CN103916341A - 升余弦成型mpsk信号的盲符号速率估计与定时方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对升余弦成型MPSK信号的盲符号速率估计与定时方法。该方法包括：计算输入基带信号的功率谱密度；根据所述的功率谱密度确定符号速率范围；根据定时同步环路能同步的最大定时频率偏差和所述符号速率范围确定不同的初始符号速率估计值；依次利用所述初始符号速率估计值进行定时同步，并将能使定时同步环路同步的初始符号速率估计值加上此时的定时频率偏差作为符号速率值。本发明的特点在于：（1）具有较好实时性；（2）符号速率估计与定时同步都不受载波频率偏差的影响；（3）在进行盲符号速率估计的同时完成了符号定时同步。本方法也适用于根升余弦成型的MPSK信号。

Description

升余弦成型MPSK信号的盲符号速率估计与定时方法

技术领域

本发明涉及数字通信中一种针对升余弦成型MPSK信号的盲符号速率估计与定时方法。

背景技术

多进制相位键控（M-ary Phase Shift Keying，MPSK）调制信号具有良好的抗干扰性能和工程上易于实现等优点，在航天航空领域的飞行器遥测、遥控、遥感、数传、通信等领域得到广泛应用。而在非协作的通信信号分析中，符号速率作为一个解调的重要参数，需要准确估计。符号速率的准确估计，对于定时同步、调制方式的识别、特定信号搜索以及解调等均有重要意义。

目前，常见的实现PSK信号盲符号速率估计的几种代表性算法主要有：（1）基于循环谱的载频和码速率估计算法，该算法需要较大的采样数据量，不能满足工程上实时性的要求。（2）基于小波变换的突变点和码速率估计算法，该方法存在最优尺度和母函数的选取问题。（3）基于最大似然估计的PSK信号参数估计算法，该算法需要多维搜索，实时性仍较差。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种针对升余弦成型MPSK信号的盲符号速率估计与定时方法。特点在于：（1）具有较好实时性；（2）符号速率估计与定时同步都不受载波频率偏差的影响；（3）在进行符号速率估计的同时完成了符号定时同步。本方法也适用于根升余弦成型的MPSK信号。

本发明的目的通过以下技术方案实现的：

一种针对升余弦成型MPSK信号的盲符号速率估计与定时方法，其特征在于，包括：

A、根据输入的基带信号求信号功率谱密度；

B、根据所述的功率谱密度求出符号速率范围；

C、根据定时同步环路的最大定时频率偏差，在所述符号速率范围内，等间隔的确定n个符号速率值作为初始符号速率值；

D、依次选取所述n个初始符号速率值，计算定时同步环路之前的抽取系数，然后对抽取后的信号进行定时同步。当定时同步后，输出定时同步信号和符号速率。

所述步骤A进一步包括：

A1、设置采样点数N_sample，采样频率f_s；

A2、设置FFT点数N_FFT；

A3、设置窗函数类型与窗函数长度N_window；

A4、设置重叠数据长度N_overlap；

A5、设置抽取模块1的抽取系数为S₁=1；

A6、计算基带信号的功率谱密度S_y(f)。

所述步骤B进一步包括：

B1、搜索S_y(f)找到其最大值，其值记为v；

B2、在第一奈奎斯特频率范围(0～0.5f_s)内搜索满足S_y(f)≥0.5v的最大频率点，记为f_L；

B3、在第二奈奎斯特频率范围(0.5f_s～f_s)内搜索满足S_y(f)≥0.5v的最小频率点，记为f_H；

B4、将(f_s-f_H+f_L)作为基带信号带宽的估计值

B5、根据基带信号带宽的估计值如果满足则设置S₁=S₁×2，并返回步骤A6；如果满足则设置S₁=S₁÷2，并返回步骤A6；若都不满足，则执行步骤B6；

B6、根据信号带宽估计值求得信号速率估计范围为

所述步骤C进一步包括：

C1、确定定时同步环路支持的最大定时频率偏差Δf_TMAX；

C2、根据所述符号速率估计范围和最大定时频率偏差Δf_TMAX，确定n个长度为2Δf_TMAX的频率区间，每个区间中心频率值为将其作为定时同步环路的初始符号速率。

所述步骤D进一步包括：

D1、设置i=1，设置每个区间的定时检测时间为t_p；

D2、选取初始符号速率估计值计算抽取模块2的抽取因子S₂；

D3、等待t_p时间后，检测环路滤波器的积分支路，若其值不收敛，令i=i+1，返回步骤D2；若其值收敛，则表示定时已同步，输出符号定时同步信号和相对定时频率偏差Δf_T，进入步骤D4；

D4、将此时的初始符号速率估计值和定时频率偏差Δf_T相加的结果作为基带信号的符号速率估计值，并输出该值。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明原理简单，计算量小，具有较好实时性，利于工程实现，在进行符号速率估计的同时实现了符号定时同步，并且符号速率估计与定时同步都不受载波频率偏差干扰；通过对实际采集的信号分析表明，由该方法对符号速率进行估计时，具有优越的性能。

附图说明

图1为本发明的系统框图

图2为本发明的符号速率范围分割图

图3为本发明的处理流程图

具体实施方式

本发明提供了一种针对升余弦成型MPSK信号的盲符号速率估计与定时方法。本发明的核心为：对接收到的基带信号进行功率谱密度估计，通过其功率谱密度估计出符号速率范围，根据定时同步环路能同步的最大定时频率偏差在符号速率范围中确定不同的符号速率估计值，将能使定时同步环路同步的符号速率估计值加上相对定时频率偏差作为符号速率输出，同时输出定时同步信号。

本发明所述针对升余弦成型MPSK信号的盲符号速率估计与定时装置的结构示意图如图1所示，其中包括：

1、抽取模块1：用于对基带信号进行抽取，其抽取系数受到后面信号带宽估计模块的控制。

2、功率谱估计模块：用于估计接收到基带信号的功率谱密度，并且将估计出来的功率谱密度送入后面的信号带宽估计模块；本发明中设置FFT的点数为256点，设置的窗函数类型为海明窗，窗函数长度为255，参与计算的采样点数为20000，重叠数据的长度128。

3、信号带宽估计模块：用于估计信号的带宽，并根据信号的带宽控制抽取模块1的抽取系数。

设输入的功率谱密度为S_y(f)，则搜索其最大值，记为v，然后在第一奈奎斯特频率范围(0～0.5f_s)内搜索满足S_y(f)≥0.5v的最大频率点，记为f_L；在第二奈奎斯特频率范围(0.5f_s～f_s)内搜索满足S_y(f)≥0.5v的最小频率点，记为f_H，则信号的带宽估计值当输入信号带宽估计值满足则设置抽取模块1的抽取系数S₁=S₁×2，当输入信号带宽估计值满足则设置抽取模块1的抽取系数S₁=S₁÷2，反之则输出信号带宽估计值

4、符号速率范围估计模块：用于估计信号的速率范围，根据输入的信号带宽估计值符号的速率范围为

5、符号速率估计值选取模块：用于从符号速率范围中确定符号速率估计值，同时根据选取的符号速率估计值计算抽取模块2的抽取系数。

确定符号速率估计值的标准如图2所示，为从最小符号速率开始，下一个符号速率估计值距离前一个符号速率估计值的频率间隔为定时同步环路的最大定时频率偏差的两倍。

6、抽取模块2：用于对基带信号进行抽取，使采样率满足所选符号速率估计值的16倍过采样，其抽取系数受到符号速率估计值选取模块的控制。

7、定时同步模块：用于对信号进行定时同步，同时输出定时同步信号和矫正后的符号速率估计值作为符号速率输出。

本发明所述方法的处理流程图如图3所示，包括如下步骤：

步骤31：设置采样点数N_sample，采样频率f_s。

步骤32：设置FFT点数N_FFT。

步骤33：设置窗函数类型为海明窗与窗函数长度N_window。

步骤34：设置重叠数据长度N_overlap。

步骤35：设置抽取模块1的抽取系数为S₁=1。

步骤36：计算基带信号的功率谱密度S_y(f)。

步骤37：搜索S_y(f)找到其最大值，其值记为v。

步骤38：在第一奈奎斯特频率范围(0～0.5f_s)内搜索满足S_y(f)≥0.5v的最大频率点，记为f_L。

步骤39：在第二奈奎斯特频率范围(0.5f_s～f_s)内搜索满足S_y(f)≥0.5v的最小频率点，记为f_H。

步骤310：将(f_s-f_H+f_L)作为基带信号带宽的估计值

步骤311：根据基带信号带宽的估计值如果满足则执行步骤312；如果满足则执行步骤313；若都不满足，则执行步骤314。

步骤312：设置抽取模块1抽取系数S₁=S₁×2，执行步骤36。

步骤313：设置抽取模块1抽取系数S₁=S₁÷2，执行步骤36。

步骤314：根据信号带宽估计值求得信号速率估计范围为

步骤315：选择定时同步环路的最大定时频率偏差Δf_TMAX。

步骤316：根据所述符号速率估计范围和最大定时频率偏差Δf_TMAX，确定n个长度为2Δf_TMAX的频率区间，此时n的值为每个区间中心频率值为将其作为定时同步环路的初始符号速率。

步骤317：设置i=1，设置每个区间的定时检测时间为t_p。

步骤318：选取初始符号速率估计值计算抽取模块2的抽取因子S₂。

步骤319：等待t_p时间后，检测环路滤波器的积分支路，若其值不收敛，令i=i+1，执行步骤320；若其值收敛，则表示定时已同步，输出符号定时同步信号和相对定时频率偏差Δf_T，进入步骤321。

步骤320：令i=i+1，选取下一个初始符号速率估计值。

步骤321：输出定时同步信号和相对定时频率偏差Δf_T。

步骤322：输出基带信号的速率估计值

Claims (5)

1.一种针对升余弦成型MPSK信号的盲符号速率估计与定时方法，其特征在于，包括：

A、根据输入的基带信号求信号功率谱密度；

B、根据所述的功率谱密度求出符号速率范围；

C、根据定时同步环路的最大定时频率偏差，在所述符号速率范围内，等间隔的确定n个符号速率值作为初始符号速率值；

D、依次选取所述n个初始符号速率值，计算定时同步环路之前的抽取系数，然后对抽取后的信号进行定时同步。当定时同步后，输出定时同步信号和符号速率。

2.根据权利要求1所述的一种针对升余弦成型MPSK信号的盲符号速率估计与定时方法，其特征在于，所述步骤A进一步包括：

A1、设置采样点数N_sample，采样频率f_s；

A2、设置FFT点数N_FFT；

A3、设置窗函数类型与窗函数长度N_window；

A4、设置重叠数据长度N_overlap；

A5、设置抽取模块1的抽取系数为S₁=1；

A6、计算基带信号的功率谱密度S_y(f)。

3.根据权利要求1所述的一种针对升余弦成型MPSK信号的盲符号速率估计与定时方法，其特征在于，所述步骤B进一步包括：

B1、搜索S_y(f)找到其最大值，其值记为v；

B2、在第一奈奎斯特频率范围（0～0.5f_s）内搜索满足S_y(f)≥0.5v的最大频率点，记为f_L；

B3、在第二奈奎斯特频率范围（0.5f_s～f_s）内搜索满足S_y(f)≥0.5v的最小频率点，记为f_H；

B4、将(f_s-f_H+f_L)作为基带信号带宽的估计值

B5、根据基带信号带宽的估计值如果满足则设置S₁=S₁×2，并返回步骤A6；如果满足则设置S₁=S₁÷2，并返回步骤A6；若都不满足，则执行步骤B6；

B6、根据信号带宽估计值求得信号速率估计范围为

4.根据权利要求1所述的一种针对升余弦成型MPSK信号的盲符号速率估计与定时方法，其特征在于，所述步骤C进一步包括：

C1、确定定时同步环路支持的最大定时频率偏差Δf_TMAX；

C2、根据所述符号速率估计范围和最大定时频率偏差Δf_TMAX，确定n个长度为2Δf_TMAX的频率区间，每个区间中心频率值为将其作为定时同步环路的初始符号速率。

5.根据权利要求1所述的一种针对升余弦成型MPSK信号的盲符号速率估计与定时方法，其特征在于，所述步骤D进一步包括：

D1、设置i=1，设置每个区间的定时检测时间为t_p；

D2、选取初始符号速率估计值计算抽取模块2的抽取因子S₂；

D3、等待t_p时间后，检测环路滤波器的积分支路，若其值不收敛，令i=i+1，返回步骤D2；若其值收敛，则表示定时已同步，输出符号定时同步信号和相对定时频率偏差Δf_T，进入步骤D4；

D4、将此时的初始符号速率估计值和定时频率偏差Δf_T相加的结果作为基带信号的符号速率估计值，并输出该值。