一種用於低信噪比突發信號解調的載波同步器的製造方法
2023-05-11 16:06:16 1
一種用於低信噪比突發信號解調的載波同步器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於低信噪比突發信號解調的載波同步器，包括輸入緩存模塊、初始頻偏估計模塊、頻偏分區預置模塊、N個雙向捕獲跟蹤模塊、N個解相位模糊與軟解映射模塊、迭代解碼模塊和最佳判決模塊；每個雙向捕獲跟蹤模塊對應一個解相位模糊與軟解映射模塊。本發明基於突發信號前導頭估計出初始頻偏，然後對初始頻偏估計結果進行分區預置後採用雙向捕獲跟蹤進行載波同步，接著由最佳判決模塊根據迭代解碼輸出的判決軟信息統計值選擇出最優的一路載波同步輸出，最後迭代解碼模塊對其進行解碼並輸出最終結果。採用本發明實現了對低信噪比下突發信號載波同步的優化設計，解決了TDMA體制通信在低信噪比的載波同步問題。
【專利說明】—種用於低信噪比突發信號解調的載波同步器
【技術領域】
[0001]本發明公開了一種用於低信噪比突發信號解調的載波同步器。
【背景技術】
[0002]低信噪比突發信號解調中核心問題是載波同步。載波同步方法可以分為反饋式閉環載波同步和前饋式的開環載波同步。對於突發信號解調，傳統反饋式的閉環載波同步存在捕獲時間長、「懸擱」等問題，無法很好滿足應用要求，因而普遍採用基於參數估計的開環載波同步方法。開環載波同步的適應的信噪比範圍主要受限於參數估計精度，而參數估計精度又取決於估計算法和用於估計的前導頭長度。但是，在低信噪比條件下，對於特定長度的前導頭其參數估計精度將急劇下滑，從而影響載波同步算法工作門限。
[0003]最近幾年，針對低信噪比下載波同步，學術界陸續提出了多種基於編碼輔助的同步算法。文獻[I]研究了信道解碼輸出的外信息和載波相位偏移分布之間的關係，並利用外信息的加權對相位進行估計；文獻[2]將信道解碼軟信息引入到載波相位最大似然判決中輔助估計；文獻[3]給出了基於EM算法的載波相位迭代估計方法；文獻[4]提出了一種APPA(APriori Probability Aided)相位估計算法,是一種基於最大似然準則的編碼輔助迭代相位估計算法。上述算法都可以在低信噪比對載波相位偏差進行有效估計，但都是在假定相位偏差為常量的情況下進行的，當存在殘留載波頻偏時，這些算法的性能將急劇下降。文獻[5]提出了一種改進的APPA算法，可以適用於具有一定殘餘頻偏的載波相位估計，但其實現複雜度非常高。
[0004]參考文獻:
[0005][I]Oh W and Cheun K.Joint decoding and carrier phase recovery algorithmfor turbo codes.1EEE Communications Letters, 2001, 5 (9).[0006][2] Val les.E L, Richard D ff, John D V, et al.Pilotless carrierphase-synchronization via LDPC code feedback.1EEE, 2010.[0007][3]Nods N, Herzet C, and Dejonghe A.Turbo synchronization: an EM algorithminterpretation.1EEE International Conference on Communicatians, Alaska, 2003)
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【發明內容】
[0010]本發明所要解決的技術問題是:克服現有技術的不足，提供一種用於低信噪比突發信號解調的載波同步器，可以大幅度降低對前導頭的長度要求，可以有效解決低信噪比條件下突發信號解調中的載波同步問題。
[0011]本發明的技術方案是:[0012]一種用於低信噪比突發信號解調的載波同步器，包括輸入緩存模塊、初始頻偏估計模塊、頻偏分區預置模塊、N個雙向捕獲跟蹤模塊、N個解相位模糊與軟解映射模塊、迭代解碼模塊和最佳判決模塊；每個雙向捕獲跟蹤模塊對應一個解相位模糊與軟解映射模塊；[0013]輸入緩存模塊對I路和Q路輸入信息Data_1、Data_Q進行緩存；
[0014]初始頻偏估計模塊根據所述突發信號的前導頭得到載波初始頻偏fc ；[0015]頻偏分區預置模塊以載波初始頻偏f。為基準，將初始頻偏估計後的殘留頻偏按照其可能的取值範圍均勻劃分為N個子區間，將各子區間的中心頻點作為偏移量，對初始頻偏f。進行預置，得到N個精細頻偏估計值，每個精細頻偏估計值對應的輸入至一個雙向捕獲跟蹤|旲塊；
[0016]每個雙向捕獲跟蹤I旲塊按照其對應的精細頻偏估計值對雙向捕獲跟蹤I旲塊中的載波同步環路的頻率控制字進行初始預置，雙向捕獲跟蹤模塊利用前向捕獲使環路入鎖，然後以鎖定點為基準，採用回溯跟蹤和前向跟蹤分別實現對鎖定點前、鎖定點後信息的載波同步，最終獲得載波跟蹤後的輸出信號；
[0017]每個解相位模糊與軟解映射模塊根據突發信號中的獨特字對載波跟蹤後的輸出信號進行解相位模糊，並進行軟解映射獲得軟解映射信息；
[0018]迭代解碼模塊對每路軟解映射信息各進行I次迭代解碼獲得變量節點判決軟信息；最佳判決模塊根據迭代解碼模塊輸出的變量節點判決軟信息，計算判決統計值，將判決統計值最大的一路指示給迭代解碼模塊；最後，迭代解碼模塊根據最佳判決模塊的指示，對判決統計值最大的一路的軟解映射信息進行k次迭代解碼，並輸出最終解碼結果。
[0019]所述迭代次數2≤ I≤ 5，k≤ 10。
[0020]所述判決統計值為變量節點判決軟信息絕對值之和。
[0021]本發明與現有技術相比具有如下優點:
[0022](I)在低信噪比條件下，採用傳統鎖相環的載波同步方法，對初始頻偏估計精度提出了很高的要求，這也就要求每個突發必須具有很長的前導頭(數百個符號)，這會大大降低有效信息傳輸效率。通過本發明中的雙向捕獲跟蹤模塊，首先前向捕獲達到鎖定狀態，然後以鎖定點為起始點進行回溯跟蹤和前向跟蹤，從而達到消除載波同步過渡帶的目的。與傳統突發信號載波同步方法不同，該方法並不要求在前導頭內即進入鎖定狀態，因而可以大幅度降低對前導頭的長度要求；
[0023](2)本發明中將頻偏分區預置與最佳判決向結合，先對頻偏進行分區預置，然後根據預置的頻偏分別載波捕獲跟蹤，最優利用迭代解碼過程中的軟信息選擇最優的一路作為載波同步輸出結果。在不增加前導頭長度的條件下，可以間接提高載波頻偏估計精度，從而有利於低信噪比下鎖相環快速入鎖。這實際上擴展了前述雙向捕獲跟蹤載波同步方法的應用範圍，使得該方法不僅可以應用於長突發數據，也可以應用於短突發數據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明的用於低信噪比突發信號解調的載波同步器結構圖。
[0025]圖2為突發信號幀結構。
[0026]圖3為雙向捕獲跟蹤模塊中的載波同步環路(二階數字鎖相環)原理框圖。
[0027]圖4為雙向捕犾跟蹤過程不意圖。[0028]圖5為歸一化殘留頻偏10_3低信噪比(Eb/No=0dB)下的環路捕獲入鎖圖。
[0029]圖6為雙向跟蹤環路捕獲入鎖曲線圖。
【具體實施方式】
[0030]下面就結合附圖對本發明做進一步介紹。
[0031]對於迭代解碼(如LDPC解碼、Turbo解碼等,【具體實施方式】中以LDPC解碼為例進行說明)，當無載波頻差時接收到的信號1、Q幅度最大，而在存在載波頻差的情況下，接收信號需要乘以相位偏移項，使得實際接收信號的有效幅度下降，並引起相關的似然比(接收信號軟信息)下降。存在如下結論:在存在載波偏差的情況下，估計並用於補償的載波頻率和相位偏差越準確，則迭代解碼輸出軟信息絕對值之和將越大。因此，可以將所有碼字軟信息絕對值累加後作為目標函數，作為載波同步優劣的判斷準則。在本發明中，輸出軟信息絕對值之和將作為判定標準，以較低複雜度實現編碼輔助載波同步。
[0032]如圖1所示，本發明的用於低信噪比突發信號解調的載波同步器包括輸入緩存模塊、初始頻偏估計模塊、頻偏分區預置模塊、N個雙向捕獲跟蹤模塊、N個解相位模糊與軟解映射模塊、迭代解碼模塊和最佳判決模塊。每個雙向捕獲跟蹤模塊對應一個解相位模糊與軟解映射模塊。
[0033]通常突發信號幀格式如圖2所示。其中，前導頭用於信號檢測和初始參數估計，獨特字用於解相位模糊，有效信息則為實際需要傳輸的信息。
[0034]設載波同步輸入信號數學表達式如下:
[0035]rn(i)=e-J(2i+「)+n ⑴，OSiSL-1 (I)其中，Λ Θ 為初始相偏，Af 為初始頻差，n(i)為復高斯白噪聲，L為突 發數據長度。整個載波同步過程如下:
[0036]I)由輸入緩存模塊將輸入信息Data_1、Data_Q (分別對應於輸入信號的實部和虛部)存儲下來，供後續模塊進行處理；
[0037]2)基於緩存的突發前導頭信息，初始頻偏估計模塊採用數據輔助估計算法(如M&M、L&R等)得到載波初始頻偏估計值f。；
[0038]3)以上述載波初始頻偏f。為基準，將初始頻偏估計後的殘留頻偏可能的取值範圍([-dfmax, dfmJ)均勻劃分為N個子區間，每個子區間的中心頻點為(Af1, Af2,……，AfN),將其作為偏移量，對初始頻偏f。進行預置，得到N個精細頻偏估計e [1,2……，N])。N大於等於2。
[0039]4)對於每一個精細頻偏估計值，將其作為初始頻率控制字Fot(I)預置到雙向捕獲跟蹤1?塊的載波同步環路中，然後由雙向捕獲跟蹤1?塊完成載波同步。雙向捕獲跟蹤1?塊中的載波同步環路為如圖3所示的二階科斯塔斯環，圖中ro為科斯塔斯鑑相器、Cl和C2為二階環環路參數、NCO為數控振蕩器。捕獲跟蹤過程如圖4所示，具體處理過程為:
[0040]首先，從輸入緩存中讀出數據，利用載波同步環路進行前向捕獲，當檢測到載波同步環路入鎖後停止。在實際應用時，可以根據仿真情況設置鎖定點M(其大小與載波同步環路環路帶寬有關)，當經過M個符號後，即認為環路已入鎖；
[0041]然後，以鎖定點為基準點，將環路頻率控制字取反，即令其為-Fot(M)，從輸入緩存中逆序讀出第M個到第I個符號對應的數據，利用載波同步環路(鎖相環)進行回溯跟蹤；
[0042]最後，再次將環路頻率控制字取反，即令其為-F?(l)，從輸入緩存中依次讀出第I到第L個符號對應的數據，利用載波同步環路(鎖相環)進行前向跟蹤，得到整個突發的載波同步輸出。
[0043]5)完成雙向捕獲跟蹤後，利用獨特字消除相位模糊，然後進行軟解影射，將得到的N組軟解映射信息送入迭代解碼模塊；
[0044]6)迭代解碼模塊對每路軟解映射信息各進行I次迭代解碼獲得變量節點判決軟信息，2 10。
[0045]假定LDPC碼校驗矩陣為H，與第j個校驗節點相連的變量節點i的集合為
【權利要求】
1.一種用於低信噪比突發信號解調的載波同步器，其特徵在於，包括輸入緩存模塊、初始頻偏估計模塊、頻偏分區預置模塊、N路雙向捕獲跟蹤模塊、N路解相位模糊與軟解映射模塊、迭代解碼模塊和最佳判決模塊；每路雙向捕獲跟蹤模塊對應一路解相位模糊與軟解映射模塊， 輸入緩存模塊對I路和Q路輸入信息Data_1、Data_Q進行緩存； 初始頻偏估計模塊根據所述突發信號的前導頭得到載波初始頻偏fc ； 頻偏分區預置模塊以載波初始頻偏f。為基準，將初始頻偏估計後的殘留頻偏按照其可能的取值範圍均勻劃分為N個子區間，將各子區間的中心頻點作為偏移量，對初始頻偏f。進行預置，得到N個精細頻偏估計值，每個精細頻偏估計值對應的輸入至一個雙向捕獲跟蹤豐旲塊； 每個雙向捕獲跟蹤1?塊按照其對應的精細頻偏估計值對雙向捕獲跟蹤1?塊中的載波同步環路的頻率控制字進行初始預置，雙向捕獲跟蹤模塊利用前向捕獲使環路入鎖，然後以鎖定點為基準，採用回溯跟蹤和前向跟蹤分別實現對鎖定點前、鎖定點後信息的載波同步，最終獲得載波跟蹤後的輸出信號； 每個解相位模糊與軟解映射模塊根據突發信號中的獨特字對載波跟蹤後的輸出信號進行解相位模糊，並進行軟解映射獲得軟解映射信息； 迭代解碼模塊對每路軟解映射信息各進行I次迭代解碼獲得變量節點判決軟信息；最佳判決模塊根據迭代解碼模塊輸出的變量節點判決軟信息計算判決統計值，將判決統計值最大的一路指示給迭代解碼模塊；最後，迭代解碼模塊根據最佳判決模塊的指示，對判決統計值最大的一路的軟解映射信息進行k次迭代解碼，並輸出最終解碼結果。
2.根據權利要求1所述的一種用於低信噪比突發信號解調的載波同步器，其特徵在於，
3.根據權利要求1所述的一種用於低信噪比突發信號解調的載波同步器，其特徵在於，所述判決統計值為變量節點判決軟信息絕對值之和。
【文檔編號】H04L27/26GK103475619SQ201310446790
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月26日 優先權日:2013年9月26日
【發明者】龔險峰, 惠騰飛, 田嘉, 楊磊 申請人:西安空間無線電技術研究所