CN110247870B - 32apsk载波环路同步锁定检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种32APSK载波环路同步锁定检测方法，旨在提供一种判定准确，不受输入信号幅度影响的检测方法。本发明通过下述技术方案予以实现：载波环路锁定状态检测模块分别从I、Q数据存储模块中取出解调点，送入后端的32APSK外圈判决点计算模块和32APSK星座判决模块，计算其内外圈判决门限，抛去内圈及中圈的星座点后将外圈的星座点送入归一化信号高阶矩计算模块，计算外圈点的归一化高阶矩，阈值调整模块完成外圈的判决阈值，载波同步锁定检测环路在每一时刻将阈值调整模块的判决阈值和高阶矩计算模块归一化高阶矩计算值送入比较器，与预设的锁定阈值进行比较，判定32APSK载波环路的锁定状态，输出载波锁定指示状态。

Description

32APSK载波环路同步锁定检测方法
技术领域
本发明涉及一种用于无线通信领域中，检测32APSK数字解调器中载波解调环路锁定状态的32APSK载波环路同步锁定的检测方法。
技术背景
在卫星通信系统中，卫星通信接收机经常要在较大的频偏下实现载波同步，卫星信道的信道特性则是一种典型的非线性信道，根据这一信道特性就要求系统最好采用恒包络调制，以避免造成严重的非线性失真，所以通常在卫星通信中会采用PSK调制方式，如BPSK、QPSK、8PSK等。然而，随着科技技术的不断发展和进步，人们对信息的需求越来越多，质量要求越来越高，相应的对信息传输速率的要求也越来越高。但是一般的低速率低阶调制卫星通信系统无法满足这样的需求。为了解决日益增长的信息传输速率和愈来愈宝贵的频谱资源两者之间的矛盾，必须采用幅度和相位联合调制的高阶调制方式来提高已有频谱资源的利用率，如16QAM、32QAM等。
而传统的MQAM存在较多的幅度，通过非线性转发器时，一部分点离饱和点偏远，功率效益不高，而那些接近饱和状态工作的信号点非线性失真影响严重，加大了预失真校正的复杂度。因此，在设计信道、频谱利用率高的调制星座时，采用的高阶方案应尽量减少信号幅度的起伏，这样星座形状应呈圆形、圆周个数少的环形MAPSK成为首选。与矩形QAM调制方式不同，幅度相移键控APSK调制方式的星座图呈圆形分布，它的幅度变化更少，如32QAM信号有五种幅度，但是32APSK信号则只有三种幅度，因此32APSK调制方式更适合应用于卫星信道这样的非线性信道，更容易对非线性失真进行补偿。相比于其他低阶调制模式，32APSK信号星座点分布密集，所以在判定载波锁定时很容易受噪声、输入信号幅度大小等影响，造成锁定指示判定不准确。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足之处，提供一种计算简单可靠，判定准确度高，不受输入信号幅度影响，能够提供鲁棒性更高的32APSK载波环路同步锁定检测方法。
本发明的上述目的可以通过下述技术方案予以实现：一种32APSK载波环路同步锁定检测方法，具有如下技术特征：在32APSK解调模块中构建一个载波环路锁定状态检测模块，载波环路锁定状态检测模块将载波同步和位同步后的32APSK信号进行数据存储；分别从I、Q数据存储模块中取出解调点，送入后端的32APSK外圈判决点计算模块和32APSK星座判决模块，32APSK星座判决模块对输入的32APSK解调信号进行星座点判决，计算其内外圈判决门限，抛去内圈及中圈的16个星座点后将外圈的16个星座点送入归一化信号高阶矩计算模块，计算经过32APSK星座点判决后的外圈点的归一化高阶矩，通过阈值调整模块完成外圈的判决阈值，载波同步锁定检测环路在每一时刻将阈值调整模块的判决阈值和高阶矩计算模块归一化高阶矩计算值送入比较器，与预设的锁定阈值进行比较，判定32APSK载波环路的锁定状态，输出载波锁定指示状态。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
本发明采用类似于MPSK的处理方法，对于32APSK信号，先利用判决信息将32APSK的内圈和中圈16个点剔除，再去除外圈的16个点的调制信息，然后与预先设定的锁定指示门限进行比较，检测载波环路是否锁定。通过判决出32APSK外圈16个星座点后，送入归一化信号高阶矩计算模块，计算经过32APSK星座点判决后的外圈点的归一化高阶矩和外圈的判决阈值，通过比较其归一化高阶矩与预设阈值的大小关系来判定32APSK信号载波同步环路是否锁定。通过计算32APSK星座图外圈16个点的归一化高阶矩实现了32APSK载波锁定指示的判定，不受输入信号幅度影响，能够提供鲁棒性更高的判定32APSK载波锁定检测的准确度。
本发明采用载波同步锁定检测环路在每一时刻将高阶矩计算模块归一化高阶矩计算值送入比较器，与预设的锁定阈值进行比较，判定32APSK载波环路的锁定状态，利用32APSK信号的外圈16个星座点的信息进行32APSK载波环路同步锁定，通过计算信号的归一化高阶矩，消除了传统的算法信号输入幅度的变化对判决的影响。
本发明采用归一化高阶矩模块计算输入32APSK信号的判决门限和外圈16个星座点的归一化高阶矩，对输入的32APSK信号进行星座点判决，抛去内圈及中圈的16个星座点后，计算外圈16个星座点的归一化高阶矩，再与预设的阈值进行比较，从而判定32APSK载波环路的锁定状态。相比现有32APSK载波同步锁定检测方法，计算简单可靠，便于FPGA与DSP工程实现。
本发明适用于各种环境下的32APSK解调的载波锁定检测。
附图说明
为了更清楚地理解本发明，现将通过参照附图，来描述本发明，其中：
图1是本发明的32APSK载波环路同步锁定检测原理框图。
图2是本发明的32APSK信号星座图及外圈判决示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施进行进一步具体的描述。
参阅图1。根据本发明，在32APSK解调模块中构建一个载波环路锁定状态检测模块，载波环路锁定状态检测模块将载波同步和位同步后的32APSK信号进行数据存储；分别从I、Q数据存储模块中取出解调点，送入后端的32APSK外圈判决点计算模块和32APSK星座判决模块，32APSK星座判决模块对输入的32APSK解调信号进行星座点判决，计算其内外圈判决门限，抛去内圈及中圈的16个星座点后送入归一化信号高阶矩计算模块，计算经过32APSK星座点判决后的外圈点的归一化高阶矩通过阈值调整模块完成外圈的判决阈值，载波同步锁定检测环路在每一时刻将阈值调整模块的判决阈值和高阶矩计算模块归一化高阶矩计算值送入比较器，与预设的锁定阈值进行比较，判定32APSK载波环路的锁定状态，输出载波锁定指示状态。
载波环路锁定状态检测模块包括：并联32APSK外圈判决圈计算模块和并联32APSK星座判决模块的I、Q数据存储模块，32APSK外圈判决圈计算模块与32APSK星座判决模块通信，32APSK星座判决模块通过通信归一化信号高阶矩计算模块串联比较器。I、Q数据存储模块存储一段时间的16QAM解调信号，典型的解调点可以取16384个解调点。
完成载波通过和位同步的32APSK信号送入32APSK载波环路同步锁定检测模块，输入信号首先通过数据存储模块取16384个数据分别送入后端的32APSK外圈判决点计算模块中。
在32APSK外圈判决计算模块中，32APSK外圈判决计算模块首先求取从I、Q数据存储模块输入信号的平均功率P，
Figure BDA0002075832940000031
从而可计算出外圈判决点Pth：
Figure BDA0002075832940000032
其中Ik为第k个输入点的实部，Qk为第k个输入点虚部分。
32APSK星座点判决模块完成输入信号的外圈判决后，根据当前输入的32APSK信号。计算每个点的功率
Figure BDA0002075832940000033
与32APSK外圈判决点计算得到的外圈判决圈功率值Pth比较，若Pk＞Pth，则判定该点位于32APSK星座图的外圈，保留该点；反之，则判定该点位于32APSK星座图的内圈或中圈，去掉该点。载波同步锁定检测环路在每一时刻将归一化高阶矩计算值与阈值调整模块输出的阈值进行比较，当计算值大于检测门限时，判定载波环路锁定；反之，判定载波环路失锁。
32APSK星座点判决得到的外圈信号送入归一化高阶矩计算模块计算其归一化高阶矩：
Figure BDA0002075832940000041
将归一化高阶矩计算模块输出值与预先设定的阈值比较，当归一化高阶矩值大于阈值时，判定载波环路锁定；反之，判定载波环路失锁，其中，N为采样点数、yk表示第k组输入Ik、Qk的归一化高阶矩，Re表示取复数信号的实部运算。归一化信号高阶矩计算模块计算经过32APSK星座点判决后的外圈点的归一化高阶矩，首先计算信号的16次方，再对其归一化后取均值。
参阅图2。32APSK信号以实部I、虚部Q为直角坐标系，将k个输入的32APSK星座映射点分为按同心圆分布为内圈，中圈和外圈的星座图，通过计算输入信号的平均功率可以得围绕内圈，中圈的判决圈。在可选的实施例中，内圈输入点可以分布4个点，中圈输入点可以分布12个星座点，外圈输入点可以分布16个星座点，通过计算输入信号的平均功率可以得到判决圈的位置，通过输入信号的功率与判决圈的功率相比较，可以去除信号中的内圈、中圈12个星座点，得到外圈16个星座点。归一化信号高阶矩计算模块利用32APSK信号的外圈16个星座点的信息进行32APSK载波环路同步锁定的检测，首先对输入的32APSK信号进行星座点判决，抛去内圈及中圈的16个星座点后，计算外圈16个星座点的归一化高阶矩，再与预设的阈值进行比较，从而判定32APSK载波环路的锁定状态。
以上所述的仅是本发明的优选实施实例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，比如通过实际结构的调整变化，也可推广到其它系统领域的应用平台，这些变更和改变都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种32APSK载波环路同步锁定检测方法，具有如下技术特征：在32APSK解调模块中构建一个载波环路锁定状态检测模块，载波环路锁定状态检测模块将载波同步和位同步后的32APSK信号进行数据存储；分别从I、Q数据存储模块中取出解调点，送入后端的32APSK外圈判决点计算模块和32APSK星座判决模块，32APSK外圈判决计算模块首先求取从I、Q数据存储模块输入信号的平均功率P，
Figure FDA0003217564190000011
计算出外圈判决点Pth，
Figure FDA0003217564190000012
32APSK星座判决模块对输入的32APSK解调信号进行星座点判决，计算其内外圈判决门限，完成输入信号的外圈判决后，根据当前输入的32APSK信号，计算每个点的功率
Figure FDA0003217564190000013
并与32APSK外圈判决点计算得到的外圈判决圈功率值Pth比较，若Pk＞Pth，则判定该点位于32APSK星座图的外圈，保留该点；反之，则判定该点位于32APSK星座图的内圈或中圈，去掉该点；抛去内圈及中圈的16个星座点后，将32APSK星座点判决得到的外圈16个星座点信号送入归一化信号高阶矩计算模块，计算其归一化高阶矩：
Figure FDA0003217564190000014
将归一化高阶矩计算模块输出值与预先设定的阈值比较，当归一化高阶矩值大于阈值时，判定载波环路锁定；反之，判定载波环路失锁，计算经过32APSK星座点判决后的外圈点的归一化高阶矩y，将归一化高阶矩计算模块输出值与预先设定的阈值比较，当归一化高阶矩值大于阈值时，判定载波环路锁定；反之，判定载波环路失锁，然后通过阈值调整模块完成外圈的判决阈值，载波同步锁定检测环路在每一时刻将阈值调整模块的判决阈值和高阶矩计算模块归一化高阶矩计算值送入比较器，与预设的锁定阈值进行比较，判定32APSK载波环路的锁定状态，输出载波锁定指示状态，其中，Ik为第k个输入点的实部，Qk为第k个输入点虚部分，N为采样点数、yk表示第k组输入Ik、Qk的归一化高阶矩，Re表示取复数信号的实部运算； 归一化信号高阶矩计算模块计算经过32APSK星座点判决后的外圈点的归一化高阶矩，首先计算信号的16次方，再对其归一化后取均值。
2.如权利要求1所述的32APSK载波环路同步锁定检测方法，其特征在于：载波环路锁定状态检测模块包括：并联32APSK外圈判决圈计算模块和并联32APSK星座判决模块的I、Q数据存储模块，32APSK外圈判决圈计算模块与32APSK星座判决模块通信，32APSK星座判决模块通过通信归一化信号高阶矩计算模块串联比较器。
3.如权利要求1所述的32APSK载波环路同步锁定检测方法，其特征在于：完成载波通过和位同步的32APSK信号送入32APSK载波环路同步锁定检测模块，输入信号首先通过数据存储模块取16384个数据分别送入后端的32APSK外圈判决点计算模块和32APSK星座判决模块中。
4.如权利要求3所述的32APSK载波环路同步锁定检测方法，其特征在于：32APSK信号以实部I、虚部Q为直角坐标系，将k个输入的32APSK星座映射点分为按同心圆分布为内圈，中圈和外圈的星座图，通过计算输入信号的平均功率P得到围绕内圈，中圈的判决圈的位置。
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