[发明专利]基于解调软输出的MSK载波同步与解调系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于解调软输出的MSK载波同步与解调系统及方法，包括：频相补偿模块、MSK相干解调模块、解调软输出分段求均方值模块与多路择大判决模块。在无需数据辅助的情况下，将最大化解调软输出的均方值作为目标函数，通过频率‑相位的二维搜索、补偿，实现较理想的MSK载波同步与相干解调。本发明适用于MSK短突发通信系统，以较低的系统复杂度为代价，获得近似理想同步的误码率性能，同时兼顾了较大的估计范围和较高的估计精度。

技术领域

本发明属于无线通信信号处理技术领域，涉及一种基于解调软输出的MSK载波同步与解调系统及方法，用于解决MSK信号在低信噪比下可靠传输问题。

背景技术

最小频移键控(Minimum Shift Keying，MSK)属于连续相位调制(Continuousphase modulation，CPM)方式，能够产生相位连续、包络恒定的调制信号，能够有效适应非线性信道，并且带外功率谱密度下降快，因而广泛应用于现代通信系统中。载波同步是指在接收端恢复出发送端的载波信息，是MSK调制信号相干解调的基础。短突发通信系统要求调制解调器在尽可能低的信噪比下可靠工作，这对载波同步算法在低信噪比下的性能提出更高的要求。

传统的MSK载波同步方案采用负反馈控制系统来实现。闭环载波同步结构跟踪性能好，能够准确跟踪微弱信号。然而其在低信噪比下锁相环路稳定性差，存在难入锁、易失锁等问题，进而限制了闭环载波同步机制的应用。采用前向结构的载波恢复方案具有同步速度快、算法稳定度高的特点，包括基于FFT的频域搜索，基于二阶/四阶统计量的延迟相关求期望，通过载波频偏和定时误差联合估计等方式实现载波同步。上述开环载波同步方法大多依赖于数据辅助，频偏估计精度受限于辅助数据的长度。尤其在低信噪比下，采用较长的数据长度才能保证同步算法的可靠性，而增加辅助数据长度会导致算法复杂度增加。

针对短突发通信系统，MSK载波同步算法也可以分为数据辅助(DA:Data Aided)与非数据辅助(NDA:Non-Data Aided)两大类。数据辅助算法如Kay，Fitz，L&R与FFT等，不能同时兼顾解调所需的接收信噪比门限和频偏估计范围，需要通过增加辅助序列的长度来提高估计精度，难以适用于短突发通信。非数据辅助算法一般利用译码软信息，采用频相二维的搜索与补偿，以运算复杂度和处理时延为代价换取载波估计精度；或利用解调输出的状态转移信息辅助载波相位估计，仅适用于载波相位恒定或慢变系统，工程实用价值较低。

发明内容

本发明技术解决问题：针对现有MSK载波同步算法在低信噪比条件下估计精度低、实现困难的问题，提供了一种无需导频的、基于解调软输出辅助的MSK载波同步与解调系统及方法，适用于MSK短突发通信系统，以较低的系统复杂度为代价，获得近似理想同步的误码率性能，同时兼顾了较大的估计范围和较高的估计精度。

本发明技术解决方案：一种基于解调软输出的MSK载波同步与解调联合系统，包括：频相补偿模块、MSK相干解调模块、解调软输出分段求均方值模块与多路择大判决模块，其中：

频相补偿模块：将预设的或上一段数据估计出的最优频偏补偿值作为本段数据频偏补偿的中心频率，将预设的或上一段数据估计出的最优相位补偿值作为本段相位补偿的初始相位，根据频相估计范围确定频偏补偿值与相偏补偿值的搜索步长，根据估计精度与复杂度要求选取多路补偿的支路个数K，以中心频率为多路补偿的中间支路频率值，加减搜索步长生成频率补偿值以初始相位为多路补偿的中间支路相位值，加减搜索步长生成相位补偿值对接收信号通过相位旋转的方式进行频相补偿，得到频相补偿后的校正信号；

MSK相干解调模块：将多路经过频相补偿后的校正信号串并转换为I/Q两个通道，分别与同相分量正交分量进行相关运算，并将运算结果在两个码元周期2T内完成积分，得到同相和正交信道的解调软输出其中T为正交信道的积分比同相信道的积分延迟；

解调软输出分段求均方值模块：对本段数据的解调软输出求均方将Γ(f_d,θ₀)定义为目标函数；