一種多進制連續相位調制信號的定向跟蹤方法

1多進制連續相位調制信號的同步跟蹤算法頻帶相位編碼是一種非線性調理方法，具有高的譜利用率和功率效率。多進制CPM系統比二進制CPM系統有更高的頻譜利用率,但在現代移動通信中的應用卻受限于接收的復雜度和定時同步的準確度在實際的接收系統中,接收端對信號采樣的起止位置很可能和發送端的符號是不同步的,得到的采樣點往往不是當前最佳采樣點的位置。同時,由于收發晶振隨著時間、溫度等因素,采樣基準頻率會發生漂移,接收端相對于發送符號的采樣率也會隨之漂移。跟蹤這個采樣漂移偏差的過程就是定時同步跟蹤過程。對于多進制連續相位調制信號的定時同步算法有兩種不同的實現結構,前饋和反饋。前饋結構估計精度不高,但能快速捕獲,適用于突發信號接收系統;反饋結構具有良好的跟蹤性能,利用環路濾波器可基本消除定時抖動,但延時較大。Morelli和Mengali本文針對多進制連續相位調制信號,在相位上獲取定時偏差,再利用反饋結構,實現定時跟蹤環路。該方法在相位上做定時跟蹤不同于其他反饋結構的定時跟蹤方法,實現簡單,估算準確,適用于多進制的CPFSK信號的差分解調,可以解決DMR數字集群系統、數傳電臺等系統中的精確定時同步問題。2cpm調制指數對于多進制連續相位調制信號,設輸入M進制碼元序列為:a=…a式中A是調制信號幅度,fh為CPM調制指數;g(t)為脈沖成形函數,在(,0L,T)這個區間內不為零,為方便推導,將φ(t,a)重新寫為:x(t)為碼元序列經過脈沖成形函數后的輸出,則可將調制信號重新寫為:3及時跟蹤循環本文提出的定時跟蹤環路的設計結構如圖1所示。定時跟蹤環路主要由基于差分鑒相的定時誤差提取、環路濾波器和插值計算等模塊組成。3.1相位誤差提取由式(5)可知,對于接收的MCPFSK信號,忽略噪聲項,可表示為:將式(6)離散化可得:其中T要得到定時偏差uf065觀察差分后I、Q兩路信號發現,定時偏差存在相位之中。對差分后的信號進行反正切運算(即鑒頻)可得相位uf06a(n):由式(12)可知在相位uf06a(n)中可提取定時偏差uf065對于4CPFSK信號,其差分鑒相后的波形如圖2所示,在沒有定時偏差的情況下,當前后符號相異時,過零點的值為了滿足定時環路的設計要求,當定時偏差為零時,誤差檢測器的輸出均值應為零。由式(4)、(12)可知,x(t)為碼元序列經過脈沖成形函數后的輸出,可將x(t)寫為:對于4CPFSK信號,a可對式(13)拆分為兩部分:將式(14)代入式(16),可得:上式中uf074為定時偏差,對e由上式可知,當t=0且n?￥時,U3.2提取誤差及濾波設計環路濾波是定時跟蹤環路中重要的組成部分,決定著環路的性能。環路濾波器是一個低通濾波器,它的輸入是提取的定時誤差e(k),并濾除其中的高頻分量和噪聲,取出平均分量uf07bx(7)m(8)uf07d去控制插值計算的輸出值。最常用的環路濾波器有二階1型環(使用無源RC濾波器)和二階3型環(使用有源比率積分濾波器)3.3最佳采樣值的估計通過該誤差提取算法,可較為準確的估算出在相位上的定時偏差,然后通過插值計算的方法就能估計出該判決點上的信號值。這個值就是最佳采樣值的近似值。插值計算是在插值濾波器中完成的。插值濾波器的輸出可以表示為:式(20)中{x(m)}表示輸入序列,h3.4均方根升余弦函數該定時跟蹤環路中的定時誤差提取相當于鎖相環中的鑒相器。對定時誤差提取公式(13)求期望,即可得鑒相曲線。為方便推導,可設g(t)為均方根升余弦函數,滾降系數為a,則G(f)為:將式(22)代入式(21),可將u(uf074)化簡為:由上式可知,該鑒相曲線u(t)具有正弦鑒相特性,且a值越大,鑒相增益也越大。同時由文獻[9]可知,若鑒相器具有正弦鑒相特性,對于有源濾波器,其快捕帶約等于2ξωB3.5計算復雜度分析通過上述分析,該定時跟蹤環路具有穩健的跟蹤特性,其計算復雜度也在可接受范圍之內。設輸入信號序列長度為N,由表1可知,乘加法運算量均與N成正比例關系,其計算復雜度為o(n),易于實現。4不同固定時差跟蹤環路對該定時跟蹤方法在AWGN信道下的性能進行仿真,仿真采用4CPFSK調制方式,調制指數h=0.27,脈沖成形函數g(t)為均方根升余弦濾波器,滾降系數為0.2,基帶處理基于8倍符號率采樣。圖3是在不同的定時偏差下,有無定時跟蹤環路的誤碼性能比較。仿真結果表明,當接收信號存在定時偏差時,通過定時跟蹤環路能夠使系統的誤碼性能與無定時偏差時的誤碼性能基本一致;同時通過比較發現,在定時偏差為0.5T圖4是當加入固定的定時偏差(0.25T圖5是在固定的定時偏差(0.25T圖6是在不同的環路帶寬下,能實現快速捕獲的最大輸入定時偏差(即快捕帶ω5基于cpfsk信號的跟