CN111147415A - 一种低轨卫星mapsk通信系统的相位跟踪方法 - Google Patents

一种低轨卫星mapsk通信系统的相位跟踪方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111147415A
CN111147415A CN201911339986.4A CN201911339986A CN111147415A CN 111147415 A CN111147415 A CN 111147415A CN 201911339986 A CN201911339986 A CN 201911339986A CN 111147415 A CN111147415 A CN 111147415A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
loop filter
signal
mapsk
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911339986.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111147415B (zh
Inventor
邹光南
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Star Network Application Co Ltd
Original Assignee
Dongfanghong Satellite Mobile Communication Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dongfanghong Satellite Mobile Communication Co Ltd filed Critical Dongfanghong Satellite Mobile Communication Co Ltd
Priority to CN201911339986.4A priority Critical patent/CN111147415B/zh
Publication of CN111147415A publication Critical patent/CN111147415A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111147415B publication Critical patent/CN111147415B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
    • H04L27/2668—Details of algorithms
    • H04L27/2673—Details of algorithms characterised by synchronisation parameters
    • H04L27/2675—Pilot or known symbols
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
    • H04L27/2662—Symbol synchronisation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H04L27/36—Modulator circuits; Transmitter circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H04L27/38—Demodulator circuits; Receiver circuits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

本发明涉及高阶APSK载波同步技术领域，具体涉及一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法；采用两种鉴相器，并且引入参数可变的环路滤波器，将载波恢复的过程分为粗同步和精同步；首先对MAPSK已调信号进行幅度判决，对外圆上信噪比高的四个星座点使用精简星座的极性判决算法进行粗同步，此时环路滤波器的带宽较大，可以对大频偏进行快速捕获；若状态控制器通过检测环路相位误差发现环路滤波器已经处于锁定状态，说明粗同步完成，则将载波恢复电路切换至精同步，使用判决导引算法对全部星座点进行鉴相，此时环路滤波通过小带宽的模式来达到稳定跟踪的目的，从而有效地提高了低轨卫星高阶APSK通信系统的性能。

Description

一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法
技术领域
本发明涉及高阶APSK载波同步技术领域，具体涉及一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法。
背景技术
随着卫星通信的发展，频谱资源日趋紧张，而数据传输需求却与日益剧增，这就要求卫星通信必须在有限的带宽内实现高速的数据传输，因此就需要使用高带宽效率的高阶调制方式。而卫星信道是典型的非线性信道，相比低阶调制，高阶调制信号会面对更严重的信号失真。传统的QAM调制星座幅度级别较多，因此对信道非线性非常敏感；而同心圆形状的APSK星座具有较少的幅度变化，在经过非线性信道时产生的失真相对较小，因此更适合在卫星通信中采用。
然而，在低轨卫星通信中，由于发送端与接收端的晶振不同步发送信号的传播时延会导致载波相位的偏移，另外，低轨卫星相对于地面终端有非常高的运动速度，收到的信号频率与卫星发送端的载波频率之间也会产生相当大的多普勒频移，而且低轨卫星距离移动终端相比地面基站要远的多，信噪比很低。大的频移和低信噪比对低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪，提出了更为严格的要求。
目前，在使用反馈环路恢复APSK信号的载波相位时，可以采用判决导引(DecisionDirected,DD)和非数据辅助(Non-Data Aided,NDA)的鉴相算法，以及一种混合NDA/DD的鉴相方法。但这些高阶APSK调制信号受载波频差的影响更严重，又由于高阶APSK调制星座中存在多个幅度，信号点之间的最小相位差更小，相位区分度也变得更加狭小，限制了鉴相器的鉴相范围，使得常规的全星座鉴相器无法在较大频偏下工作。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法。
一方面，本发明提供了一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法，所述方法包括如下述步骤：
S1：初始化压控振荡器NCO的初始值θ(n)，初始化设置状态控制字m(n)＝1，并预设状态控制器切换阈值γ＝0.2；
S2：接收输入MAPSK的已调信号r(n)，将r(n)与e-jθ(n)相乘，并进行相位补偿得到a(n)，其中e为自然指数，
Figure BDA0002331997650000021
S3：判断状态控制字m(n)是否大于预设状态控制器切换阈值γ，若是，鉴频鉴相器支路工作，进入粗同步阶段，对MAPSK已调信号进行幅度判决，对外圆上信噪比高的四个星座点使用精简星座的极性判决算法进行鉴相得到鉴频鉴相值p1(n)，对大频偏进行快速捕获，进入步骤S4；若不是，切换鉴相器支路工作进入细同步阶段，进入步骤S7；
S4：对鉴相得到的p1(n)通过环路滤波器进行滤波处理得到θ1(n)，此时状态控制器选择环路滤波器带宽大于四倍带宽的滤波器系数；
S5：每N个输入信号a(n)通过状态控制器计算一次状态控制字均值，得到状态控制字m(n)，同时，更新状态控制字m(n)值，其中N取256；
S6：判断状态控制字m(n)是否大于预设状态控制器切换阈值γ，若是，则返回步骤S2，对大频偏进行快速捕获；若不是，则切换鉴相器支路工作进入细同步阶段，进入步骤S7；
S7:使用判决导引算法对MAPSK全部星座点进行鉴相，得到鉴相值p2(n)；
S8：对鉴相得到的p2(n)通过环路滤波器进行滤波处理得到θ2(n)，此时状态控制器选择环路滤波器带宽小于二倍带宽的滤波器系数；并判断是否θ2(n)≤0.005；若是，完成处理；若不是，返回步骤B。
可选的，所述鉴频鉴相器是当信号存在载波频偏和相偏时，为了获取载波频偏，可选择星座图对角线上的符号点作为标准点，用来与被测的输入信号进行鉴频鉴相；根据选定的标准星座点，在其周围设定一个区域，并判断被测信号a(n)是否进入该区域；若在，则通过对比a(n)和极性判决输出值q(n)；若不在，则保持上一次的鉴频值；鉴频鉴相器计算表达式为：
Figure BDA0002331997650000031
其中，Re(a(n))为取实部，Im(a(n))为取虚部,q(n)为划定区域的标准星座点。
可选的，所述鉴频鉴相器是当鉴频鉴相器完成频率误差捕获后，环路切换到相位跟踪模式，在每个符号周期内，在其周围设定一个区域，若被测信号a(n)进入该区域，则通过对比a(n)和极性判决输出值q(n)；若不在则a(n)进行K次幂运算，然后通过对比K次幂运算得到的a(n)与其极性判决输出值q(n)，鉴相器计算表达式为：
Figure BDA0002331997650000032
可选的，所述环路滤波器用于滤出噪声及其杂散，环路滤波器在离散时域中的递归方程为：θ(n)＝θ(n-1)+C1*[p(n)-p(n-1)]+C1*p(n)；其中，计算θ1(n)时，环路滤波器的系数为C1＝2-3，C2＝2-7；计算θ2(n)时，环路滤波器的系数为C1＝2-6，C2＝2-13。
可选的，所述压控振荡器NCO对环路滤波器的输出直接送入该模块，以控制其产生对应的频率；所述压控振荡器NCO的输入θ1(n)通过累加得到状态控制字m(n)，将状态控制字m(n)送入查找表模块，从而获取当前载波误差补偿分量对应的正弦sin、余弦cos值，再通过与输入相乘，实现对频偏相偏的校正；其计算表达式为：m(n+1)＝m(n)+k·θ(n)。
可选的，所述状态控制器用于控制模式切换和环路滤波器系数更新；通过比较输入信号a(n)与其极性判决输出值q(n)之间的距离是否满足一定的阈值，来判断是否进行状态切换；状态控制器产生一个信号m(n)为：
Figure BDA0002331997650000041
其中，ε为0.7。
可选的，所述极性判决是根据输入信号的极性来确定被检符号点所在的象限，然后用该象限对角线上的点作为被检测信号的判决符号，其计算表达式为：
q(n)＝sgn(Re(a(n)))+j·(Im(a(n)))
其中，
Figure BDA0002331997650000042
本发明的有益效果体现在：
(1)本发明的一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法，初始阶段，用鉴频鉴相器作鉴相算法，采用较大的环路噪声带宽进行频偏捕获，以获取较快地捕获速度和较大的捕获范围；当环路转到鉴相器模式后，设置较小的环路噪声带宽减小相位抖动，实现高精度跟踪。
(2)本发明的一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法，鉴频鉴相器为了获取载波频偏，选择星座图对角线上的符号点作为标准点，用来与被测的输入信号进行鉴频鉴相；根据选定的标准星座点，在其周围划定一个区域，若被测信号进入该区域则得出鉴频结果，若不在则保持上一次的鉴频值；因此，减少了计算量。
(3)本发明的一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法，鉴频鉴相器和鉴相器模式是独立进行的，所以环路滤波器系数对应两种模式也可变，因此可以实现大频偏下快速跟踪。
(4)本发明的一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法，充分利用幅相调制信号星座图的特点，实现了全盲条件下相位跟踪，无需导频辅助，不会消耗额外的频带资源，并且计算复杂度也不高。
(5)本发明的一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法，相较于传统算法，算法复杂度低，适应性和抗噪性能有明显优势，十分适合APSK调制信号的高精度跟踪。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法的流程示意图；
图2是本发明低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法的应用模型图；
图3是本发明低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法实现流程图；
图4是本发明低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法的应用误码率仿真图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
目前，在使用反馈环路恢复APSK信号的载波相位时，可以采用判决导引和非数据辅助的鉴相算法，以及一种混合NDA/DD的鉴相方法。但这些高阶APSK调制信号受载波频差的影响更严重，又由于高阶APSK调制星座中存在多个幅度，信号点之间的最小相位差更小，相位区分度也变得更加狭小，限制了鉴相器的鉴相范围，使得常规的全星座鉴相器无法在较大频偏下工作；为了解决上述问题，所以有必要，研制一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法，使用判决导引算法对全部星座点进行鉴相，有效地提高了低轨卫星高阶APSK通信系统的性能。
本发明具体实施方式提供一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法，该方法如图1-4所示，包括如下步骤：
在步骤S1中，初始化压控振荡器NCO的初始值θ(n)，初始化设置状态控制字m(n)＝1，并预设状态控制器切换阈值γ＝0.2。
在本发明实施例中，预先对联合载波相位跟踪技术中压控振荡器NCO、控制字和状态控制器进行初始值的设定，便于后期精确的计算。
在步骤S2中，接收输入MAPSK的已调信号r(n)，将r(n)与e-jθ(n)相乘，并进行相位补偿得到a(n)，其中e为自然指数，
Figure BDA0002331997650000061
在步骤S3中，判断状态控制字m(n)是否大于预设状态控制器切换阈值γ，若是，鉴频鉴相器支路工作，进入粗同步阶段，对MAPSK已调信号进行幅度判决，对外圆上信噪比高的四个星座点使用精简星座的极性判决算法进行鉴相得到鉴频鉴相值p1(n)，对大频偏进行快速捕获，进入步骤S4；若不是，切换鉴相器支路工作进入细同步阶段，进入步骤S7。
在本发明实施例中，所述鉴频鉴相器是当信号存在载波频偏和相偏时，为了获取载波频偏，可选择星座图对角线上的符号点作为标准点，用来与被测的输入信号进行鉴频鉴相；根据选定的标准星座点，在其周围设定一个区域(预先设置值b)，并判断被测信号a(n)是否进入该区域；若在，则通过对比a(n)和极性判决输出值q(n)；若不在，则保持上一次的鉴频值；鉴频鉴相器计算表达式为：
Figure BDA0002331997650000071
其中，Re(a(n))为取实部，Im(a(n))为取虚部,q(n)为划定区域的标准星座点。
其中，所述极性判决是根据输入信号的极性来确定被检符号点所在的象限，然后用该象限对角线上的点作为被检测信号的判决符号，其计算表达式为：
q(n)＝sgn(Re(a(n)))+j·(Im(a(n)))
其中，
Figure BDA0002331997650000072
在步骤S4中，对鉴相得到的p1(n)通过环路滤波器进行滤波处理得到θ1(n)，此时状态控制器选择环路滤波器带宽大于四倍带宽的滤波器系数。
在本发明实施例中，为处理窄带滤波器系数θ1(n)，所述环路滤波器用于滤出噪声及其杂散，环路滤波器在离散时域中的递归方程为：θ(n)＝θ(n-1)+C1*[p(n)-p(n-1)]+C1*p(n)；其中，计算θ1(n)时，环路滤波器的系数为C1＝2-3，C2＝2-7。
在步骤S5中，每N个输入信号a(n)通过状态控制器计算一次状态控制字均值，得到状态控制字m(n)，同时，更新状态控制字m(n)值，其中N取256。
在本发明实施例中，所述压控振荡器NCO对环路滤波器的输出直接送入该模块，以控制其产生对应的频率；所述压控振荡器NCO的输入θ1(n)通过累加得到状态控制字m(n)，将状态控制字m(n)送入查找表模块，从而获取当前载波误差补偿分量对应的正弦sin、余弦cos值，再通过与输入相乘，实现对频偏相偏的校正；其计算表达式为：m(n+1)＝m(n)+k·θ(n)。
在步骤S6中，判断状态控制字m(n)是否大于预设状态控制器切换阈值γ，若是，则返回步骤S2，对大频偏进行快速捕获；若不是，则切换鉴相器支路工作进入细同步阶段，进入步骤S7。
在本发明实施例中，所述状态控制器用于控制模式切换和环路滤波器系数更新；通过比较输入信号a(n)与其极性判决输出值q(n)之间的距离是否满足一定的阈值，来判断是否进行状态切换；状态控制器产生一个信号m(n)为：
Figure BDA0002331997650000081
其中，ε为0.7。
在步骤S7中，使用判决导引算法对MAPSK全部星座点进行鉴相，得到鉴相值p2(n)。
在本发明实施例中，所述鉴频鉴相器是当鉴频鉴相器完成频率误差捕获后，环路切换到相位跟踪模式，在每个符号周期内，在其周围设定一个区域(预先设置值c)，若被测信号a(n)进入该区域，则通过对比a(n)和极性判决输出值q(n)；若不在则a(n)进行K次幂运算，然后通过对比K次幂运算得到的a(n)与其极性判决输出值q(n)，鉴相器计算表达式为：
Figure BDA0002331997650000082
其中，所述极性判决是根据输入信号的极性来确定被检符号点所在的象限，然后用该象限对角线上的点作为被检测信号的判决符号，其计算表达式为：
q(n)＝sgn(Re(a(n)))+j·(Im(a(n)))
其中，
Figure BDA0002331997650000083
在步骤S8中，对鉴相得到的p2(n)通过环路滤波器进行滤波处理得到θ2(n)，此时状态控制器选择环路滤波器带宽小于二倍带宽的滤波器系数；并判断是否θ2(n)≤0.005；若是，完成处理；若不是，返回步骤B。
在本发明实施例中，述环路滤波器用于滤出噪声及其杂散，环路滤波器在离散时域中的递归方程为：
θ(n)＝θ(n-1)+C1*[p(n)-p(n-1)]+C1*p(n)
其中，计算θ2(n)时，环路滤波器的系数为C1＝2-6，C2＝2-13；将得到的θ2(n)判断是否小于等于0.005；若是，完成处理；若不是，返回步骤B，再次进行优化。
本发明设计了一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法，基于采用两种鉴相器的联合载波相位跟踪技术，并且引入参数可变的环路滤波器，针对低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法；其中，联合载波相位跟踪技术包括鉴频鉴相器、鉴相器、状态控制器、环路滤波器、压控振荡器NCO等；针对MAPSK调制对低轨卫星大多普勒频移及其频偏变化率的信道极其敏感，提出一种联合载波相位跟踪技术，采用两种鉴相器，并且引入参数可变的环路滤波器，将载波恢复的过程分为粗同步和精同步。首先对MAPSK已调信号进行幅度判决，对外圆上信噪比高的四个星座点使用精简星座的极性判决算法进行粗同步，此时环路滤波器的带宽较大，可以对大频偏进行快速捕获；若状态控制器通过检测环路相位误差发现环路滤波器已经处于锁定状态，说明粗同步完成，则将载波恢复电路切换至精同步，使用判决导引算法(Decision Directed，DD)对全部星座点进行鉴相，此时环路滤波通过小带宽的模式来达到稳定跟踪的目的，从而有效地提高了低轨卫星高阶APSK通信系统的性能。初始阶段，通过用鉴频鉴相器作鉴相算法，采用较大的环路噪声带宽进行频偏捕获，以获取较快地捕获速度和较大的捕获范围；当环路转到鉴相器模式后，设置较小的环路噪声带宽减小相位抖动，实现高精度跟踪；鉴频鉴相器为了获取载波频偏，选择星座图对角线上的符号点作为标准点，用来与被测的输入信号进行鉴频鉴相。根据选定的标准星座点，在其周围划定一个区域，若被测信号进入该区域则得出鉴频结果，若不在则保持上一次的鉴频值。因此，减少了计算量；鉴频鉴相器和鉴相器模式是独立进行的，所以环路滤波器系数对应两种模式也可变，因此可以实现大频偏下快速跟踪；充分利用幅相调制信号星座图的特点，实现了全盲条件下相位跟踪，无需导频辅助，不会消耗额外的频带资源，并且计算复杂度也不高。相较于传统算法，算法复杂度低，适应性和抗噪性能有明显优势，十分适合APSK调制信号的高精度跟踪。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1：初始化压控振荡器NCO的初始值θ(n)，初始化设置状态控制字m(n)＝1，并预设状态控制器切换阈值γ＝0.2；
S2：接收输入MAPSK的已调信号r(n)，将r(n)与e-jθ(n)相乘，并进行相位补偿得到a(n)，其中e为自然指数，
Figure FDA0002331997640000011
S3：判断状态控制字m(n)是否大于预设状态控制器切换阈值γ，若是，鉴频鉴相器支路工作，进入粗同步阶段，对MAPSK已调信号进行幅度判决，对外圆上信噪比高的四个星座点使用精简星座的极性判决算法进行鉴相得到鉴频鉴相值p1(n)，对大频偏进行快速捕获，进入步骤S4；若不是，切换鉴相器支路工作进入细同步阶段，进入步骤S7；
S4：对鉴相得到的p1(n)通过环路滤波器进行滤波处理得到θ1(n)，此时状态控制器选择环路滤波器带宽大于四倍带宽的滤波器系数；
S5：每N个输入信号a(n)通过状态控制器计算一次状态控制字均值，得到状态控制字m(n)，同时，更新状态控制字m(n)值，其中N取256；
S6：判断状态控制字m(n)是否大于预设状态控制器切换阈值γ，若是，则返回步骤S2，对大频偏进行快速捕获；若不是，则切换鉴相器支路工作进入细同步阶段，进入步骤S7；
S7:使用判决导引算法对MAPSK全部星座点进行鉴相，得到鉴相值p2(n)；
S8：对鉴相得到的p2(n)通过环路滤波器进行滤波处理得到θ2(n)，此时状态控制器选择环路滤波器带宽小于二倍带宽的滤波器系数；并判断是否θ2(n)≤0.005；若是，完成处理；若不是，返回步骤B。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述鉴频鉴相器是当信号存在载波频偏和相偏时，为了获取载波频偏，可选择星座图对角线上的符号点作为标准点，用来与被测的输入信号进行鉴频鉴相；根据选定的标准星座点，在其周围设定一个区域，并判断被测信号a(n)是否进入该区域；若在，则通过对比a(n)和极性判决输出值q(n)；若不在，则保持上一次的鉴频值；鉴频鉴相器计算表达式为：
Figure FDA0002331997640000021
其中，Re(a(n))为取实部，Im(a(n))为取虚部,q(n)为划定区域的标准星座点。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述鉴频鉴相器是当鉴频鉴相器完成频率误差捕获后，环路切换到相位跟踪模式，在每个符号周期内，在其周围设定一个区域，若被测信号a(n)进入该区域，则通过对比a(n)和极性判决输出值q(n)；若不在则a(n)进行K次幂运算，然后通过对比K次幂运算得到的a(n)与其极性判决输出值q(n)，鉴相器计算表达式为：
Figure FDA0002331997640000022
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环路滤波器用于滤出噪声及其杂散，环路滤波器在离散时域中的递归方程为：
θ(n)＝θ(n-1)+C1*[p(n)-p(n-1)]+C1*p(n)
其中，计算θ1(n)时，环路滤波器的系数为C1＝2-3，C2＝2-7；计算θ2(n)时，环路滤波器的系数为C1＝2-6，C2＝2-13。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压控振荡器NCO对环路滤波器的输出直接送入该模块，以控制其产生对应的频率；所述压控振荡器NCO的输入θ1(n)通过累加得到状态控制字m(n)，将状态控制字m(n)送入查找表模块，从而获取当前载波误差补偿分量对应的正弦sin、余弦cos值，再通过与输入相乘，实现对频偏相偏的校正；其计算表达式为：m(n+1)＝m(n)+k·θ(n)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述状态控制器用于控制模式切换和环路滤波器系数更新；通过比较输入信号a(n)与其极性判决输出值q(n)之间的距离是否满足一定的阈值，来判断是否进行状态切换；状态控制器产生一个信号m(n)为：
Figure FDA0002331997640000031
其中，ε为0.7。
7.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述极性判决是根据输入信号的极性来确定被检符号点所在的象限，然后用该象限对角线上的点作为被检测信号的判决符号，其计算表达式为：
q(n)＝sgn(Re(a(n)))+j·(Im(a(n)))
其中，
Figure FDA0002331997640000032
CN201911339986.4A 2019-12-23 2019-12-23 一种低轨卫星mapsk通信系统的相位跟踪方法 Active CN111147415B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911339986.4A CN111147415B (zh) 2019-12-23 2019-12-23 一种低轨卫星mapsk通信系统的相位跟踪方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911339986.4A CN111147415B (zh) 2019-12-23 2019-12-23 一种低轨卫星mapsk通信系统的相位跟踪方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111147415A true CN111147415A (zh) 2020-05-12
CN111147415B CN111147415B (zh) 2022-05-31

Family

ID=70519328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911339986.4A Active CN111147415B (zh) 2019-12-23 2019-12-23 一种低轨卫星mapsk通信系统的相位跟踪方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111147415B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112217757A (zh) * 2020-09-30 2021-01-12 北京升哲科技有限公司 自适应频偏跟踪装置以及接收机
CN113395233A (zh) * 2021-06-11 2021-09-14 成都坤恒顺维科技股份有限公司 利用载波同步环路锁定指示的高阶apsk分段载波同步方法
CN114430514A (zh) * 2021-12-28 2022-05-03 深圳市紫光同创电子有限公司 突发码流的数据相位恢复方法、系统、设备及存储介质
CN115276756A (zh) * 2022-06-21 2022-11-01 重庆邮电大学 一种保障服务质量的低轨卫星星座优化设计方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5566184A (en) * 1993-03-19 1996-10-15 Nec Corporation Phase ambiguity removing device
CN101529844A (zh) * 2006-10-26 2009-09-09 高通股份有限公司 无线通信系统中用于载波频率偏移量估计和帧同步的方法和设备
CN102123130A (zh) * 2011-03-24 2011-07-13 西北工业大学 一种基于卫星信道的非对称mapsk星座调制方法
CN102594393A (zh) * 2012-01-29 2012-07-18 北京航空航天大学 一种卫星综合基带设备的通用伪码同步系统
CN105515639A (zh) * 2015-12-02 2016-04-20 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种通用卫星高速数传信号定时同步方法
CN106842263A (zh) * 2017-01-21 2017-06-13 中国人民解放军信息工程大学 基于导航信号空时处理与矢量跟踪相结合的卫星导航方法
CN109525533A (zh) * 2018-12-10 2019-03-26 航天恒星科技有限公司 一种应用于mapsk调制的载波相位误差提取系统
CN109831402A (zh) * 2019-01-31 2019-05-31 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 16apsk信号载波相位同步及其判锁定方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5566184A (en) * 1993-03-19 1996-10-15 Nec Corporation Phase ambiguity removing device
CN101529844A (zh) * 2006-10-26 2009-09-09 高通股份有限公司 无线通信系统中用于载波频率偏移量估计和帧同步的方法和设备
CN102123130A (zh) * 2011-03-24 2011-07-13 西北工业大学 一种基于卫星信道的非对称mapsk星座调制方法
CN102594393A (zh) * 2012-01-29 2012-07-18 北京航空航天大学 一种卫星综合基带设备的通用伪码同步系统
CN105515639A (zh) * 2015-12-02 2016-04-20 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种通用卫星高速数传信号定时同步方法
CN106842263A (zh) * 2017-01-21 2017-06-13 中国人民解放军信息工程大学 基于导航信号空时处理与矢量跟踪相结合的卫星导航方法
CN109525533A (zh) * 2018-12-10 2019-03-26 航天恒星科技有限公司 一种应用于mapsk调制的载波相位误差提取系统
CN109831402A (zh) * 2019-01-31 2019-05-31 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 16apsk信号载波相位同步及其判锁定方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUSSAM AL-SAEDI等: ""A Low-Cost Ka-Band Circularly Polarized Passive Phased-Array Antenna for Mobile Satellite Applications"", 《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 *
张曼倩; 刘健; 杨博; 邹光南: ""卫星通信中的高阶调制技术研究"", 《电子设计工程》 *
韩吉南: ""卫星导航接收机载波捕获与跟踪环路关键技术研究"", 《中国博士学位论文全文数据库信息科技辑》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112217757A (zh) * 2020-09-30 2021-01-12 北京升哲科技有限公司 自适应频偏跟踪装置以及接收机
CN112217757B (zh) * 2020-09-30 2023-06-27 北京升哲科技有限公司 自适应频偏跟踪装置以及接收机
CN113395233A (zh) * 2021-06-11 2021-09-14 成都坤恒顺维科技股份有限公司 利用载波同步环路锁定指示的高阶apsk分段载波同步方法
CN113395233B (zh) * 2021-06-11 2022-05-17 成都坤恒顺维科技股份有限公司 利用载波同步环路锁定指示的高阶apsk分段载波同步方法
CN114430514A (zh) * 2021-12-28 2022-05-03 深圳市紫光同创电子有限公司 突发码流的数据相位恢复方法、系统、设备及存储介质
CN114430514B (zh) * 2021-12-28 2023-11-07 深圳市紫光同创电子有限公司 突发码流的数据相位恢复方法、系统、设备及存储介质
CN115276756A (zh) * 2022-06-21 2022-11-01 重庆邮电大学 一种保障服务质量的低轨卫星星座优化设计方法
CN115276756B (zh) * 2022-06-21 2023-09-26 重庆邮电大学 一种保障服务质量的低轨卫星星座优化设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111147415B (zh) 2022-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111147415B (zh) 一种低轨卫星mapsk通信系统的相位跟踪方法
CN108270715B (zh) 适合高阶4096-qam的载波恢复系统和方法
EP1698135B1 (en) Method and apparatus for compensating i/q imbalance in receivers
CN111343125B (zh) 32apsk调制体制接收机同步方法
US7509109B2 (en) Adaptive correction of a received signal frequency response tilt
US20120224657A1 (en) Carrier recovery circuit and demodulation circuit under quasi-coherent detection method
CN109831402B (zh) 16apsk信号载波相位同步及其判锁定方法
US5115454A (en) Method and apparatus for carrier synchronization and data detection
CN103181137B (zh) Pll电路
IE73443B1 (en) Carrier phase recovery for an adaptive equalizer
US6983028B2 (en) Carrier restoration apparatus and method
CN108683620B (zh) 一种适合高阶调制方式的抗相位噪声盲载波恢复方法
US5519733A (en) Method and apparatus for recovering a qam carrier
CN106817338B (zh) 适用于qpsk～qam256的高速载波恢复电路及恢复方法
JPH09224065A (ja) ディジタル通信システム
US7133469B2 (en) Quadrature demodulator
ES2300135T3 (es) Metodo de recuperacion de portadora de señal.
CN112468421A (zh) 一种基于q次方极性判决的载波相位恢复方法及系统
CN110943752A (zh) 一种基于邻近空间链路协议的oqpsk自适应变速率数字收发机
CN107733832B (zh) Apsk接收机及其提取本地载波相位误差的方法
CN110224807A (zh) 一种基于agc频偏预估的载波同步方法及系统
CN110311878B (zh) 16qam载波解调环路锁定状态同步检测方法
US20050129148A1 (en) Control algorithm in QAM modems
CN108616478B (zh) 高速数据链中幅度相移键控信号的归一化接收系统及方法
US8457189B2 (en) Receiving apparatus having equalizer, and receiving method

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP03 Change of name, title or address

Address after: 401120 39-1, Building 1, No. 64, Middle Huangshan Avenue, Yubei District, Chongqing

Patentee after: China Star Network Application Co.,Ltd.

Address before: 401135 No. 618 Liangjiang Avenue, Longxing Town, Yubei District, Chongqing

Patentee before: Dongfanghong Satellite Mobile Communication Co.,Ltd.

CP03 Change of name, title or address