CN108566353B - 一种不断修正的载波同步装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种不断修正的载波同步装置及方法，该装置包括：信号提取模块，用于接收扩频后的信号，从该信号中提取导频信号和数据段信号；初频偏初相偏估计模块，用于根据导频信号估计初频偏，根据初频偏校正后的导频信号计算初相偏；初频偏初相偏校正模块，用于根据初频偏对导频信号和数据段信号进行校正，根据初相偏对初频偏校正后的数据段信号进行校正；细频偏细相偏估计模块，用于根据初校正的数据段信号估计细频偏，并根据该细频偏计算细相偏；细频偏细相偏校正模块，用于根据细频偏和细相偏对初校正的数据段信号进行细校正。本发明的装置及方法通过导频信号进行初频偏相偏估计，并通过数据段进行细频偏相偏估计，提高频偏相偏测量的准确性。

Description

一种不断修正的载波同步装置及方法
技术领域
本发明涉及载波恢复领域，尤其涉及一种不断修正的载波同步装置及方法。
背景技术
在信号的传输过程中，由于多普勒频移和振荡器的精确度等因素，使得接收信号的载波和本地载波不完全同步，有一定的偏差，并导致相位急剧变化，严重影响了解调器的性能，因此必须在接收机中进行载波同步。输入的中频信号经数字下变频后，变到零频，由于收发载波之间不完全匹配，因此这一零频不是真正意义上的零频，而是收发载波间有一个较小的频差，需要进行载波频偏估计和载波校正，以消除载波偏差的影响。
在实际的通信系统中，接收信号经过下变频变到基带后，总是存在一个小频偏Δf的，载波同步的目的就是要估计出这个Δf值。实际的系统中Δf都是有一定的范围的，如分布在-fmax～+fmax之间，如果在-fmax～+fmax之间对Δf采用一定的算法进行搜索，定义一个似然度，只有当搜索的频率离实际的频偏最近时，似然度值最大，因此便可以得到频偏的估值。
现有技术中一般采用扫频算法，按照一定的频偏间隔进行最大似然的匹配，寻找最接近频偏的频点，然而，一方面，扫频算法运算量大，另一方面，扫频精度受限，频率跟踪误差较大。图1为现有技术的二分频算法误判图，图2为现有技术的二分频算法误判后的频率搜索图，参见图1和图2，第一次频段选择时，目标ftarget＝2100Hz，最大频偏选择时fmax＝4000Hz。如果第一次判断选择2000HZ，-2000HZ，选择2000HZ没有问题，但是第二次选择1500HZ和3000HZ很容易出错误，因为2100HZ和1500HZ以及3000HZ的频率偏差不是很大，在SNR低时容易误判，例如本次选择了1500HZ，导致后面无论如何处理，最终得到1791HZ，离目标2100HZ相差309HZ，误差比较大，二分算法后面判断出来的频率分别如下2000，1000，1500，1750，1875，1812，1781，1796，1789，1792，1791，因此，二分频算法容易造成误判。
因此，提出一种不断修正的载波同步装置及方法。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的不断修正的载波同步装置及方法，该装置及方法从流程上分为两个步骤，即通过导频信号进行初频偏初相偏估计，并通过数据段信号进行细频偏细相偏估计或持续跟踪高速运动，提高频偏相偏测量的准确性，从而提高载波恢复的精确度，具体算法上采用二分三相频偏算法进行修正，进一步提高载波恢复的精确度。
根据本发明的一个方面，本发明提供的不断修正的载波同步装置，包括：信号提取模块，用于接收扩频后的信号，从该信号中提取导频信号和后续的数据段信号，将该导频信号发送至初频偏初相偏估计模块和初频偏初相偏校正模块，并将数据段信号发送至初频偏初相偏校正模块；初频偏初相偏估计模块，用于根据导频信号利用搜索算法估计初频偏，并将导频信号和初频偏发送至初频偏初相偏校正模块，接收并根据初频偏校正后的导频信号计算初相偏，并将该初相偏发送至初频偏初相偏校正模块；初频偏初相偏校正模块，用于根据初频偏对导频信号和数据段信号进行校正，将初频偏校正后的导频信号发送至初频偏初相偏估计模块，根据初相偏对初频偏校正后的数据段信号进行校正，以得到初校正的数据段信号，并将初校正的数据段信号发送至细频偏细相偏估计模块；细频偏细相偏估计模块，用于根据初校正的数据段信号利用搜索算法估计细频偏，并根据该细频偏计算细相偏，并将该细频偏和细相偏发送至细频偏细相偏校正模块；细频偏细相偏校正模块，用于根据细频偏和细相偏对初校正的数据段信号进行校正，以得到细校正的数据段信号，将细校正的数据段信号发送至解调器进行解调。
初频偏初相偏估计模块包括：初频偏估计单元，用于接收信号提取模块发送的导频信号，根据导频信号利用搜索算法估计初频偏，并将导频信号和初频偏发送至初频偏校正单元；初相偏估计单元，用于接收并根据初频偏校正后的导频信号计算初相偏，并将该初相偏发送至初频偏初相偏校正模块，
初频偏初相偏校正模块包括：初频偏校正单元，用于根据初频偏对导频信号和数据段信号进行校正，将初频偏校正后的导频信号发送至初频偏初相偏估计模块；初相偏校正单元，用于根据初相偏对初频偏校正后的数据段信号进行校正，以得到初校正的数据段信号，并将初校正的数据段信号发送至细频偏细相偏估计模块。
在初频偏估计单元中，通过以下公式估计初频偏：
Figure BDA0001602898590000031
其中，
Figure BDA0001602898590000032
为初频偏，M为调制阶数，rk为扩频后的信号，K为导频信号的长度，f为导频信号的频率，Tb为码元周期。
在初相偏估计单元中，通过以下公式估计初相偏：
Figure BDA0001602898590000033
其中，
Figure BDA0001602898590000034
为初相偏，
Figure BDA0001602898590000035
为初频偏，M为调制阶数，rk为扩频后的信号，导频信号的长度为K，Tb为码元周期。
由于导频信号已知，所以导频信号获得初频偏之后，首先导频信号对自己进行频偏校准，公式如下：
Figure BDA0001602898590000036
估计出
Figure BDA0001602898590000041
后，就可以对初相偏进行估计。由于求得的相位是周期的，常取的一个周期为[-π,π)，因此
Figure BDA0001602898590000042
的相位取值为[-π/M,π/M)，故求得的初始相偏是有相位模糊的，对于BPSK调制，实际的相偏有
Figure BDA0001602898590000043
两种可能，对于QPSK调制，实际的相偏有
Figure BDA0001602898590000044
四种可能，但对于本发明的装置，由于信号导频的训练序列已知，M＝1，因此不存在相位模糊。
Figure BDA0001602898590000045
由于训练序列已知并且是一个常数，故此原始训练序列的相位已知，这样就可以计算得到相位校准量
Figure BDA0001602898590000046
也就是初始相位偏移量的大小
Figure BDA0001602898590000047
完成初频偏和初始相偏的估计之后，还需要在解调的过程中对频偏进行跟踪，否则由于频偏跟踪误差而累积的相位差就有可能超出相邻两个星座点之间的相位间隔，从而导致解调结果翻转、错误。
细频偏细相偏估计模块包括：细频偏估计单元，用于根据初校正的数据段信号利用搜索算法估计细频偏；细相偏估计单元，用于根据细频偏计算细相偏，并将该细频偏和细相偏发送至细频偏细相偏校正模块。
在细频偏估计单元中，通过以下公式估计细频偏：
Figure BDA0001602898590000048
其中，
Figure BDA0001602898590000049
为细频偏，M为调制阶数，r1'为初校正的第一数据段信号，第一数据段信号的长度为K，fn1为第一数据段的频率，Tb为码元周期，
Figure BDA00016028985900000410
为初相偏；
在细相偏估计单元中，通过以下公式估计细相偏：
Figure BDA00016028985900000411
其中，M为调制阶数，导频信号的长度为K，
Figure BDA0001602898590000051
Ufn'为第一数据段的幅度，r1'为初校正的第一数据段信号，fn1为第一数据段的频率，Tb为码元周期。
根据本发明的另一方面，提供一种不断修正的载波同步方法，包括：
利用信号提取模块接收扩频后的信号，从该信号中提取导频信号和后续的数据段信号，将该导频信号发送至初频偏初相偏估计模块和初频偏初相偏校正模块，并将数据段信号发送至初频偏初相偏校正模块；利用初频偏初相偏估计模块根据导频信号利用搜索算法估计初频偏，并将导频信号和初频偏发送至初频偏初相偏校正模块；利用初频偏初相偏校正模块根据初频偏对导频信号和数据段信号进行校正，将初频偏校正后的导频信号发送至初频偏初相偏估计模块；利用初频偏初相偏估计模块接收并根据初频偏校正后的导频信号计算初相偏，并将该初相偏发送至初频偏初相偏校正模块；利用初频偏初相偏校正模块根据初相偏对初频偏校正后的数据段信号进行校正，以得到初校正的数据段信号，并将初校正的数据段信号发送至细频偏细相偏估计模块；利用细频偏细相偏估计模块根据初校正的数据段信号利用搜索算法估计细频偏，并根据该细频偏计算细相偏，并将该细频偏和细相偏发送至细频偏细相偏校正模块；利用细频偏细相偏校正模块根据细频偏和细相偏对初校正的数据段信号进行校正，以得到细校正的数据段信号，将细校正的数据段信号发送至解调器进行解调。
可选地，所述不断修正的载波同步方法，还包括：
利用初频偏估计单元接收信号提取模块发送的导频信号，根据导频信号利用搜索算法估计初频偏，并将导频信号和初频偏发送至初频偏校正单元；利用初相偏估计单元接收并根据初频偏校正后的导频信号计算初相偏，并将该初相偏发送至初频偏初相偏校正模块，利用初频偏校正单元根据初频偏对导频信号和数据段信号进行校正，将初频偏校正后的导频信号发送至初频偏初相偏估计模块；利用初相偏校正单元根据初相偏对初频偏校正后的数据段信号进行校正，以得到初校正的数据段信号，并将初校正的数据段信号发送至细频偏细相偏估计模块。
可选地，所述不断修正的载波同步方法，还包括：
利用细频偏估计单元根据初校正的数据段信号利用搜索算法估计细频偏；利用细相偏估计单元根据细频偏计算细相偏，并将该细频偏和细相偏发送至细频偏细相偏校正模块。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.本发明的在扩频之后进行频偏和相位偏移的测量修正，减少了数据量，并且增强了信号检测的准确性。
2.本发明提出采用导频信号的训练序列和数据分段方法分别进行频偏和相位偏移的测量，通过导频信号先测量初频偏和初相位偏移，数据段根据测量的初频偏和相位偏移进行大尺度的修正，再对剩余小频偏和相位偏移进行进一步测量，一边测量，一边修正，由于在数据段中已修正大的频偏和相位偏移，剩余小频偏和相位偏移的测量简化且准确，能够实时的跟踪多普勒频移的变动。
3.本发明采用二分三相算法进行频率偏移的搜索，每一次分两个频段，然后在新分的频段上和上一次的中心频点选择最大数值，该二分三相算法能够满足在SNR很低时，都能够准确的跟踪频率的变动，频率误差的判断控制在一个很小的范围内。
4.本发明的二分三相算法相比常用的二分频法性能上有很大提升。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的设置。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为现有技术的二分频算法误判图；
图2为现有技术的二分频算法误判后的频率搜索图；
图3为本发明实施例的不断修正的载波同步装置；
图4为本发明实施例的载波同步跟踪示意如图；
图5为本发明的二分三相法频率梳状搜索图；
图6为本发明的二分三相法频率梳直面搜索图；
图7为本发明的二分三相法数值图；
图8为本发明实施例的不断修正的载波同步方法。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所设置。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
图3为本发明实施例的不断修正的载波同步装置，如图3所示，本发明提供的不断修正的载波同步装置，包括：信号提取模块，用于接收扩频后的信号，从该信号中提取导频信号和后续的数据段信号，将该导频信号发送至初频偏初相偏估计模块和初频偏初相偏校正模块，并将数据段信号发送至初频偏初相偏校正模块；初频偏初相偏估计模块，用于根据导频信号利用搜索算法估计初频偏，并将导频信号和初频偏发送至初频偏初相偏校正模块，接收并根据初频偏校正后的导频信号计算初相偏，并将该初相偏发送至初频偏初相偏校正模块；初频偏初相偏校正模块，用于根据初频偏对导频信号和数据段信号进行校正，将初频偏校正后的导频信号发送至初频偏初相偏估计模块，根据初相偏对初频偏校正后的数据段信号进行校正，以得到初校正的数据段信号，并将初校正的数据段信号发送至细频偏细相偏估计模块；细频偏细相偏估计模块，用于根据初校正的数据段信号利用搜索算法估计细频偏，并根据该细频偏计算细相偏，并将该细频偏和细相偏发送至细频偏细相偏校正模块；细频偏细相偏校正模块，用于根据细频偏和细相偏对初校正的数据段信号进行校正，以得到细校正的数据段信号，将细校正的数据段信号发送至解调器进行解调。本发明的在扩频之后进行频偏和相位偏移的测量修正，减少了数据量，并且增强了信号检测的准确性。本发明提出采用导频信号的训练序列和数据分段方法分别进行频偏和相位偏移的测量，通过导频信号先测量初频偏和初相位偏移，数据段根据测量的初频偏和相位偏移进行大尺度的修正，再对剩余小频偏和相位偏移进行进一步测量，一边测量，一边修正，由于在数据段中已修正大的频偏和相位偏移，剩余小频偏和相位偏移的测量简化且准确，能够实时的跟踪多普勒频移的变动。
参见图3，初频偏初相偏估计模块包括：初频偏估计单元，用于接收信号提取模块发送的导频信号，根据导频信号利用搜索算法估计初频偏，并将导频信号和初频偏发送至初频偏校正单元；初相偏估计单元，用于接收并根据初频偏校正后的导频信号计算初相偏，并将该初相偏发送至初频偏初相偏校正模块，
参见图3，初频偏初相偏校正模块包括：初频偏校正单元，用于根据初频偏对导频信号和数据段信号进行校正，将初频偏校正后的导频信号发送至初频偏初相偏估计模块；初相偏校正单元，用于根据初相偏对初频偏校正后的数据段信号进行校正，以得到初校正的数据段信号，并将初校正的数据段信号发送至细频偏细相偏估计模块。
在初频偏估计单元中，通过以下公式估计初频偏：
Figure BDA0001602898590000091
其中，
Figure BDA0001602898590000092
为初频偏，M为调制阶数，rk为扩频后的信号，K为导频信号的长度，f为导频信号的频率，Tb为码元周期。
具体地，
Figure BDA0001602898590000093
其中，Δf为频偏，Tb为码元周期，n(k)～N(0,2σ2)为加性复高斯白噪声，其同相分量和正交分量的方差均为σ2，θ是初始相位差，Ak是由于噪声影响而得的瞬时幅值，αk是由于噪声影响而附加的相位噪声，φk是被调制的相位，φk∈{0,π}，L为rk的长度。若不考虑噪声的影响，则
Figure BDA0001602898590000094
M为调制阶数，对于BPSK调制，M＝2，对于QPSK调制，M＝4。因此，调制信息φk被去掉了。
用于计算频偏的搜索算法采用二分三相算法进行频偏的搜索，在二分三相算法中，每一次分两个频段，然后在新分的频段上和上一次的中心频点中选择最大数值。
利用搜索算法计算频偏的过程具体如下：接收信号rk和需要搜索的所有频点fn对应的单音进行共轭相乘，长度是接收信号的长度，例如初始训练序列长度可以是48。
Ufn＝rk·exp(-j2πfnTb)
其中，rk是接收信号，exp(-j2πfnTb)是与之接收信号去匹配的单音信号。
接下来，对共轭相乘得到的信号Ufn相位扩大M倍，去掉调制相位信息，然后全部累加，如以下公式：
Figure BDA0001602898590000101
累加后的信号取其幅度用来做后续二分三相法的比较
由于频偏估计值
Figure BDA0001602898590000102
的最大似然估计式没有解析解，只能采用搜索算法。
在频率搜索的过程中，为了加快搜索的速度，减少运算量，可以采用二分法进行搜索。第一次计算时，分别令fs1＝fmax/2和fs2＝-fmax/2，由上式计算得到Us1和Us2，然后比较Us1和Us2的大小，若Us1＞Us2，则令fsmid＝fs1，Umid＝Us1否则令fsmid＝fs2，Umid＝Us2，其中，fsmid为fs1和fs2的中间频点；
然后进行第二次计算，计算时令fs1＝fsmid+fmax/4，fs2＝fsmid-fmax/4，同样由Us的计算式计算得到Us1和Us2，然后比较Umid，Us1和Us2的大小，其中Umid是第一次计算的最大值，若Us1最大，则更新fsmid＝fs1，若Us2最大令fsmid＝fs2，若Umid最大，则fsmid＝fsmid，频点保持不变；如此循环，到进行第n次计算时，令fs1＝fsmid+fmax/2n，fs2＝fsmid-fmax/2n，由Us的计算式计算得到Us1和Us2，然后比较Umid，Us1和Us2的大小，在这3者中取其最大数值。对于n的取值，则视需要达到的频率精度而定，由上面的计算过程可知，该算法的收敛过程快，计算n次之后，精度已经达到了fmax/2n。
对于最后一次搜索后的fsmid，可得到频偏的估计值为
Figure BDA0001602898590000103
对于训练序列和后续的数据段的频偏搜索方法都一样。
图5为本发明的二分三相法频率梳状搜索图，图6为本发明的二分三相法频率梳直面搜索图，图7为本发明的二分三相法数值图。参见图5至图7，如果采用二分三相法，每一次分两个分支，但是判断上根据这两个新的分支和这两个分支的中间频点，同时进行判断，3相判断，则频偏判断的准确性大大提高，该中间频点就是上次判断的最大频点。例如，第一次判断选择2000HZ，第二次选择2100HZ和1500HZ，以及2000，这三相进行判断，选择最大者，此时2000和2100离得很近，就算SNR很低一般也不会判断有误，选择2000HZ，后面就算有些小的误判，基本对性能影响很小，采用二分三相方法得到的频偏判断结果如下：2000，2000，2000，2250，2125，2187，2156，2171，2171，2171，2169。综上，本发明的二分三相算法相比常用的二分频法性能上有很大提升。
在初相偏估计单元中，通过以下公式估计初相偏：
Figure BDA0001602898590000111
其中，
Figure BDA0001602898590000112
为初相偏，
Figure BDA0001602898590000113
为初频偏，M为调制阶数，rk为扩频后的信号，导频信号的长度为K，Tb为码元周期。
参见图1，细频偏细相偏估计模块包括：细频偏估计单元，用于根据初校正的数据段信号利用搜索算法估计细频偏；细相偏估计单元，用于根据细频偏计算细相偏，并将该细频偏和细相偏发送至细频偏细相偏校正模块。
在细频偏估计单元中，通过以下公式估计细频偏：
Figure BDA0001602898590000114
其中，
Figure BDA0001602898590000115
为细频偏，M为调制阶数，r1'为初校正的第一数据段信号，第一数据段信号的长度为K，fn1为第一数据段的频率，Tb为码元周期，
Figure BDA0001602898590000116
为初相偏。
在细相偏估计单元中，通过以下公式估计细相偏：
Figure BDA0001602898590000117
其中，M为调制阶数，导频信号的长度为K，
Figure BDA0001602898590000121
Ufn'为第一数据段的幅度，r1'为初校正的第一数据段信号，fn1为第一数据段的频率，Tb为码元周期。
搜索算法采用二分三相算法进行频偏的搜索，在二分三相算法中，每一次分两个频段，然后在新分的频段上和上一次的中心频点中选择最大数值。本发明采用二分三相算法进行频率偏移的搜索，每一次分两个频段，然后在新分的频段上和上一次的中心频点选择最大数值，该二分三相算法能够满足在SNR很低时，都能够准确的跟踪频率的变动，频率误差的判断控制在一个很小的范围内。
细频偏和细相偏的计算具体如下，将数据信号分成若干连续的数据段，估计每一数据段里面由于频偏估计不准确而累积的相位误差，再利用估计出的相位误差对频偏估计值进行修正，从而完成细频偏和细相偏的纠正，即完成载波同步跟踪，其中，载波同步跟踪示意图参见图4。
Figure BDA0001602898590000122
和
Figure BDA0001602898590000123
分别为初相偏和初频偏，则可以由
Figure BDA0001602898590000124
和
Figure BDA0001602898590000125
得到第一数据段的第一个数据的相偏估计值为：
Figure BDA0001602898590000126
由于
Figure BDA0001602898590000127
估计得不精确或由于频率的变化，第一数据段的第一个数据的实际相偏值已经偏离了
Figure BDA0001602898590000128
因此需要重新估计
Figure BDA0001602898590000129
并修正
Figure BDA00016028985900001210
流程如下：
首先对接收的第一数据段进行初频偏校准：
Figure BDA00016028985900001211
由于数据段信号一进来就对信号进行初频偏修正，故此
Figure BDA00016028985900001212
中
Figure BDA00016028985900001213
的相位变动后续算法计算时无需考虑初频偏。
数据段仍然采用二分三相法估计细频偏，由于初频偏修正了主要频率误差，故此此时设置最大细频偏小于fmax，这样可以加快频率的搜索时间，并且使得频率搜索的精度更精确，并且与接收信号共轭相乘的单音还加入前面一段修正的相位误差
Figure BDA00016028985900001214
这样将仅有一些微小残留的相位误差。
Figure BDA0001602898590000131
Figure BDA0001602898590000132
第一段残留频偏将会对第二段数据造成的相位偏差是Δθ1
Figure BDA0001602898590000133
最大幅度对应的频点
Figure BDA0001602898590000134
一般
Figure BDA0001602898590000135
fs为当前数据段信号的频率。因此对应的相位一般比较小，下面计算细相偏θ1如下，由于前面单音信号加入初始的相位偏移，故此此时计算的θ1数值比较小，一般
Figure BDA0001602898590000136
所以下面计算的细相偏不会存在相位模糊，故此仅仅直接除以1/M得到的相位不会有误。
Figure BDA0001602898590000137
Figure BDA0001602898590000138
这样第一数据段的修正如下，由于信号进来后首先完成了初频偏，所以此时修正频偏和相位时不需要考虑初频偏对相位和频率的影响，修正如下
Figure BDA0001602898590000139
第二段数据的修正与第一段基本类似，此时仅仅多了一个第一段频率误差变动导致的相位误差的变动，具体流程如下：
首先对接收的第二数据段进行初频偏校准：
Figure BDA00016028985900001310
Ufn＝r'2·exp(-j2πfn2Tb)
Figure BDA00016028985900001311
最大幅度对应的频点
Figure BDA00016028985900001312
对应的相位就是需要的相位θ2，
Figure BDA00016028985900001313
此时第二段需要修正的相位偏差如下
Figure BDA0001602898590000141
同理，后面数据段需要修正的频率偏差
Figure BDA0001602898590000142
Figure BDA0001602898590000143
表示的是前面一段数据修正的相位偏差
θn：本段重新修正的残留相位偏差
Δθn-1：前面一段频率变动导致的相位偏移
在接下来的解调中，对第四数据段、第五数据段等连续运用上面的方法，即可完成载波同步跟踪的过程。对于本系统，跟踪过程是利用数据中插入的已知导频进行的，因此M＝1。得到频偏及相偏估计值后，即可以对输入信号进行补偿，完成解调。根据导频信号对整体信号进行了一个初步的大频偏修正，后面每一个数据段还能够根据自身数据进行细频偏和相偏修正，故此能够满足准确快速的跟踪高速移动物体多普勒频率的变动。
图8为本发明实施例的不断修正的载波同步方法，提供一种不断修正的载波同步方法，包括：
利用信号提取模块接收扩频后的信号，从该信号中提取导频信号和后续的数据段信号，将该导频信号发送至初频偏初相偏估计模块和初频偏初相偏校正模块，并将数据段信号发送至初频偏初相偏校正模块；利用初频偏初相偏估计模块根据导频信号利用搜索算法估计初频偏，并将导频信号和初频偏发送至初频偏初相偏校正模块；利用初频偏初相偏校正模块根据初频偏对导频信号和数据段信号进行校正，将初频偏校正后的导频信号发送至初频偏初相偏估计模块；利用初频偏初相偏估计模块接收并根据初频偏校正后的导频信号计算初相偏，并将该初相偏发送至初频偏初相偏校正模块；利用初频偏初相偏校正模块根据初相偏对初频偏校正后的数据段信号进行校正，以得到初校正的数据段信号，并将初校正的数据段信号发送至细频偏细相偏估计模块；利用细频偏细相偏估计模块根据初校正的数据段信号利用搜索算法估计细频偏，并根据该细频偏计算细相偏，并将该细频偏和细相偏发送至细频偏细相偏校正模块；利用细频偏细相偏校正模块根据细频偏和细相偏对初校正的数据段信号进行校正，以得到细校正的数据段信号，将细校正的数据段信号发送至解调器进行解调。
可选地，所述不断修正的载波同步方法，还包括：
利用初频偏估计单元接收信号提取模块发送的导频信号，根据导频信号利用搜索算法估计初频偏，并将导频信号和初频偏发送至初频偏校正单元；利用初相偏估计单元接收并根据初频偏校正后的导频信号计算初相偏，并将该初相偏发送至初频偏初相偏校正模块，利用初频偏校正单元根据初频偏对导频信号和数据段信号进行校正，将初频偏校正后的导频信号发送至初频偏初相偏估计模块；利用初相偏校正单元根据初相偏对初频偏校正后的数据段信号进行校正，以得到初校正的数据段信号，并将初校正的数据段信号发送至细频偏细相偏估计模块。
可选地，所述不断修正的载波同步方法，还包括：
利用细频偏估计单元根据初校正的数据段信号利用搜索算法估计细频偏；利用细相偏估计单元根据细频偏计算细相偏，并将该细频偏和细相偏发送至细频偏细相偏校正模块。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种不断修正的载波同步装置，其特征在于，包括：
信号提取模块，用于接收扩频后的信号，从该信号中提取导频信号和后续的数据段信号，将该导频信号发送至初频偏初相偏估计模块和初频偏初相偏校正模块，并将数据段信号发送至初频偏初相偏校正模块；
初频偏初相偏估计模块，用于根据导频信号利用搜索算法估计初频偏，并将导频信号和初频偏发送至初频偏初相偏校正模块，接收并根据初频偏校正后的导频信号计算初相偏，并将该初相偏发送至初频偏初相偏校正模块；其中，搜索算法采用二分三相算法进行频偏的搜索，在二分三相算法中，每一次分两个频段，然后在新分的频段上和上一次的中心频点中选择最大数值；
初频偏初相偏校正模块，用于根据初频偏对导频信号和数据段信号进行校正，将初频偏校正后的导频信号发送至初频偏初相偏估计模块，根据初相偏对初频偏校正后的数据段信号进行校正，以得到初校正的数据段信号，并将初校正的数据段信号发送至细频偏细相偏估计模块；
细频偏细相偏估计模块，用于根据初校正的数据段信号利用搜索算法估计细频偏，并根据该细频偏计算细相偏，并将该细频偏和细相偏发送至细频偏细相偏校正模块；
细频偏细相偏校正模块，用于根据细频偏和细相偏对初校正的数据段信号进行校正，以得到细校正的数据段信号，将细校正的数据段信号发送至解调器进行解调。
2.根据权利要求1所述的不断修正的载波同步装置，其特征在于，初频偏初相偏估计模块包括：
初频偏估计单元，用于接收信号提取模块发送的导频信号，根据导频信号利用搜索算法估计初频偏，并将导频信号和初频偏发送至初频偏校正单元；
初相偏估计单元，用于接收并根据初频偏校正后的导频信号计算初相偏，并将该初相偏发送至初频偏初相偏校正模块，
初频偏初相偏校正模块包括：
初频偏校正单元，用于根据初频偏对导频信号和数据段信号进行校正，将初频偏校正后的导频信号发送至初频偏初相偏估计模块；
初相偏校正单元，用于根据初相偏对初频偏校正后的数据段信号进行校正，以得到初校正的数据段信号，并将初校正的数据段信号发送至细频偏细相偏估计模块。
3.根据权利要求2所述的不断修正的载波同步装置，其特征在于，
在初频偏估计单元中，通过以下公式估计初频偏：
Figure FDA0002684827170000021
其中，
Figure FDA0002684827170000022
为初频偏，M为调制阶数，rk为扩频后的信号，K为导频信号的长度，f为导频信号的频率，Tb为码元周期；
在初相偏估计单元中，通过以下公式估计初相偏：
Figure FDA0002684827170000023
其中，
Figure FDA0002684827170000024
为初相偏，
Figure FDA0002684827170000025
为初频偏，M为调制阶数，rk为扩频后的信号，导频信号的长度为K，Tb为码元周期。
4.根据权利要求3所述的不断修正的载波同步装置，其特征在于，细频偏细相偏估计模块包括：
细频偏估计单元，用于根据初校正的数据段信号利用搜索算法估计细频偏；
细相偏估计单元，用于根据细频偏计算细相偏，并将该细频偏和细相偏发送至细频偏细相偏校正模块。
5.根据权利要求4所述的不断修正的载波同步装置，其特征在于，
在细频偏估计单元中，通过以下公式估计细频偏：
Figure FDA0002684827170000031
其中，
Figure FDA0002684827170000032
为细频偏，M为调制阶数，r1'为初校正的第一数据段信号，第一数据段信号的长度为K，fn1为第一数据段的频率，Tb为码元周期，
Figure FDA0002684827170000033
为初相偏；
在细相偏估计单元中，通过以下公式估计细相偏：
Figure FDA0002684827170000034
其中，M为调制阶数，导频信号的长度为K，
Figure FDA0002684827170000035
Ufn'为第一数据段的幅度，r1'为初校正的第一数据段信号，fn1为第一数据段的频率，Tb为码元周期。
6.一种不断修正的载波同步方法，其特征在于，包括：
利用信号提取模块接收扩频后的信号，从该信号中提取导频信号和后续的数据段信号，将该导频信号发送至初频偏初相偏估计模块和初频偏初相偏校正模块，并将数据段信号发送至初频偏初相偏校正模块；
利用初频偏初相偏估计模块根据导频信号利用搜索算法估计初频偏，并将导频信号和初频偏发送至初频偏初相偏校正模块；搜索算法采用二分三相算法进行频偏的搜索，在二分三相算法中，每一次分两个频段，然后在新分的频段上和上一次的中心频点中选择最大数值；
利用初频偏初相偏校正模块根据初频偏对导频信号和数据段信号进行校正，将初频偏校正后的导频信号发送至初频偏初相偏估计模块；
利用初频偏初相偏估计模块接收并根据初频偏校正后的导频信号计算初相偏，并将该初相偏发送至初频偏初相偏校正模块；
利用初频偏初相偏校正模块根据初相偏对初频偏校正后的数据段信号进行校正，以得到初校正的数据段信号，并将初校正的数据段信号发送至细频偏细相偏估计模块；
利用细频偏细相偏估计模块根据初校正的数据段信号利用搜索算法估计细频偏，并根据该细频偏计算细相偏，并将该细频偏和细相偏发送至细频偏细相偏校正模块；
利用细频偏细相偏校正模块根据细频偏和细相偏对初校正的数据段信号进行校正，以得到细校正的数据段信号，将细校正的数据段信号发送至解调器进行解调。
7.根据权利要求6所述的不断修正的载波同步方法，其特征在于，还包括：
利用初频偏估计单元接收信号提取模块发送的导频信号，根据导频信号利用搜索算法估计初频偏，并将导频信号和初频偏发送至初频偏校正单元；
利用初相偏估计单元接收并根据初频偏校正后的导频信号计算初相偏，并将该初相偏发送至初频偏初相偏校正模块，
利用初频偏校正单元根据初频偏对导频信号和数据段信号进行校正，将初频偏校正后的导频信号发送至初频偏初相偏估计模块；
利用初相偏校正单元根据初相偏对初频偏校正后的数据段信号进行校正，以得到初校正的数据段信号，并将初校正的数据段信号发送至细频偏细相偏估计模块。
8.根据权利要求7所述的不断修正的载波同步方法，其特征在于，还包括：
利用细频偏估计单元根据初校正的数据段信号利用搜索算法估计细频偏；
利用细相偏估计单元根据细频偏计算细相偏，并将该细频偏和细相偏发送至细频偏细相偏校正模块。
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