高动态信号载波相位同步方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种高动态信号载波相位同步方法及系统，其中方法包括以下步骤：获取高动态输入信号的当前数据帧中的当前符号；根据补偿相位对所述当前符号进行相位补偿处理，并输出所述当前符号对应的相位同步符号；对所述相位同步符号依次进行共轭去调制处理和相位鉴别处理，得到所述当前符号对应的鉴别相位；对所述鉴别相位进行滤波处理，得到滤波处理后的相位，并根据所述滤波处理后的相位更新所述补偿相位。上述方法及系统实现简单，能在低信噪比的情况下，实现高动态信号相位的准确追踪，且跟踪性能稳定，同时对于突发、连续模式下的载波相位恢复均适用。
【专利说明】
高动态信号载波相位同步方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种高动态信号载波相位同步方法及系 统。
【背景技术】
[0002] 机载卫星通信终端在移动中进行数据传输，由于机载终端、卫星、地面站之间相对 移动速率，会产生较大的多普勒频移，这种多普勒频移就会导致接收端存在较大的频率偏 差和频率加速度。这种接收频率的漂移会带来接收端误码率性能恶化。
[0003] 数字通信中，解决接收频率存在较大的频率偏差和频率加速度的方法称为载波同 步。载波同步分为载波频率恢复和载波相位恢复，载波频率恢复有时域算法Kay、Fitz等以 及频率算法二次插值FFT、最小二乘拟合FFT等，这些算法均可以在较低信噪比下接近修正 的克拉美罗(劳)界(Modified Cramer-Rao Bound,MCRB)。载波相位恢复一般采用相位取平 均、相位线性插值以及Coatas锁相环等通用算法。
[0004]针对机载卫星通信中，尤其是突发通信中，一帧数据结构中导频和数据分开，数据 中没有插入导频，在存在较大的频率偏差和加速度时，相位会发生快速的翻转，导致解调误 码率恶化，而没有数据辅助情况下，相位的跟踪成为难点。现有的算法可以采用导频做频率 和相位估计，而数据部分相位跟踪存在去调制的问题，在卫星通信这样的低信噪比情况下， 采用现有的盲的相位估计算法无法满足实际应用要求。
【发明内容】
[0005] 基于此，有必要针对现有技术中载波相位同步无法满足高动态信号实际应用要求 的问题，提供一种高动态信号载波相位同步方法及系统。
[0006] 为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案：
[0007] -种高动态信号载波相位同步方法，所述方法包括以下步骤：
[0008] 获取高动态输入信号的当前数据帧中的当前符号；
[0009] 根据补偿相位对所述当前符号进行相位补偿处理，并输出所述当前符号对应的相 位同步符号；
[0010] 对所述相位同步符号依次进行共辄去调制处理和相位鉴别处理，得到所述当前符 号对应的鉴别相位；
[0011] 对所述鉴别相位进行滤波处理，得到滤波处理后的相位，并根据所述滤波处理后 的相位更新所述补偿相位。
[0012] 相应地，本发明还提出一种高动态信号载波相位同步系统，所述系统包括：
[0013] 获取单元，用于获取高动态输入信号的当前数据帧中的当前符号；
[0014] 符号处理单元，用于根据补偿相位对所述当前符号进行相位补偿处理，并输出所 述当前符号对应的相位同步符号，以及对所述相位同步符号依次进行共辄去调制处理和相 位鉴别处理，得到所述当前符号对应的鉴别相位；
[0015] 滤波单元，用于对所述鉴别相位进行滤波处理，得到滤波处理后的相位；
[0016] 更新单元，用于根据所述滤波处理后的相位更新所述补偿相位。
[0017] 上述高动态信号载波相位同步方法及系统根据补偿相位对当前数据帧中当前符 号的相位补偿处理，得到当前符号对应的相位同步符号，再对该相位同步符号依次进行共 辄去调制处理和相位鉴别处理，得到当前符号对应的鉴别相位，对鉴别相位再进行滤波处 理，并根据滤波处理后的相位对补偿相位进行更新，而更新后的补偿相位将用于对当前符 号的相邻下一符号的相位补偿处理，得到相邻下一符号对应的相位同步符号，因此当对高 动态输入信号的全部数据帧中的所有符号均进行相位补偿处理后，即得到各个符号对应的 相位同步符号后，实现了高动态信号的载波相位同步。上述高动态信号载波相位同步方法 及系统实现简单，能在低信噪比的情况下，实现高动态信号相位的准确追踪，从而避免了误 码性能恶化的现象发生，尤其是在数据帧中无导频插入的情况下，仍然能够通过环路滤波 实现对高动态信号的跟踪，且跟踪性能稳定，解决了多普勒加速度过大而导致相位同步失 步的问题，同时上述高动态信号载波相位同步方法及系统可以灵活应用于突发、连续模式 下的载波相位恢复。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明其中一个实施例中高动态信号载波相位同步方法的流程示意图；
[0019] 图2为本发明中二阶环路滤波器的实现框图；
[0020] 图3为本发明其中一个实施例中高动态信号载波相位同步系统的结构示意图；
[0021 ]图4为本发明其中一个实施例中通信系统结构示意图；
[0022]图5为数据帧的帧结构示意图；
[0023]图6为盲的相位估计算法和本发明高动态信号载波相位同步方法的误码性能曲线 图。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
[0025] 在其中一个实施例中，参见图1所示，一种高动态信号载波相位同步方法，该方法 包括以下步骤：
[0026] SlOO获取高动态输入信号的当前数据帧中的当前符号；
[0027] S200根据补偿相位对所述当前符号进行相位补偿处理，并输出所述当前符号对应 的相位同步符号；
[0028] S300对所述相位同步符号依次进行共辄去调制处理和相位鉴别处理，得到所述当 前符号对应的鉴别相位；
[0029] S400对所述鉴别相位进行滤波处理，得到滤波处理后的相位，并根据所述滤波处 理后的相位更新所述补偿相位。
[0030] 下面对本实施例中的各个步骤分别进行详细的阐述：
[0031] 在步骤SlOO中，获取高动态输入信号的当前数据帧中的当前符号。信号是信息的 载体，自然界里，信号形式多种多样，普遍存在的一种信号模型是高动态信号，该信号是宽 带信号在自然界里普遍存在的一种信号形式，广泛的应用于通信、生物医学、雷达等各种领 域中。
[0032]在步骤S200中，根据补偿相位对当前符号进行相位补偿处理，并输出当前符号对 应的相位同步符号。下面以高动态输入信号的当前数据帧的一帧数据为例，对步骤S200进 行具体地说明：
[0033] (a)根据补偿相位对当前符号进行相位补偿处理，其处理方法如下：
[0034] Zk = Yke^j0,k = 1, ,N
[0035] 其中，yk为待补偿的输入信号中的第k个符号，zk为相位补偿处理后输出信号中的 第k个符号即得到的对应的相位同步符号，Θ为补偿相位，N为一帧数据的长度即数据帧中符 号的总数。特别地，当k = 1时，Θ为初始相位。
[0036] 在步骤300中，对步骤S200得到的相位同步符号依次进行共辄去调制处理和相位 鉴别处理，得到当前符号对应的鉴别相位，处理方法如下：
[0037] (b)对得到的相位同步符号进行共辄去调制处理，其处理方法如下：
[0038]
[0039]
[0040] 其中，dk为共辄去调制后的输出信号中的第k个符号，imx为M个调制星座点与输入 信号共辄相乘取对应实部最大的值的系数。S为调制信号映射后的值，例如对于BPSK调制，S = [-1，1]，Μ=2;对于 QPSK调制，S = [ 1+j，I - j，-1+j，-I - j ]，M=4。
[0041] (c)对共辄去调制处理后的相位同步符号进行相位鉴别处理，得到鉴别相位，其处 理方法如下：
[0042] 9k = angle(dk)
[0043] 其中，0k为鉴别相位，angle为取dk的角度函数。
[0044] 经过上述步骤(a)~(c)处理后，得到当前符号对应的鉴别相位。
[0045] 在步骤S400中，对步骤S300得到的鉴别相位进行滤波处理，得到滤波处理后的相 位，并根据滤波处理后的相位更新补偿相位。在本步骤中，根据步骤S300中滤波处理后的相 位更新补偿相位，当获取到当前数据帧中的当前符号的相邻一下符号时，可以根据更新后 的补偿相位对相邻下一符号进行相位补偿处理，此处相位补偿处理的具体实现方法可参见 于步骤S200中的步骤(a)所给出的相位补偿处理方法，根据更新后的补偿相位对相邻下一 符号进行相位补偿处理后，即得到相邻一下符号对应的相位同步符号，因此当对高动态输 入信号的全部数据帧中的所有符号均进行相位补偿处理后，即实现了高动态信号的载波相 位同步。
[0046]作为一种具体的实施方式，对鉴别相位进行滤波处理的过程包括:将鉴别相位输 入至二阶环路滤波器，该二阶环路滤波器对鉴别相位进行滤波处理并输出滤波处理后的相 位，本实施方式利用二阶环路滤波器对鉴别相位进行滤波处理，避免一阶环路滤波器无法 满足高动态信号载波相位同步需求的问题的同时，也避免了由于环路滤波器阶数的增加而 带来的复杂度和计算量的增加，本实施方式中的二阶环路滤波器不仅能够较好地满足对鉴 别相位的滤波需求，而且其结构简单，容易实现，同时考虑到高动态信号载波相位同步时的 硬件条件和性能要求等，二阶环路滤波器更加适用于本实施例所提出的高动态信号载波相 位同步方法。针对二阶环路滤波器而言，参见图2所示的二阶环路滤波器的实现框图，其滤 波方法如下：
[0047]
[0048]
[0049]
[0050]
[00511 其中，routl为一阶环路滤波输出，rout2为二阶环路滤波输出，Srout为环路滤波 一阶、二阶累加输出，么为环路滤波器最后的相位输出即滤波处理后的相位，cjPc2为环路 滤波器的系数。
[0052]对于二阶环路滤波器，其系数(^和(32的设置方法有多种，作为其中一种具体的实施 方式，可以根据阻尼系数、当前数据帧的符号周期和二阶环路滤波器的带宽设置二阶环路 滤波器的系数，具体可以用如下公式表示：
[0053:
[0054:
[0055:
[0056]其中，ξ为阻尼系数，一般取0.707，T为符号周期，w为固有振荡频率，B为二阶环路 滤波器的带宽。本实施方式给出了二阶环路滤波器的系数的设置方法，通过以上方法对二 阶环路滤波器的系数进行设置，不仅使其参数易调，而且保证了二阶环路滤波器的滤波效 果。
[0057] 本实施例所提出高动态信号载波相位同步方法根据补偿相位对当前数据帧中当 前符号的相位补偿处理，得到当前符号对应的相位同步符号，再对该相位同步符号依次进 行共辄去调制处理和相位鉴别处理，得到当前符号对应的鉴别相位，对鉴别相位再进行滤 波处理，并根据滤波处理后的相位对补偿相位进行更新，而更新后的补偿相位将用于对当 前符号的相邻下一符号的相位补偿处理，得到相邻下一符号对应的相位同步符号，当对高 动态输入信号的全部数据帧中的所有符号均进行相位补偿处理后，即得到各个符号对应的 相位同步符号后，实现了高动态信号的载波相位同步，该方法实现简单，能在低信噪比的情 况下，实现高动态信号相位的准确追踪，从而避免了误码性能恶化的现象发生，尤其是在数 据帧中无导频插入的情况下，仍然能够通过环路滤波实现对高动态信号的跟踪，且跟踪性 能稳定，解决了多普勒加速度过大而导致相位同步失步的问题，同时上述高动态信号载波 相位同步方法可以灵活应用于突发、连续模式下的载波相位恢复。
[0058] 作为一种具体的实施方式，当当前符号是当前数据帧中的初始符号时，根据预设 的初始相位对初始符号进行相位补偿处理，并输出初始符号对应的相位同步符号。本实施 方式针对当前符号是当前数据帧中的初始符号这一特殊情况，对初始符号的相位同步处理 进行说明，如果当前符号是当前数据帧中的初始符号，那么根据预设的初始相位对初始符 号进行相位补偿处理，其中，预设的初始相位可以是本领域技术人员根据经验设定的相位 初始值，也可以是根据一般载波频率恢复算法计算得到的相位初始值，从而为当前数据帧 中其他符号的相位补偿提供初始值，提高相位补偿的速度。
[0059] 作为一种具体的实施方式，在对相位同步符号依次进行共辄去调制处理和相位鉴 别处理，得到当前符号对应的鉴别相位步骤之前，还包括以下步骤:判断当前数据帧中的当 前符号是否为当前数据帧中的结束符号，若是，则仅根据补偿相位对结束符号进行相位补 偿处理，并输出结束符号对应的相位同步符号。本实施方式根据高动态信号载波相位同步 过程中的实际情况，对当前数据帧中当前符号是否为当前数据帧中的结束符号进行判断， 并根据判断结果对当前符号进行相应的处理:如果判断当前符号是当前数据帧中的结束符 号，那么仅根据补偿相位对结束符号进行相位补偿处理，并输出结束符号对应的相位同步 符号，而不对结束符号继续进行共辄去调制处理、相位鉴别处理以及滤波处理等，不对补偿 相位进行更新，此时结束当前数据帧的相位同步处理，同时可以开始对当前数据帧的相邻 下一数据帧进行相位同步处理;如果判断当前符号不是当前数据帧中的结束符号，那么继 续对当前符号进行相位补偿处理，对当前符号对应的相位同步符号进行共辄去调制处理和 相位鉴别处理以得到当前符号对应的鉴别相位，以及对鉴别相位进行滤波处理，并根据滤 波处理后的相位更新补偿相位，从而实现根据更新后的补偿相位对当前符号的相邻下一符 号进行相位补偿处理，输出相邻下一符号对应的相位同步符号。本实施方式通过对当前符 号是否为当前数据帧中的结束符号的判断，如果当前符号是当前数据帧中的结束符号，由 于无需再对结束符号进行共辄去调制处理及相位鉴别处理，也无需进行滤波处理，从而缩 短了当前数据帧中符号的相位同步处理过程，加快了相位同步处理的速度，有利于提高高 动态信号载波相位同步的效率。
[0060] 相应地，本发明还提出了一种高动态信号载波相位同步系统，在其中一个实施例 中，参见图3所示，该系统包括：
[0061] 获取单元100,用于获取高动态输入信号的当前数据帧中的当前符号；
[0062]符号处理单元200,用于根据补偿相位对所述当前符号进行相位补偿处理，并输出 所述当前符号对应的相位同步符号，以及对所述相位同步符号依次进行共辄去调制处理和 相位鉴别处理，得到所述当前符号对应的鉴别相位；
[0063]滤波单元300,用于对所述鉴别相位进行滤波处理，得到滤波处理后的相位；
[0064]更新单元400,用于根据所述滤波处理后的相位更新所述补偿相位。
[0065] 下面对本实施中的各个单元的功能及其实现方法分别进行详细的阐述：
[0066] 获取单元100获取高动态输入信号的当前数据帧中的当前符号。信号是信息的载 体，自然界里，信号形式多种多样，普遍存在的一种信号模型是高动态信号，该信号是宽带 信号在自然界里普遍存在的一种信号形式，广泛的应用于通信、生物医学、雷达等各种领域 中。
[0067]符号处理单元200根据补偿相位对获取单元100获取的当前数据帧中的当前符号 进行相位补偿处理，并输出当前符号对应的相位同步符号，而且对相位同步符号依次进行 共辄去调制处理和相位鉴别处理，得到当前符号对应的鉴别相位。下面以高动态输入信号 的当前数据帧的一帧数据为例，对符号处理单元200进行具体地说明：
[0068] (a)符号处理单元200根据补偿相位对当前符号进行相位补偿处理，其处理方法如 下：
[0069] Zk = Yke^j0,k = 1, ,N
[0070] 其中，yk为待补偿的输入信号中的第k个符号，zk为相位补偿处理后输出信号中的 第k个符号即得到的对应的相位同步符号，Θ为补偿相位，N为一帧数据的长度即数据帧中符 号的总数。特别地，当k = 1时，Θ为初始相位。
[0071] (b)符号处理单元200还对得到的相位同步符号进行共辄去调制处理，其处理方法 如下：
[0072] dk = zkS*(imx)
[0073] imx=max(real(zkS*(i))) ,k=l,....,N,i = l,...,M
[0074] 其中，dk为共辄去调制后的输出信号中的第k个符号，imx为M个调制星座点与输入 信号共辄相乘取对应实部最大的值的系数。S为调制信号映射后的值，例如对于BPSK调制，S = [-1，1]，Μ=2;对于 QPSK调制，S = [ 1+j，I - j，-1+j，-I - j ]，M=4。
[0075] (c)符号处理单元200对共辄去调制处理后的相位同步符号进行相位鉴别处理，得 到鉴别相位，其处理方法如下：
[0076] 9k = angle(dk)
[0077] 其中，0k为鉴别相位，angle为取dk的角度函数。
[0078] 符号处理单元200经过上述步骤(a)~(c)后，输出当前符号对应的鉴别相位。
[0079] 滤波单元300对符号处理单元200得到的鉴别相位进行滤波处理，得到滤波处理后 的相位。
[0080] 作为一种具体的实施方式，滤波单元300为二阶环路滤波器，符号处理单元200将 鉴别相位输入至二阶环路滤波器，该二阶环路滤波器对鉴别相位进行滤波处理，得到滤波 处理后的相位，并将滤波处理后的相位输出至更新单元400,本实施方式利用二阶环路滤波 器对鉴别相位进行滤波处理，避免一阶环路滤波器无法满足高动态信号载波相位同步需求 的问题的同时，也避免了由于环路滤波器阶数的增加而带来的复杂度和计算量的增加，本 实施方式中的二阶环路滤波器不仅能够较好地满足对鉴别相位的滤波需求，而且其结构简 单，容易实现，同时考虑到高动态信号载波相位同步时的硬件条件和性能要求等，二阶环路 滤波器更加适用于本实施例所提出的高动态信号载波相位同步方法。针对二阶环路滤波器 而言，参见图2所示的二阶环路滤波器的实现框图，其滤波方法如下：
[0081]
[0082]
[0083]
[0084]
[0085] 其中，routl为一阶环路滤波输出，rout2为二阶环路滤波输出，Srout为环路滤波 一阶、二阶累加输出，尾为环路滤波器最后的相位输出即滤波处理后的相位，cjPc2为环路 滤波器的系数。
[0086] 作为其中一种具体的实施方式，高动态信号载波相位同步系统还包括滤波器设置 单元，该滤波器设置单元用于根据阻尼系数、当前数据帧的符号周期和二阶环路滤波器的 带宽设置二阶环路滤波器的系数，滤波器设置单元对二阶环路滤波器的系数的具体设置方 式可以用如下公式表示：
[0087]
[0088]
[0089]
[0090] 其中，ξ为阻尼系数，一般取0.707，τ为符号周期，W为固有振荡频率，B为二阶环路 滤波器的带宽。本实施方式给出了利用滤波器设置单元对二阶环路滤波器的系数进行设 置，通过滤波器设置单元对二阶环路滤波器的系数进行设置，不仅使其参数易调，而且保证 了二阶环路滤波器的滤波效果。
[0091] 最后，更新单元400根据滤波单元300滤波处理后的相位更新补偿相位，当获取单 元100获取到当前数据帧中的当前符号的相邻一下符号时，符号处理单元200可以根据更新 后的补偿相位对相邻下一符号进行相位补偿处理，此处相位补偿处理的具体实现方法可参 见于步骤(a)所给出的相位补偿处理方法，符号处理单元200根据更新后的补偿相位对相邻 下一符号进行相位补偿处理后，即得到相邻一下符号对应的相位同步符号，因此当符号处 理单元200对高动态输入信号的全部数据帧中的所有符号均进行相位补偿处理后，即实现 了高动态信号的载波相位同步。
[0092]本实施例所提出高动态信号载波相位同步系统通过符号处理单元根据补偿相位 对当前数据帧中当前符号进行相位补偿处理，得到当前符号对应的相位同步符号，再对该 相位同步符号依次进行、共辄去调制处理和相位鉴别处理，得到当前符号对应的鉴别相位， 滤波单元再进一步对得到的鉴别相位进行滤波处理，更新单元根据滤波处理后的相位对补 偿相位进行更新，而更新后的补偿相位将用于对当前符号的相邻下一符号的相位补偿处 理，得到相邻下一符号对应的相位同步符号，因此当符号处理单元对高动态输入信号的全 部数据帧中的所有符号均进行相位补偿处理，得到各个符号对应的相位同步符号后，即实 现了高动态信号的载波相位同步，该系统实现简单，能在低信噪比的情况下，实现高动态信 号相位的准确追踪，从而避免了误码性能恶化的现象发生，尤其是在数据帧中无导频插入 的情况下，仍然能够通过环路滤波实现对高动态信号的跟踪，且跟踪性能稳定，解决了多普 勒加速度过大而导致相位同步失步的问题，同时上述高动态信号载波相位同步系统可以灵 活应用于突发、连续模式下的载波相位恢复。
[0093] 作为一种具体的实施方式，高动态信号载波相位同步系统还包括第一判断单元， 第一判断单元用于判断当前符号是否为当前数据帧中的初始符号，若是，则符号处理单元 根据预设的初始相位对初始符号进行相位补偿处理，并输出初始符号对应的相位同步符 号。本实施方式针对当前符号是当前数据帧中的初始符号这一特殊情况，对初始符号的相 位同步处理进行说明，如果第一判断单元判断当前符号是当前数据帧中的初始符号，那么 符号处理单元根据预设的初始相位对初始符号进行相位补偿处理，其中，预设的初始相位 可以是本领域技术人员根据经验设定的相位初始值，也可以是根据一般载波频率恢复算法 计算得到的相位初始值，从而为当前数据帧中其他符号的相位补偿提供初始值，提高相位 补偿的速度。
[0094] 作为一种具体的实施方式，高动态信号载波相位同步系统还包括第二判断单元， 第二判断单元用于判断当前数据帧中的当前符号是否为当前数据帧中的结束符号，若是， 则符号处理单元仅根据补偿相位对结束符号进行相位补偿处理，并输出结束符号对应的相 位同步符号。本实施方式根据高动态信号载波相位同步过程中的实际情况，利用第二判断 单元对当前数据帧中的当前符号是否为当前数据帧中的结束符号进行判断，更新单元根据 第二判断单元的判断结果对当前符号进行相应的处理:如果第二判断单元判断当前符号是 当前数据帧中的结束符号，那么符号处理单元仅根据补偿相位对结束符号进行相位补偿处 理，并输出结束符号对应的相位同步符号，而符号处理单元不对结束符号继续进行共辄去 调制处理、相位鉴别处理以及滤波单元进行滤波处理等，更新单元不对补偿相位进行更新， 此时符号处理单元结束当前数据帧的相位同步处理，同时可以开始对当前数据帧的相邻下 一数据帧进行相位同步处理;如果第二判断单元判断当前符号不是当前数据帧中的结束符 号，那么符号处理单元需对当前符号进行相位补偿处理，以及对当前符号对应的相位同步 符号进行共辄去调制处理和相位鉴别处理以得到当前符号对应的鉴别相位，以及对鉴别相 位进行滤波处理，更新单元根据滤波处理后的相位更新补偿相位，从而使符号处理单元实 现根据更新后的补偿相位对当前符号的相邻下一符号进行相位补偿处理，输出相邻下一符 号对应的相位同步符号。本实施方式利用第二判断单元对当前符号是否为当前数据帧中的 结束符号进行判断，如果当前符号是当前数据帧中的结束符号，由于无需再对结束符号进 行共辄去调制处理及相位鉴别处理，也无需进行滤波处理，从而缩短了当前数据帧中符号 的相位同步处理过程，加快了相位同步处理的速度，有利于提高高动态信号载波相位同步 的效率。
[0095] 为进一步说明本发明所提出的高动态信号载波相位同步方法及系统的有效性和 可行性，下面将结合如图4所示的通信系统的实施例对高动态信号载波相位同步方法及系 统的具体实现过程进行详细说明：
[0096] 本发明搭建的简易的通信系统的结构如图4所示，该通信系统采用码率为0.5的 turbo编码，BPSK调制，信道为高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise,AWGN)信道， 接收端假设理想的定时同步和帧头检测，则接收的离散基带信号模型可以表示如下：
[0097] yk = sk exp[ j (2irk( Δ f+aT)T+ Φ ) ]+nk,k = 0,1, . . . ,Ν~1
[0098]其中，T为符号周期，且归一化频偏AfT满足I AfT| <0.5，α为频偏加速度， 口￡[-^幻^为一数据帧中符号的个数，81{为复数形式的基带调制信号，111{为零均值，方差 02 复尚斯白噪声。
[0099]数据帧的帧结构如图5所示，假设数据帧的符号总数为3050，即Ν=3050,其中导频 长度为134个符号，数据2916个符号，符号速率fs = 1/Τ取30.5ΚΗζ，终端的移动速率为1500 公里/小时，加速度为4g，对应最大多普勒变频率为± 3.75KHz，多普勒加速度为290Hz/s，对 应一帧时长为IOOms，一帧数据多普勒频率变化29Hz，根据一般载波频率恢复算法(本发明 不做详细介绍)计算得到一个初始相位θ ιη1，同时载波恢复后的剩余频率误差小于100Hz。对 于一个数据帧而言，对数据帧中的每一符号均进行相位补偿，以实现数据帧的相位同步，具 体包括以下步骤：
[0100] (1)根据补偿相位对当前符号进行相位补偿处理，其处理方法如下：
[0101] Zk = Yke^j0,k = 1, ,N
[0102] 其中，yk为待补偿的输入信号中的第k个符号，zk为相位补偿处理后输出信号中的 第k个符号，Θ为补偿相位，~=3〇5〇。特别地，当1^=1时，0为初始相位，0 = 0^1。
[0103] (2)对得到的相位同步符号进行共辄去调制处理，其处理方法如下：
[0104] dk = zkS*(imx)
[0105] imx=max(real(zkS*(i))) ,k=l,....,N,i = l,...,M
[0106] 其中，dk为共辄去调制后的输出信号中的第k个符号，imx为M个调制星座点与输入 信号共辄相乘取对应实部最大的值的系数。S为调制信号映射后的值，对于BPSK调制，S=[- I，1]，M=2,通过搜索输入信号与调制星座点的共辄相乘实部输出结果的最大值来确定信 号的调制信息，这里需满足当前输入信号Zk剩余相位偏差不能大于V2。
[0107] (3)对共辄去调制处理后的相位同步符号进行相位鉴别处理，得到鉴别相位，其处 理方法如下：
[0108] 9k = angle(dk)
[0109] 其中，0k为鉴别相位，angle为取dk的角度函数。
[0110] 经过上述步骤(1)~(3)处理后，得到当前符号的鉴别相位。
[0111] 进一步，（4)利用二阶环路滤波器对鉴别相位进行环路滤波，滤波方法如下：
[0112] routl = Bkci
[0113] rout2 = routl+9kC2
[0114] Srout = routl+rout2
[0115] 4 =0k , + Smut
[0116] 其中，routl为一阶环路滤波输出，rout2为二阶环路滤波输出，Srout为环路滤波 一阶、二阶累加输出，为二阶环路滤波器最后相位输出，CjPc 2为环路滤波器的系数。根据 阻尼系数、当前数据帧的符号周期和二阶环路滤波器的带宽设置二阶环路滤波器的系数， 具体可以用如下公式表示：
[0117]
[0118]
[0119]
[0120] 其中，ξ为阻尼系数，一般取0.707，了 = 1/匕为符号周期，《 = 287.6抑(1/8为固有振 荡频率，B = fs/200= 152.5Hz为二阶环路滤波器的带宽，且该带宽要大于最大剩余频率偏 差值100Hz，将以上各个参量代入二阶环路滤波器的系数计算公式可得 :C1 = 1.32eT2，C2 = 8.8307e-5。根据CjPc2可计算得到二阶环路滤波器输出的相位成，以相位成更新补偿相位， 而更新后的补偿相位将用于对当前符号的相邻下一符号的相位补偿处理，从而得到相邻下 一符号对应的相位同步符号。经过对步骤(1)-(4)的循环，即可实现对数据帧中各个符号的 相位补偿，对于高动态输入信号中的每一数据帧均进行相位补偿后，即实现对高动态输入 信号的载波相位同步。
[0121] 同时，为说明上述实施例中高动态信号载波相位同步方法的可靠性，这里利用目 前常用的盲的相位估计方法(去调制信息方式为对BPSK信号进行开放处理)与本发明所提 出的相位同步方法进行比较，如图4所示为上述两种方法得到的误码性能曲线图，其中，算 法1为利用盲的相位估计方法得到的误码性能曲线，算法2为利用本发明所提出的方法得到 的误码性能曲线，图4中还展示了误码性能的理想曲线，由图4可知，由于多普勒加速度影 响，现有算法很难满足要求，而本发明所提出的载波相位同步方法，当E b/N〇》OdB、I AfTl < 0.5时能够有效的跟踪上多普勒加速度，获得几乎接近理想相干解调的误比特性能，误比特 为HT5~HT 7时信噪比损失在0.2dB内，该载波相位同步方法相比于现有算法更有效，信噪 比更低。
[0122] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实 施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存 在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0123]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护 范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种高动态信号载波相位同步方法，其特征在于，包括以下步骤： 获取高动态输入信号的当前数据帧中的当前符号； 根据补偿相位对所述当前符号进行相位补偿处理，并输出所述当前符号对应的相位同 步符号； 对所述相位同步符号依次进行共辄去调制处理和相位鉴别处理，得到所述当前符号对 应的鉴别相位； 对所述鉴别相位进行滤波处理，得到滤波处理后的相位，并根据所述滤波处理后的相 位更新所述补偿相位。2. 根据权利要求1所述的载波相位同步方法，其特征在于， 当所述当前符号是所述当前数据帧中的初始符号时，根据预设的初始相位对所述初始 符号进行相位补偿处理，并输出所述初始符号对应的相位同步符号。3. 根据权利要求1或2所述的载波相位同步方法，其特征在于，在对所述相位同步符号 依次进行共辄去调制处理和相位鉴别处理，得到所述当前符号对应的鉴别相位步骤之前， 还包括以下步骤： 判断所述当前数据帧中的当前符号是否为所述当前数据帧中的结束符号，若是，则仅 根据补偿相位对所述结束符号进行相位补偿处理，并输出所述结束符号对应的相位同步符 号。4. 根据权利要求1或2所述的载波相位同步方法，其特征在于，对所述鉴别相位进行滤 波处理的过程包括： 将所述鉴别相位输入至二阶环路滤波器，所述二阶环路滤波器对所述鉴别相位进行滤 波处理并输出滤波处理后的相位。5. 根据权利要求4所述的载波相位同步方法，其特征在于， 根据阻尼系数、所述当前数据帧的符号周期和所述二阶环路滤波器的带宽设置所述二 阶环路滤波器的系数。6. -种高动态信号载波相位同步系统，其特征在于，包括： 获取单元，用于获取高动态输入信号的当前数据帧中的当前符号； 符号处理单元，用于根据补偿相位对所述当前符号进行相位补偿处理，并输出所述当 前符号对应的相位同步符号，以及对所述相位同步符号依次进行共辄去调制处理和相位鉴 别处理，得到所述当前符号对应的鉴别相位； 滤波单元，用于对所述鉴别相位进行滤波处理，得到滤波处理后的相位； 更新单元，用于根据所述滤波处理后的相位更新所述补偿相位。7. 根据权利要求6所述的高动态信号载波相位同步系统，其特征在于，还包括第一判断 单元， 所述第一判断单元用于判断所述当前符号是否为所述当前数据帧中的初始符号，若 是，则所述符号处理单元根据预设的初始相位对所述初始符号进行相位补偿处理，并输出 所述初始符号对应的相位同步符号。8. 根据权利要求6或7所述的高动态信号载波相位同步系统，其特征在于，还包括第二 判断单元， 所述第二判断单元用于判断所述当前数据帧中的当前符号是否为所述当前数据帧中 的结束符号，若是，则所述符号处理单元仅根据补偿相位对所述结束符号进行相位补偿处 理，并输出所述结束符号对应的相位同步符号。9. 根据权利要求6或7所述的高动态信号载波相位同步系统，其特征在于， 所述滤波单元为二阶环路滤波器。10. 根据权利要求9所述的高动态信号载波相位同步系统，其特征在于，还包括滤波器 设置单元， 所述滤波器设置单元用于根据阻尼系数、所述当前数据帧的符号周期和所述二阶环路 滤波器的带宽设置所述二阶环路滤波器的系数。
【文档编号】H04B7/185GK105915274SQ201610353193
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】刘鹏, 李胜峰, 梁中英, 高心炜
【申请人】广州海格通信集团股份有限公司