王曉亞，王曉天

（1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北石家莊050081;2.北重阿爾斯通（北京）電氣裝備有限公司，北京100040）

0 引言

OQPSK是繼QPSK之后發(fā)展起來(lái)的一種恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)，它是針對(duì)QPSK的一種改進(jìn)形式，OQPSK與QPSK的不同之處是:它的正交支路碼元與同相支路碼元在時(shí)間上偏移了一個(gè)比特間隔（即半個(gè)符號(hào)周期Ts=2Tb）。OQPSK信號(hào)在每隔Tb時(shí)間，其信號(hào)載波相位只可能發(fā)生的相位變化，不會(huì)發(fā)生相位的突變現(xiàn)象，因此限帶的OQPSK信號(hào)的包絡(luò)起伏小。限帶OQPSK信號(hào)包絡(luò)的最大值與最小值之比約為，該信號(hào)經(jīng)過(guò)非線性功放后，不會(huì)引起功率譜旁瓣有大的增生，因此該信號(hào)在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用很廣泛。

在非協(xié)作通信系統(tǒng)中，接收方不能獲得全部或者部分接收信號(hào)參數(shù)，或者所獲得的信號(hào)參數(shù)非常粗糙，系統(tǒng)給出OQPSK解調(diào)算法的文獻(xiàn)很少。此外OQPSK信號(hào)信號(hào)在最佳采樣點(diǎn)的相位受滾降系數(shù)和碼元序列影響而不確定[1]，解調(diào)過(guò)程中位定時(shí)提取算法對(duì)相位偏移十分敏感，當(dāng)存在相位偏移時(shí)，位定時(shí)算法性能大大惡化甚至失效[2]，這些給OQPSK信號(hào)的解調(diào)器實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了困難。該設(shè)計(jì)采用了位定時(shí)與載波相位聯(lián)合同步的算法實(shí)現(xiàn)了OQPSK信號(hào)的相干解調(diào)，解決了這些問(wèn)題。

1 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

信號(hào)經(jīng)過(guò)加性高斯白噪聲信道后，接收端收到的OQPSK調(diào)制信號(hào)為:

式中，ai和bi是發(fā)送的信息符號(hào)，在OQPSK調(diào)制中，它們都取±1，而且統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，取每個(gè)值的概率相同。g（t）是發(fā)送成型函數(shù)，n（t）表示加性高斯白噪聲，其雙邊帶功率譜密度為，T為符號(hào)間隔，v為載波頻偏，θ為初始相偏。

在非協(xié)作通信中，盲接收機(jī)不可能利用數(shù)據(jù)中的輔助信息。只有從接收數(shù)據(jù)中提取位定時(shí)信息和載波相位同步信息。

2 位同步與載波相位聯(lián)合同步方法

載波相位同步算法和時(shí)鐘同步算法是全數(shù)字解調(diào)器的關(guān)鍵部分，圖1給出了位同步與載波相位的聯(lián)合同步算法的實(shí)現(xiàn)框圖。

圖1 聯(lián)合同步算法框圖

下面對(duì)載波相位和位同步的方法逐一分析。

2.1 載波相位同步方法

接收機(jī)收到信號(hào)后進(jìn)行帶通濾波、下變頻和低通濾波后，得到的信號(hào)表示為復(fù)數(shù)形式為:

式中，I（k）和Q（k）分別表示同相分量和正交分量。

載波環(huán)路設(shè)計(jì)為基于判決反饋的環(huán)路結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 載波相位跟蹤環(huán)路框圖

載波相位的估計(jì)值θ等于前一個(gè)的相位估計(jì)值θ（k）與誤差信號(hào)的和，即:

誤差信號(hào)e（k）的求取公式為:

ak和bk為判決輸出:

2.2 位同步方法

位同步方法采用非數(shù)據(jù)輔助算法，根據(jù)OQPSK產(chǎn)生的原理對(duì)Gardner算法進(jìn)行修改，誤差檢測(cè)算法改為:

式中，I′（k）和Q′（k+1/2）表示對(duì)信號(hào)求導(dǎo)，這里用數(shù)字差分的方法表示求導(dǎo)，則誤差檢測(cè)算法為:

內(nèi)插濾波器完成了時(shí)變插值和抽取的功能，從而可以用內(nèi)插濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)符號(hào)同步。模型中發(fā)送的線性調(diào)制信號(hào)符號(hào)周期為T，采樣率為Ts，t=kTi表示在kTi時(shí)刻重新采樣，采樣周期為Ti。在全數(shù)字接收機(jī)中，由于Ts的定時(shí)來(lái)源于獨(dú)立的本地振蕩時(shí)鐘，所以T/Ts的值通常是無(wú)理數(shù)。把采樣值輸入插值器，輸出的抽樣值表示為y（kTi），它是以Ti為周期的函數(shù)，因Ti與T是同步的，所以應(yīng)有Ti=T/k，k是一小整數(shù)。然后，數(shù)據(jù)濾波器根據(jù)k值降抽樣恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。即:

位同步的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3 位同步跟蹤環(huán)路框圖

3 仿真試驗(yàn)

試驗(yàn)中選擇使用符號(hào)速率為10kHz的OQPSK調(diào)制信號(hào)，采樣率設(shè)置為40kHz，載波頻率偏差為符號(hào)速率的2%，加入噪聲為經(jīng)過(guò)濾波后窄帶白噪聲，噪聲帶寬與信號(hào)帶寬相同，這里設(shè)置為15kHz。統(tǒng)計(jì)后得到的信噪比與誤碼率的關(guān)系如圖4所示。

圖4 OQPSK信號(hào)解調(diào)性能曲線

從仿真結(jié)果可以看出，使用位同步與載波相位聯(lián)合同步算法的解調(diào)結(jié)果與理論值非常接近，完全可以做為工程應(yīng)用的方法。

4 結(jié)束語(yǔ)

研究了利用位同步與載波相位聯(lián)合同步算法實(shí)現(xiàn)的OQPSK全數(shù)字解調(diào)器。根據(jù)系統(tǒng)性能要求設(shè)計(jì)了合理的解調(diào)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并在對(duì)已有同步技術(shù)的大量研究和比較的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了適合的載波頻偏估計(jì)、載波相位同步和時(shí)鐘同步的數(shù)字化算法，最終達(dá)到了盲接收機(jī)對(duì)OQPSK全數(shù)字解調(diào)器的頻偏捕獲范圍、頻率漂移速率、時(shí)鐘偏差和輸入信號(hào)Eb/N0、載波同步時(shí)間和誤碼率性能等主要性能的要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用的位同步與載波相位聯(lián)合同步的方法可以完成對(duì)OQPSK的相干解調(diào)，大大提高了解調(diào)的性能。

[1]曹志剛.現(xiàn)代通信原理[M].北京:清華大學(xué)出版社，1992.

[2]張賢達(dá)，保錚.通信信號(hào)處理[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2000.

[3]樊昌信.通信原理[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1995.

[4]張華沖，王曉亞.適用于QAM信號(hào)的載波同步與均衡實(shí)現(xiàn)[J].無(wú)線電工程，2010，40（5）:27-42.

[5]劉炯，茍彥新.OQPSK與OSPSK解調(diào)中實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的檢錯(cuò)與糾錯(cuò)[J].無(wú)線電通信技術(shù)，2001，27（3）:13-17.