一种并行QPSK解调的载波恢复系统及方法

本发明属于数字信号解调，更具体地，涉及一种并行qpsk解调的载波恢复系统及方法。

背景技术：

1、在qpsk(quadrature phase shift keying，四相相移键控或正交相移键控)信号的解调过程中，主要包括了载波恢复和定时恢复这两项主要内容，其中载波恢复是指在调制信号中，通过一系列技术手段将已经失去的载波恢复出来的过程，它是一项重要的信号处理技术，广泛应用于数字通信、无线电和雷达等领域，在以上应用领域中，由于传输过程中存在各种干扰和损耗，原始的载波信号会被破坏或者消失，此时需要通过载波恢复技术将已经丢失的载波信号重新恢复出来，以提高信息传输的质量和可靠性。

2、接收信号的解调有相干解调和非相干解调，相干解调需要在接收端恢复出载波，要求相干载波要与接收到的信号中的被调制载波同频同相，才能在解调中进行相干解调。相干载波的恢复是相干解调的先决条件。在接收端恢复出与被调制载波同频同相载波就是所谓载波同步问题。

3、载波恢复的方法一般有两种：一种是在发送端发送数字信号序列的同时也发送载波或与它有关的导频信号，在接收端可用窄带滤波器或锁相环直接提取载波；另一种是接收信号为抑制载波的已调信号，通过对数字信号进行非线性变换或采用特殊的锁相环来获得相干载波。

4、由于无线通信传输的信号通常为串行信号，故传统qpsk信号的costas环(科斯塔斯环)解调方案也是串行方案，但由于现在无线传输的信号速率越来越高，以及adc(模数转换芯片)的不断发展，adc的采样率也随之提高较高；同时fpga(field programmable gatearray，现场可编程门阵列)的时钟速率通常小于adc采样速率，从而难以进行串行数据的正确接收与解调处理。如何完成对高速qpsk信号的接收以及后续的载波恢复、如何降低运行耗时，是本领域需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明通过提供一种并行qpsk解调的载波恢复系统及方法，解决现有qpsk信号的costas环解调方案难以完成对高速qpsk信号的接收和载波恢复、运行耗时较长的问题。

2、本发明提供一种并行qpsk解调的载波恢复方法，包括：

3、利用串并转换模块将接收到的串行的qpsk信号转换为多路并行的qpsk信号；

4、将多路并行的qpsk信号输入至下变频模块，所述下变频模块输出多路并行的基带i信号和多路并行的基带q信号；

5、利用多相分解滤波模块对多路并行的基带i信号和多路并行的基带q信号进行滤波处理；所述多相分解滤波模块包括多路并行的多相分解滤波器，所有的所述多相分解滤波器的输出端均与载波生成模块的输入端连接；

6、所述载波生成模块包括依次连接的多路并行的鉴相器、多路并行的环路滤波器和多路并行的数控振荡器；每一路的基带i信号和基带q信号均依次送入所述鉴相器、所述环路滤波器和所述数控振荡器后得到恢复出的载波信号，且所述载波生成模块的输出作为所述下变频模块的另一输入。

7、优选的，所述多相分解滤波器采用fir滤波器。

8、优选的，所述环路滤波器和所述数控振荡器均为闭环结构。

9、优选的，所述环路滤波器的输出与环路滤波器的输入满足下式：

10、

11、式中，dk[n]为在n时刻第k路环路滤波器的输出值，m为并行的总路数，p[n]为在n时刻多路并行的鉴相器输出的多路并行相位误差之和，c1k为第k路环路滤波器的比例支路系数，c2k为第k路环路滤波器的积分支路系数，intgk[n]为在n时刻第k路环路滤波器的积分支路累加器的输出值，k＝1,2,…,m。

12、优选的，所述环路滤波器的积分支路累加器的输出值满足下式：

13、

14、

15、式中，intgk-1[n]为在n时刻第k-1路环路滤波器的积分支路累加器的输出值，intgm[n-1]为在n-1时刻第m路环路滤波器的积分支路累加器的输出值。

16、优选的，所述数控振荡器的输出表示如下：

17、ck[n]＝dk[n]+f0+ak-1[n],m≥k≥2

18、ck[n]＝dk[n]+f0+am[n-1],k＝1

19、式中，ck[n]为在n时刻第k路数控振荡器的输出值，dk[n]为在n时刻第k路环路滤波器的输出值，f0为设定的基本振荡频率，ak-1[n]为在n时刻第k-1路数控振荡器的累加器的输出值，am[n-1]为在n-1时刻第m路数控振荡器的累加器的输出值，m为并行的总路数，k＝1,2,…,m。

20、优选的，将每一路的数控振荡器的输出值与2π相乘，恢复出每一路所对应的载波信号。

21、优选的，将同一时刻恢复出的所有路所对应的载波信号相加，得到该时刻对应的总的载波信号。

22、另一方面，本发明提供一种并行qpsk解调的载波恢复系统，包括：串并变换模块、下变频模块、多相分解滤波模块和载波生成模块；所述并行qpsk解调的载波恢复系统用于执行上述的并行qpsk解调的载波恢复方法中的步骤。

23、优选的，所述并行qpsk解调的载波恢复系统还包括：信号接收模块；所述信号接收模块的输出端与所述串并变换模块的输入端连接，所述信号接收模块用于将模拟信号转换为数字信号，输出串行的qpsk信号。

24、本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

25、在传统的qpsk信号的载波恢复系统的基础上，本发明通过增加的串并变换模块和多相分解滤波模块将接收到的信号分为多路，能够完成对高速qpsk信号的接收与滤波；本发明将传统方案中的串行的鉴相器、环路滤波器、数控振荡器变为并行结构，能够实现qpsk信号的多路并行载波恢复，能够保证在误差不变的情况下通过并行结构降低运行耗时。

技术特征：

1.一种并行qpsk解调的载波恢复方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的并行qpsk解调的载波恢复方法，其特征在于，所述多相分解滤波器采用fir滤波器。

3.根据权利要求1所述的并行qpsk解调的载波恢复方法，其特征在于，所述环路滤波器和所述数控振荡器均为闭环结构。

4.根据权利要求1所述的并行qpsk解调的载波恢复方法，其特征在于，所述环路滤波器的输出与环路滤波器的输入满足下式：

5.根据权利要求4所述的并行qpsk解调的载波恢复方法，其特征在于，所述环路滤波器的积分支路累加器的输出值满足下式：

6.根据权利要求1所述的并行qpsk解调的载波恢复方法，其特征在于，所述数控振荡器的输出表示如下：

7.根据权利要求1所述的并行qpsk解调的载波恢复方法，其特征在于，将每一路的数控振荡器的输出值与2π相乘，恢复出每一路所对应的载波信号。

8.根据权利要求7所述的并行qpsk解调的载波恢复方法，其特征在于，将同一时刻恢复出的所有路所对应的载波信号相加，得到该时刻对应的总的载波信号。

9.一种并行qpsk解调的载波恢复系统，其特征在于，包括：串并变换模块、下变频模块、多相分解滤波模块和载波生成模块；所述并行qpsk解调的载波恢复系统用于执行如权利要求1-8中任一项所述的并行qpsk解调的载波恢复方法中的步骤。

10.根据权利要求9所述的并行qpsk解调的载波恢复系统，其特征在于，还包括：信号接收模块；所述信号接收模块的输出端与所述串并变换模块的输入端连接，所述信号接收模块用于将模拟信号转换为数字信号，输出串行的qpsk信号。

技术总结本发明属于数字信号解调技术领域，公开了一种并行QPSK解调的载波恢复系统及方法。本发明利用串并转换模块将接收到的串行的QPSK信号转换为多路并行的QPSK信号，利用下变频模块输出多路并行的基带I信号和多路并行的基带Q信号，利用多相分解滤波模块进行滤波处理；载波生成模块包括依次连接的多路并行的鉴相器、多路并行的环路滤波器和多路并行的数控振荡器；每一路的基带I信号和基带Q信号均依次送入鉴相器、环路滤波器和数控振荡器后得到恢复出的载波信号，且载波生成模块的输出作为下变频模块的另一输入。本发明能够实现QPSK信号的多路并行载波恢复，能够保证在误差不变的情况下通过并行结构降低运行耗时。技术研发人员：李劲,刘思博,罗义军,王骏受保护的技术使用者：武汉纺织大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25