一种面向多种带宽和调制方式的载波恢复方法与流程

1.本发明涉及数字信号处理领域，尤其是一种载波恢复方法，可在采用一种架构实现对不同带宽和不同的调制方式的信号的载波恢复。


背景技术：

2.通信接收机必须尽可能无失真地恢复出发送端产生的调制信号(模拟调制)或发送序列(数字调制)，从而达到通信的目的。解调一般分为相干解调和非相干解调两类。相干解调性能优于非相干解调。但采用相干方法进行解调时，需要构造一个与发送端的载波同频同相的相干载波，即必须从接收信号中恢复出载波信号，使收发双方载波的频率、相位一致，这一过程称为载波恢复或载波同步。当前通信系统大多采用在发送信号中添加接收方已知的训练序列用于接收端的载波恢复，该方法对于已知发射信号载波频率和训练序列的接收机而言具有较好性能，但对于无法获取发射信号载波频率和训练序列的非合作的接收机，无法采用通过训练序列的方法恢复载波，造成应用场景受限。本方案提出的通过环路跟踪的方式进行载波恢复。当前其他基于环路跟踪的载波恢复方案大都根据特定信号进行设计，只针对某种指定带宽或指定调制方式的信号，在灵活性和通用性方面都有所欠缺。本方案采用一种架构实现对不同带宽和不同调制方式进行载波恢复，提高了灵活性和通用性。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种面向多种带宽和调制方式的载波恢复方法，在保证载波恢复性能的前提下，采用同一架构兼容多种带宽和调制方式，提高了接收机的兼容性和通用性。为了解决针对不同调制方式需要不同载波恢复架构以及一种载波恢复架构对应单一带宽等问题，本发明将多速率ddc与costas环路滤波相结合，在保证架构不变的情况下，采用不同的抽取倍数和鉴相器，实现一种架构对不同带宽和调制方式的信号的载波恢复。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
5.(1)采用具有采样率小于等于310msps的高速adc，对接收信号进行采样处理，采样率设为fs，实现对带宽≤fs/2信号的采集，并根据信号载波正交下变频到基带，得到下变频后的基带信号；
6.(2)根据实际信号带宽，对采集下变频后的基带信号进行抽取并滤波，带宽不同，抽取倍数不同，最终抽取后，采样率为信号带宽n倍；
7.(3)将抽取后的同相分量i和正交分量q两路信号进行costas环路滤波，恢复载波：
8.3.1)抽取滤波后的信号与本地dds以相位δ产生的载波信号进行复数相乘；
9.3.2)判断信号调制类型，如果是qpsk信号和qam信号，复数乘法后的iq信号送入鉴相器，进行鉴相处理，得到载波相位误差θ；
10.θ＝sign(i)*q-sign(q)*i
11.sign(i)表示取i的符号；
12.如果是8psk信号，则执行步骤(7)；
13.3.3)将载波相位误差θ与环路滤波系数k2相乘，并将乘积与上一次的频差值dfreq相加，得到新的频差值dfreq'：
14.dfreq'＝dfreq k2*θ
15.ko为压控振荡器增益，kd为鉴相器线性增益，ξ为阻尼系数，t＝1/fs，fs为抽取后的采样率，ω＝8ξ*b/(1 4ξ2)为无阻尼振荡频率，b为环路滤波带宽，与符号速率有关；
16.(4)将载波相位误差θ与环路滤波系数k1相乘，并将乘积与dfreq及dds相位δ以及初始相位β相加，得到的值赋给δ'，即：
17.δ'＝β k1*θ δ dfreq；
18.(5)本地dds的载波信号采用更新后的相位δ'产生，该载波信号与抽取后的iq两路信号继续进行复数相乘，完成载波恢复；
19.(6)以更新后的相位δ'的增量为标志，当增量在阈值范围内波动，则认为载波已经完全恢复，否则定义为失锁，无法恢复载波；
20.(7)针对8psk信号，则改变鉴相器的鉴相算法，得到新的载波相位误差θ
′
：
[0021][0022]
之后进入步骤3.3)。
[0023]
所述k2的计算公式为：
[0024][0025]
所述k1的计算公式为：
[0026][0027]
所述阈值取值范围为200khz。
[0028]
本发明的有益效果在于：
[0029]
第一，采用统一架构，针对不同的带宽信号，能够统一变为12倍或16倍采样进行载波恢复，提高了兼容性和灵活性。
[0030]
第二，针对不同的调制方式，只需改变鉴相器的鉴相方式，即可完成对不同调制信号的载波恢复，提高了载波恢复模块的通用型。
[0031]
第三，针对未知信号的侦察分析，可做到实时解调，解决了对未知信号解调的载波恢复问题。
附图说明
[0032]
图1是本发明的实现架构图。
[0033]
图2是载波恢复原理图。
[0034]
图3是costas环路滤波器结构图。
[0035]
图4的(a)图是本发明ko＝2
×
10-12
，kd＝1，ξ＝0.707，fs＝24msps，b为0.1倍符号速率时，qpsk信号的载波恢复前星座点对比图，图4的(b)图是本发明ko＝2
×
10-12
，kd＝1，ξ＝0.707，fs＝24msps，b为0.1倍符号速率时，qpsk信号的载波恢复后星座点对比图。
[0036]
图5的(a)图是本发明ko＝2
×
10-12
，kd＝1，ξ＝0.707，fs＝24msps，b为0.1倍符号速率时，8psk信号的载波恢复前星座点对比图，图5的(b)图是本发明ko＝2
×
10-12
，kd＝1，ξ＝0.707，fs＝24msps，b为0.1倍符号速率时，8psk信号的载波恢复后星座点对比图。
[0037]
图6是本地载波9.5mhz，接收信号为10mhz时，本发明载波恢复效果图。
具体实施方式
[0038]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0039]
本发明方法的实现步骤如下：
[0040]
步骤1，采用具有高速采样率的高速adc，对10mhz载频、2mhz带宽的qpsk信号进行采样处理，采样率240msps，采样倍数120倍，并正交下变频到基带；
[0041]
步骤2，对采集下变频后的120倍基带信号进行抽取并滤波，抽取倍数10倍，最终抽取后，采样倍数为12倍；
[0042]
步骤3，将抽取后的iq两路数据进行costas环路滤波，恢复载波
[0043]
3.1)抽取滤波后的信号与本地dds以初始相位δ＝0产生的载波信号进行复数相乘；
[0044]
3.2)复数乘法后的iq数据送入鉴相器，进行鉴相处理，得到载波相位误差θ；
[0045]
θ＝sign(i)*q-sign(q)*i，
[0046]
sign(i)表示取i的符号；
[0047]
3.3)将载波相位误差θ与环路滤波系数2相乘，并与原先的频差值dfreq相加，得到新的频差值dfreq'：
[0048]
dfreq'＝dfreq k2*θ
[0049]
k2为环路滤波系数2，其计算公式为：
[0050][0051]
ko＝2
×
10-12
，kd＝1，ξ＝0.707，t＝1/fs，fs＝24msps为抽取后的采样率，
[0052]
ω＝8ξ*b/(1 4ξ2)，b＝0.1*2mhz＝0.2mhz；；
[0053]
步骤4，将载波相位误差θ与环路滤波系数1相乘，并与dfreq、dds相位δ以及初始相位β相加，得到的值赋给δ
′
，即
[0054]
δ'＝β k1*θ δ dfreq
[0055]
其中，k1为环路滤波系数1，其计算公式为
[0056][0057]
步骤5，本地dds以更新后的相位δ产生的新的载波信号，与抽取后的iq两路数据继续进行复数相乘，完成载波恢复；
[0058]
步骤6，以相位δ的增量为标志，当增量在200khz范围内波动，则认为载波已经完全恢复，根据与载波和频偏值有关。