[发明专利]连续相位调制信号实现迭代定时同步的系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续相位调制CPM(Continuous phase modulation)信号实现迭代定时同步的系统与方法，用于解决连续相位调制的数字通信系统中的时延估计、时偏纠正和系统中的时钟抖动问题，属于数字通信的技术领域。

背景技术

定时同步是数字通信的一个重要部分。虽然有关线性调制定时方法的论述有很多，然而，描述非线性的连续相位调制信号的同步算法的文献却非常少。

参见图1，介绍传统的连续相位调制CPM的数字通信系统的结构组成，其中，t为系统时间，接收端的接收信号为r(t)。图中的定时同步环路电路用于计算定时误差值，对匹配滤波器的输出信号进行采样或插值，获得不同采样时刻下的信号值。现在使用的一种异步采样的定时同步环路电路是由定时同步误差检测器、环路滤波器以及由控制器和插值器组成的定时校正电路所构成(参见图2)。图2中的固定采样时钟的采样周期为T_s，即采样频率为接收端信号r(t)首先通过固定采样时钟的采样被转换为样条值序列后，送至匹配滤波器。当固定采样时钟的采样速率满足奈奎斯特采样条件时，通过插值器的计算可以得到任意时刻下匹配滤波器的输出值。定时校正电路是通过控制器和插值器完成的。定时同步误差检测器产生当前符号周期的定时误差值，由控制器决定需要调整的时延大小，送入到插值器，通过插值器的计算得到不同时延补偿下的信号值。如果采用同步采样的定时同步环路，则不需要固定采样时钟电路，定时同步环路的电路也会略有差异，这里不再详细说明。

下面介绍定时误差检测的方法：传统技术的CPM信号采用高斯滤波最小频移键控(GMSK)调制，即调制器中含有高斯低通滤波器，该滤波器的矩形脉冲响应波形(即频率响应，记为g(t))的持续时间为LT，其中L为记忆长度，T为符号周期。

当信源信号序列α＝(α₀，α₁，...，α_n，...)为独立等概的取值为+1或-1的序列，其中，自然数下标n为信号序列中的符号序号，同时表示第n个符号周期，n的最大数、即信号序列长度为N。当在信号处理与传输过程中引入时延τ时，则对二进制CPM信号进行Laurent分解的计算公式是：式中，C_k(t)为Laurent分解的分量波形，自然数k为分量波形序号，系数b_k，n为信息序列{α_n}的函数，表示对应第n个符号周期中第k个PAM分量的伪符号。引入时延τ和信道噪声w(t)后，接收信号的复包络为：r(t)＝s(t-τ，α)+w(t)。

在先验概率相等条件下，加性高斯白噪声信道的最佳检测器采用最大似然(ML)准则，根据相关理论，要使接收端判决信号与接收信号r(t)的相关度量最大，其中是任意一个序列长度为N的二进制信息序列，α是未知的，需要通过最大似然概率检测方法进行判决和估计。以Laurent分解为例，令t为系统时间，n为信息序列中的符号序号，k是匹配滤波器的序号，即k＝1，2，…，2^L-1，C_k(t)为Laurent分解的分量波形，为接收信号r(t)经过匹配滤波器C_k(t)的输出响应。考虑到加入时延补偿后，接收端判决信号与接收信号的相关数值计算公式为：式中，其中自然数i表示部分响应波形调制的CPM格图状态分支，与当前符号周期内的相关状态和当前比特符号相对应着。在调制指数h＝2κ/η(κ、η都是整数)时，BCJR解调的状态转移格图一共有2^L-1η个状态，对应每符号周期的格图状态分支一共有2^Lη个。因此自然数i的最大值为2^Lη。是伪符号的共轭，是与i、k和n都有关系的变量。可以通过对第k个匹配滤波器在第时刻进行采样(即插值)得到。

关于线性调制定时方法的论述已有很多，然而，描述非线性的连续相位调制信号的同步算法的文献却很少。文献《Joint Phase and Timing Recovery With CPM Signals》(刊于：IEEE Trans on Communications.1997，VOL.45：867-876.)提出一种基于最大似然准则算法检测时钟偏移量的方法，可用于CPM信号的定时恢复。在该论文提出的方案中，假定可以通过维特比接收机判决出长度为N的信号比特序列并进而确定每个符号周期内i的值，即根据判决结果能够唯一地确定相关状态和当前比特符号那么，此时可以用来代替。

预测的发送符号序列的似然函数表达式为：