[发明专利]一种适合高阶调制方式的抗相位噪声盲载波恢复方法

权利要求书

1.一种适合高阶调制方式的抗相位噪声盲载波恢复方法，其特征在于，所述适合高阶调制方式的抗相位噪声盲载波恢复方法，是在基于判决的扩展卡尔曼滤波DD-EKF载波恢复算法的基础上，增加模式选择模块，用于选择DD-EKF不同的频偏步长和MSE计算长度参数；根据当前模式的最小均方误差的计算长度参数N_MSE，计算判决前后符号的MSE，将MSE计算值与算法中设置的门限比较，决定N_MSE和扩展卡尔曼滤波EKF模块中的频偏步长参数γ值；

所述适合高阶调制系统抗相位噪声盲载波恢复方法包括以下步骤：

步骤一，确定DD-EKF载波恢复算法中的状态变量和观测变量，确定状态变量为x[n]＝[θ(n) Ω(n)]^T，其中θ(n)表示第n时刻由频偏和相位噪声整体给发送信号带来的相位偏移；Ω(n)是第n时刻根据归一化载波频偏得到的固定相位差；将接收机第n时刻的载波恢复环路的输入信号r(n)的实部数据Re(r(n))确定为观测变量；

步骤二，给DD-EKF算法设置状态变量和初始系统噪声方差的初值和P[0|0]，EKF初始模式为捕获模式，选择对应捕获模式的频偏步长参数γ；接着按照DD-EKF算法流程对状态变量进行迭代估计，其中每次迭代过程都包括以下步骤三、步骤四和步骤五的三个阶段；

步骤三，DD-EKF算法迭代的第一阶段是预测阶段，包括根据建立的预测模型和上一时刻的估计值和P[n-1|n-1]以及由步骤七的模式选择模块决定的频偏步长参数γ，对当前时刻的状态变量和系统噪声方差进行先验预测得到和P[n|n-1]；

步骤四，DD-EKF算法迭代的第二阶段是预补偿判决计算阶段，首先根据第一阶段的状态变量中的相位偏移的预测值对接收信号r(n)进行补偿，经过判决模块得到判决符号接着计算雅克比系数矩阵和预测的观测值用于步骤五中算法迭代中第三阶段的计算；同时将判决前后的符号送给步骤七中的模式选择模块；

步骤五，DD-EKF算法迭代的第三阶段是根据雅克比系数矩阵系统噪声方差的预测值P[n|n-1]和观测噪声方差R计算得出卡尔曼增益系数K[n]，最后完成对预测状态变量和预测系统噪声方差的修正，得出当前时刻对状态变量和系统噪声方差的估计值和P[n|n]，至此完成一次的迭代估计；

步骤六，将步骤五中EKF迭代估计出的第n时刻状态变量中的相偏值送入压控振荡器模块产生补偿信号对延时之后的第n时刻接收机采样信号r(n)再次进行准确补偿并得到载波恢复模块输出信号s(n)，至此完成对第n时刻采样信号的载波恢复；接着对下一时刻的接收机采样信号进行载波恢复处理，返回步骤三；

步骤七，模式选择模块即是根据当前模式的最小均方误差的计算长度参数N_MSE，对步骤四的判决前后的符号进行MSE的计算，将MSE计算值与算法中设置的门限比较，以此决定N_MSE和EKF模块中的频偏步长参数γ，并将γ送给步骤三，用于下一时刻迭代估计中的对系统噪声方差的预测值P[n|n-1]的计算；三个频偏步长参数γ对应EKF的三个模式，包括捕获模式、过渡模式和跟踪模式；所述步骤七的模式选择模块对EKF的工作模式进行选择，具体包括以下步骤：

(1)载波恢复算法的初始工作模式为EKF捕获模式，γ₁＝1e^-3，N_MSE＝128，用来统计判决前后符号的MSE的符号数，N_MSE较短，选择N_MSE＝128；

(2)当模块选择模式检测到达到捕获切换条件时，则由捕获模式跳至过渡模式并进行步骤(3)误切换检查；捕获切换条件为，连续统计45个128长的判决前后符号的MSE值，当MSE₁₂₈不大于β₁的个数至少为44个时，则由捕获模式切换至步骤(3)的过渡模式并进行误切换检查，否则，继续保持在步骤(1)的捕获模式，β₁＝3；

(3)误切换检查，对由过渡模式切换至过渡模式时的第128到256个符号点进行129次MSE值的检查，其中MSE₁₂₈值大于等于5的个数大于10个时，则认为由捕获切换时的残余频偏大于过渡模式能纠正的范围，频偏估计发散，导致MSE₁₂₈值重新增大，重新返回至步骤(1)的EKF捕获模式；否则，则认为MSE₁₂₈值依然保持在不太大的合理范围，切换合适，保持EKF过渡模式，并进行步骤(4)；

(4)EKF工作在过渡模式，γ₂＝5e^-5，且模式选择模块中统计MSE值的长度增大为N_MSE＝2048；

(5)当模式选择模块检测达到锁定切换的条件时，则EKF由过渡模式切换至锁定模式，锁定切换条件为连续统计3个2048长的判决前后符号的MSE值，当MSE₂₀₄₈均不大于β₂时，则由过渡模式切换至步骤(6)的跟踪模式并给出载波恢复模块的锁定信号，表明载波恢复模块已经稳定收敛；否则，继续保持在步骤(4)的过渡模式，取β₂＝0.6；

(6)EKF工作在跟踪模式，γ₃＝2e^-7，表明载波恢复模块已经收敛到理想的固定频偏，跟踪模式仅保持较小的频偏估计步长适应由相位噪声带来的瞬时频偏的抖动；步骤(5)中给出载波恢复模块锁定信号之后，工作在跟踪模式的载波恢复模块输出符号s(n)载波恢复完成；

所述模式选择模块中门限值β₁、β₂和频偏步长γ₁、γ₂及γ₃的逆序仿真确定参数法具体包括以下步骤：

1)确定锁定切换的门限参数β₂：确定算法需要仿真的信噪比范围；

2)确定跟踪频偏步长参数γ₃：固定的频相偏已经在捕获模式和过渡模式得到纠正，跟踪模式仅需要跟踪由相位噪声影响带来的相位抖动；

3)确定过渡频偏步长参数γ₂：通过步骤1)确定的锁定切换门限β₂＝0.6；

4)测试过渡模式纠正的频偏锁定范围：给定步骤2)中的过渡模式的步长参数γ₂＝5e^-5，并将载波恢复初始模式设置为过渡模式；

5)确定捕获模式切换至过渡模式时的门限值β₁：根据步骤3)确定的过渡模式可以纠正的最大的归一化频偏为0.0007；

6)确定捕获频偏步长γ₁：根据步骤1)～步骤4)设置的条件，测试在给定的符号数达到频偏锁定的概率，通过最大概率确定过渡模式的步长参数γ₁＝1e^-3。