[发明专利]一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法

说明书

本发明涉及高阶APSK载波同步技术领域，具体涉及一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法；采用两种鉴相器，并且引入参数可变的环路滤波器，将载波恢复的过程分为粗同步和精同步；首先对MAPSK已调信号进行幅度判决，对外圆上信噪比高的四个星座点使用精简星座的极性判决算法进行粗同步，此时环路滤波器的带宽较大，可以对大频偏进行快速捕获；若状态控制器通过检测环路相位误差发现环路滤波器已经处于锁定状态，说明粗同步完成，则将载波恢复电路切换至精同步，使用判决导引算法对全部星座点进行鉴相，此时环路滤波通过小带宽的模式来达到稳定跟踪的目的，从而有效地提高了低轨卫星高阶APSK通信系统的性能。

技术领域

本发明涉及高阶APSK载波同步技术领域，具体涉及一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法。

背景技术

随着卫星通信的发展，频谱资源日趋紧张，而数据传输需求却与日益剧增，这就要求卫星通信必须在有限的带宽内实现高速的数据传输，因此就需要使用高带宽效率的高阶调制方式。而卫星信道是典型的非线性信道，相比低阶调制，高阶调制信号会面对更严重的信号失真。传统的QAM调制星座幅度级别较多，因此对信道非线性非常敏感；而同心圆形状的APSK星座具有较少的幅度变化，在经过非线性信道时产生的失真相对较小，因此更适合在卫星通信中采用。

然而，在低轨卫星通信中，由于发送端与接收端的晶振不同步发送信号的传播时延会导致载波相位的偏移，另外，低轨卫星相对于地面终端有非常高的运动速度，收到的信号频率与卫星发送端的载波频率之间也会产生相当大的多普勒频移，而且低轨卫星距离移动终端相比地面基站要远的多，信噪比很低。大的频移和低信噪比对低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪，提出了更为严格的要求。

目前，在使用反馈环路恢复APSK信号的载波相位时，可以采用判决导引(DecisionDirected,DD)和非数据辅助(Non-Data Aided,NDA)的鉴相算法，以及一种混合NDA/DD的鉴相方法。但这些高阶APSK调制信号受载波频差的影响更严重，又由于高阶APSK调制星座中存在多个幅度，信号点之间的最小相位差更小，相位区分度也变得更加狭小，限制了鉴相器的鉴相范围，使得常规的全星座鉴相器无法在较大频偏下工作。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法。

一方面，本发明提供了一种低轨卫星MAPSK通信系统的相位跟踪方法，所述方法包括如下述步骤：

S1：初始化压控振荡器NCO的初始值θ(n)，初始化设置状态控制字m(n)＝1，并预设状态控制器切换阈值γ＝0.2；

S2：接收输入MAPSK的已调信号r(n)，将r(n)与e^-jθ(n)相乘，并进行相位补偿得到a(n)，其中e为自然指数，

S3：判断状态控制字m(n)是否大于预设状态控制器切换阈值γ，若是，鉴频鉴相器支路工作，进入粗同步阶段，对MAPSK已调信号进行幅度判决，对外圆上信噪比高的四个星座点使用精简星座的极性判决算法进行鉴相得到鉴频鉴相值p₁(n)，对大频偏进行快速捕获，进入步骤S4；若不是，切换鉴相器支路工作进入细同步阶段，进入步骤S7；

S4：对鉴相得到的p₁(n)通过环路滤波器进行滤波处理得到θ₁(n)，此时状态控制器选择环路滤波器带宽大于四倍带宽的滤波器系数；

S5：每N个输入信号a(n)通过状态控制器计算一次状态控制字均值，得到状态控制字m(n)，同时，更新状态控制字m(n)值，其中N取256；

S6：判断状态控制字m(n)是否大于预设状态控制器切换阈值γ，若是，则返回步骤S2，对大频偏进行快速捕获；若不是，则切换鉴相器支路工作进入细同步阶段，进入步骤S7；