息，对频率同步后的接收信号进行相位同步，具体包括通过所述频率同步后接收信号中所包含的第一导频序列信息，对频率同步后的接收信号进行相位同步；所述利用所述相位同步后接收信号中所包含的导频序列信息，对相位同步后的接收信号进行定时同步，具体包括利用所述相位同步后的接收信号中所包含的第二导频序列信息，对相位同步后的接收信号进行定时同步。一种SOQPSK调制信号同步的发射端处理装置，包括SOQPSK调制模块，用于针对待发送的突发信号，生成SOQPSK调制信号；所述调制信号中包含有重复性的导频序列信息；所述导频序列信息用于接收端进行频率同步、相位同步和定时同步；信号发送模块，用于将SOQPSK调制模块生成的SOQPSK调制信号发送到接收端。其中，所述SOQPSK调制模块具体包括导频序列插入单元，用于在待发送的突发信号的每个数据段之前插入导频序列；
调制单元，用于将插入导频序列后的突发信号进行SOQPSK调制，生成所述SOQPSK调制信号。其中，所述SOQPSK调制模块具体包括突发信号调制单元，用于针对待发送的突发信号的各个数据段进行SOQPSK调制；导频序列调制单兀，用于将导频序列进行SOQPSK调制；调制信号插入单元，用于 在SOQPSK调制后的每个数据段之前插入SOQPSK调制后的导频序列，生成所述SOQPSK调制信号。其中，所述导频序列包括由第一导频序列及第二导频序列级联组成的序列，所述第一导频序列在SOQPSK调制过程中经预编码后的符号序列为全零序列；所述第二导频序列在SOQPSK调制过程中经预编码后的符号序列为全负一序列；其中，第一导频序列及第二导频序列级联组成的序列用于进行频率同步，第一导频序列还用于相位同步，第二导频序列还用于定时同步。其中，所述第一导频序列为由“1010 ”、“0101”、“ 1111”或“0000”重复生成的序列，其序列长度为SOQPSK符号持续时间的整数倍。其中，所述第二导频序列为由“1100”、“ 1001”、“0011”或“0110”重复生成的序列，其序列长度为SOQPSK符号持续时间的整数倍。一种SOQPSK调制信号同步的接收端处理装置，包括接收模块，用于接收发射端发送的SOQPSK调制信号，进行帧同步；频率同步模块，用于利用帧同步后所述接收信号中所包含的导频序列信息的重复性，对所述接收信号进行频率同步；相位同步模块，用于通过所述频率同步后的接收信号中所包含的导频序列信息，对频率同步后的接收信号进行相位同步；定时同步模块，用于利用所述相位同步后的接收信号中所包含的导频序列信息，对相位同步后的接收信号进行定时同步。其中，所述导频序列包括由第一导频序列及第二导频序列级联组成的序列，其中，所述第一导频序列在SOQPSK调制过程中经预编码后的符号序列为全零序列；所述第二导频序列在SOQPSK调制过程中经预编码后的符号序列为全负一序列；所述相位同步模块，具体用于通过所述频率同步后的接收信号中所包含的第一导频序列信息，对频率同步后的接收信号进行相位同步；所述相位同步模块，具体用于利用所述相位同步后的接收信号中所包含的第二导频序列信息，对相位同步后的接收信号进行定时同步。根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果本发明所提供的SOQPSK调制信号的同步方法和系统通过发射端在SOQPSK调制信号突发数据信号中周期性地插入导频序列，使得接收端能够通过导频序列的重复性进行频偏估计，并在此基础上进行频偏纠正。接收端利用频偏纠正后信号中所包含的导频序列进行相位估计，并利用相位估计对信号进行相位补偿。完成相位补偿后，接收端利用导频序列进行定时误差检测，并使用差值算法进行定时误差纠正。通过以上方法，实现在突发通信模式下，SOQPSK调制信号在存在频率误差、随机相位误差及定时误差的情况下，采用前馈方式实现对SOQPSK调制信号进行频率同步、相位同步和定时同步，使得系统达到稳定同步的时间较反馈方式更为迅速。进一步,针对SOQPSK连续相位调制的特点，发射端插入特殊的导频序列由第一导频序列及第二导 频序列级联组成的序列。其中，第一导频序列在SOQPSK调制过程中经预编码后的符号序列为全零序列，接收端在利用第一导频序列进行相位估算的过程中得到相位常数序列，这使得在进行相位估算时能够简化估算公式，获得更准确的相位估计结果，以达到更准确的相位同步。第二导频序列在SOQPSK调制过程中经预编码后的符号序列为全负一序列，进行调制后得到的SOQPSK波形为一余弦波形，因此接收端利用接收到的第二导频序列在进行定时误差检测的过程中，相位轨迹可简化为直线，使得定时误差检测的结果更为准确，进而提高了定时同步的准确性
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是实施例一发射端处理方法的流程示意图；图2是实施例一接收端处理方法的流程示意图；图3是实施例一接收端进行频偏估计的流程示意图；图4是实施例一接收端进行定时误差检测的流程示意图；图5是实施例二发射端处理方法的流程示意图；图6是实施例二发射端插入导频序列后的突发信号帧结构示意图；图7是实施例二接收端处理方法的流程示意图；图8是定时误差为Ts/4时，帧同步序列相关值的仿真图；图9是SOQPSK调制、SOQPSK-A调制和SOQPSK-B调制信号为正弦波时的相位轨迹图；图10是单独进行频率同步的误码率性能仿真图；图11是单独进行相位同步的误码率性能仿真图；图12是定时误差为Ts/4的条件下，进行频率同步、相位同步及定时同步的误码率性能仿真图；图13是定时误差为O Ts/4之间的随机值的条件下，进行频率同步、相位同步及定时同步的误码率性能仿真图；图14是实施例一发射端的装置连接示意图；图15是实施例一接收端的装置连接示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所公开的一种SOQPSK调制信号的同步方法和系统是针对突发通信模式下，实现SOQPSK调制信号的快速的同步操作。发送端将突发信号及用于提供信号同步的信息经过SOQPSK调制后，通过无线信道发送给接收端。由于SOQPSK调制信号在发送、传输、接收的过程中，会受到衰落、噪声、干扰及收发两端的晶振频率不完全相同等因素的影响，因此接收端在接收到SOQPSK调制信号后需要先完成信号同步操作，再进行信号检测等SOQPSK解调操作，以减小解调信号的失真。接收端需要完成的同步操作包括帧同步、频率同步、相位同步及定时同步。帧同步操作的目的是确定接收信号所包含的信息序列的起始位置，并同时完成了针对码元的定时粗同步。定时同步完成针对码元理想采样点位置的调整。对于帧同步操作，常用的方法是发送端通过在一个待发送的突发信号的任意一个数据段中放置特殊码字序列信息，使得接收端能够完成帧同步，并同时完成定时粗同步。用于帧同步的特殊码字序列应该具有尖锐的自相关峰值，并且要求在接收端进行同步识别时出现伪同步的概率尽可能小。常用的帧同步特征码字序列包括m序列和巴克码序列。频率同步则主要估计和补偿由于收发两端晶振频率不一致及多普勒频移带来的频偏，相位同步是消除随机相位带来的影响，对于·恒模调制的SOQPSK调制信号来说，相位同步可看作信道估计的一部分。下面介绍本发明实施例一的实现方式。参见图I所示，实施例一中发射端的处理方法如下SlOl针对待发送的突发信号，生成SOQPSK调制信号；所述调制信号中包含有重复性的导频序列信息；所述导频序列信息用于接收端进行频率同步、相位同步和定时同步。在突发通信模式中，突发(Burst)信号由多个数据段(Data)组成和一个保护间隔组成，每个数据段长度为整数个Ts，其中，Ts为一个SOQPSK符号持续时间。数据段的个数及具体长度根据具体需要由系统设计决定。为使用导频序列进行前馈方式的信号同步，发射端需要在待发送突发信号的每个数据段之前插入导频序列，以便接收端能够通过接收信号中所包含的导频序列信息进行前馈式信号同步。由于导频序列被插入到突发信号的每个数据段之前，因此在一个突发信号中包含重复性的导频序列。发射端插入的导频序列用于接收端完成频率同步、相位同步和定时同步。发射端将插入导频序列后的突发信号进行SOQPSK调制，生成SOQPSK调制信号。发射端对包含有导频序列的突发信号进行SOQPSK调制可以采用CPM信号生成方
式，其复基带信号表达式为
KO = ^exp{Αφ( ,α) + φ0]}，nTs<t<(n + \)Ts(I)其中，Es和Ts分别代表一个符号的能量和持续时间，Φ。为初始相位，Φ (t，α )代表相位调制过程，其表达式如下φ{ ,α) = 2π^α^( - Τ,)(2)
i<n(2)式中a i为取值为-1、0及-I的三元码序列α =(…，α _2，α _17 α。，Ct1,α 2，…)，a i是由1、0组成的二元序列(原始数据序列或包含导频、数据的信息序列)a =(···, a_2, a_1； a0, a1； a2, ···)经过预编码之后得到。预编码公式表达如下
OC1 = (―I广 “2)(3)这里的α是一个三元数据(0，±1)序列，而CIi = ±1代表了相位改变土 JI/2，而O代表相位恒定不变，而且在+1和-I之间相互转换时，中间必须存在O符号，这使得SOQPSK的带宽效率有了很大提升。对于SOQPSK调制，(2)式中调制指数h = 1/2。Tb为一个码元间隔，Tb = Ts/2。q(t)为归一化相位平滑响应函数。以上的实现方式是先将导频序列插入到未调制的突发信号中，再将导频序列及未调制的突发信号一并进行SOQPSK调制后进行发送。另一种实现方式是对待发送的突发信号和导频序列分别进行SOQPSK调制后，在SOQPSK调制后的每个数据段之前插入SOQPSK调制后的导频序列，生成SOQPSK调制信号，其中，待发送的突发信号中所包含的一个数据段是用于放置特殊码字序列的数据段，该特殊码字序列用于完成帧同步。具体实现中，特殊码字序列可以选用m序列或巴克码序列。 S102将SOQPSK调制信号发送到接收端。发射端将SOQPSK调制信号发送到接收端。发射端发送的SOQPSK调制信号经过加性高斯白噪声(Additive White Gaussion Noise, AffGN)信道之后，其表达式为r [t) =+ Θ + φ{ + ω{ )(4)其中ω (t)表示零均值、功率谱密度为Ntl的加性复高斯白噪声；Λ f表示由收发端本振的偏差和多普勒频移带来的频偏误差；Θ表示载波的随机相位；τ表示定时误差。Es和Ts表不的含义与(I)式相同。接收端在接收到信号后进行同步操作，其主要的目的是完成频率同步、相位同步及定时同步，具体包括对接收信号进行频偏估计、随机相位估计及定时误差检测，即计算(4)中的Af、θ、τ参数，并在计算结果的基础上进行对应的频偏纠正、相位补偿及定时纠正，通过上述同步操作以减小收发端同步不理想及信道噪声、干扰等因素对接收性能的影响。参见图2所示，以下介绍实施例一中接收端的处理方法S201接收发射端发送的SOQPSK调制信号，进行帧同步。接收端接收发射端发送的携带有特殊码字序列信息的SOQPSK调制信号后，利用接收信号中所包含的特殊码字序列信息与本地特殊码字序列的SOQPSK调制信号进行滑动相关，确定接收信号所包含的信息序列的起始位置，即完成帧同步操作。接收端进行帧同步操作的具体实现方式如下以r(k)表示接收端接收到的SOQPSK调制信号，s(k)为长度为L2的本地特殊码字序列经SOQPSK调制后的信号，对两个信号进行滑动相关，搜索最大相关峰，当找到最大相关峰时其所在的位置就可以确定信息序列的起始位置。在进行帧同步的同时，也完成了符号定时的粗同步，例如在2倍符号速率采样时，最大采样误差为Ts/4 ;在单倍符号速率采样时，最大采样误差为Ts/2。S202利用帧同步后接收信号中所包含的导频序列信息的重复性，对所述接收的信号进行频率同步。接收端在确定接收信号所包含的信息序列的起始位置后，便可以获得接收信号中所包含的导频序列信息，利用导频序列的重复性，对接收到的信号进行频偏估计和频偏纠正，即完成频率同步。频偏估计操作的流程示意图如图3所示。导频序列的长度为LTS，相邻两个导频序列之间的间隔为DTs，将这两个导频序列延时相乘之后，进行累加得到Z
权利要求
1.一种SOQPSK调制信号同步的发射端处理方法，其特征在于，包括 针对待发送的突发信号，生成成型偏移四相相移键控SOQPSK调制信号；所述调制信号中包含有重复性的导频序列信息；所述导频序列信息用于接收端进行频率同步、相位同步和定时同步； 将所述SOQPSK调制信号发送到接收端。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述针对待发送的突发信号，生成SOQPSK调制信号包括 在待发送的突发信号的每个数据段之前插入导频序列； 将所述插入导频序列的突发信号进行SOQPSK调制，生成所述SOQPSK调制信号。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述针对待发送的突发信号，生成SOQPSK调制信号包括 将所述待发送的突发信号的各个数据段进行SOQPSK调制； 将导频序列进行SOQPSK调制； 在SOQPSK调制后的每个数据段之前插入SOQPSK调制后的导频序列，生成所述SOQPSK调制信号。
4.根据权利要求I至3任一项所述的方法，其特征在于，所述导频序列包括由第一导频序列及第二导频序列级联组成的序列，所述第一导频序列在SOQPSK调制过程中经预编码后的符号序列为全零序列；所述第二导频序列在SOQPSK调制过程中经预编码后的符号序列为全负一序列；其中，第一导频序列及第二导频序列级联组成的序列用于进行频率同步，第一导频序列还用于相位同步，第二导频序列还用于定时同步。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一导频序列为由“1010”、“0101”、“ 1111”或“0000”重复生成的序列，其序列长度为SOQPSK符号持续时间的整数倍。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二导频序列为由“1100”、“ 1001”、“ 0011”或“ 0110 ”重复生成的序列，其序列长度为SOQPSK符号持续时间的整数倍。
7.—种SOQPSK调制信号同步的接收端处理方法，其特征在于，包括 接收发射端发送的SOQPSK调制信号，进行帧同步； 利用帧同步后所述接收信号中所包含的导频序列信息的重复性，对所述接收信号进行频率同步； 通过所述频率同步后的接收信号中所包含的导频序列信息，对频率同步后的接收信号进行相位同步； 利用所述相位同步后的接收信号中所包含的导频序列信息，对相位同步后的接收信号进行定时同步。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述导频序列包括由第一导频序列及第二导频序列级联组成的序列，其中，所述第一导频序列在SOQPSK调制过程中经预编码后的符号序列为全零序列；所述第二导频序列在SOQPSK调制过程中经预编码后的符号序列为全负一序列； 所述通过所述频率同步后的接收信号中所包含的导频序列信息，对频率同步后的接收信号进行相位同步，具体包括 通过所述频率同步后接收信号中所包含的第一导频序列信息，对频率同步后的接收信号进行相位同步； 所述利用所述相位同步后接收信号中所包含的导频序列信息，对相位同步后的接收信号进行定时同步，具体包括 利用所述相位同步后的接收信号中所包含的第二导频序列信息，对相位同步后的接收信号进行定时同步。
9.一种SOQPSK调制信号同步的发射端处理装置，其特征在于，包括 SOQPSK调制模块，用于针对待发送的突发信号，生成SOQPSK调制信号；所述调制信号中包含有重复性的导频序列信息；所述导频序列信息用于接收端进行频率同步、相位同步和定时同步； 信号发送模块，用于将SOQPSK调制模块生成的SOQPSK调制信号发送到接收端。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述SOQPSK调制模块具体包括 导频序列插入单元，用于在待发送的突发信号的每个数据段之前插入导频序列； 调制单元，用于将插入导频序列后的突发信号进行SOQPSK调制，生成所述SOQPSK调制信号。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述SOQPSK调制模块具体包括 突发信号调制单元，用于针对待发送的突发信号的各个数据段进行SOQPSK调制； 导频序列调制单元，用于将导频序列进行SOQPSK调制； 调制信号插入单元，用于在SOQPSK调制后的每个数据段之前插入SOQPSK调制后的导频序列，生成所述SOQPSK调制信号。
12.根据权利要求9至11任一项所述的装置，其特征在于，所述导频序列包括由第一导频序列及第二导频序列级联组成的序列，所述第一导频序列在SOQPSK调制过程中经预编码后的符号序列为全零序列；所述第二导频序列在SOQPSK调制过程中经预编码后的符号序列为全负一序列；其中，第一导频序列及第二导频序列级联组成的序列用于进行频率同步，第一导频序列还用于相位同步，第二导频序列还用于定时同步。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一导频序列为由“1010”、“ OIO I”、“ 1111”或“ 0000 ”重复生成的序列，其序列长度为SOQPSK符号持续时间的整数倍。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第二导频序列为由“1100”、“ 1001”、“ 0011”或“ 0110 ”重复生成的序列，其序列长度为SOQPSK符号持续时间的整数倍。
15.—种SOQPSK调制信号同步的接收端处理装置，其特征在于，包括 接收模块，用于接收发射端发送的SOQPSK调制信号，进行帧同步； 频率同步模块，用于利用帧同步后所述接收信号中所包含的导频序列信息的重复性，对所述接收信号进行频率同步； 相位同步模块，用于通过所述频率同步后的接收信号中所包含的导频序列信息，对频率同步后的接收信号进行相位同步； 定时同步模块，用于利用所述相位同步后的接收信号中所包含的导频序列信息，对相位同步后的接收信号进行定时同步。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述导频序列包括由第一导频序列及第二导频序列级联组成的序列，其中，所述第一导频序列在SOQPSK调制过程中经预编码后的符号序列为全零序列；所述第二导频序列在SOQPSK调制过程中经预编码后的符号序列为全负一序列； 所述相位同步模块，具体用于通过所述频率同步后的接收信号中所包含的第一导频序列信息，对频率同步后的接收信号进行相位同步； 所述相位同步模块，具体用于利用所述相位同步后的接收信号中所包含的第二导频序列信息，对相位同步后的接收信号进行定时同步。·
全文摘要
本发明公开了一种SOQPSK调制信号同步的方法及系统。本发明提供的方法包括发射端处理方法及接收端处理方法，其中发射端处理方法包括针对待发送的突发信号，生成包含有导频序列信息的SOQPSK调制信号；该导频序列信息用于接收端进行频率同步、相位同步和定时同步；将SOQPSK调制信号发送到接收端。接收端处理方法包括接收SOQPSK调制信号，进行帧同步；利用接收信号中所包含的导频序列信息，对接收信号进行频率同步、相位同步及定时同步。本发明提供的SOQPSK调制信号同步的系统包括发射端装置及接收端装置。通过本发明通过的方案，在突发通信模式下，采用前馈方式实现了SOQPSK调制信号的频率同步、相位同步和定时同步，使得系统达到稳定同步的时间更为迅速。
文档编号H04L27/38GK102957655SQ20111025477
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者杨 远, 曹宴波, 乔元新 申请人:大唐联诚信息系统技术有限公司