[发明专利]一种用于非相干解调电路中的载波相位同步方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其是涉及采用非相干解调方式实现的兼容IEEE 802.15.4标准的通信系统，本发明用于实现对接收信号的载波相位同步。

背景技术

IEEE 802.15.4标准定义了低速无线个域网(LR-WPAN)的物理层和媒体接入控制层两个规范。IEEE 802.15.4低速率、低功耗和短距离传输的特点使它适合应用于无线传感器网络领域。IEEE 802.15.4c物理层规定了三个频段，即2.4GHz频段、868/915MHz频段和780MHz频段。在中国专用的780MHz频段，规范规定了两种物理层调制方案：采用O-QPSK调制方案和直接序列扩频技术及采用MPSK调制方案和直接序列扩频技术，两种调制方案都采用升余弦脉冲成型方式。

由于IEEE 802.15.4标准面向的是低功耗、低成本的应用，所用的器件要求体积小、集成度要高，所以IEEE 802.15.4标准的解调电路一般采用的是非相干解调方式。而非相干解调方式是不知道载波的频率偏移和初始相位的，需要有电路对载波的频率偏移、初始相位进行估计，再进行频率及相位补偿来完成载波相位同步。

目前载波相位同步的方法主要是利用锁相环PLL和压控振荡器VCO在RF前端进行闭环前向载波同步，常用的结构有同相正交环、平方环及M方环等方式来实现载波相位的同步，这一类的同步大多采用模拟器件在射频RF端实现，功耗和体积都比较大，不便于集成。而目前用于IEEE 802.15.4的载波相位同步电路主要有两类：第一类是在数字基带处理中估计频率偏移及初始相位，而相位补偿不在数字基带中处理，数字基带本身不做相位补偿运算，而是将频率相位错误的指示信息传递给压控振荡器VCO，让VCO来锁定，从而完成载波相位同步的。第二类是在数字基带处理中完成频率偏移及初始相位估计并进行相位补偿计算，来完成载波相位同步。第二类方法采用的是全数字的设计方案，其优点是可以降低RF设计的复杂度及功耗，减少整个接收机的面积，集成度高，可以很容易集成到片上系统SOC分区设计中去。

而在全数字的设计方案中，载波频偏估计大多是利用接收到的数据进行延迟相关计算来完成频率偏移估计的，若在低信噪比的情况下，其频率偏移估计的精度会严重恶化，因为其没有利用已知前导码序列的相关信息来降低噪声的干扰，另外其相位补偿只是针对于频率偏移相位补偿，一般都没有考虑初始相位估计和相位残余误差跟踪，这样由于存在频率估计误差，随着包长度的增加，接收的数据点的相位差会累计到一个很大的值，这会给解调电路造成很大的误码率。

发明内容

(1)发明目的

本发明提供一种直接序列扩频通信系统中采用非相干解调电路中的全数字实现、在低信噪比条件下能够精确进行载波相位同步的方法及装置，在低信噪比环境中，该方法及装置能够实现载波相位的精确估计和跟踪，可以显著降低系统的误码率，提高接收机的性能。

(2)技术方案

本发明是一种用于非相干解调电路中的载波相位同步方法及装置，其载波相位同步方法是：载波相位同步分为相位获取模式和相位跟踪模式两种工作模式，在前导码周期阶段，工作在相位获取模式，其包含频率偏移估计和初始相位估计，在数据解扩周期中，采用相位跟踪模式来实现符号的残余相位误差估计，精确跟踪相位。其载波同步的过程是：在前导码周期内，首先对接收到的长度为L个数据的前导码进行延迟相关计算，延迟时间为一个码片周期(L小于等于前导码长度)，对计算的结果利用已知前导码序列延迟相关得到的系数进行滤波处理，并计算出处理后的相位的均值Δω，得到频率偏移的估计值；根据Δω的值对接收到的延迟L个码片周期的数据进行旋转，消除频率偏移的影响，即对每个数据进行频率偏移补偿计算，再将补偿后的数据跟接收到的L个数据所对应的前导码码片进行相关计算，对计算结果求出其相位的均值θ，作为初始相位的估计值；在数据解扩周期中，利用已经解扩出来的符号对应的码片值跟延迟一个符号周期的接收到的数据进行相关计算，并计算其结果的相位均值φ，作为符号的残余相位误差。然后根据Δω、θ及φ的结果，计算出接收到的每个数据的相位偏移量Ψ，进行相位补偿计算，完成载波相位同步。其中数据相位偏移量的计算方式如下：在相位获取阶段，每个数据的相位偏移量Ψ为相位累加值(每个数据的相位累加计算增量为Δω)与θ的和；在相位跟踪阶段，每个符号的起始数据的相位偏移量Ψ为相位累加值(每个数据的相位累加计算增量为Δω)、θ和φ的和，在一个符号周期内的数据的相位偏移量Ψ等于上一个数据的相位偏移量加上频率偏移相位递增量Δω。

(3)技术效果