CN112666579B - 一种基于oqpsk的卫星双向时间比对数传信号解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一个实施例公开了一种基于OQPSK的卫星双向时间比对数传信号解调方法，包括：S100、载波同步环路接收OQPSK中频数传信号并产生本地相干载波和动态辅助信号；所述本地相干载波对所述OQPSK中频数传信号进行数字下变频和匹配滤波输出两路基带数字信号；S102、位同步环路接收所述两路基带数字信号并产生脉冲信号和积分时间辅助信号，所述脉冲信号完成对接收信号在最佳时刻进行的采样判决，解调出数据信息。本发明可以完成高数据率的卫星双向时间比对OQPSK数传信号载波、数据位相位的精确同步和信息解调。进而提高频带利用效率，完成大量数据信息的实时交互，实现多站间实时的高精度时间传递。

Description

一种基于OQPSK的卫星双向时间比对数传信号解调方法

技术领域

本发明涉及卫星双向时频传递技术领域。更具体地，涉及一种基于OQPSK的卫星双向时间比对数传信号解调方法。

背景技术

高精度时间同步是时间频率量传和溯源的基础。随着国际计量局(BIPM)对快速UTC的推广，各守时实验室对于远程比对结果的实时性也提出了更高要求。卫星双向时间比对技术是一种应用广泛的高精度时间传递方式。两地面站同时向卫星发射调制时间信号，经卫星转发后两站分别接收来自对方站的信号，两地面站将接收的信号资料互换后相减，得到两站之间高精度的时间钟差。

目前，卫星双向时频传递技术多选用伪码扩频信号作为卫星双向时间比对信号，采用BPSK-DS调制体制，该方法虽然测量精度较高，但其扩频后占用带宽较大，数据传输速率较低，导致远程时间比对结果的实时性能较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于OQPSK的卫星双向时间比对数传信号解调方法。以解决现有技术存在的问题中的至少一个。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供一种基于OQPSK的卫星双向时间比对数传信号解调方法，包括：

S100、载波同步环路接收OQPSK中频数传信号并产生本地相干载波和动态辅助信号；所述本地相干载波对所述OQPSK中频数传信号进行数字下变频和匹配滤波输出两路基带数字信号；

S102、位同步环路接收所述两路基带数字信号并产生脉冲信号和积分时间辅助信号，所述脉冲信号完成对接收信号在最佳时刻进行的采样判决，解调出数据信息。

在一个具体实施例中，所述方法还包括：

所述载波同步环路接收所述位同步环路输出的积分时间辅助信号，以防止载波同步环路在相干积分的时间内出现数据位跳变。

在一个具体实施例中，所述方法还包括：

所述位同步环路接收所述载波同步环路输出的动态辅助信号，在频率辅助下，完成对OQPSK基带数传信号数据位相位的精确跟踪，解调出实时时间比对数据信息。

在一个具体实施例中，所述方法采用基于MAP准则的OQPSK载波同步环路算法实现载波同步；

所述方法采用基于Gardner算法的位同步环路算法实现位同步。

在一个具体实施例中，

所述载波同步环路接收的OQPSK中频数传信号表示为：

式(1)中，T_s表示时钟采样周期，f_c表示接收信号载波频率，θ表示载波初始相位，m_I(n)、m_Q(n)为OQPSK基带信号，表示为：

式(2)中，a_i、b_i取值为+1、-1表示两路正交数据信息，T_s表示时钟采样周期，T表示数据周期，g(·)表示基带符号波形函数。

在一个具体实施例中，所述S100包括

S1000、所述输入的OQPSK中频数传信号经过正交下变频处理剥离载波；

S1002、将下变频后得到的基带信号发送给基于MAP鉴相器进行鉴相得到相位误差鉴别信号；

S1004、将所述相位误差鉴别信号输出到环路滤波器，所述环路滤波器对接收到的相位误差鉴别信号进行滤除噪声和高频分量的处理，获得锁相环频率字；

S1006、所述锁相环频率字控制锁相环NCO生成正交的两路本地相干载波，完成对OQPSK中频数传信号的载波剥离，输出OQPSK基带数传信号。

在一个具体实施例中，所述S1002包括：

设置相干积分时间为数据位周期用于消除数据位跳变对于载波相位鉴别的影响，同时接收位同步环路输入的积分时间辅助信号，以避免锁相环相干积分时间内出现数据位跳变，相干累积模块输出的信号经过乘法器和累加器，对K个输入的相干累积相乘后的结果进行相加并求平均值得到鉴别结果，对鉴别结果进行非相干累积，最后得到相位误差鉴别信号。

在一个具体实施例中，所述相干累积的输出结果如公式(3)所示：

式(3)中，为接收OQPSK信号载波和本地载波的相位差，N表示相干累积时间内累积的数据个数，k＝0,1,...，表示第k+1次相干累积，m_c(n)，m_s(n)为下变频后输出的基带信号；

所述相位误差鉴别信号如公式(4)所示：

在一个具体实施例中，所述载波同步环路的更新周期为T_renew＝KT。

本发明的有益效果如下：

本发明提供一种基于OQPSK的卫星双向时间比对数传信号解调方法。可以完成高数据率的卫星双向时间比对OQPSK数传信号载波、数据位相位的精确同步和信息解调。进而提高频带利用效率，完成大量数据信息的实时交互，实现多站间实时的高精度时间传递。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出根据本发明一个实施例的高数据率卫星双向时间比对OQPSK数传信号解调原理框图。

图2示出根据本发明一个实施例的高数据率卫星双向时间比对OQPSK数传信号解调的锁相环模块原理框图。

图3示出根据本发明一个实施例的高数据率卫星双向时间比对OQPSK数传信号解调锁相环中基于MAP的鉴相器原理框图。

图4示出根据本发明一个实施例的高数据率卫星双向时间比对OQPSK数传信号解调方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

根据本发明一个实施例的高数据率卫星双向时间比对OQPSK数传信号解调原理框图如图1所示，本发明一个实施例提供了一种基于OQPSK的卫星双向时间比对数传信号解调方法，所述方法流程图如图4所示，包括：

S100、载波同步环路接收OQPSK中频数传信号并产生本地相干载波和动态辅助信号；所述本地相干载波对所述OQPSK中频数传信号进行数字下变频和匹配滤波输出两路基带数字信号；

S102、位同步环路接收所述两路基带数字信号并产生脉冲信号和积分时间辅助信号，所述脉冲信号完成对接收信号在最佳时刻进行的采样判决，解调出数据信息。其中，最佳时刻是指接收信号信噪比最大的时刻。

在一个具体实施例中，所述方法还包括：

所述载波同步环路接收所述位同步环路输出的积分时间辅助信号，以防止载波同步环路在相干积分的时间内出现数据位跳变。

在一个具体实施例中，所述方法还包括：

所述位同步环路接收所述载波同步环路输出的动态辅助信号，在频率辅助下，完成对OQPSK基带数传信号数据位相位的精确跟踪，解调出实时时间比对数据信息。所述载波同步环路提供多普勒频率给位同步环路进行位定时辅助，减少其所需承受的动态应力，进而降低位同步环路的噪声量并提高码相位的跟踪精度。载波同步环路与位同步环路相互辅助，相互支持，共同完成对信号的同步和解调。

在一个具体实施例中，所述方法采用基于MAP准则的OQPSK载波同步环路算法实现载波同步；

所述方法采用基于Gardner算法的位同步环路算法实现位同步。

在一个具体实施例中，

所述载波同步环路接收的OQPSK中频数传信号表示为：

式(1)中，T_s表示时钟采样周期，f_c表示接收信号载波频率，θ表示载波初始相位，m_I(n)、m_Q(n)为OQPSK基带信号，表示为：

式(2)中，a_i、b_i取值为+1、-1表示两路正交数据信息，T_s表示时钟采样周期，T表示数据周期，g(·)表示基带符号波形函数。

在一个具体实施例中，在对OQPSK数传信号的载波进行相位跟踪的过程中，采用锁相环的方式，其原理框图如图2所示。在一个具体实施例中，所述S100包括：

S1000、所述输入的OQPSK中频数传信号经过正交下变频处理剥离载波；

S1002、将下变频后得到的基带信号发送给基于MAP鉴相器进行鉴相得到相位误差鉴别信号；

S1004、将所述相位误差鉴别信号输出到环路滤波器，所述环路滤波器对接收到的相位误差鉴别信号进行滤除噪声和高频分量的处理，获得锁相环频率字；其中，高频分量主要由于混频产生的，与具体的载波频率有关。

S1006、所述锁相环频率字控制锁相环NCO生成正交的两路本地相干载波，完成对OQPSK中频数传信号的载波剥离，输出OQPSK基带数传信号。

数字控制振荡器(NCO，numerically controlled oscillator)。

在一个具体实施例中，所述S1002包括：

设置相干积分时间为数据位周期用于消除数据位跳变对于载波相位鉴别的影响，同时接收位同步环路输入的积分时间辅助信号，以避免锁相环相干积分时间内出现数据位跳变，相干累积模块输出的信号经过乘法器和累加器，对K个输入的相干累积相乘后的结果进行相加并求平均值得到鉴别结果，对鉴别结果进行非相干累积，最后得到相位误差鉴别信号。

对于载波的相位鉴别选取基于最大后验概率(MAP)准则的鉴相方法，该方法鉴别精度高，实现简单，其原理框图如图3所示。锁相环首先对下变频后输出的基带信号m_c(n)，m_s(n)进行相干累积，提高信号的信噪比。在一个具体实施例中，所述相干累积的输出结果如公式(3)所示：

式(3)中，为接收OQPSK信号载波和本地载波的相位差，N表示相干累积时间内累积的数据个数，k＝0,1,...，表示第k+1次相干累积。

所述相位误差鉴别信号如公式(4)所示：

在一个具体实施例中，相位误差鉴别信号是对K次相干积分乘积求和结果取平均得到的，因此，所述载波同步环路的更新周期为T_renew＝KT。T表示数据周期。

本发明提供一种基于OQPSK的卫星双向时间比对数传信号解调方法。可以完成高数据率的卫星双向时间比对OQPSK数传信号载波、数据位相位的精确同步和信息解调。进而提高频带利用效率，完成大量数据信息的实时交互，实现多站间实时的高精度时间传递。

本发明利用高数据率OQPSK数传信号进行双向时间传递，在接收端通过对数传信号解调获得数据相位时延信息。高数据率OQPSK数传信号的解调性能直接决定了时间传递精度，很大程度影响着通信系统的数据传输质量。对现有的卫星双向时间比对信号解调算法进行改进，采用锁相环与位环相结合的方式，从而可以解调高数据率的卫星双向时间比对OQPSK数传信号，实现高数据率多站之间的卫星双向实时时间比对。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种基于OQPSK的卫星双向时间比对数传信号解调方法，其特征在于，包括：

S100、载波同步环路接收OQPSK中频数传信号并产生本地相干载波和动态辅助信号；所述本地相干载波对所述OQPSK中频数传信号进行数字下变频和匹配滤波输出两路基带数字信号；

S102、位同步环路接收所述两路基带数字信号并产生脉冲信号和积分时间辅助信号，所述脉冲信号完成对接收信号在最佳时刻进行的采样判决，解调出数据信息；

所述方法还包括：

所述载波同步环路接收所述位同步环路输出的积分时间辅助信号，以防止载波同步环路在相干积分的时间内出现数据位跳变；

所述方法还包括：

所述位同步环路接收所述载波同步环路输出的动态辅助信号，在频率辅助下，完成对OQPSK基带数传信号数据位相位的精确跟踪，解调出实时时间比对数据信息；

所述S100包括

S1000、所述输入的OQPSK中频数传信号经过正交下变频处理剥离载波；

S1002、将下变频后得到的基带信号发送给基于MAP鉴相器进行鉴相得到相位误差鉴别信号；

S1004、将所述相位误差鉴别信号输出到环路滤波器，所述环路滤波器对接收到的相位误差鉴别信号进行滤除噪声和高频分量的处理，获得锁相环频率字；

S1006、所述锁相环频率字控制锁相环NCO生成正交的两路本地相干载波，完成对OQPSK中频数传信号的载波剥离，输出OQPSK基带数传信号。

2.根据权利要求1所述的解调方法，其特征在于，

所述方法采用基于MAP准则的OQPSK载波同步环路算法实现载波同步；

所述方法采用基于Gardner算法的位同步环路算法实现位同步。

3.根据权利要求1所述的解调方法，其特征在于，

所述载波同步环路接收的OQPSK中频数传信号表示为：

式(1)中，T_s表示时钟采样周期，f_c表示接收信号载波频率，θ表示载波初始相位，m_I(n)、m_Q(n)为OQPSK基带信号，表示为：

式(2)中，a_i、b_i取值为+1、-1表示两路正交数据信息，T_s表示时钟采样周期，T表示数据周期，g(·)表示基带符号波形函数。

4.根据权利要求1所述的解调方法，其特征在于，所述S1002包括：

设置相干积分时间为数据位周期用于消除数据位跳变对于载波相位鉴别的影响，同时接收位同步环路输入的积分时间辅助信号，以避免锁相环相干积分时间内出现数据位跳变，相干累积模块输出的信号经过乘法器和累加器，对K个输入的相干累积相乘后的结果进行相加并求平均值得到鉴别结果，对鉴别结果进行非相干累积，最后得到相位误差鉴别信号。

5.根据权利要求4所述的解调方法，其特征在于，

所述相干累积的输出结果如公式(3)所示：

式(3)中，为接收OQPSK信号载波和本地载波的相位差，N表示相干累积时间内累积的数据个数，k＝0,1,...，表示第k+1次相干累积，m_c(n)，m_s(n)为下变频后输出的基带信号；

所述相位误差鉴别信号如公式(4)所示：

6.根据权利要求5所述的解调方法，其特征在于，

所述载波同步环路的更新周期为T_renew＝KT。