CN1529484A - 一种实现差分偏移四相键控相干解调的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于数字通信领域，具体涉及一种实现差分偏移四相键控(pi/4 DQPSK)相干解调的方法及装置，特别涉及一种基于训练序列，实现pi/4 DQPSK相干解调的方法及装置。本发明通过训练序列及其参考调制序列，给出载波频偏估计和载波相位估计的初值，进而利用初值和一阶数字锁相环对载波相位进行跟踪，并且对数据校正载波频偏和载波相位，而后进行判决输出采用频偏和相位偏移补偿的技术，实现了相干解调；采用判决输出设计了数字锁相环，利用数字锁相环对载波相位进行跟踪，保证了算法的稳定性能；采用两次判决的新颖技术，使得算法有着很高的容错性能；所述装置在同样的误码率(如：10^－2)下，要求的输入信噪比比差分解码所需要的低1.6dB。

Description

一种实现差分偏移四相键控相干解调的方法及装置

技术领域

本发明属于数字通信领域，具体涉及一种实现差分偏移四相键控(pi/4 DQPSK)相干解调的方法及装置，特别涉及一种基于训练序列，实现pi/4 DQPSK相干解调的方法及装置。

背景技术

随着移动通讯产业的飞速发展，数字通讯系统以其卓越的系统容量和优秀的性能，越来越广泛地应用到多种通讯系统之中。

数字通讯系统中用到了多种调制方法。其中多相键移(MPSK)调制以其良好的频谱利用率和误码率性能而受到重视。多相键移是将信息存储在发射信号相位中的调制格式。每个发射信号的相位代表2个到M个可能的值，M是调制阶数。例如：两相键控(BPSK)(M＝2)和四相键控(QPSK)(M＝4)。

对于多相键控调制信号的解调一般有非相干解调和相干解调两种方式。相干解调方式要求估计出载波相位。而非相干解调不需要对载波相位进行估计。

最常用的非相干解调实现方法是在发送端进行差分编码，而在接收端采用差分解码。差分编码就是把信息映射到相邻符号的相位差中。如果在运用多相键控调制的系统中，在发送端采用差分编码，在接收端采用差分解码，那么该系统就叫做多相键控差分调制系统(DMPSK)。pi/4 DQPSK是DQPSK(M＝4)基础上发展起来的一种恒包络调制方式。

目前，许多数字通讯系统都采用了pi/4四相键控差分调制，如PHS系统、美国数字蜂窝系统(IS-136)等。pi/4 DQPSK调制是恒包络调制方式，最诱人的优点是可以使用非相干检测，接收机设计简单。

众所周知，相干解调一般比差分解调性能好，见[美]John G.Proakis“数字通信”，McGraw-Hill Publications，1983。但是要求载波估计比较准确。已有许多相干解调方式应用到接收机上。如：美国专利No.5,754,600(Rahnema；Moe)Method and apparatus for optimumsoft-decision viterbi decoding of convolutional-differentialencoded QPSK data in coherent detection。再如：美国专利No.5,285,480(Chennakeshu等)，ADAPTIVE MSLE-VA RECEIVER FOR DIGITALCELLULAR RADIO。这些专利都是将相干解调方式和编码解码方式结合起来，将各种方法(如：最小均方误差、最大似然估计等)运用到训练序列上，以给出最优的判决方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现pi/4 DQPSK相干解调的方法及装置。

本发明的核心思想是：通过训练序列及其参考调制序列，给出载波频偏估计和载波相位估计的初值，进而利用初值和一阶数字锁相环对载波相位进行跟踪，并且对数据校正载波频偏和载波相位，而后进行判决输出。

本发明是这样实现的：

一种实现pi/4 DQPSK相干解调的方法，包括以下步骤：

步骤一，设定训练序列的参考调制序列，设定误差量E的初值为0，设定当前计算的输入符号的序号N；

步骤二，计算载波频偏估计值和相对于参考调制序列的载波相位估计值，给出载波频偏初值P，和载波相位初值F；

步骤三，对于每个输入符号C进行相位校准；

步骤四，对步骤三输出的校准结果并且判决，判决的结果为T；

步骤五，利用输入符号C和判决的结果T计算出相位误差的取值E1，并对误差量E进行低通滤波；

步骤六，利用数字锁相环对载波相位进行跟踪。转步骤二处理下一个输入符号。

所述的步骤一进一步包括：预先设定训练序列参考调制序列和设定误差量E的初值为0，设定当前计算的输入符号的序号N。要求：要么参考调制序列中奇数点取(1，0)、(-1，0)、(0，1)和(0，-1)之一，要么奇数点取 $(\sqrt{2}/2,\sqrt{2}/2),(\sqrt{2}/2,-\sqrt{2}/2),(-\sqrt{2}/2,\sqrt{2}/2)$ 和 $(-\sqrt{2}/2,-\sqrt{2}/2)$ 之一。为了方便叙述，下面参考调制序列中奇数点取(1，0)、(-1，0)、(0，1)和(0，-1)之一；

所述的步骤二计算载波频偏估计值和相对于参考调制序列的载波相位估计值，给出载波频偏初值P，和载波相位初值F，进一步包括：首先将已知训练序列(如在PHS系统中，PR+UW字共12个符号)的共轭和接收信号相乘得到序列S_i(i从1至12)，并且将S_i和S_i-1的共轭相乘(i从2至12)并且相加，取其和之相位值，即为频偏初值P；然后利用频偏初值P补偿每个输入符号，得到的值再与训练序列的共轭相乘，得到12个得数，将这些数相加并且取其和的相位值，即为相位初值F；

所述的步骤三对每个输入符号C进行相位校准进一步包括：将频偏P和相位F补偿到输入符号C上得到的值仍然放入C中；

所述的步骤四对步骤三的结果判决进一步包括：依据参考调制序列的星座特点，如果N为奇数则将输入符号C旋转45度，如果N为偶数则输入符号C不旋转，然后对C进行第一次判决，将判决的结果记为：(a，b)；将(a，b)组合成符号C1。如果N为奇数则将符号C1旋转-45度，如果N为偶数则符号C1不旋转；将C1进行差分解调，并判决得到结果T；

所述的步骤五利用输入符号C和判决结果T计算出本次相位误差的取值E1，并对误差量E进行低通滤波进一步包括：将C乘以C1的共轭作为当前误差量E1，并对误差量E进行低通滤波结果放入E中；

所述的步骤六利用数字锁相环对载波相位进行跟踪进一步包括：将误差量E调整相位F，得到新的相位F，频偏P不变，转入步骤二处理新的输入符号。

一种实现pi/4 DQPSK相干解调的装置，其特征在于所述装置包括：

载波频偏和载波相位估计器(21)、频偏和相位校准器(22)、判决器(23)、和相位跟踪器(24)。

所述的载波频偏和载波相位估计器(21)进一步包括载频偏移估计器(211)和载波相位偏移估计器(212)；

所述的判决器(23)进一步包括：移相器1(231)、判决器(232)和移相器2(233)；

所述的相位跟踪器(24)进一步包括：误差生成器(241)、数字锁相环(242)；

所述的载波频偏和载波相位估计器(21)主要负责频偏和相位初值估计，导入设定的训练序列的调制符号与输入数据经过载频偏移估计器(211)进行频偏估计，将载频偏移估计器(211)输出结果导入载波相位偏移估计器(212)中估计相位初值；

所述的频偏和相位校准器(22)主要负责对输入的数据进行频率和相位偏移的补偿；

所述的判决器(23)主要负责对于频偏和相位校准器(22)输出结果进行移相处理和判决输出；

所述的相位跟踪器(24)主要负责当前符号的相位误差的取值计算，并将误差结果输入数字锁相环中进行相位跟踪。

本发明采用频偏和相位偏移补偿的技术，实现了相干解调；采用判决输出设计了数字锁相环，利用数字锁相环对载波相位进行跟踪，保证了算法的稳定性能；采用两次判决的新颖技术，使得算法有着很高的容错性能；所述装置在同样的误码率(如：10^-2)下，要求的输入信噪比比差分解码所需要的低1.6dB。

附图说明

图1本发明的方法流程图；

图2本发明的装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：

本发明要点是基于载波频偏估计和相对于参考调制序列的载波相位估计的初值，并且利用一阶数字锁相环对载波相位进行跟踪，并且对输入数据校正频偏和载波相位，而后进行两次判决输出的pi/4 DQPSK相干解调方法。涉及载波频偏和相位估计、数字锁相环和相位校准方法。

本发明所阐述的方法可按如下几个步骤实现：

第一步(101)，设定训练序列的参考调制序列x_i(i＝1到M，在PHS系统中M取12)，设定误差量E的初值为0。假设：参考调制序列中奇数点取(1，0)、(-1，0)、(0，1)和(0，-1)之一，偶数点取 $(\sqrt{2}/2,\sqrt{2}/2),(\sqrt{2}/2,$ $-\sqrt{2}/2),(-\sqrt{2}/2,\sqrt{2}/2)$ 和 $(-\sqrt{2}/2,-\sqrt{2}/2)$ 之一；

第二步(102)，首先将已知训练序列(如在PHS系统中，PR+UW字共12个符号)的共轭和接收信号相乘得到序列S_i(i从1至12)，并且将S_i和S_i-1的共轭相乘(i从2至12)并且相加，取其和的模值，即为频偏初值P；

第三步(103)，利用频偏初值P补偿输入符号y_i，得到的值再与训练序列的共轭相乘，得到12个得数，将这些数相加并且取其和的模值，即为相位初值F；

第四步(104)，设定当前计算的符号的序号N＝1，当前处理符号为：y_N；

第五步(105)，将频偏P和相位F补偿到符号y_N上得到的值仍然放入y_N中；

第六步(106)，判断N是否为奇数；如果为奇数进行第七步，如果不为奇数进行第八步；

第七步(107)，y_N旋转45度；

第八步(108)，对y_N进行第一次判决，将判决的结果记为：(a，b)；将(a，b)组合成符号C1＝a+b*j；

第九步(109)，判断N是否为奇数；如果为奇数进行第十步，如果不为奇数进行第十一步；

第十步(110)，C1旋转-45度；

第十一步(111)，差分解调，C1乘以C0的共轭判决并输出判决结果；

第十二步(112)，计算当前符号的相位误差的取值E1：y_N乘以C1的共轭，将y_N乘以C1的共轭作为当前误差量E1；

第十三步(113)，对E进行低通滤波。公式：E＝αE+βE1，(α+β＝1)并对误差量E进行低通滤波结果放入E中；

第十四步(114)，用误差量E调整相位F。公式：F＝F+γE，(γ≥0)，得到新的相位F，频偏P不变；

第十五步(115)，判断是否有新的数据输入；如果没有就结束解调；如果有新的数据输入，继续下一步；

第十六步(116)，转入第二步处理新的输入符号。

图2是本发明所提供的相干解调实现装置构成图。所有输入数据(2100)均要经过位同步器(20)，位同步器可以针对不同的系统采用不同的同步方法，这是成熟技术。经过位同步器(20)后的数据是(2111)。训练序列的参考调制序列(2110)与输入数据(2111)输入载波频偏估计器(211)，输出结果(2121)和经同步器处理后的输入数据(2111)送入载波相位估计器(212)中，将结果送到频偏和相位校准器(22)；此时频偏和相位校准器(22)校准输入数据(221)，校准之后的数据(222)输入判决器(23)；判决器(23)输出结果和校准之后的数据(222)送入相位跟踪器(24)中。跟踪结果反馈控制载波相位估计器(212)中相位补偿值。

本发明公开了一种通过训练序列及其参考调制序列，给出载波频偏估计和载波相位估计的初值，进而利用初值和一阶数字锁相环对载波相位进行跟踪，并且对数据校正载波频偏和载波相位，而后进行判决输出的pi/4 DQPSK解调方法和实现装置。所述的方法独特、新颖，在目前的专利和相关文献中未检索到，所述的装置构成简单、开发技术风险小。

本发明与以前的pi/4 DQPSK解调方法相比具有以下特点：

第一，本发明采用频偏和相位偏移补偿的技术，实现了相干解调。

第二，本发明采用利用判决输出设计了数字锁相环，利用数字锁相环对载波相位进行跟踪，保证了算法的稳定性能。

第三，本发明采用了两次判决的新颖技术，使得算法有着很高的容错性能。

第四，本发明的装置在同样的误码率(如：10^-2)下，要求的输入信噪比比差分解码所需要的低1.6dB。

总之，采用本发明提供的方法和装置实现pi/4 DQPSK相干解调，不仅结构简洁易于实现，而且提高了接收机解调性能。

Claims (9)

1、一种实现差分偏移四相键控相干解调的方法，包括以下步骤：

步骤一，设定训练序列的参考调制序列，设定误差量E的初值为0，设定当前计算的输入符号的序号N；

步骤二，计算载波频偏估计值和相对于参考调制序列的载波相位估计值，给出载波频偏初值P，和载波相位初值F；

步骤三，对于每个输入符号C进行相位校准；

步骤四，对步骤三输出的校准结果进行判决，判决的结果为T；

步骤五，利用输入符号C和判决的结果T计算出相位误差的取值E1，并对误差量E进行低通滤波；

步骤六，利用数字锁相环对载波相位进行跟踪，转步骤二处理下一个输入符号。

2、如权利要求1所述实现差分偏移四相键控相干解调的方法，其特征在于所述步骤一：

设定的参考调制序列中奇数点取值为(1，0)、(-1，0)、(0，1)和(0，-1)，或 $(\sqrt{2}/2,\sqrt{2}/2),(\sqrt{2}/2,-\sqrt{2}/2),(-\sqrt{2}/2,\sqrt{2}/2)$ 和

3、如权利要求1所述实现差分偏移四相键控相干解调的方法，其特征在于所述步骤二进一步包括：

首先将已知训练序列的共轭和接收信号相乘得到序列S_i(i从1至12)，并且将S_i和S_i-1的共轭相乘(i从2至12)并且相加，取其和的相位值，即为频偏初值P；

然后利用频偏初值P补偿每个输入符号，得到的值再与训练序列的共轭相乘，得到12个得数，将这些数相加并且取其和的相位值，即为相位初值F。

4、如权利要求1所述实现差分偏移四相键控相干解调的方法，其特征在于所述步骤三对每个输入符号C进行相位校准进一步包括：

将频偏P和相位F补偿到输入符号C上得到的值仍然放入C中。

5、如权利要求1所述实现差分偏移四相键控相干解调的方法，其特征在于所述步骤四对步骤三的结果判决进一步包括：

依据参考调制序列的星座特点，如果N为奇数则将输入符号C旋转45度，如果N为偶数则输入符号C不旋转，然后对C进行第一次判决，将判决的结果记为：(a，b)；将(a，b)组合成符号C1；

如果N为奇数则将符号C1旋转-45度，如果N为偶数则符号C1不旋转，将C1进行差分解调，并判决得到结果T。

6、如权利要求1所述实现差分偏移四相键控相干解调的方法，其特征在于所述步骤五进一步包括：

将C乘以C1的共轭作为当前误差量E1，并对误差量E进行低通滤波，滤波结果放入E中。

7、如权利要求1所述实现差分偏移四相键控相干解调的方法，其特征在于所述步骤六进一步包括：将误差量E调整相位F，得到新的相位F，频偏P不变，转入步骤二处理新的输入符号。

8、一种实现差分偏移四相键控相干解调的装置，其特征在于：所述装置包括载波频偏和载波相位估计器、频偏和相位校准器、判决器、相位跟踪器；

所述的载波频偏和载波相位估计器进一步包括：载频偏移估计器和载波相位偏移估计器；

所述的判决器进一步包括：移相器、判决器、移相器；

所述的相位跟踪器进一步包括：误差生成器、数字锁相环；

所述载波频偏和载波相位估计器，用于频偏和相位初值估计，导入设定的训练序列的调制符号与输入数据经过载频偏移估计器进行频偏估计，将载频偏移估计器输出结果导入载波相位偏移估计器中估计相位初值；

所述频偏和相位校准器，用于对输入的数据进行频率和相位偏移的补偿；

所述判决器，用于对频偏和相位校准器输出结果进行移相处理和判决输出；

所述相位跟踪器，用于当前符号的相位误差的取值计算，并将误差结果输入数字锁相环中进行相位跟踪。

9、如权利要求8所述实现差分偏移四相键控相干解调的装置，其特征在于：

所述输入数据在输入载波频偏估计器之前，均要经过位同步器；

经过位同步器后的输入数据与训练序列的参考调制序列输入载波频偏估计器，其输出结果再与经同步器处理后的输入数据送入载波相位估计器，将结果送到频偏和相位校准器进行校准，校准之后的数据输入判决器，判决器的输出结果和校准之后的数据再送入相位跟踪器，跟踪结果反馈控制载波相位估计器的相位补偿值。