相移键控信号(MPSK)载波估计及恢复研究

摘要

在现代通信系统中，载波同步是数字通信系统中一个必不可少的单元，是全数字接收机中的一个关键技术，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。本论文将紧紧围绕数字通信系统中载波同步的方法进行研究和探讨，选择了多进制相移键控调制信号(MPSK)作为载波恢复的研究对象，主要研究了载波频率偏移估计算法。
　　本文首先介绍了全数字接收机的特点、发展概况及全数字接收相关理论，建立了内外接收机的概念。分析了残余频偏和相位误差对数字化解调的影响，接着介绍了载波同步参数的最大似然估计理论，然后对一些具有代表意义的载波频差估计算法进行了分析。
　　在许多频偏估值算法中，估值范围和估值精度是难以同时兼顾的一对矛盾。本文通过对这一问题进行分析，根据现有文献中的改进算法，总结了具有高性能且低复杂度的估值算法,在这种算法中，利用相位展开方法，恢复π2混叠，这时就充分的利用了输入序列的频率信息，计算机仿真表明，可以比较好的解决估计精度和估计范围之间的矛盾，而且估计性能比较好。
　　载波同步是实现低信噪比条件下信号接收所面临的另一个难题。现有的载波同步方法大多在只适用于中高信噪比，当信噪比低于某一门限时，这些方法往往很难获得令人满意的性能。因此，本文还研究了低信噪比条件下MPSK信号的载波同步问题。论文讨论了L&R算法，该算法在频差较小、中低信噪比条件下，能够取得接近MCRB的估计精度。不过该算法的估计范围很小，当载波频差超出该范围时，频差估计中涉及的相位计算会发生相位折叠，并且携带有效相位信息的信号会受到严重的衰减及相位畸变，从而导致频差估计发生错误。这极大地限制了该算法的应用范围。针对这一缺点，提出了相应的改进方法，通过频率粗测加频移的方法，将较大的载波频差转变成算法可有效估计的频率，极大地扩展了该算法的频率估计范围，提高了算法的实用性。仿真将该改进方法与其它几种常用的频差估计算法进行了比较，结果表明该方法在低信噪比条件下具有显著的优势。