[发明专利]一种16QAM解调同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，具体是一种16QAM解调同步方法。

背景技术

在多进制键控体制中，相位键控的带宽和功率占用方面都有优势，即带宽占用小，比特信噪比要求低。MPSK(Multiple Phase Shift Keying)、MDPSK(Multiple Differential Phase Shift Keying)具有恒包络、功率效率高的特点，但旁瓣较高、频谱泄漏较大，易产生频谱扩展，并且随着M的增大，相邻相位的距离逐渐减小，噪声容限随之减小，误码率难于保证。正交幅度调制(QAM,Quadrature Amplitude Modulation)是现代通信常采用的一种在两个正交载波上进行幅度调制的调制技术,它改善了MPSK在M大时的噪声容限。16QAM是QAM调制的代表性信号，它具有误码率低、传输速率高及频带利用率高的优点，可应用于HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)、卫星通信以及宽带无线接入等通讯领域中。但是由于16QAM是非恒包络信号，在载波恢复过程中如果采用传统QPSK的科斯塔斯环，容易造成精度低、跟踪速度慢等缺陷。此外，以DSP Builder为核心的FPGA工具软件开发QAM调制解调器,虽简单易行，但其稳定性、可移植性较差，应用局限大。由于16QAM存在90°相位模糊问题，若载波恢复时产生的载波与调制时的载波非同频同相，则会产生解码错误。

本专利采用正交调幅法进行16QAM调制，并在调制之前对基带信号进行差分编码，在位同步后进行差分解码，能够克服相位模糊的影响。在载波同步模块，本专利在传统QPSK的COSTAS环路基础上，增加功率检测判决，以克服16QAM非恒包络对鉴相器的影响。在位定时恢复模块，由于发射机和接收机的时钟会存在一定的相位偏移和时钟偏移从而导致误码，因此本发明采用基于自同步的迟早门算法，适用于高倍采样率的系统，能够粗略的估计时钟偏移，结构简洁，易于FPGA硬件实现。经过合理规划、精心设计，一个完整的包含这种新解调同步技术的16QAM调制解调系统已在单片ALTERA公司的大规模FPGA芯片内得以实现，并在开发板上进行了详细的测试验证。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，在传统QPSK的COSTAS环路基础上进行改进，提供了一种16QAM解调同步方法，克服了16QAM非恒包络对鉴相器的影响，提高了系统性能。

本发明提供了一种16QAM解调同步方法，包括以下步骤：

1)载波同步：假设n时刻接收到信号y(n)，解调之后得到信号q(n)，τ为功率检测门限，当|q(n)|²＜τ时鉴相器输出为0，|q(n)|²＞τ时鉴相器输出该时刻信号点的相位误差值e(n)，相位误差经过环路滤波器平滑后控制NCO逐渐消除频偏、相偏，达到载波同步；选取合适的功率检测门限τ，将16QAM的相位误差检测星座图转换为QPSK的星座图，然后采用COSTAS环路进行解调；16QAM经过功率检测判决后，进入鉴相器计算的a(k)、b(k)只有一种幅值，因此|a(k)|+|b(k)|为常数，误差值经过环路滤波器平滑后控制NCO逐渐消除频偏残差及相位误差，达到载波同步。

2)对同相正交分量信号分别进行匹配滤波；

3)由于发射机和接收机的时钟会存在一定的相位偏移和时钟偏移，随着偏移的逐渐积累则会导致误码，严重影响系统性能。本发明采用基于自同步法的迟早门算法，适用于高倍采样率的系统，能够粗略的估计时钟偏移，结构简洁易于硬件实现。对同相正交信号通过“迟早门”进行位定时恢复,令τ＝T/2，可推导出定时误差检测器的模型：

式中τ(n)为补偿的抽样时钟，表示第n+1和第n个码元的过渡值，表示第n和第n-1个码元的过渡值。由式(6)可得NCO输出为：

τ(n+1)＝τ(n)+γ·e(n)；

4)设置门限对两路信号分别进行抽样判决和4-2电平转换得到并行信号；

5)对并行信号进行差分译码和并串转换后，恢复出原始信号。

步骤1)中相位误差值e(n)推导如下，设接收信号r(k)为：

r(k)＝a(k)cos[(ω_c±ω_d)kT_s+θ]-b(k)sin[(ω_c±ω_d)kT_s+θ]+n(t),