CN116248452A - 一种开闭环结合的qam信号载波相位跟踪方法 - Google Patents
一种开闭环结合的qam信号载波相位跟踪方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116248452A CN116248452A CN202211679057.XA CN202211679057A CN116248452A CN 116248452 A CN116248452 A CN 116248452A CN 202211679057 A CN202211679057 A CN 202211679057A CN 116248452 A CN116248452 A CN 116248452A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- loop
- carrier phase
- order polynomial
- open
- baseband complex
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 41
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012050 conventional carrier Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/08—Details of the phase-locked loop
- H03L7/085—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/0014—Carrier regulation
- H04L2027/0044—Control loops for carrier regulation
- H04L2027/0046—Open loops
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/0014—Carrier regulation
- H04L2027/0044—Control loops for carrier regulation
- H04L2027/0053—Closed loops
-
- 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
本发明提供了一种开闭环结合的QAM信号载波相位跟踪方法,包括以下步骤:在环路更新期间,对输入的基带复信号进行载波相位剥离,获得基带复信号;根据理论星座图,对基带复信号进行符号判决,得到判决后的符号;将基带复信号和判决后的符号输入至鉴相器,得到载波相位误差;将载波相位误差建模成二阶多项式函数,并在环路更新间隔期间通过载波相位误差开环估计二阶多项式函数中各项系数的值;通过二阶多项式函数中系数的值,得到环路的载波相位误差,并生成载波频率预测值以对下一环路更新周期内的载波相位剥离,从而解决了低更新频度的DD‑PLL环路无法修正由相位噪声引入的短期载波相位波动问题。
Description
技术领域
本发明涉及通信信号解调和侦测终端技术领域,具体涉及一种开闭环结合的QAM信号载波相位跟踪方法。
背景技术
载波相位同步是正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation,简称为“QAM”)信号解调处理的关键环节,其同步精度直接决定了QAM信号解调性能,QAM信号载波相位同步通常采用闭环跟踪的形式,其在跟踪稳定阶段通常采用直接判决锁相环(DirectDecision Phase-Locked Loop,简称为“DD-PLL”)。
图形处理器(Graphics Processing Unit,简称为“GPU”)具有计算能力强的特点,且相对于传统的现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array ,简称为“FPGA”)加处理器的平台,GPU平台的开发灵活性更强,更为高效,因此其在通信信号处理中具有很好的应用前景。GPU高性能计算的优势主要体现在大规模的成百上千个的GPU处理核心可实现同一类型计算的并行处理,因此当采用GPU实现QAM信号载波相位闭环跟踪环路时,要求环路采用的低的更新频度,这样每次更新环路,GPU可处理更长的数据,并行度也会更高。但由于通信发射机和接收机均存在相位噪声,尤其是低频相位噪声,其会导致载波相位在短期内会存在缓慢波动,当环路更新间隔超过该波动的持续时间时,这会导致这个短期的载波相位波动无法修正,进而造成载波相位的星座图的晃动,如附图1所示,最终导致解调误码增加,且发射机和接收机晶振相噪越差,星座图晃动越大。因此目前的QAM信号接收机均采用很高的环路更新频度(最高为数据采样率),但高的环路更新频度不适合于GPU并行计算。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提出一种开闭环结合的QAM信号载波相位跟踪方法,其可采用低的环路更新频度,适用于GPU实现同一类型计算的并行处理,同时能够解决低更新频度的DD-PLL环路无法修正由相位噪声引入的短期载波相位波动问题。
本发明的技术方案如下:
一种开闭环结合的QAM信号载波相位跟踪方法,应用于信号发射机或信号接收机,环为直接判决锁相环路,方法包括以下步骤:
通过二阶多项式函数中各项系数的值,生成本地载波相位,以开环修正当前更新时间间隔内的载波相位误差。
进一步地,通过二阶多项式函数中各项系数的值,生成本地载波相位,以开环修正当前更新时间间隔内的载波相位误差,具体包括:
矩阵H的转置矩阵乘以矩阵H,然后对结果取导数,并乘以矩阵H的转置矩阵以及乘以矩阵E,计算得到矩阵A中的元素的值,亦即二阶多项式函数中各项系数的值。
矩阵E通过采样点数为0至采样点数为N-1的鉴相位误差形成的数列构建,其中,N为环路更新期间的信号采样点数。
进一步地,载波频率预测值通过对当前环路更新周期内的载波频率预测值/>、第二参数值C2与下一更新周期内的载波相位误差/>的乘积、下一更新周期内的载波相位误差/>与当前环路更新周期的载波相位误差/>之间的差值与第一参数值C1的乘积进行求和而获得,载波频率预测值/>表达式为
(2)式中,C1为第一参数值,其通过对带宽值w n 、环路增益K以及一常数进行乘积而获得;C2为第二参数值,其通过对带宽值w n 的平方、环路更新间隔T、环路增益K进行乘积而获得,其中带宽值w n 等于环路带宽B与另一常数的商值。
为了提高GPU计算效率,一般会采用较长的环路更新间隔;而当环路更新间隔较长时,相位噪声会导致载波相位在环路更新期间内出现波动;常规的载波相位跟踪环路,一般将更新间隔内的载波相位误差建模成常数,直接对其取平均作为载波相位跟踪误差,环路滤波后驱动本地载波生成,这样更新期间内的载波相位波动将导致星座图晃动; 本发明根据QAM信号载波相位误差在短期内的缓慢变化关系以及根据QAM信号载波相位误差随时间的变换关系,将环路更新期间内的载波相位建模成二次曲线,在每次载波相位环路更新间隔,利用环路鉴相值开环估计/>的值,然后利用这三个值生成本地载波相位,并修正当前更新时间间隔内的载波相位误差,/>值作为载波相位误差估计值用于驱动PLL环路,从而达到完全修正载波相位波动导致的星座图晃动的目的。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是环路更新期间未对载波相位波动进行修正的星座图;
图2是本发明实施例所述的开闭环结合的QAM信号载波相位跟踪方法的流程图;
图3是本发明实施例所述的载波相位误差开环估计的流程图;
图4是本发明实施例所述的环路更新的流程图;
图5是本发明实施例所述的开环修正的流程图;
图6是环路更新期间载波相位波动修正后的星座图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如附图2所示,一种开闭环结合的QAM信号载波相位跟踪方法,所述环为直接判决锁相环路,直接判决锁相环路为二阶锁相环结构,QAM载波相位跟踪方法包括以下步骤:
S02. 直接判决鉴相:根据理论星座图,对基带复信号进行符号判决,得到判决后的符号/>;将基带复信号/>和判决后的符号/>输入至鉴相器,得到载波相位误差/>;所述载波相位误差/>的提取方式为将基带复信号/>除以判决后的符号/>并取其虚部,其计算表达式为
(3)式中,Im为取虚部,0<=n<N。
所述观测方程的表达式为:
上述观测方程(6)至观测方程(8)中,矩阵A通过二阶多项式函数中的常数项、一次项系数/>以及二次项系数/>构建;矩阵H通过常数数列元素、0至N-1组成的等差数列元素以及0至/>组成的等比数列元素构建;矩阵E通过采样点数为0至采样点数为N-1的鉴相位误差形成的数列构建,其中,N为所述环路更新期间的信号采样点数。
S302.矩阵H的转置矩阵乘以矩阵H,然后对结果取导数,并乘以矩阵H的转置矩阵以及乘以矩阵E,计算得到矩阵A中的元素的值,亦即二阶多项式函数中各项系数的值;计算表达式为
其中,所述载波频率预测值通过对当前环路更新周期内的载波频率预测值/>、第二参数值C2与下一更新周期内的载波相位误差/>的乘积、下一更新周期内的载波相位误差/>与当前环路更新周期的载波相位误差/>之间的差值与第一参数值C1的乘积进行求和而获得,载波频率预测值/>表达式为
(10)式中,C1为第一参数值,其通过对带宽值w n 、环路增益K以及一常数进行乘积而获得,其表达式为,本实施例中,“一常数”取值1.414;C2为第二参数值,其通过对带宽值w n 的平方、环路更新间隔T、环路增益K进行乘积而获得,其表达式为,其中带宽值w n 等于环路带宽B与另一常数的商值,其表达式为/>,本实施例中,“另一常数”取值0.53,环路增益K取值1。
如附图5所示,步骤S05中,通过二阶多项式函数中各项系数的值,生成本地载波相位,以开环修正当前更新时间间隔内的载波相位误差,具体包括:
经实测,环路更新间隔为2ms,采用接收机接收信号源播发的QAM256进行解调,由于接收机相位噪声的存在,在2ms环路更新间隔内,载波相位会存在波动,此时会导致星座图晃动,如附图1所示;而采用本发明实施例所述的开闭环结合的QAM信号载波相位跟踪方法进行开环估计修正后,星座图更加聚拢,如附图6所示。
因此,本发明实施例通过在环路更新期间,对输入的基带复信号进行载波相位剥离,获得基带复信号;然后根据理论星座图,对基带复信号进行符号判决,得到判决后的符号;将基带复信号和判决后的符号输入至鉴相器,得到载波相位误差;再将载波相位误差建模成二阶多项式函数,并在环路更新间隔期间通过载波相位误差开环估计二阶多项式函数中各项系数的值;最后通过二阶多项式函数中系数的值,得到环路的载波相位误差,并生成载波频率预测值以对下一环路更新周期内的载波相位剥离,以及通过二阶多项式函数中各项系数的值,生成本地载波相位,以开环修正当前更新时间间隔内的载波相位误差,从而解决了低更新频度的DD-PLL环路无法修正由相位噪声引入的短期载波相位波动问题。
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211679057.XA CN116248452B (zh) | 2022-12-27 | 2022-12-27 | 一种开闭环结合的qam信号载波相位跟踪方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211679057.XA CN116248452B (zh) | 2022-12-27 | 2022-12-27 | 一种开闭环结合的qam信号载波相位跟踪方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116248452A true CN116248452A (zh) | 2023-06-09 |
CN116248452B CN116248452B (zh) | 2023-07-11 |
Family
ID=86623301
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211679057.XA Active CN116248452B (zh) | 2022-12-27 | 2022-12-27 | 一种开闭环结合的qam信号载波相位跟踪方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116248452B (zh) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6904098B1 (en) * | 2001-10-16 | 2005-06-07 | Wideband Semiconductors, Inc. | Linear phase robust carrier recovery for QAM modems |
CN1878028A (zh) * | 2006-04-24 | 2006-12-13 | 上海交通大学 | 适用于数字电视地面广播的载波跟踪环路 |
CN101051080A (zh) * | 2006-04-05 | 2007-10-10 | 中国科学院微电子研究所 | 一种高灵敏度的gps信号载波跟踪方法 |
CN107238849A (zh) * | 2017-06-07 | 2017-10-10 | 南京航空航天大学 | 一种基于权值调整的北斗载波自适应跟踪环路实现方法 |
CN111935052A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-11-13 | 哈尔滨工业大学 | 一种qpsk信号的自适应载波和符号联合同步方法 |
CN112929310A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-06-08 | 天津理工大学 | 一种基于高阶qam的载波恢复方法 |
US20210176109A1 (en) * | 2019-12-04 | 2021-06-10 | National Instruments Corporation | Robust carrier phase and frequency tracking for m-qam demodulation |
-
2022
- 2022-12-27 CN CN202211679057.XA patent/CN116248452B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6904098B1 (en) * | 2001-10-16 | 2005-06-07 | Wideband Semiconductors, Inc. | Linear phase robust carrier recovery for QAM modems |
CN101051080A (zh) * | 2006-04-05 | 2007-10-10 | 中国科学院微电子研究所 | 一种高灵敏度的gps信号载波跟踪方法 |
CN1878028A (zh) * | 2006-04-24 | 2006-12-13 | 上海交通大学 | 适用于数字电视地面广播的载波跟踪环路 |
CN107238849A (zh) * | 2017-06-07 | 2017-10-10 | 南京航空航天大学 | 一种基于权值调整的北斗载波自适应跟踪环路实现方法 |
US20210176109A1 (en) * | 2019-12-04 | 2021-06-10 | National Instruments Corporation | Robust carrier phase and frequency tracking for m-qam demodulation |
CN111935052A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-11-13 | 哈尔滨工业大学 | 一种qpsk信号的自适应载波和符号联合同步方法 |
CN112929310A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-06-08 | 天津理工大学 | 一种基于高阶qam的载波恢复方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN116248452B (zh) | 2023-07-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8781030B2 (en) | Fully compensated adaptive interference cancellation system | |
US4959656A (en) | Efficient detection and signal parameter estimation with application to high dynamic GPS receiver | |
WO2010138206A1 (en) | Method and apparatus for iterative timing and carrier phase recovery | |
US7778357B2 (en) | COFDM demodulator | |
CN103095615B (zh) | 一种相位噪声估计、补偿的方法及装置 | |
CN109617844B (zh) | 一种载波同步的方法及系统 | |
US8885775B2 (en) | Dynamic optimization of carrier recovery performance for communication systems | |
US11184045B1 (en) | Density function centric signal processing | |
US7620125B1 (en) | Frequency estimation apparatus and related method | |
US11405243B2 (en) | Method and apparatus for signal processing with neural networks | |
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 | |
JPH09219732A (ja) | データ同期装置のロック検出器およびその動作方法 | |
CN116248452B (zh) | 一种开闭环结合的qam信号载波相位跟踪方法 | |
EP1961176B1 (en) | Method and apparatus for phase-noise compensation in digital receivers | |
JP5225812B2 (ja) | Ofdm復調装置、ofdm復調方法、プログラム、および、コンピュータ読み取り可能な記録媒体 | |
Nolan et al. | Signal space based adaptive modulation for software radio | |
JP2986261B2 (ja) | 適応最尤系列推定器 | |
JPH10271179A (ja) | 周波数オフセット補償方式 | |
US11973508B2 (en) | Phase mixer non-linearity measurement within clock and data recovery circuitry | |
CN114826858B (zh) | 载波同步方法和装置、计算机设备、存储介质 | |
CN116319211B (zh) | 一种用于qam信号的多阶卡尔曼载波跟踪方法、跟踪环路及信号接收机 | |
US7561648B2 (en) | Frequency error estimation | |
JP3135425B2 (ja) | 適応最尤系列推定器 | |
US20170195112A1 (en) | Receiving device and receiving method | |
CN118075081A (zh) | 一种基于并行架构的高速解调方法及系统 |
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 |