CN113794670B - 一种vdes中16qam信号的解调系统 - Google Patents
一种vdes中16qam信号的解调系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113794670B CN113794670B CN202111103891.XA CN202111103891A CN113794670B CN 113794670 B CN113794670 B CN 113794670B CN 202111103891 A CN202111103891 A CN 202111103891A CN 113794670 B CN113794670 B CN 113794670B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- signal
- 16qam
- data
- phase
- 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.)
- Active
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 90
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims abstract description 37
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 16
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 13
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 13
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 8
- ZAIPMKNFIOOWCQ-UEKVPHQBSA-N cephalexin Chemical compound C1([C@@H](N)C(=O)N[C@H]2[C@@H]3N(C2=O)C(=C(CS3)C)C(O)=O)=CC=CC=C1 ZAIPMKNFIOOWCQ-UEKVPHQBSA-N 0.000 claims description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 5
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 6
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 238000012549 training Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/0014—Carrier regulation
-
- 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
- H04L27/3818—Demodulator circuits; Receiver circuits using coherent demodulation, i.e. using one or more nominally phase synchronous carriers
-
- 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)
- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
Abstract
本发明公开了一种VDES中16QAM信号的解调系统，包括同步预处理模块、相位旋转模块、平方法去调制模块、解模糊度模块、归一化模块和16QAM信号恢复模块，同步预处理模块利用三级时频同步相关器实现接收信号的定时和频率同步并输出预处理信号和预处理同步字；相位旋转模块用于确定待补偿同步字及其相位旋转角；平方法去调制模块用于计算待补偿同步字相偏并补偿后得到补偿同步字；解模糊度模块用于确定补偿同步字的位置偏移和相位模糊度；归一化模块用于对预处理信号16QAM数据区进行幅度归一化并将归一化后的数据区分成连续的归一化数据区块；16QAM信号恢复模块用于对归一化数据区块的累计残余相偏进行跟踪和补偿。
Description
技术领域
本发明涉及海事通信技术领域，特别涉及一种VDES中16QAM信号的解调系统。
背景技术
可靠的海事通信是满足船舶正常航行和运营、保障海上航行安全的重要手段。针对AIS系统在VHF频段的高链路负载可能导致信息阻塞、信息丢失等严重问题，国际航标组织(IALA)提出了VDES(VHF Data Exchange System)的概念，包含岸基与天基(卫星)两大系统，以满足近海和远海船舶的不同需求，提供高速可靠、全球覆盖的数据传输，全面提升海上通信和信息服务能力。
VDES根据业务需求和当前信道质量选择使用不同的调制方式以达到更高的传输效率。VDES使用的调制方式包括BPSK/CDMA、pi/4QPSK、8PSK和16QAM。VDE海上链路存在的传播损耗，包括自由空间传播损耗、海面空气吸收损耗、海面反射损耗等，可能导致接收信号具有较低的信噪比，且收发机存在晶振误差和多普勒频偏，尤其16QAM调制的数字通信系统对频偏十分敏感，这对接收机16QAM解调算法提出了较高的要求。
锁相环是一种闭环的负反馈相位控制系统。基于锁相环结构的DD算法由于其适应所有形式的星座图且精度很高被广泛运用。DD算法采用理想星座点和判决点的相位差作为误差判决输出信号，简单可行。但DD算法适用于小频偏收敛，在处理大频偏时误差较大，且DD算法之前需实现信号的定时同步。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种VDES中16QAM信号的解调系统，实现了一种简单可行、收敛速度较快、精度较高的16QAM信号恢复方法。
为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种VDES中16QAM信号的解调系统，包括同步预处理模块、相位旋转模块、平方法去调制模块、解模糊度模块、归一化模块和16QAM信号恢复模块，其中：
所述同步预处理模块，用于利用三级时频同步相关器实现接收信号的定时和频率同步并输出预处理信号和预处理同步字；
所述相位旋转模块，用于确定待补偿同步字及其相位旋转角；
所述平方法去调制模块，用于计算待补偿同步字相偏并补偿后得到补偿同步字；
所述解模糊度模块，用于确定补偿同步字的位置偏移和相位模糊度；
所述归一化模块，用于对预处理信号16QAM数据区进行幅度归一化并将归一化后的数据区分成连续的归一化数据区块；
所述16QAM信号恢复模块，用于对归一化数据区块的累计残余相偏进行跟踪和补偿。
进一步的，所述同步预处理模块，根据信号传播延迟，在一段时间内按本地同步字长度依次提取接收信号，并采用三级相关器与本地同步字进行时频同步，实现对接收信号的频偏补偿得到预处理信号，并从预处理信号中提取出预处理同步字。
具体的，所述同步预处理模块根据三级相关器的互相关最大值得到预处理同步字起始位置l、接收信号频偏fd，将fd补偿到接收信号后得到预处理信号rx_1及预处理同步字rx_sync，rx_sync(i)＝rx_1(l-1+i)，i＝0，1，2，…，L+1，L＝27为本地同步字长度。
进一步的，所述相位旋转模块，将预处理同步字以间隔采样点旋转±pi/4后再取中间27个点与本地特征字进行互相关运算来确定待补偿同步字及其相位旋转角。
具体的，所述相位旋转模块将rx_sync隔点分别旋转±pi/4得到rx_sync0，rx_sync1，其中：
将rx_sync0，rx_sync1的去掉头尾的中间27个点分别与本地特征字sync_L进行互相关计算得到最大相关值c0_max，c1_max，若c0_max≥c1_max，则待补偿同步字为：
synci(i)＝rx_sync0(i)，i＝0，1，…，L+1且θ0＝pi/4，
否则，
synci(i)＝rx_syncl(i)，i＝0，1，…，L+1且θ0＝0’
θ0为待补偿同步字相位旋转角。
进一步的，所述平方法去调制模块，将待补偿同步字中间25个采样点分别取平方后，再求取平方和的均值，对均值求取相角并除以2，以此求出待补偿同步字相偏并进行补偿后得到补偿同步字。
具体的，所述平方法去调制模块，将待补偿同步字相偏θ1补偿到待补偿同步字得到补偿同步字syncb，
arg(·)表示取角度运算。
进一步的，所述解模糊度模块，将补偿同步字解调为比特序列后，并按位取反得到反序列，将补偿同步字比特序列及其反序列从第一位、第三位、第五位开始截取，截取长度为本地序列长度，分别与本地序列进行异或和计算，以此求出补偿同步字位置偏移和相位模糊度。
具体的，所述解模糊度模块对于补偿同步字的复数形式：
syncb(i)＝syncb_r(i)+j×syncb_i(i)，i＝0，1，…L+1，
按如下方法解模糊度：
若syncb_r(i)≥0，则syncbx(2i)＝0，syncbx(2i+1)＝0；
若syncb_r(i)＜0，则syncbx(2i)＝1，syncbx(2i+1)＝1；
由此得到补偿同步字比特序列syncbx(i)，i＝0，1，…，2L+3，将其按比特取反得到syncbx′(i)，i＝0，1，…，2L+3，将补偿同步字比特序列及其反序列从第一位、第三位、第五位开始截取，分别代表位置偏移为Δl＝-1，0，1，截取长度为本地序列长度，分别与本地序列进行异或和计算，比较上述6个异或和的值，若异或和最小值在补偿同步字比特序列中产生，则相位模糊度θ2＝0，否则θ2＝π。
进一步的，所述归一化模块，根据同步预处理模块提取的预处理同步字位置及解模糊度模块计算出的位置偏移来确定预处理信号中16QAM数据区的起始位置并提取出预处理16QAM数据区；根据16QAM信号的对称性，以星座图中心圆半径为1对预处理16QAM数据区进行幅度的归一化，归一化结束后将归一化数据区按分块间隔分成连续的归一化数据区块。
具体的，所述归一化模块，先提取出预处理16QAM数据区data并写成复数形式，再进行归一化，得到归一化16QAM数据区data_1，
data＝rx_1(l+Δl+43+i)，i＝0，1，…，LD-1
data(i)＝data_r(i)+data_i(i)，i＝0，1，…，LD-1，
data_1(i)＝data(i)/amp_1，i＝0，1，…，LD-1，
LD为预处理16QAM数据区长度。
进一步的，所述16QAM信号恢复模块，采用改进型面向判决的DD算法，首先计算出各归一化数据区块的残余相偏Δθi，则第j块数据区的累计残余相偏通过对累计残余相偏实时补偿的方式实现16QAM信号的恢复。
具体的，所述16QAM信号恢复模块由乘法器、低通滤波器LPF、功率检测模块、鉴相模块以及压控振荡器NCO模块组成，将归一化16QAM数据区表述为：
其中，I(i)，g(i)为归一化16QAM数据区各分量的幅度，fc表示信号频率，表示信号相位，设NCO产生的正交载波信号为：
c(i)＝sin(2πfci+φ)，
其中，fc和φ分别表示正交载波信号的频率与相位，则data_1与NCO产生的正交载波信号相乘并通过低通滤波器的信号为：
信号data_1与NC0产生的同相载波信号相乘并通过低通滤波器的信号为：
当满足IK(i)≥0，QK(i)≥0，即该点位于16QAM星座图第一象限时，理想星座点data_ID(i)的判定规则如下：
则data_ID(i)＝amp2+j×amp2；
则data_ID(i)＝amp2+j×amp1；
则data_ID(i)＝amp1+j×amp2；
则data_ID(i)＝amp1+j×amp1
其中，其余三个象限的判定规则类似；功率检测模块的输出数据为判决点及理想星座点的共轭乘积，
(·)′表示共轭运算；
设定归一化数据区分块间隔ρ＝16，即归一化数据区每16点为一个归一化数据区块，归一化数据区块i的残余相偏为：
求出各归一化数据区块的残余相偏Δθi，累加得到累计残余相偏为Δθsa，
Δθ0＝θ1-θ0-θ2
鉴相模块完成上述计算残余相偏及累计残余相偏的功能，将归一化数据区块i的累计残余相偏补偿到第i块归一化数据区块，得到已恢复的16QAM数据区data_b，即：
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
本发明提供一种VDES中16QAM信号的解调系统，基于VDES帧结构中的同步字，首先实现接收信号的定时和频率同步得到预处理信号，再对预处理信号16QAM数据区进行相偏的初始估计，完成预处理信号16QAM数据区幅度归一化后对归一化16QAM数据区进行分块，最后采用改进的面向判决的DD算法对归一化16QAM数据区块的累计残余相偏进行跟踪及补偿，实现了一种简单可行、收敛速度较快、精度较高的16QAM信号恢复方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1为本发明-实施例的一种VDES中16QAM信号的解调系统的系统框图；
图2为本发明-实施例的一种VDES中16QAM信号的解调系统的处理流程图；
图3为本发明-实施例的pi/4QPSK调制星座图；
图4为本发明-实施例16QAM调制星座图；
图5为本发明-实施例的改进的DD算法组成框图；
图6为本发明-实施例的一种VDES中16QAM信号的解调系统的误码率仿真示意图；
图7为本发明-实施例的一种VDES中16QAM信号的解调系统的误帧率仿真示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和2所示，本实施例公开了一种VDES中16QAM信号的解调系统，包括同步预处理模块、相位旋转模块、平方法去调制模块、解模糊度模块、归一化模块和16QAM信号恢复模块，其中：
所述同步预处理模块，用于利用三级时频同步相关器实现接收信号的定时和频率同步并输出预处理信号和预处理同步字；
所述相位旋转模块，用于确定待补偿同步字及其相位旋转角；
所述平方法去调制模块，用于计算待补偿同步字相偏并补偿后得到补偿同步字；
所述解模糊度模块，用于确定补偿同步字的位置偏移和相位模糊度；
所述归一化模块，用于对预处理信号16QAM数据区进行幅度归一化并将归一化后的数据区分成连续的归一化数据区块；
所述16QAM信号恢复模块，用于对归一化数据区块的累计残余相偏进行跟踪和补偿。
进一步的，所述同步预处理模块，根据信号传播延迟，在一段时间内按本地同步字长度依次提取接收信号，并采用三级相关器与本地同步字进行时频同步，实现对接收信号的频偏补偿得到预处理信号，并从预处理信号中提取出预处理同步字。
进一步的，所述相位旋转模块，将预处理同步字以间隔采样点旋转±pi/4后再取中间27个点与本地特征字进行互相关运算来确定待补偿同步字及其相位旋转角。
进一步的，所述平方法去调制模块，将待补偿同步字中间25个采样点分别取平方后，再求取平方和的均值，对均值求取相角并除以2，以此求出待补偿同步字相偏并进行补偿后得到补偿同步字。
进一步的，所述解模糊度模块，将补偿同步字解调为比特序列后，并按位取反得到反序列，将补偿同步字比特序列及其反序列从第一位、第三位、第五位开始截取，截取长度为本地序列长度，分别与本地序列进行异或和计算，以此求出补偿同步字位置偏移和相位模糊度。
进一步的，所述归一化模块，根据同步预处理模块提取的预处理同步字位置及解模糊度模块计算出的位置偏移来确定预处理信号中16QAM数据区的起始位置并提取出预处理16QAM数据区；根据16QAM信号的对称性，以星座图中心圆半径为1对预处理16QAM数据区进行幅度的归一化，归一化结束后将归一化数据区按分块间隔分成连续的归一化数据区块。
进一步的，所述16QAM信号恢复模块，采用改进型面向判决的DD算法，首先计算出各归一化数据区块的残余相偏Δθi，则第j块数据区的累计残余相偏通过对累计残余相偏实时补偿的方式实现16QAM信号的恢复。
本实施例中，由于VDES系统采用了在数据帧固定位置插入特殊的同步字进行同步的方法，因此接收端可利用三级时频同步相关器的方法进行同步。VDES系统训练序列为长度27比特的01序列111111001101010000011001010，采用pi/4QPSK调制方式，如图3所示，在映射时，采用单个码元交替映射的方式，具体映射规则为：第一个码元按照方形星座图映射，其中，0映射到1映射到/>下一个码元按照星形星座图映射，0映射到-1+0j，1映射到1+0j；按照上述规则依次循环。本地同步字为训练序列按上述规则映射得到的符号序列，长度L＝27。本地特征字为训练序列按星形星座图映射的符号序列，长度与本地同步字长度相同。本地序列为训练序列每比特重复两次后生成的长度2L的01序列。
根据信号传播延迟，在一段时间内按本地同步字长度提取接收信号，利用三级时频同步相关器完成预处理同步字的位置估计，并实现对接收信号的频偏补偿得到预处理信号并从中提取出预处理同步字。以VDES岸基中LinkID13为例，符号速率为19.2ksps，接收信号长度为496符号，已知VDES岸基系统中最大传播延迟0.83ms，则接收机需查找的预处理同步字可能的起始位置为16个符号。由于收发机的晶振误差以及岸船间的相对运动，收发机间频偏约为±800Hz。可设置三级时频相关器的定时范围分别为16个符号，4个符号和2个符号，设置频率精度分别为±200Hz，±40Hz，±10Hz并补偿到本地同步字上，并与定时范围决定的可能的预理同步字进行互相关计算，最终根据互相关最大值得到预处理同步字起始位置l、接收信号频偏fd，将fd补偿到接收信号后得到预处理信号rx_1及预处理同步字rx_sync，
rx_sync(i)＝rx_1(l-1+i)，i＝0，1，2，…，L+1
将rx_sync隔点分别旋转±pi/4得到rx_sync0，rx_syncl，
将rx_sync0，rx_sync1的去掉头尾的中间27个点分别与本地特征字sync_L进行互相关计算得到最大相关值c0_max，c1_max若c0_max≥c1_max，则待补偿同步字为：
synci(i)＝rx_sync0(i)，i＝0，1，…，L+1且θ0＝pi/4，
否则，
synci(i)＝rx_syncl(i)，i＝0，1，…，L+1且θ0＝0，
θ0为待补偿同步字相位旋转角。
利用平方去调制法计算出待补偿同步字相偏θ1，将其补偿到待补偿同步字得到补偿同步字syncb，即：
arg(·)表示取角度运算。
为了计算出补偿同步字位置偏移和模糊度，先将其写成复数形式，即：
syncb(i)＝syncb_r(i)+j×syncb_i(i)，i＝0，1，…L+1，
再按如下方法解模糊度：
若syncb_r(i)≥0，则syncbx(2i)＝0，syncbx(2i+1)＝0；
若syncb_r(i)＜0，则syncbx(2i)＝1，syncbx(2i+1)＝1。
由此得到补偿同步字比特序列syncbx(i)，i＝0，1，…，2L+3，将其按比特取反得到syncbx′(i)，i＝0，1，…，2L+3。将补偿同步字比特序列及其反序列从第一位、第三位、第五位开始截取，分别代表位置偏移为Δl＝-1，0，1，截取长度为本地序列长度，分别与本地序列进行异或和计算，比较上述6个异或和的值，若异或和最小值在补偿同步字比特序列中产生，则相位模糊度θ2＝0，否则θ2＝π。
经过上述运算提取出预处理信号16QAM数据区为：
data＝rx_1(l+Δl+43+i)，i＝0，1，…，LD-1，
LD为数据区长度，在VDES LinkID13中，LD＝432。
根据16QAM的对称特性，将预处理16QAM数据区以星座图中心圆半径为1进行幅度的归一化，如图4所示。先将数据区写成复数形式，再进行归一化，
data(i)＝data_r(i)+data_i(i)，i＝0，1，…，LD-1
data_1(i)＝data(i)/amp_1，i＝0，1，…，LD-1
16QAM信号恢复模块由乘法器、功率检测模块、鉴相模块以及压控振荡器NC0模块组成，如图5所示。面向判决算法即DD算法采用理想星座点和判决点间的相位差作为误差判决信号，精度较高但速度较慢，存在错误估计现象。
本实施例增加功率检测模块提供一个参考，功率检测模块将星座图按幅度及相位特性分成16块区域，当信号的幅度和相位满足某种参考门限时，再与理想星座点进行比较。
为了描述方便，归一化后16QAM数据区可表述为：
其中，I(i)，q(i)为归一化16QAM数据区各分量的幅度，fc表示信号频率，表示信号相位，设NCO产生的正交载波信号为：
c(i)＝sin(2πfci+φ)
其中，fc和φ分别表示正交载波信号的频率与相位，则信号data_1与NCO产生的正交载波信号相乘并通过低通滤波器的信号为：
信号data_1与NCO产生的同相载波信号相乘并通过低通滤波器的信号为：
当满足IK(i)≥0，QK(i)≥0，即该点位于星座图第一象限时，理想星座点data_ID(i)的判定规则如下：
则data_ID(i)＝amp2+j×amp2；
则data_ID(i)＝amp2+j×amp1；
则data_ID(i)＝amp1+j×amp2；
则data_ID(i)＝amp1+j×amp1
其中，其余三个象限的判定规则类似。功率检测模块的输出数据为判决点及理想星座点的共轭乘积，
(·)′表示共轭运算。
设定归一化数据区分块间隔ρ＝16，即归一化数据区每16点为一个归一化数据区块，归一化数据区块i的残余相偏为：
求出各归一化数据区块的残余相偏Δθi，累加得到累计残余相偏为Δθsa，
Δθ0＝θ1-θ0-θ2
鉴相模块完成上述计算残余相偏及累计残余相偏的功能。将归一化数据区块i的累计残余相偏补偿到第i块归一化数据区块，得到已恢复的16QAM数据区，即
使用Matlab进行仿真，信噪比Eb/N0从5～15dB，以0.5dB为步进，每个信噪比下进行1000次独立仿真，设定随机频偏范围为±800Hz以内，随机相偏范围±π以内，随机延迟范围0～0.83ms，仿真结果如图6、图7所示，仿真结果证明该方案的误码率、误帧率与理论值符合情况良好，在1％误帧率时，实际误帧率与理论值相差0.4dB。因此本实施例的一种VDES中16QAM信号的解调方法具有较好的应用效果。
本实施例利用基于VDES帧结构中的同步字，首先实现接收信号的定时和频率同步得到预处理信号，再对预处理信号16QAM数据区进行相偏的初始估计，完成预处理信号16QAM数据区幅度归一化后对归一化16QAM数据区进行分块，最后采用改进的面向判决的DD算法对归一化16QAM数据区块的累计残余相偏进行跟踪及补偿，实现了一种简单可行、收敛速度较快、精度较高的16QAM信号恢复方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (13)
1.一种VDES中16QAM信号的解调系统，其特征在于，包括同步预处理模块、相位旋转模块、平方法去调制模块、解模糊度模块、归一化模块和16QAM信号恢复模块，其中：
所述同步预处理模块，用于利用三级时频同步相关器实现接收信号的定时和频率同步并输出预处理信号和预处理同步字；
所述相位旋转模块，用于确定待补偿同步字及其相位旋转角；
所述平方法去调制模块，用于计算待补偿同步字相偏并补偿后得到补偿同步字；
所述解模糊度模块，用于确定补偿同步字的位置偏移和相位模糊度；
所述归一化模块，用于对预处理信号16QAM数据区进行幅度归一化并将归一化后的数据区分成连续的归一化数据区块；
所述16QAM信号恢复模块，用于对归一化数据区块的累计残余相偏进行跟踪和补偿。
2.根据权利要求1所述的一种VDES中16QAM信号的解调系统，其特征在于，所述同步预处理模块，根据信号传播延迟，在一段时间内按本地同步字长度依次提取接收信号，并采用三级相关器与本地同步字进行时频同步，实现对接收信号的频偏补偿得到预处理信号，并从预处理信号中提取出预处理同步字。
3.根据权利要求2所述的一种VDES中16QAM信号的解调系统，其特征在于，所述同步预处理模块根据三级相关器的互相关最大值得到预处理同步字起始位置l、接收信号频偏fd，将fd补偿到接收信号后得到预处理信号rx_1及预处理同步字rx_sync，rx_sync(i)＝rx_1(l-1+i)，i＝0，1，2，…，L+1，L＝27为本地同步字长度。
4.根据权利要求1所述的一种VDES中16QAM信号的解调系统，其特征在于，所述相位旋转模块，将预处理同步字以间隔采样点旋转±pi/4后再取中间27个点与本地特征字进行互相关运算来确定待补偿同步字及其相位旋转角。
5.根据权利要求4所述的一种VDES中16QAM信号的解调系统，其特征在于，所述相位旋转模块将rx_sync隔点分别旋转±pi/4得到rx_sync0，rx_syncl，其中：
将rx_sync0，rx_sync1的去掉头尾的中间27个点分别与本地特征字sync_L进行互相关计算得到最大相关值c0_max，c1_max，若c0_max≥c1_max，则待补偿同步字为：
synci(i)＝rx_sync0(i)，i＝0，1，…，L+1且θ0＝pi/4，
否则，
synci(i)＝rx_syncl(i)，i＝0，1，…，L+1且θ0＝0’
θ0为待补偿同步字相位旋转角。
6.根据权利要求1所述的一种VDES中16QAM信号的解调系统，其特征在于，所述平方法去调制模块，将待补偿同步字中间25个采样点分别取平方后，再求取平方和的均值，对均值求取相角并除以2，以此求出待补偿同步字相偏并进行补偿后得到补偿同步字。
7.根据权利要求6所述的一种VDES中16QAM信号的解调系统，其特征在于，所述平方法去调制模块，将待补偿同步字相偏θ1补偿到待补偿同步字得到补偿同步字syncb，
arg(·)表示取角度运算。
8.根据权利要求1所述的一种VDES中16QAM信号的解调系统，其特征在于，所述解模糊度模块，将补偿同步字解调为比特序列后，并按位取反得到反序列，将补偿同步字比特序列及其反序列从第一位、第三位、第五位开始截取，截取长度为本地序列长度，分别与本地序列进行异或和计算，以此求出补偿同步字位置偏移和相位模糊度。
9.根据权利要求8所述的一种VDES中16QAM信号的解调系统，其特征在于，所述解模糊度模块对于补偿同步字的复数形式：
syncb(i)＝syncb_r(i)+j×syncb_i(i)，i＝0，1，…L+1，
按如下方法解模糊度：
若syncb_r(i)≥0，则syncbx(2i)＝0，syncbx(2i+1)＝0；
若syncb_r(i)＜0，则syncbx(2i)＝1，syncbx(2i+1)＝1；
由此得到补偿同步字比特序列syncbx(i)，i＝0，1，…，2L+3，将其按比特取反得到syncbx′(i)，i＝0，1，…，2L+3，将补偿同步字比特序列及其反序列从第一位、第三位、第五位开始截取，分别代表位置偏移为Δl＝-1，0，1，截取长度为本地序列长度，分别与本地序列进行异或和计算，比较上述6个异或和的值，若异或和最小值在补偿同步字比特序列中产生，则相位模糊度θ2＝0，否则θ2＝π。
10.根据权利要求1所述的一种VDES中16QAM信号的解调系统，其特征在于，所述归一化模块，根据同步预处理模块提取的预处理同步字位置及解模糊度模块计算出的位置偏移来确定预处理信号中16QAM数据区的起始位置并提取出预处理16QAM数据区；根据16QAM信号的对称性，以星座图中心圆半径为1对预处理16QAM数据区进行幅度的归一化，归一化结束后将归一化数据区按分块间隔分成连续的归一化数据区块。
11.根据权利要求10所述的一种VDES中16QAM信号的解调系统，其特征在于，所述归一化模块，先提取出预处理16QAM数据区data并写成复数形式，再进行归一化，得到归一化16QAM数据区data_1，
data＝rx_1(l+Δl+43+i)，i＝0，1，…，LD-1
data(i)＝data_r(i)+data_i(i)，i＝0，1，…，LD-1，
data_1(i)＝data(i)/amp_1，i＝0，1，…，LD-1，
LD为预处理16QAM数据区长度。
12.根据权利要求1所述的一种VDES中16QAM信号的解调系统，其特征在于，所述16QAM信号恢复模块，采用改进型面向判决的DD算法，首先计算出各归一化数据区块的残余相偏Δθi，则第j块数据区的累计残余相偏通过对累计残余相偏实时补偿的方式实现16QAM信号的恢复。
13.根据权利要求12所述的一种VDES中16QAM信号的解调系统，其特征在于，所述16QAM信号恢复模块由乘法器、低通滤波器LPF、功率检测模块、鉴相模块以及压控振荡器NC0模块组成，将归一化16QAM数据区表述为：
其中，I(i)，q(i)为归一化16QAM数据区各分量的幅度，fc表示信号频率，表示信号相位，设NCO产生的正交载波信号为：
c(i)＝sin(2πfci+φ)，
其中，fc和φ分别表示正交载波信号的频率与相位，则data_1与NCO产生的正交载波信号相乘并通过低通滤波器的信号为：
信号data_1与NCO产生的同相载波信号相乘并通过低通滤波器的信号为：
当满足IK(i)≥0，QK(i)≥0，即该点位于16QAM星座图第一象限时，理想星座点data_ID(i)的判定规则如下：
则data_ID(i)＝amp2+j×amp2；
则data_ID(i)＝amp2+j×amp1；
则data_ID(i)＝amp1+j×amp2；
则data_ID(i)＝amp1+j×amp1
其中，其余三个象限的判定规则类似；功率检测模块的输出数据为判决点及理想星座点的共轭乘积，
(·)′表示共轭运算；
设定归一化数据区分块间隔ρ＝16，即归一化数据区每16点为一个归一化数据区块，归一化数据区块i的残余相偏为：
求出各归一化数据区块的残余相偏Δθi，累加得到累计残余相偏为Δθsa，
Δθ0＝θ1-θ0-θ2
鉴相模块完成上述计算残余相偏及累计残余相偏的功能，将归一化数据区块i的累计残余相偏补偿到第i块归一化数据区块，得到已恢复的16QAM数据区data_b，即：
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111103891.XA CN113794670B (zh) | 2021-09-18 | 2021-09-18 | 一种vdes中16qam信号的解调系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111103891.XA CN113794670B (zh) | 2021-09-18 | 2021-09-18 | 一种vdes中16qam信号的解调系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113794670A CN113794670A (zh) | 2021-12-14 |
| CN113794670B true CN113794670B (zh) | 2023-08-22 |
Family
ID=79183977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111103891.XA Active CN113794670B (zh) | 2021-09-18 | 2021-09-18 | 一种vdes中16qam信号的解调系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113794670B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114760175B (zh) * | 2022-03-21 | 2023-08-01 | 上海航天电子通讯设备研究所 | 基于星载vde的qpsk-cpm分段双向差分解调系统 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102694762A (zh) * | 2011-03-25 | 2012-09-26 | 北京新岸线无线技术有限公司 | 一种实现载波和采样时钟同步的方法、用户站点设备 |
| CN106534029A (zh) * | 2016-11-07 | 2017-03-22 | 中山大学 | 一种ofdm接收机相位补偿与解映射方法 |
| CN106656899A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-10 | 北京遥测技术研究所 | 一种船舶vdes系统的多载波vde体制调制解调实现方法 |
| CN108449303A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-08-24 | 中国科学院软件研究所 | 基于解调软输出的msk载波同步与解调系统及方法 |
| CN108632185A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-10-09 | 北京遥测技术研究所 | 一种船舶vdes系统的ais体制解调方法及解调系统 |
| CN109547091A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-03-29 | 上海航天电子通讯设备研究所 | 基于vde的多通道信道检测的处理系统 |
| CN111130703A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-05-08 | 上海航天电子通讯设备研究所 | 一种asm信号的相干解调方法及装置 |
| CN111884964A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-11-03 | 上海航天电子通讯设备研究所 | 适应vde多调制体制的频率同步系统 |
| CN112532306A (zh) * | 2020-03-18 | 2021-03-19 | 上海航天电子通讯设备研究所 | 基于fpga的低延时vde星载下行数字信号处理系统 |
| WO2021054890A1 (en) * | 2019-09-20 | 2021-03-25 | Agency For Science, Technology And Research | Receiver for processing multi-channel signals received in a vhf data exchange system and method thereof |
-
2021
- 2021-09-18 CN CN202111103891.XA patent/CN113794670B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102694762A (zh) * | 2011-03-25 | 2012-09-26 | 北京新岸线无线技术有限公司 | 一种实现载波和采样时钟同步的方法、用户站点设备 |
| CN106534029A (zh) * | 2016-11-07 | 2017-03-22 | 中山大学 | 一种ofdm接收机相位补偿与解映射方法 |
| CN106656899A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-10 | 北京遥测技术研究所 | 一种船舶vdes系统的多载波vde体制调制解调实现方法 |
| CN108449303A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-08-24 | 中国科学院软件研究所 | 基于解调软输出的msk载波同步与解调系统及方法 |
| CN108632185A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-10-09 | 北京遥测技术研究所 | 一种船舶vdes系统的ais体制解调方法及解调系统 |
| CN109547091A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-03-29 | 上海航天电子通讯设备研究所 | 基于vde的多通道信道检测的处理系统 |
| WO2021054890A1 (en) * | 2019-09-20 | 2021-03-25 | Agency For Science, Technology And Research | Receiver for processing multi-channel signals received in a vhf data exchange system and method thereof |
| CN111130703A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-05-08 | 上海航天电子通讯设备研究所 | 一种asm信号的相干解调方法及装置 |
| CN112532306A (zh) * | 2020-03-18 | 2021-03-19 | 上海航天电子通讯设备研究所 | 基于fpga的低延时vde星载下行数字信号处理系统 |
| CN111884964A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-11-03 | 上海航天电子通讯设备研究所 | 适应vde多调制体制的频率同步系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于软件无线电的船用VDES调制解调的研究;胡传杰;《中国修船》;第第34卷卷(第第1期期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113794670A (zh) | 2021-12-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0688483B1 (en) | A digital communication system and a receiver for use in such a system | |
| JPH02105746A (ja) | デイジタル復調装置及び差動位相偏移キーイング復調装置ならびに低信号対雑音比入力信号復調方法 | |
| CA2211291C (en) | Clock timing recovery methods and circuits | |
| CN101626357A (zh) | 一种基于最大似然估计的mpsk系统载波同步方法 | |
| WO2001020863A9 (en) | Method and apparatus for carrier phase tracking | |
| WO2020192093A1 (zh) | 一种d8psk相干解调方法及系统 | |
| CN113794670B (zh) | 一种vdes中16qam信号的解调系统 | |
| US9130815B2 (en) | Method, receiver, transmitter and communication system for phase error compensation | |
| CN106803818A (zh) | 一种TD‑AltBOC信号的接收方法和装置 | |
| CN110278169A (zh) | 一种时域频偏估计算法 | |
| CN107579942B (zh) | 一种apsk调制信号的解调方法 | |
| CN111884964B (zh) | 适应vde多调制体制的频率同步系统 | |
| CN104378317B (zh) | 一种应用于卫星电话的突发信号频偏校正方法 | |
| CN109756435B (zh) | 一种对信号的频偏估计方法 | |
| CN113534207A (zh) | 一种时分体制的导航增强信号跟踪方法及系统 | |
| CN112333124B (zh) | 基于flf算法的低信噪比突发信号载波同步方法及系统 | |
| CN105407067A (zh) | 一种突发模式gmsk的相干载波和定时的恢复方法 | |
| US6748030B2 (en) | Differential phase demodulator incorporating 4th order coherent phase tracking | |
| CN107864106A (zh) | 一种适用于非数据辅助的mpsk载波同步方法 | |
| US7864887B2 (en) | Noncoherent symbol clock recovery subsystem | |
| CN109581431B (zh) | 一种双边带二进制偏移载波跟踪方法 | |
| Lan et al. | A pipelined synchronization approach for satellite-based automatic identification system | |
| EP4293968A1 (en) | Demodulator and demodulation method | |
| faydhe Al-Azzawi et al. | Performance Comparison between DPSK and OQPSK modulation approaches in multi environments channels with Matlab Simulink models | |
| KR0145543B1 (ko) | 주파수 오차 보상 기능을 갖는 위상변조신호 검파기 |
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 |