《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于數(shù)字平方算法的APSK信號(hào)位定時(shí)誤差估計(jì)方法
來源：電子技術(shù)應(yīng)用2013年第7期
胡景明, 郭道省
解放軍理工大學(xué) 通信工程學(xué)院，江蘇 南京210007
摘要： APSK高階調(diào)制用于衛(wèi)星通信時(shí)，信號(hào)受收發(fā)系統(tǒng)的時(shí)鐘頻差影響嚴(yán)重，同步算法也較為復(fù)雜。介紹了APSK的信號(hào)模型，在此基礎(chǔ)上，采用一種數(shù)字平方算法估計(jì)位定時(shí)的誤差。仿真結(jié)果表明，該方法能較好地估計(jì)出APSK信號(hào)位定時(shí)誤差，且算法不受載波頻偏的影響。通過仿真得出了算法性能與運(yùn)算數(shù)據(jù)長度的關(guān)系。
中圖分類號(hào)： TN911.73
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
文章編號(hào)： 0258-7998(2013)07-0097-03
A timing error estimation method of APSK signals based on digital square algorithm
Hu Jingming, Guo Daoxing
Institute of Communication Engineering, PLA University of Science and Technology, Nanjing 210007, China
Abstract： APSK signals are seriously affected by the transceiver system when APSK is applied to satellite communications, and the synchronization algorithm is complex. The model of APSK signals is introduced, and a digital square algorithm is adopted to estimate the timing error. Simulation results show that this method performs well on estimating the timing error and it is uninfluenced by the carrier frequency offset, and the relation between algorithm performance and data length is obtained by simulatios.
Key words : APSK signal； timing recovery； digital square algorithm； Fourier transform

    隨著衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的發(fā)展,APSK等高階調(diào)制方式在衛(wèi)星通信中發(fā)揮的作用越來越突出[1-3]，DVB-S2系統(tǒng)已經(jīng)采用16/32-APSK信號(hào)作為其重要的調(diào)制方式。然而，這些高階調(diào)制信號(hào)受收發(fā)系統(tǒng)的時(shí)鐘頻差影響更嚴(yán)重，又由于APSK信號(hào)星座分布的復(fù)雜性，導(dǎo)致APSK高階調(diào)制信號(hào)的同步算法也較通常的同步算法更加復(fù)雜。

    傳統(tǒng)的位同步的實(shí)現(xiàn)方法可分為插入導(dǎo)頻法和直接法兩大類[4-5]。插入導(dǎo)頻法是在發(fā)送基帶信號(hào)中加入位定時(shí)導(dǎo)頻信號(hào)，接收端通過提取該位定時(shí)導(dǎo)頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)位同步，定時(shí)導(dǎo)頻信號(hào)一般在發(fā)送基帶信號(hào)頻譜的零點(diǎn)插入以便于接收端通過窄帶濾波器提取。這種方法由于導(dǎo)頻信號(hào)的插入，人為地增加了發(fā)送功率和線譜干擾,而為了消除導(dǎo)頻信號(hào)對基帶信號(hào)取樣判決的影響，接收端還必須對導(dǎo)頻信號(hào)反向相消。因此，該方法目前在數(shù)字通信系統(tǒng)中已很少采用。直接法是數(shù)字通信系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的位同步方法，它不需要在發(fā)送端專門發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)，而是直接從接收的數(shù)字信號(hào)中提取時(shí)鐘信號(hào)或通過相位比較和調(diào)整在本地產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。直接法又分為濾波法和比相法兩類。濾波法是通過對接收到的數(shù)字信號(hào)（頻帶或基帶）進(jìn)行變換處理，使得經(jīng)過變換處理的數(shù)字信號(hào)中含有位定時(shí)信號(hào)分量，再通過窄帶濾波器提取該分量，從而實(shí)現(xiàn)位同步。常用的變換處理有以下幾種：(1)將不歸零數(shù)字基帶信號(hào)變換成歸零數(shù)字基帶信號(hào)；(2)將帶限數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行平方、取絕對值等非線性變換；(3)將帶限數(shù)字頻帶信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢波等變換。
    本文首先給出了APSK信號(hào)系統(tǒng)模型，并在此基礎(chǔ)上研究了一種適用于APSK信號(hào)的基于數(shù)字平方算法的位定時(shí)誤差估計(jì)算法?；跀?shù)字平方算法的位定時(shí)誤差估計(jì)技術(shù)是一種濾波法，這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)是適用于MPSK、APSK、QAM等多種調(diào)制方式，并且不依賴于載波相位，實(shí)現(xiàn)簡單，可有效解決鑒相特性不穩(wěn)定平衡點(diǎn)的“懸擱”問題[6]。仿真研究表明，該算法能較好地估計(jì)出APSK信號(hào)位定時(shí)誤差，且算法不受載波頻偏的影響；在高斯白噪聲信道下，算法得到的歸一化相位值是參數(shù)的無偏估計(jì);隨著數(shù)據(jù)長度的增大，對定時(shí)誤差估計(jì)的精確度越高，且頻偏的存在對數(shù)據(jù)長度的取值具有一定的限制作用，當(dāng)頻偏取值較大時(shí)，算法中數(shù)據(jù)長度的取值受頻偏的影響也較大。

 



    在實(shí)際系統(tǒng)中，收發(fā)兩端的時(shí)鐘源總是存在一定頻率偏差，一般其相對頻率偏差在10-4~10-6數(shù)量級。在考慮時(shí)鐘頻偏的影響時(shí)，為了得到較好的跟蹤性能，參數(shù)L不能無限取大。因?yàn)樵谏厦娴姆治鲋卸际羌俣ㄔ谝粋€(gè)觀察時(shí)間段內(nèi)，所以相位誤差?著為一個(gè)恒定的量，或近似為一恒定的量。在給定時(shí)鐘頻偏的情況下，當(dāng)L取值在一定限額內(nèi)時(shí)，算法的性能是隨著L取值的增大而逐步改善的；但當(dāng)L取值超過一定限額時(shí)，隨著L取值的增大，算法的性能反而會(huì)變差，因此頻偏的存在對參數(shù)L的取值具有一定的限制作用。同時(shí)從圖中還可以看出，當(dāng)頻偏取值較大時(shí)，L的限額值比低頻偏時(shí)L的限額值小，即當(dāng)頻偏取值較大時(shí)，算法中參數(shù)L的取值受頻偏的影響也較大。因此，在實(shí)際的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中，要根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的情況來選擇參數(shù)的取值。
    目前，DVB-S2系統(tǒng)已經(jīng)采用16/32-APSK信號(hào)作為它的一種重要調(diào)制方式，然而這些高階調(diào)制信號(hào)受收發(fā)系統(tǒng)的時(shí)鐘頻差影響更嚴(yán)重，而且APSK高階調(diào)制信號(hào)的同步算法也較通常的同步算法更加復(fù)雜。本文采用一種基于數(shù)字平方算法的位定時(shí)誤差估計(jì)算法，它是一種采用濾波的直接相位估計(jì)技術(shù)，通過數(shù)字信號(hào)處理直接從采樣的接收信號(hào)中提取位定時(shí)誤差信息，且不依賴于載波相位，實(shí)現(xiàn)簡單，可有效解決鑒相特性不穩(wěn)定平衡點(diǎn)的“懸擱”問題。該算法能較好地適用于APSK信號(hào)位定時(shí)誤差估計(jì)，在高斯白噪聲信道下，算法得到的歸一化相位值是參數(shù)的無偏估計(jì),且隨著數(shù)據(jù)長度的增大，對定時(shí)誤差估計(jì)的精確度越高。同時(shí)，頻偏的存在對數(shù)據(jù)長度的取值具有一定的限制作用，當(dāng)頻偏取值較大時(shí)，算法中數(shù)據(jù)長度的取值受頻偏的影響也會(huì)較大。
參考文獻(xiàn)
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