一种OQPSK信号解调的相位偏差估计与补偿方法与流程

本发明涉及移动通信数字信号调制解调领域，具体是OQPSK信号解调相位偏差估计与补偿方法。

背景技术：

OQPSK(Offset Quadrature Phase Shift Keying，偏移正交相移键控)是继QPSK之后发展起来的一种恒包络数字调制技术，与QPSK相比较，其正交支路码元与同相支路码元在时间上偏移了一个比特间隔，即半个符号周期。OQPSK信号消除了相邻符号的π相位偏转现象，在带宽有限的实际通信系统中，包络起伏小，经过非线性功率放大器后不会产生明显功率旁瓣增生效应，具有高频带利用率及高功率的特点。目前，OQPSK信号广泛应用于卫星通信中，如TDMA，CDMA系统中，已成为非线性带限信道中常用的一种调制方式。

由于噪声和自噪声影响，经频偏估计方法得到的频偏估计结果并不等于实际频偏。因此，接收信号经过频偏纠正后的信号仍然存在剩余频偏。只是由于此时的剩余频偏相对于符号速率来说足够小，所以在突发信号一个突发时间内，剩余频偏引起相位变化缓慢，在一个突发时间内，载波相位表示为式(1)：

其中，表示载波在一个突发时间内的平均相位，n(k)为噪声。即认为在一个突发时间内没有频偏，只有所表示的相偏。为了减少由剩余频偏对系统性能产生的影响，需要估计出频偏补偿后信号中所包含的信息，即载波相位偏差估计。

若信号突发时间较短，则在一个突发时间内进行一次相位估计，但是如果突发时间较长，则再假设一个突发时间内无剩余频偏存在就不太合理。针对突发时间较长情况，在一段时间内假定无频偏，并对每一段数据进行相位偏差估计。该处理方法产生的缺点是会产生段与段之间的相位跳变，即段与段之间的相位模糊。不能完成OQPSK信号解调载波相位的准确同步。

技术实现要素：

本发明针对现有数字调相信号载波相位同步过程中，处理段间相位跳变方法的不足，设计一种适用于OQPSK调制信号载波相位准确同步的方法。该方法可以实现OQPSK信号相位偏差的精确估算及调整，消除剩余频偏引起的相位跳变及随机噪声引起的连续数据段的相位跳变，实现长突发OQPSK信号载波相位准确同步。

为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：一种OQPSK信号解调的相位偏差估计与补偿方法，包括以下步骤：

A、对已完成符号同步和频率偏差估计与补偿的信号R_k，进行四次方去调制处理，通过相位偏差算法进行相位偏差的初步估算，得到初步估计相位偏差φ_i。

B、对初步估计相位偏差φ_i进行实际相位区间变换，得到实际相位值。

C、对实际相位值前后两段估算出剩余频偏值，由实际相位值加上剩余频偏值，估算出精确实际相位值。剩余频偏具体为本段与前一段的实际相位差值。

D、判断精确实际相位值所处数据段的前后数据段的相位估计绝对值是否超过检测出连续相位跳变的数据段。消除随机噪声引起的相位跳变。

E、对存在相位跳变数据段的相位进行相位调整，得出精确的相位偏差估计值，消除随机噪声引起的连续相位跳变。

F、根据精确的相位偏差估计值对OQPSK信号分段进行相位补偿，完成信号解调。

所述初步估计相位偏差φ_i由以下公式得到，其中M为OQPSK信号调制方式中相位个数，M的取值为4，L为观察数据长度。

所述步骤A中，已完成符号同步和频率偏差估计与补偿的信号R_k表示为：

其中，A_k为频偏补偿后的数据，n_k为均值为0、方差为N₀的加性高斯白噪声，φ_i为相位偏差，L为观察数据长度，则观察数据的联合概率密度函数为：

其中，N₀表示高斯白噪声的方差，和分别为以φ_i和A_k为取值空间的随机变量。p(φ_i,{A_k})表示接收数据的联合概率密度函数，去除无关项，可得φ_i和{A_k}的联合似然函数为：

基于非数据辅助算法对符号序列求平均得：

φ_i的最大似然估计为使去除无关项的联合似然函数Λ(φ_i)取得最大值的为了缩短载波相位捕获时间，采用无时钟辅助的载波相位同步算法，对于OQPSK信号，实现方法如下：

对频偏补偿后的数据进行四次方运算，以一定长度进行累加后求出对应的角度值加上固有的常数相位偏移得初步估计相位偏差，该值消除相位跳变后，用于驱动数控振荡器进行相位补偿。

上述方案中实际相位区间变换包括将初步估计相位偏差φ_i与一段数据的平均估算相位进行比较，取比较中差值最小的平均估算相位为实际相位值。

由载波相位偏差估计方法计算出的相位φ_i限制在范围内，而实际的相位可能是φ_i，中的一个。假设一个突发内的第n-1段信号的实际相位是其中0≤m≤M-1，由于剩余频偏极小以及实际相位在[0,2π]内连续性，第n段信号的实际相位一定是最接近的那个值。考虑第n段信号前面的实际相位估计值，当第n段信号的实际相位相对于N段的实际相位的变化值都小于则消除相位跳变现象。前一数据段实际相位值和本数据段实际相位值最接近，本发明通过对前一数据段相位值进行区间变换，估算出剩余频偏值，由实际相位值加上剩余频偏，估算出各数据段的实际相位值，消除剩余频偏引起的相位跳变。

本发明解决了长突发OQPSK信号载波同步，分段载波相位偏差求取过程中段间相位跳变问题。在初步载波相位偏差求取的基础上，消除剩余频偏引起的相位跳变及随机噪声引起的连续段的相位跳变，实现了载波相位的准确同步。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2接收端OQPSK信号解调示意图；

图3相位补偿流程图；

图4相偏估计算法流程图；

图5相位跳变检测校正算法流程图。

具体实施方式

本发明方法的流程如图1所示。依据相位偏差估计方法，对频偏估计补偿后的信号进行四次方去调制，实现相位偏差初步估计；取相位偏差初步估计值进行实际相位区间变换；利用前一段实际相位值和本段实际相位值进行剩余频偏估算，消除剩余频偏影响；对消除剩余频偏影响的相位值进行段间相位跳变点检测，对产生相位跳变的段数进行相位校正，实现相位偏差准确估计。依据图3所示相位补偿方式对数据进行分段的载波相位补偿。

OQPSK信号接收端解调如图2所示，X(t)为发送信号，n(t)为噪声，信号经过滤波、重采样处理后，完成符号同步定时和载波频偏的估计与补偿。由于噪声和自噪声的影响，经频偏估计算法得到的频偏估计结果并不等于实际频偏。因此，接收信号经过频偏纠正后的信号仍然存在剩余频偏，使得接收信号载波与本地载波存在相位偏差，即载波相位偏移，所以经过算法进行相位偏差的估计与补偿，以达到信号的准确解调。

在本发明的算法中，包含了两种算法，即相位偏差估计算法和相位跳变检测校正算法。图4表示的是相位偏差估计算法，具体的步骤包含如下：

步骤31，已经完成符号定时及频率偏差估计补偿后的OQPSK信号分段输入。

步骤32，对数据段所有的数据求角度，所有角度求和取平均，得相位值fi_i。

步骤33，对输入的分段数据求四次方，去调制，去调制后的数据，求角度和，取平均，得初始估计相位值fi。

步骤34，fi通过区间变换原理实现可能的相位区间变换，即

步骤35，比较fi_i与fi_n的绝对值偏差的大小，取偏差值最小的索引值min_dex。

步骤36，计算出本段实际相位值，

相应的图5为相位跳变检测校正算法流程图，具体方法如下；

步骤41，输入分段数据所有段的实际相位值；

步骤42，由本段的实际相位值和前N段(本段之前的所有段相位)实际相位值，计算出所有累计剩余频偏的值，剩余频偏具体为本段与前一段的相位差值，之后本段的实际相位值变为前一段和剩余频偏的和，依次类推。

步骤43，对所有实际相位值依据其中，θ(i)，θ(i-1)为前后两段的实际相位值，来判别是否存在相位跳变点，若不成立，则为连续相位跳变的开始段，结束段为下一个不满足相位判定的段数，直至下一个不满足相位判定的段数开始新的连续段相位跳变。

步骤44，对相位跳变段的相位值，进行相位调整，至此得出精确的相位偏差估计值。

本发明解决了长突发OQPSK信号载波同步，分段载波相位误差求取过程中段间相位跳变问题。在初步载波误差求取的基础上，消除剩余频偏引起的相位跳变及随机噪声引起的连续段的相位跳变，实现了载波相位的准确同步。