一种基于统计最小均方误差的PSK码元同步方法与流程

本发明涉及数字通信领域，尤其涉及一种基于统计最小均方误差的psk码元同步方法。

背景技术：

1、相移键控psk(phase shift keying) 是一种相干系统中常用的数字调制方式，适用于中、高速数据传输，在通信和雷达领域应用广泛。psk常用的模式包括bpsk、qpsk、8psk，以及上述变种模式dbpsk、dqpsk、d8psk等。实际中，adc采样时钟的抖动以及发端和收端的时钟差异均会带来采样信号的时钟偏差，直接影响最终解调性能，因此码元同步算法是一个值得研究的方向。

2、目前，对于psk码元同步算法主要存在如下3种：

3、第一种方法，m&m算法要求每个码元提供一个采样点就能完成定时误差估计，算法原理简单，易于硬件实现。但该方法需要码元的判决值参与运算，载波频偏和相偏对定位误差估计结果影响很大，甚至导致定时同步失败，因此要求载波同步先于定时同步完成；

4、第二种方法，o&m算法通过非线性变换联合窄带滤波来估计定时误差。该方法要求每个码元至少提供四个采样点参与运算，否则出现采样混叠。实际工程中要求接收端具有更高频率的采样时钟，同时该算法需对接收信号进行取模平方以及dft(discrete fouriertransform,离散傅里叶变换)运算，大大增加算法运算量和硬件资源;

5、第三种方法，gardner算法是一种不需要额外导频信息的定时误差估计算法。该方法定时误差估计与载波相位独立，可在载波同步之前完成，且仅仅要求每个码元提供两个采样点参与运算。但该方法存在连续码元中间采样点可能不为零而导致定时误差估计错误问题，且该算法适用于bpsk/qpsk信号，应用其他调制模式时需对应优化。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的缺点与不足,本发明提出了一种基于统计最小均方误差的psk码元同步方法，方法包括：

2、步骤s1、信号重采样；根据输入的实采基带信号的符号率，采样率和分析带宽计算信号重采样需要的cic整数抽取因子，hb整数抽取因子，hb整数内插因子，小数内插因子；其中为采样点的索引，最大为；

3、步骤s2、匹配滤波；根据匹配滤波器系数对信号进行匹配滤波并进行数据修正，得到滤波后的信号；

4、步骤s3、码元同步；对信号利用最小均方误差计算定时误差；对信号进行dft，然后在频域进行定时误差的补偿，进行idft得到码元同步后的信号；

5、步骤s4、载波同步；对信号提取最佳采样点得到信号；其中为符号索引，最大为；

6、步骤s5、判决均衡；对信号进行lms时域均衡，得到自适应均衡器系数；其中为均衡器系数索引，最大为。

7、进一步地，所述步骤s1包括：

8、步骤s1.1：根据输入的实采基带信号的符号率，采样率和分析带宽计算信号重采样需要的cic整数抽取因子，hb整数抽取因子，hb整数内插因子，小数内插因子；其中为采样点的索引，最大为；

9、步骤s1.2：将信号根据计算的cic整数抽取因子进行cic整数抽取；

10、步骤s1.3：对cic抽取后的信号根据计算的hb整数抽取因子进行hb整数抽取；

11、步骤s1.4：对hb抽取后的信号进行fir带限滤波；

12、步骤s1.5：对fir带限滤波后的信号根据计算的hb整数内插因子进行hb整数内插；

13、步骤s1.6：对hb内插后的信号根据计算的小数内插因子进行小数重采样，最终获得重采样后的信号，采样倍数为。

14、进一步地，所述步骤s2包括：

15、步骤s2.1：对匹配滤波后的信号进行功率归一化处理，获得信号用于后续时钟整数误差估计。

16、进一步地，所述步骤s3包括：

17、步骤s3.1：对信号利用最小均方误差计算定时误差；

18、步骤s3.2：对信号进行dft，然后在频域进行定时误差的补偿，进行idft得到码元同步后的信号。

19、进一步地，所述步骤s3包括：

20、利用时钟整数误差估计模块进行估计信号的整数采样点延迟，同时获得的采样倍数长度的误差平方矢量用于后续时钟小数误差估计；

21、利用时钟小数误差估计模块进行估计信号的小数采样点延迟，用于后续的时钟误差补偿；

22、利用时钟误差补偿模块进行对匹配滤波后的信号进行时钟误差补偿，获得信号用于后续载波同步。

23、进一步地，所述步骤s4包括：

24、步骤s4.1：对信号提取最佳采样点得到信号；其中为符号索引，最大为；

25、步骤s4.2：对信号根据调制模式进行次方计算得到信号；

26、步骤s4.3：对信号进行dft，利用频率估计方法估计频率偏移；

27、步骤s4.4：对信号利用估计的频偏进行频偏补偿，得到补偿后的信号；

28、步骤s4.5：对信号利用鉴相曲线过零点估计相位偏移；

29、步骤s4.6：对信号计算功率归一化系数；

30、步骤s4.7：利用估计的频偏、相偏和功率归一化系数，对信号进行频偏补偿、相偏补偿和增益补偿，最后得到信号。

31、进一步地，所述步骤s5包括：

32、步骤5.1：对信号进行lms时域均衡，得到自适应均衡器系数；其中为均衡器系数索引，最大为；

33、步骤5.2：利用均衡器系数对信号进行滤波，得到时域均衡后的信号；

34、步骤5.3：对信号提取最佳采样点并按照调制模式进行判决，最终得到解调后的符号序列。

35、本发明具有如下有益效果：

36、本发明提出一种基于统计最小均方误差的psk码元同步方法，根据实采信号数据测试结果，本方法对psk模式信号(bpsk、qpsk、8psk、dbpsk、dqpsk和d8psk)均可以做到有效码元同步；码元同步和载波同步解耦合，不存在码元同步前需载波同步完成；计算复杂度较低，虽然在时钟误差估计中使用了dft和idft，但dft和idft的长度只跟采样倍数相关，采样倍数远远小于信号长度；基于本方法，综合考虑性能和计算复杂度，可以针对psk模式信号进行若干变形和改进，比如调整时钟小数误差估计的范围和步进，提高了psk码元同步效率。

技术特征：

1.一种基于统计最小均方误差的psk码元同步方法，其特征在于，该方法包括：

2.如权利要求1所述的一种基于统计最小均方误差的psk码元同步方法，其特征在于，所述步骤s1包括：

3.如权利要求1所述的一种基于统计最小均方误差的psk码元同步方法，其特征在于，所述步骤s2包括：

4.如权利要求3所述的一种基于统计最小均方误差的psk码元同步方法，其特征在于，所述步骤s3包括：

5.如权利要求1所述的一种基于统计最小均方误差的psk码元同步方法，其特征在于，所述步骤s4包括：

6.如权利要求1所述的一种基于统计最小均方误差的psk码元同步方法，其特征在于，所述步骤s5包括：

技术总结本发明公开了一种基于统计最小均方误差的PSK码元同步方法，包括：步骤S1、信号重采样；步骤S2、匹配滤波；步骤S3、码元同步；步骤S4、载波同步；步骤S5、判决均衡。本发明根据实采信号数据测试结果，本方法对PSK模式信号(BPSK、QPSK、8PSK、DBPSK、DQPSK和D8PSK)均可以做到有效码元同步；码元同步和载波同步解耦合，不存在码元同步前需载波同步完成；计算复杂度较低，虽然在时钟误差估计中使用了DFT和IDFT，但DFT和IDFT的长度只跟采样倍数相关，采样倍数远远小于信号长度；基于本方法，综合考虑性能和计算复杂度，可以针对PSK模式信号进行若干变形和改进，提高了PSK码元同步效率。技术研发人员：李涛,谢一帆,邹洋,陈生川,周永虎受保护的技术使用者：成都玖锦科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25