高动态短时突发通信系统的载波同步技术

载波同步是数据解调中的重要环节之一。由于高动态短时突发通信系统的通信时间极短,在算法观测时间内可认为频率无变化,因此可对载波频偏进行一次校频,使之快速落入锁相环快捕带内,然后利用锁相环进行跟踪以完成载波同步。实践表明:利用一种改进的FFT校频技术对载波频偏进行一次校频,能使载波频偏快速落入锁相环快捕带内。最后分别对改进的FFT校频技术及锁相环进行了仿真分析,结果表明该方法在低信噪比下仍具有良好的性能。     

突发信号前向频偏估计方法综述

突发通信具有抗干扰、低截获等优点,已成为数字通信的重要方式。在突发通信模式的载波同步问题中,前向频率估计算法因具有估计速度快、不存在挂起现象的优点而得到广泛使用。介绍了频域上的Rife算法和Quinn算法,时域上的Fitz算法、L&R算法和M&M算法几种经典频偏估计方法,分析了算法的基本思想并对其进行了数值仿真和性能比较。其次,介绍了几种近些年的最新算法,这些算法相对于经典算法在一定程度上有了很大改进,但是在实际应用中依然存在一些局限性,因此,进一步了解并提出计算更加简单、精度更高、估计范围更广的高效频率估计算法依然是当前的发展方向。     

一种适用于突发16APSK信号的载波同步算法

为了实现突发16APSK信号载波同步,介绍了信号模型,给出了开环载波同步算法,分析了开环载波频偏估计和载波初始相位估计,介绍了闭环载波同步算法,重点介绍了载波相位误差提取和闭环载波跟踪。通过载波同步仿真分析了开环频偏和初始相位估计及闭环开环联合算法的性能,验证了其适用于突发16APSK载波同步。     

高动态通信接收机载波同步技术研究

高机动性造成的多普勒效应给高机动平台的无线通信产生较大的多普勒频偏和多普勒频偏变化率,严重影响接收机的相干解调性能。文章通过对高动态信号、三阶锁相环和二阶锁频环进行建模仿真分析,提出了FLL和PLL辅助结合的解调方式方案,能够满足捕获及时性与跟踪精确性要求。     

突发8PSK信号载波同步算法研究

在时分多址(TDMA)通信网络中,由于COSTAS环会出现"悬隔效应"导致其不太适应突发方式载波恢复的解调要求。因此,提出了一种开环结构的全数字无前导字的突发8PSK解调方案。与常规算法相比,该算法可以在较低信噪比、较大载波频偏下工作,适合用于突发通信。在已有的理论基础上对算法进行了讨论,并给出了计算机的仿真结果。     

基于前导序列的突发通信载波同步算法

在突发通信中,载波同步技术是解调系统的核心和关键技术。给出了一种基于恒包络零自相关序列(CAZAC)作为前导的突发通信载波同步算法,该算法基于CAZAC序列零自相关特性,先用载波频差前向校正、载波相位前向校正进行载波初始同步捕捉,再用锁相环技术进行跟踪,能够在低信噪比下进行快速载波恢复。仿真结果表明,本算法的同步速度快,捕获的频率范围较宽。     

高动态短时突发扩频信号的快速捕获

针对低信噪比和大多普勒频移环境下,短帧突发直接序列扩频通信系统要求在短时间内以很低虚警和漏警概率捕获信号这一难题,设计了仅使用独特码的短时突发扩频信号帧结构,在接收端将扩频码与独特码作为一个复合扩频码看待,提出了基于FFT的高动态突发信号捕获方法,可同时快速完成突发信号检测、扩频码捕获、频偏估计、帧同步检测和位定时捕获等任务。仿真结果表明:该算法能有效消除多普勒频移对短时突发扩频信号捕获性能的影响。     

突发模式PSK信号的联合载波位时钟恢复算法

快速载波和位时钟恢复是突发模式传送系统的一个关键因素。本文提出了适用于突发模式PSK信号捕获阶段的一种快速联合载波位时钟恢复算法。算法基于一个特定图案的前导字,采用前向结构直接、同时估计各个同步参数。可估计的载波频差范围是大的,约为符号率的,并且算法所需的计算负载非常低,适合数字硬件实现。仿真结果验证了算法的可行性和有效性。     

基于LFM模型的高动态弱GPS信号载波捕获

根据极大似然估计理论,通过载波频率和频率变化率分段对消、快速傅里叶变换(FFT)结果选大估计载波频率和频率变化率,实现载波信号捕获,建立了高动态全球定位系统(GPS)载波的线性调频(LFM)信号模型,并给出了算法的具体实现。详细分析了该算法中检测统计量的分布特性,推导了恒虚警准则下的检测门限,并讨论了其中关键参数的设计。仿真结果表明,该算法可以实现对18 dBHz的GPS高动态信号的载波捕获。     

高动态扩频信号的载波跟踪技术研究

针对高动态环境下扩频信号的载波捕获与跟踪问题，本文分析了多普勒频移对锁相环、锁频环以及环路滤波器设计的影响，以及高动态环境中载波快速捕获问题，在此基础上提出了一种数字复合软环的设计方法，计算机仿真结果表明这种数字复合软环能有效地解决载波快捕与精跟踪的问题．     

基于离散傅里叶变换的高动态突发信号检测及频率估计

针对高动态突发通信应用环境,提出了一种新的基于频率域的突发信号检测及载波频偏估计算法,通过一次离散傅里叶变换( DFT)实现突发信号存在性检测及频率估计,并与经典Power-Law算法进行了比较。仿真结果表明：在低信噪比条件下,新算法检测信噪比门限改善超过1 dB,频率估计均方根误差小于符号率的1‰,并且对载波频偏及信号电平动态不敏感,实现结构简单,适合实时处理及工程应用。     

大动态PCM/FM信号的载波频率同步

针对大动态脉冲编码-频率调制(PCM/FM)遥测信号的载波频率同步,提出了基于快速傅里叶变换(FFT)及频谱重心的载波频率估计方法,并采用了频谱叠加及频谱截取的优化方法提高算法估计精度.相对于其他基于FFT的频率估计算法,频谱重心法有着更高的估计精度及更好的抗噪声性能,而且复杂度代价很小.仿真的均方误差结果表明,基于FFT长度为2048和2块叠加以及保留信号99.9%能量的频谱截取方案有最好的估计性能.在最大多普勒频率、多普勒一阶变化率及二阶变化率分别为0.5倍、0.3倍及0.2倍符号率的大动态条件下,基于频谱重心法的二阶锁频环能够较好地完成载波频率跟踪.误码率曲线表明,经过频偏校正后的多符号非相干解调(MSD)性能与无频偏情况相比,无性能损失.     

Acquisition algorithm for BOC signals in high dynamic environment

As the synchronization of binary offset carrier (BOC) signals couldn’t be realized in high dynamic environment by traditional acquisition algorithms,an acquisition algorithm based on fractional Fourier transform (FRFT) and discrete polynomial-phase transform (DPT) was proposed.Firstly,the algorithm determined how to process the received signal according to the dynamic order obtained by the order operation.And then the acquisition was achieved by searching the spectral peak of the FRFT algorithm to obtain the estimation of dynamic parameters and code phase.Theoretical analysis and simulations show that the proposed algorithm eliminates the influence of second-order doppler shift rate based on original FRFT acquisition algorithm,which can successfully capture high dynamic BOC signals.The proposed algorithm further enhances the dynamic adaptability and anti-noise performance and has superior performance in detection probability and acquisition time in comparison with other algorithms.     

一种改进的高动态QPSK信号解调算法

正交相移键控(QPSK)调制解调方式广泛应用于深空通信、数字卫星通信等高速系统中,高动态QPSK信号具有较大的多普勒载波频偏,针对现有的解调算法对QPSK信号频偏估计范围小、精度较低等问题,提出了一种改进的高动态QPSK信号解调算法。该算法利用基于Zoom-FFT的Quinn频率估计算法对载波频偏进行估计,将频偏估计分为粗估计和精估计两个过程,对估计所得频偏进行补偿后利用Costas环完成载波同步。在MATLAB中对算法进行了仿真,仿真结果表明,该算法能够实现对高动态大频偏QPSK信号的有效捕获,与传统的解调方式相比,该算法对载波频偏的估计范围更大,且具有更高的频偏估计精度和更好的误码性能。     

一种适用于QAM信号的数字载波估计算法

由于发射和接收机振荡器的不稳定或/和信道的多普勒效应,使载波同步与补偿成为QAM信号接收的关键环节。针对非协作通信中各类载波同步算法只能校正较小的频率偏移的局限,根据QAM信号的基本特点,利用传输符号的统计独立特性,提出了一种新的数字载波频率估计方法。该算法采用开环方式,不需要导频数据,可以估计较大的频率偏移;没有反馈环路,复杂度低,实现起来比较简单。同时,该算法作适当改进,可以直接用于载波的估计。计算机仿真结果表明:该算法可以较好地对各种QAM信号中存在的较大频率偏移进行估计并做补偿;适当改进后可以直接用于估计载波频率,估计效果良好有效。     

Carrier phase synchronization for GMSK signals

Several carrier phase recovery schemes for Gaussian minimum shift keying (GMSK) modulated signals are derived and analysed in terms of squaring loss and acquisition time. Two bandwidths are considered for the GMSK signal: BT_b=0.5 and 0.25, following the recommendations of the Consultative Committee for Space Data Systems. Pre‐encoding is assumed to remove the inherent differential encoding of the GMSK modulations. The carrier phase recovery schemes are derived from the approximate expression of the GMSK signal as an OQPSK signal or as the superposition of two OQPSK signals maximum a posteriori/maximum likelihood phase estimation is considered, with perfect clock reference; both non‐data‐aided and decision–directed schemes are analysed. Moreover, in the case of GMSK with BT_b=0.25, an equalizer is also included in the synchronizer loop to remove inter‐symbol interference. High and low signal to noise ratio (SNR) approximations are considered to simplify the structure of the synchronizers. It is shown that, for the considered BT_b values, the complex synchronizers initially derived do not provide any improvements over their simplified versions; the introduction of the equalizer for GMSK with BT_b=0.25 leads to a better performance. Moreover, it is shown that GMSK with BT_b=0.5 has a better performance than unfiltered OQPSK, which is better than GMSK with BT_b=0.25. The SNR values above which the high SNR approximation turns out to be convenient with respect to the low SNR approximation are also given. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

APSK长突发信号的动态载波相位跟踪

APSK已被用于宽带数字卫星通信,在采用APSK长突发的卫星通信中,需要对一帧内的载波相位动态变化进行跟踪。针对粗载波同步和符号同步完成后的长突发APSK调制信号,提出一种新的载波跟踪方案,该方案采用一种基于星座分割的NDA鉴相算法,使用两个二阶锁相环,并借助于一个很短的独特码解相位模糊,可在很高的数据传输效率下,克服一般闭环法的捕获时间问题,实现对整帧信号载波相位的顺利跟踪。     

基于CKF的高动态载波跟踪算法研究

CKF是一种新型非线性高斯滤波算法,它依据三阶容积准则,使用数值积分来近似加权高斯积分,无需对非线性模型进行线性化,具有较高的精度和较好的鲁棒性。在传统的锁频加锁相载波跟踪环路的基础上引入了CKF,对载波相位误差、载波频率误差、载波频率变化率误差等参数进行估计,同时将CKF与UKF算法进行了仿真比较。结果表明,在高动态环境中CKF算法对接收机动态信号的跟踪性能优于UKF算法。     

Frame and carrier frequency synchronization algorithm for wireless body area network

A wireless body area network (WBAN) is a radio‐frequency‐based wireless communication technology that consists of a number of different sensor and actuator nodes interconnected with a body gateway. Considering the constrained resources in WBAN devices, simple and noise‐robust synchronization algorithms are required. Frame synchronization and frequency offset estimation are extremely important in the design of a robust WBAN receiver. In this paper, a detection strategy such as frame synchronization and frequency estimation is described in the WBAN system, which can improve the receiver performance. In doing so, algorithms are designed or chosen for the frame detection, carrier frequency offset synchronization, and joint fine‐time and phase‐offset estimation by exploiting the spike‐like property of the physical layer convergence protocol preamble and the frame structure in the WBAN system. The performance of the WBAN synchronization receiver is verified by computer simulation. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于IMM-EKF的高动态“北斗”导航信号频率估计算法

高动态环境下的"北斗"导航信号含有较大的多普勒频率及其变化率,传统锁相环(PLL)在跟踪时难以保证较高的跟踪精度.在分析高动态环境下"北斗"信号模型的基础上,提出了一种基于交互式多模型-扩展卡尔曼滤波(IMM-EKF)的自适应滤波算法,对载波相位及其高阶分量进行估计.IMM-EKF采用多个跟踪模型来解决滤波过程中单个模型不准确的问题,并结合改进的Sage-Husa自适应算法,在线估计和修正过程噪声及测量噪声的统计特性,增强了滤波的稳定性.仿真结果表明,IMM-EKF相比于PLL和EKF,估计精度更高,算法稳定性更强.