软件无线电中载波同步方法的研究

摘要

在现代通信系统中，同步是一个非常重要的实际问题，是进行信息传输的前提和基础，通信系统是否能可靠地工作很大程度上依赖于同步技术的优劣。当采用同步解调或相干检测时，接收端需要提供一个与发射端调制载波同频同相的相干载波，这个相干载波的获取就称为载波同步或载波恢复。它补偿了信号在传输和调制过程中所造成的频率偏移和相位偏移。论文紧紧围绕数字通信系统中的载波同步技术及其算法进行深入的研究。
　　 论文首先介绍了载波同步技术的发展状况及其算法的国内外研究现状，紧接着阐述了软件无线电的基本理论，重点分析了信号采样理论、多速率信号处理和数字下变频技术。然后详细介绍了QPSK调制解调器的基本模型，分析了信号经过高斯白噪声信道后的抗噪声性能，并给出了相应的MATLAB仿真结果。然后论文对载波同步的几种经典的算法进行深入的研究。在闭环算法中，主要分析了数字科斯塔斯(COSTAS)环算法和叉积自动频率跟踪(CPAFC)算法。仿真结果表明COSTAS算法具有频率跟踪快、精度高等特点。对CPAFC算法的分析，则是给出了该算法的一种改进形式，通过与原算法的比较和分析得到，改进后的算法性能明显提高。在开环算法的介绍中，重点分析了M&M载波频偏估计算法在估计精度和估计范围上难以兼顾的问题，并与Fitz、L&R、L&W等算法作性能比较。MATLAB仿真结果表明，M&M算法在总体上的估计性能不是最好的，但它克服了估计范围随观察数据长度增加而减小的缺点，其估计范围要比Fitz、L&R算法的估计范围大。
　　 论文在总结以上经典算法优缺点基础之上，提出了一种基于FFT和Kalman滤波器的开环载波同步算法，仿真的结果表明该算法在大频偏估、低噪声环境有很好的性能，并且该算法复杂度相对较低，易于在数字系统中实现，对实际应用有一定的指导意义和研究价值。