CN107888525A - 一种psk信号的解卷绕方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种PSK信号的解卷绕方法及装置，方法包括：接收PSK信号的I分量和Q分量，对I分量和Q分量排列形成的IQ数列进行相位求解运算，得到卷绕相位数列；根据所述卷绕相位数列确定相位的偏移量，利用该偏移量修正所述IQ数列，然后对修正后的IQ数列再次进行相位求解运算，得到解卷绕的相位数列。

Description

一种PSK信号的解卷绕方法、装置

技术领域

本发明涉及字调制信号调制模式识别与信号解调领域，具体是一种PSK信号的解卷绕方法及装置。

背景技术

在信号模式识别及解调领域中，瞬时相位的求解至关重要。由于载波偏移引起瞬时相位是线性变化的，根据反正切函数的特性，当相位的真值超过[0,2pi)时，计算出的相位序列是模2pi序列，从而造成相位序列的卷绕特性。求解瞬时相位的非线性分量必须对模2pi相位序列解卷绕去线性。

传统解卷绕就是给模序列加上相位校正序列。在不是以相位作为调制信息的数字信号中，去卷绕门限可以选取pi。在PSK及PSK类内信号的处理中，一般解决方案即分析相位变化特性，结合采样频率设置一个合适的门限值，再通过分析相位的整体变化趋势设计一个合适的修正序列算法，从而计算出相位解卷绕序列，再计算出相位线性分量序列，从而达到去线性的目的。

传统去卷绕是修正序列一般选取门限Pi，但是PSK调制信号及PSK类内信号的有效信息是相位。调制信号在传输码元变化时，经过PSK及PSK类内信号调制的信号有相位突变，要恢复出调制信号的初始相位，必须考虑因相位突变而对解卷绕门限的影响。现有解决方案一般是考虑码元突变出的相位变化值，然后计算定出门限值。

然而对于各种PSK及PSK类内信号，码元突变时相位变化值是不定的，这个缺点在信号调制模式识别中尤为明显，因为调制模式识别的应用中调制模式的未定导致码元突变时的相位未定，因而无法确定合适的门限。即使在PSK及PSK类内信号调制模式已知的情况下，合适的门限也需要视采样率而定，而且在解卷绕的过程中需要考虑的变量太多，算法复杂且不稳定。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种解决PSK信号去相位卷绕的方法，解决了频偏引起的瞬时相位存在线性分量的问题。该发明通过重新设计的算法流程，避免了传统解决相位去线性时需要解决相位卷绕及去卷绕时无法设置合适的门限参数以及修正序列的算法难设计等的问题，使得该算法的灵活性和实用性有了很大的提高。

本发明所指的PSK类内信号主要指多进制混合调幅调相信号。

本发明的技术方案为：

一种PSK信号的相位解卷绕方法，包括：

接收PSK信号的I分量和Q分量，对I分量和Q分量排列形成的IQ数列进行相位求解运算，得到卷绕相位数列；

根据所述卷绕相位数列确定相位的偏移量，利用该偏移量修正所述IQ数列，然后对修正后的IQ数列进行相位求解运算，得到解卷绕的相位数列。

进一步的，所述相位求解运算采用反正切运算。

进一步的，根据所述卷绕相位数列确定相位的偏移量包括：将待处理的卷绕相位数列从卷绕处分为多段未发生卷绕的序列，分别求解各段的线性分量，然后求解多段线性分量的平均值，即得到整体的相位偏移量。

进一步的，在求解平均值之前，还包括去除各段线性分量中的野值点数据。

进一步的，所述方法还应用于ASK信号或多进制混合调幅调相信号的相位解卷绕处理。

作为一种改进，利用该相位偏移量修正所述IQ数列包括：将该偏移量作为复指数信号，叠加在所述IQ数列上作为修正操作。

其中，所述修正操作按照以下公式进行：

x(t)e^jωt

其中，x(t)为原始IQ数列，ω为相位偏移量。

通过将上述方法固定于硬件装置中，本发明还提出了一种存储装置，存储有多条指令，所述指令由处理器加载并执行以下处理：

接收PSK信号的I分量和Q分量，对I分量和Q分量排列形成的IQ数列进行相位求解运算，得到卷绕相位数列；

根据所述卷绕相位数列确定相位的偏移量，利用该偏移量修正所述IQ数列，然后对修正后的IQ数列进行相位求解运算，得到解卷绕的相位数列。

进一步的，本发明还提出了一种PSK信号的相位解卷绕装置，包括处理器，用于实现各指令；以及存储装置，用于存储多条指令，所述指令由处理器加载并执行以下处理：

接收PSK信号的I分量和Q分量，对I分量和Q分量排列形成的IQ数列进行相位求解运算，得到卷绕相位数列；

根据所述卷绕相位数列确定相位的偏移量，利用该偏移量修正所述IQ数列，然后对修正后的IQ数列进行相位求解运算，得到解卷绕的相位数列。

本发明的有益效果：

本发明避免了相位模2pi序列的修正序列中门限的确定，算法由卷绕序列确定载波偏移量，修正IQ数列，然后二次求解相位序列，达到二次求解出的相位序列变化控制在2pi范围内的目的，从而实现解卷绕去线性的功能。

本发明与目前广泛应用的相位模2pi序列加修正序列的方法相比，引入相位二次求解的理念，从产生相位卷绕的根本原因载波偏移进行处理，既避免了修正序列中门限难以确定及修正方法不稳定的困扰，并且适用于非调相信号等相位连续的调制信号，具有广泛的适用性。

本发明还可以应用于ASK信号和多进制混合调幅调相信号的相位去卷绕，表现了本发明的较强适用性。

附图说明

图1是本发明的方法原理图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术部分描述的，对于各种PSK及PSK类内信号，码元突变时相位变化值是不定的，这个缺点在信号调制模式识别中尤为明显，因为调制模式识别的应用中调制模式的未定导致码元突变时的相位未定，因而无法确定合适的门限。

基于载波频率偏移是造成相位卷绕的主要因素，本发明的技术方案避开PSK及PSK类内信号修正序列门限难确定及方法难设计的缺点，从IQ数列中去除载波偏移出发，如图1，该框图是本发明的一个基本方法流程。

本发明中的PSK类内信号指多进制混合调幅调相信号。

首先接收PSK信号的I分量和Q分量，对I分量和Q分量排列形成的IQ数列进行相位求解运算，得到卷绕相位数列；

根据卷绕相位数列确定相位的偏移量，利用该偏移量修正所述IQ数列，然后对修正后的IQ数列进行相位求解运算，得到解卷绕的相位数列。

其中，由原始IQ数列求卷绕相位数列及修正IQ数列求解去线性相位序列都是基本的反正切运算。

在由卷绕相位数列确定偏移量的过程中，可以使用线性规划法估计出相位的线性分量，配合多段平均处理及稳健处理，得到准确稳定的偏移量，去除了噪声及干扰带来的不稳定因素。

具体的，将待处理的卷绕相位数列从卷绕处分为多段未发生卷绕的序列，分别求解各段的线性分量，然后求解多段线性分量的平均值，即得到整体的相位偏移量。

还可以在求解平均值之前，去除各段线性分量中的野值点数据。

在用偏移量修正IQ数列的过程中,根频偏公式即可实现。

具体的，将该偏移量作为复指数信号，叠加在IQ数列上作为修正操作。

其中，所述修正操作按照以下公式进行：

x(t)e^jωt

其中，x(t)为原始IQ数列，ω为相位偏移量。

在修正后的IQ数列中，因为由频偏引起的线性分量不再存在，在同一码元内相位是常值而非线性变化，相位变化范围不会超出2pi，这意味着相位不会产生卷绕现象，相位的去线性分量问题也得到解决。

本发明提出的技术方案还可以应用在ASK信号上，幅移键控(ASK)相当于模拟信号中的调幅，只不过与载频信号相乘的是二进制数码而已。幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特是通过载波的幅度来传递的。

由于ASK信号与PSK信号的相位信息位置相同，所以本方法还可以应用于ASK信号的相位解卷绕处理。

本发明提出的技术方案还可以应用在多进制混合调幅调相信号上，例如正交振幅调制QAM信号，正交振幅调制QAM信号是一种将两种调幅信号(2ASK和2PSK)汇合到一个信道的方法，因此会双倍扩展有效带宽，正交调幅被用于脉冲调幅。正交调幅信号有两个相同频率的载波，但是相位相差90度(四分之一周期，来自积分术语)，也就是本申请中的I分量和Q分量。

从数学角度将一个信号表示成正弦，另一个表示成余弦。两种被调制的载波在发射时已被混和。到达目的地后，载波被分离，数据被分别提取然后和原始调制信息相混和。

正交振幅调制QAM是由2ASK和2PSK信号混合而成的，所以也可以应用本发明的技术方案。

通过将上述方法固定于硬件装置中，本发明还提出了一种存储装置，存储有多条指令，所述指令由处理器加载并执行以下处理：

接收PSK信号的I分量和Q分量，对I分量和Q分量排列形成的IQ数列进行相位求解运算，得到卷绕相位数列；

根据所述卷绕相位数列确定相位的偏移量，利用该偏移量修正所述IQ数列，然后对修正后的IQ数列进行相位求解运算，得到解卷绕的相位数列。

在上述存储装置的基础上，本发明还提出了一种PSK信号的相位解卷绕装置，包括处理器，用于实现各指令；以及存储装置，用于存储多条指令，所述指令由处理器加载并执行以下处理：

接收PSK信号的I分量和Q分量，对I分量和Q分量排列形成的IQ数列进行相位求解运算，得到卷绕相位数列；

根据所述卷绕相位数列确定相位的偏移量，利用该偏移量修正所述IQ数列，然后对修正后的IQ数列进行相位求解运算，得到解卷绕的相位数列。

本发明提出的方法以及装置避免了相位模2pi序列的修正序列中门限的确定，算法由卷绕序列确定载波偏移量，修正IQ数列，然后二次求解相位序列，达到二次求解出的相位序列变化控制在2pi范围内的目的，从而实现解卷绕去线性的功能。

与目前广泛应用的相位模2pi序列加修正序列的方法相比，引入相位二次求解的理念，从产生相位卷绕的根本原因载波偏移进行处理，既避免了修正序列中门限难以确定及修正算法不稳定的困扰，并且适用于非调相信号等相位连续的调制信号，具有广泛的适用性。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种PSK信号的相位解卷绕方法，其特征在于，包括：

接收PSK信号的I分量和Q分量，对I分量和Q分量排列形成的IQ数列进行相位求解运算，得到卷绕相位数列；

根据所述卷绕相位数列确定相位的偏移量，利用该偏移量修正所述IQ数列，然后对修正后的IQ数列进行相位求解运算，得到解卷绕的相位数列。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相位求解运算采用反正切运算。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述卷绕相位数列确定相位的偏移量包括：将待处理的卷绕相位数列从卷绕处分为多段未发生卷绕的序列，分别求解各段的线性分量，然后求解多段线性分量的平均值，即得到整体的相位偏移量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在求解平均值之前，还包括去除各段线性分量中的野值点数据。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还应用于ASK信号或多进制混合调幅调相信号的相位解卷绕处理。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用该相位偏移量修正所述IQ数列包括：将该偏移量作为复指数信号，叠加在所述IQ数列上作为修正操作。

7.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述修正操作按照以下公式进行：

x(t)e^jωt

其中，x(t)为原始IQ数列，ω为相位偏移量。

8.一种存储装置，其特征在于，存储有多条指令，所述指令由处理器加载并执行以下处理：

接收PSK信号的I分量和Q分量，对I分量和Q分量排列形成的IQ数列进行相位求解运算，得到卷绕相位数列；

根据所述卷绕相位数列确定相位的偏移量，利用该偏移量修正所述IQ数列，然后对修正后的IQ数列进行相位求解运算，得到解卷绕的相位数列。

9.一种PSK信号的相位解卷绕装置，包括处理器，用于实现各指令；以及存储装置，用于存储多条指令，其特征在于，所述指令由处理器加载并执行以下处理：

接收PSK信号的I分量和Q分量，对I分量和Q分量排列形成的IQ数列进行相位求解运算，得到卷绕相位数列；

根据所述卷绕相位数列确定相位的偏移量，利用该偏移量修正所述IQ数列，然后对修正后的IQ数列进行相位求解运算，得到解卷绕的相位数列。