[发明专利]基于旋转平均周期图和解调软信息的载波同步方法

说明书

背景领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及数字通信中利用导频和解调软信息来获取同步信息的方法，可用于卫星和高速移动中的短帧突发通信系统。

背景技术

短帧突发通信系统广泛应用在高速移动通信、卫星通信、军事通信等领域，由于通信双方相对移动产生的多普勒效应使接收信号产生较大的频偏，因此在低信噪比、极低信噪比、大多普勒频偏的条件下，利用小开销的导频序列来实现在突发通信模式下有效可靠的载波同步具有重要意义。为保障通信质量，要求短帧突发通信系统能够在低信噪比、大频偏环境下可靠的工作，载波同步是需要解决的关键问题。

现有的传统载波同步算法主要包括两类：使用导频符号的数据辅助DA、基于调制数据或译码信息的非数据辅助NDA。DA类如Kay，Fitz,FFT(Fast Fourier Transform)等算法不能兼顾工作信噪比门限和估计范围，且需要通过增加导频符号数提高估计精度，不适合短突发系统。NDA类一般利用解调软信息或译码软信息在大范围内进行参数盲目搜索，复杂度高，尤其在低信噪比下，数据长度较长才能保证软信息的可靠性，而增加信息数据长度会进一步增加算法复杂度，不适合在实际系统中应用。

Calvo P M,Sevillano J F,Velez I和Irizar A在“Enhanced Implementation of Blind Carrier Frequency Estimators for QPSK Satellite Receivers at Low SNR”(IEEE Transaction on Consumer Electronics,2005,51(7):442-448)中提出了R&A频偏估计算法，该算法将导频分若干块，每块旋转对应的频偏，然后作平均周期图，但在导频开销一定时，导频分段导致频谱分辨率降低，估计精度不高，始终无法逼近MCRB（Modified Cramer-Rao Bound）。

以上传统载波同步算法不能同时兼顾导频开销和估计精度，因此需要一种联合导频和软信息的估计算法。晏辉,唐发建,张忠培等在“一种基于低码率LDPC码的编码与导频联合辅助载波同步算法”(电子与信息学报,2011,33(2):470-474)采用结合导频和LDPC译码软信息的联合估计算法，就是利用导频和软信息对频偏的估计，这种方法虽能兼顾导频开销和估计精度，但由于不能纠正范围为±50%的符号速率的频偏，不适合大频偏载波同步系统。

为了满足大频偏载波同步系统要求，孙锦华，朱吉利等提出的专利申请“基于导频和软信息联合辅助的SOQPSK载波同步方法”(申请号20120073562.X，申请日期：2012年3月20日)中公开了一种基于ML(Maximum Likelihood)的导频联合SOQPSK(Shaped-Offset Quadrature Phase-Shift Keying)解调软信息的载波同步方法，该方法虽然能以较小的导频开销，达到±50%的符号速率的频偏估计范围，且能获得接近理想的误比特性能，但该方法复杂度较高，细估计部分采用一步搜索，运算量较大，因此不适合实际系统的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于旋转平均周期图和解调软信息的载波同步方法，以较低的运算复杂度校正大的载波偏差，有效地实现载波同步，满足系统应用的要求。

实现本发明的技术思路是，利用基于导频辅助的旋转平均周期图RPA载波同步方法得到载波频偏相偏的粗估计值，在粗估计值基础上确定细估计区间；以解调软信息均方值最大化为准则，分别进行频偏和相偏的一维分步搜索，搜索得到精确的频偏相偏值，实现有效地载波同步。其实现步骤包括如下：

（1）获取导频信号步骤：

（1a）在发送端，将导频序列通过复用模块，前置于信息比特序列d_k，组成一个数据帧，对该数据帧进行调制，得到发送的基带复信号s_k，再经过上变频后得到发送的射频信号；

（1b）在接收端，将接收到的射频信号经过滤波、下变频、数字采样后，得到基带复信号y_k；

（1c）将数字采样后基带复信号y_k通过解复用模块，得到接收的导频信号p_k；

（2）载波粗同步步骤：

（2a）将导频信号p_k与本地存贮的导频信号h_k作共轭相乘，得到去调制信息后的序列Z＝{z_k}：