基于时域相关与编码辅助的载波同步方法

摘要

本发明公开一种基于时域相关与编码辅助的载波同步方法，借助导频和编码系统中迭代译码器输出软信息的时域相关函数实现载波同步。首先采用一种导频和数据分插的帧结构，即导频平均分成两段插入到数据块的起始和中间位置；然后利用导频的时域相关函数进行载波粗估计，利用粗估计值补偿接收信号；最后利用导频和Turbo译码软信息的时域相关函数进行载波细估计，利用细估计值补偿接收信号，实现有效地载波同步。具体步骤包括：接收基带复信号；粗估计；校正信号；软解调；数据解复用；扩展Turbo译码；硬判决；译码终止条件；数据复用；调制和细估计。本发明克服了现有技术的缺点，提高了载波频率估计精度和降低了运算复杂度。

主权项

一种基于时域相关与编码辅助的载波同步方法，采用导频平均分段的数据帧结构，即将导频平均分成两段插入到数据块的起始和中间位置；利用导频的时域相关函数进行载波粗估计，并利用粗估计值补偿接收信号，包括如下的步骤：(1)接收基带复信号在接收端，将接收到的基带复信号送到载波估计器，用于粗估计和细估计；(2)粗估计2a)将接收端接收到的基带复信号通过解复用进行信号分离，提取出前后两段导频和数据；2b)计算前后两段导频去调制信号，即将前后两段导频分别与本地的前后两段导频共轭相乘；2c)计算导频的时域相关函数，即将步骤2b)得到的前段导频每个去调制信号的共轭与步骤2b)得到的后段导频所有去调制信号之和相乘，求出所有乘积之和；2d)利用步骤2c)得到的时域相关函数计算载波频率和相位，得到载波频率和相位的粗估计值：$f=\frac{1}{2\pi DT}angle\{\underset{k=1}{\overset{L}{\Sigma }}{a}_k*\underset{m=1}{\overset{L}{\Sigma }}{b}_m\}$$\phi =angle\{\underset{k=1}{\overset{L}{\Sigma }}{a}_k\exp (-j2\pi fkT)+\underset{m=1}{\overset{L}{\Sigma }}{b}_m\exp (-j2\pi f(m+D\left)T\right)\}$其中，f表示频率的估计值，π表示圆周率，D表示帧结构中前后两段导频之间的距离，T表示接收信号的码元周期，angle表示求幅角函数，∑表示求和符号，L表示前段导频长度或者后段导频长度，a_k表示前段导频的去调制信号的第k个信号，*表示共轭符号，b_m表示后段导频的去调制信号的第m个信号，φ表示相位的估计值，exp表示指数函数，j表示虚数单位；(3)粗校正信号利用复共轭相乘的方法，将载波频率和相位粗估计值补偿到接收端接收到的基带复信号上，得到有剩余频偏和相偏的信号；(4)软解调将有剩余频偏和相偏的信号进行软解调，得到软解调信息；(5)数据解复用5a)将步骤(4)得到的软解调信息通过解复用进行信号分离，得到信息位、两路校验位和校正后的前后两段导频；5b)将信息位和两路校验位用于扩展Turbo译码；(6)扩展Turbo译码扩展Turbo译码器对接收到的信息位和两路校验位，利用Log‑MAP译码算法进行译码，得到信息位的软输出和校验位的软输出；(7)硬判决根据硬判决规则，对步骤(6)得到的信息位的软输出和校验位的软输出进行判决，得到信息位和校验位的硬判决值；(8)译码终止条件当迭代次数达到最大迭代次数，直接将信息位的硬判决值输出，译码停止；否则，继续执行步骤(9)；(9)数据复用将得到的信息位和校验位的硬判决值组成的数据段与本地的前后两段导频序列进行数据复用，即前后两段本地导频分别放在数据段的起始和中间位置，得到复用后的信号；(10)调制对复用后的信号进行调制，得到调制信号，并送至载波估计器用于载波细估计；其特征在于：利用导频和Turbo译码软信息的时域相关函数进行载波细估计，并利用细估计值补偿接收信号，从而实现载波同步，载波细估计的具体步骤如下：第一步 将步骤(1)中接收到的基带复信号通过解复用进行信号分离，得到等分的前后两段基带复信号；第二步 将步骤(10)中得到的调制信号通过解复用进行信号分离，得到等分的前后两段调制信号；第三步 计算前后两段信息的去调制信号，即分别将第一步得到的前后两段复基带信号与第二步得到的前后两段调制信号共轭相乘；第四步 计算信息的时域相关函数，即将第三步得到的前段信息每个去调制信号的共轭与第三步得到的后段信息所有去调制信号之和相乘，求出所有乘积之和；第五步 利用第四步得到的时域相关函数计算载波频率和相位，得到载波频率和相位细估计值：$f=\frac{1}{2\pi DT}angle\{\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{c}_k*\underset{m=1}{\overset{K}{\Sigma }}{d}_m\}$$\phi =angle\{\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{c}_k\exp (-j2\pi fkT)+\underset{m=1}{\overset{K}{\Sigma }}{d}_m\exp (-j2\pi f(m+D\left)T\right)\}$K表示前段信息去调制信号的长度或者后段信息去调制信号的长度，c_k表示前段去调制信号的第k个信号，d_m表示后段去调制信号的第m个信号；(a)细校正信号利用复共轭相乘的方法，将载波频率和相位细估计值补偿到接收端接收到的基带复信号上，得到有剩余频偏和相偏的信号；(b)执行步骤(4)～(5)继而进行下一次迭代译码。