一種針對殘留載波調制的多速率檔自適應解調系統技術方案

一種針對殘留載波調制的多速率檔自適應解調系統，該系統主要針對CCSDS臨近鏈路標準協議中規定的采用曼徹斯特編碼殘留載波的BPSK調制方式，可以在沒有先驗信息的情況下，估計出信息速率，并實現低復雜度的跟蹤和解調。本發明專利技術通過精細濾波和窄帶寬環路跟蹤，實現對載波的提取跟蹤；通過科斯塔斯環的跟蹤，將載波鎖定在I支路上，將信號鎖定在Q支路上；通過多級抽取濾波，實現對各個速率檔信號的抽頭提取；根據曼徹斯特編碼的特性，將各速率抽頭上的Q支路信號進行匹配相關和能量積分，從而在不需要知道傳輸信息的條件下，通過對能量積分的判決，判斷出當前傳輸數據的速率，從而實現自適應解調。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種針對殘留載波調制的多速率檔自適應解調系統，屬于深空探測中繼通信領域。
技術介紹
在火星探測等深空探測活動中，由于通信距離遠、無線電波傳輸延時長，信號能量衰減嚴重，以及可見時間短等特點，需要采用中繼通信技術來實現火星、月球等表面著陸設備的對地數據傳輸。在現行的CCSDS臨近鏈路標準協議中規定，深空中繼鏈路通常采用殘留載波的BPSK調制方式進行傳輸，并配合使用曼徹斯特編碼。由于曼徹斯特編碼具有[sin2(πfT/2)/(πfT/2)]2的功率譜密度，在零頻率處為零，使得采用殘留載波的調制方式是合理的。在深空中繼通信中，由于可見時間短，數據信息量大，因此，一般根據信道環境進行不同速率檔的信息傳輸，以實現信息的傳輸效率，因此需要接收機能適應多檔速率的接收。然而，現有的通信接收機在接收信號時，沒有自適應識別并處理不同速率檔的機制，因此在速率切換時，必須由發射機提前通知接收機，雙方經過一系列握手確認后，在約定的時間同時進行速率的切換，從而導致了通信效率低、握手協議復雜、系統風險增加等缺點。
技術實現思路
本專利技術解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種針對殘留載波調制的多速率檔自適應解調系統，提高了通信效率，降低了信號傳輸的復雜度和風險。本專利技術的技術解決方案是：一種針對殘留載波調制的多速率檔自適應解調系統，包括：下變頻模塊、濾波抽取模塊、載波跟蹤模塊、速率估計模塊和解調模塊，其中：下變頻模塊：接收帶通采樣后輸出的帶有固定頻偏的射頻信號以及載波跟蹤模塊輸出的載波信號，產生與所述載波信號頻率一致的載波，并利用產生的載波對帶有固定頻偏的射頻信號進行下變頻處理，得到沒有頻偏的I路信號和Q路信號輸出給濾波抽取模塊；濾波抽取模塊：根據發射信號可能傳輸的N個速率檔R1，R2，……RN，對下變頻模塊輸出的I路信號和Q路信號進行逐級濾波和信號抽取，在第i級得到傳輸速度為Ri的I路信號和Q路信號，并將得到的Q路信號及其延遲信號輸出給速率估計模塊，所述延遲信號由Q路信號延時Tsi時間后得到，i＝1，2，3，……N，在第N+1級得到中心載波信號輸出給載波跟蹤模塊，其中Tsi為第i級濾波和信號抽取后曼徹斯特編碼的符號周期；載波跟蹤模塊：鑒別中心載波信號的頻偏，對鑒別得到的頻偏進行平滑濾波后，產生頻偏對應的載波信號輸出給下變頻模塊；速率估計模塊：對濾波抽取模塊每一級輸出的Q路信號和Q路信號的延遲信號分別進行累加判決，經過比較得到累加結果的最大值和最大值對應的信號支路，根據最大值對應的濾波抽取模塊級數確定發射信號當前傳輸的速率檔，將該速率檔和最大值對應的信號支路輸出給解調模塊；解調模塊：從最大值對應的信號支路中提取信號，按照速率估計模塊輸出的速率檔信息對提取的信號進行解調并輸出。所述速率估計模塊包括N個累加判決器和一個判決比較器，第i個累加判決器對濾波抽取模塊第i級輸出的Q路信號和Q路信號的延遲信號分別進行累加判決，所述第i個累加判決器包括兩個正負循環累加器、累加比較器、乘法器和判決器，其中一個正負循環累加器用于累加濾波抽取模塊第i級輸出的Q路信號，并將累加結果SUM1輸出給累加比較器；另一個正負循環累加器用于累加濾波抽取模塊第i級輸出的Q路信號的延遲信號，并將累加結果SUM2輸出給累加比較器；累加比較器判斷SUM1和SUM2的大小，將SUM1和SUM2中的最小值SUM_min輸出給乘法器，將SUM1和SUM2中的最大值SUM_max以及SUM_max對應的信號支路輸出給判決器；乘法器將SUM_min乘以系數k后輸出給判決器，其中1＜k＜2；判決器比較k×SUM_min與SUM_max的大小，如果SUM_max>k×SUM_min，則輸出SUM_max以及SUM_max對應的信號支路給判決比較器，否則，不輸出；判決比較器對各個累加判決器輸出的結果進行比較，得到累加結果的最大值和最大值對應的信號支路，根據最大值對應的濾波抽取模塊級數確定發射信號當前傳輸的速率檔，將該速率檔和最大值對應的信號支路輸出給解調模塊。所述每個正負循環累加器的實現公式如下： s u m = Σ m = 0 M | S 2 m - S 2 m + 1 | ]]>其中S2m為信號第2m位的編碼，S2m+1為信號第2m+1位的編碼。所述載波跟蹤模塊包括鑒相處理模塊、環路濾波模塊和載波NCO，其中：鑒相處理模塊：通過科斯塔斯環鑒相器對濾波抽取模塊輸出的中心載波信號進行鑒相處理，得到中心載波信號的相位偏移，將該相位偏移進行歸一化處理后，計算該相位偏移對應的頻偏并輸出給環路濾波模塊；環路濾波模塊：對接收的頻偏進行平滑濾波處理后輸出給載波NCO；載波NCO：生成頻偏對應的載波信號，輸出給下變頻模塊。所述鑒相處理模塊對相位偏移進行歸一化處理的公式如下： φ e = Q P · s i g n ( I p ) I p 2 + Q p 2 ]]>其中φe為歸一化處理后的相位偏移，QP為中心載波信號中的Q路信號，IP為單載波信號中的I路信號，sign(Ip)為符號函數，返回IP的正負號，即當IP小于0時為-1，否則為+1。本專利技術與現有技術相比，具有如下有益效果：(1)本專利技術利用曼徹斯特編碼的特點，通過正負能量累加判決，在沒有先驗信息的情況下，估計出信息速率，實現了多速率檔的自適應速率估計，從而提高了通信效率，降低了信號傳輸的復雜度和風險。(2)本專利技術針對殘留載波調制的特點，利用科斯塔斯環鑒相跟蹤方式，將載波鎖定在I支路，信息鎖定在Q支路，避免解I、Q相位翻轉的問題，減小了處理復雜度。(3)本專利技術通過多級濾波抽取模塊，一方面提取出各速率檔抽頭，另一方面將除載波以外的其他信息全部濾除，可實現極低信噪比的跟蹤。(4)本專利技術通過對正負循環累加結果的判決，一方面可以分辨出信號速率檔對應的正確支路，另一方面還可以判決曼徹斯特編碼的相位模糊；在累加判決器中，對累加結果中最大值與最小值*k的大小進行比較，通過對k值的合理設計，可以保證輸出判決結果的正確性，從本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種針對殘留載波調制的多速率檔自適應解調系統，其特征在于包括：下變頻模塊(1)、濾波抽取模塊(3)、載波跟蹤模塊(2)、速率估計模塊(4)和解調模塊(5)，其中：下變頻模塊(1)：接收帶通采樣后輸出的帶有固定頻偏的射頻信號以及載波跟蹤模塊(2)輸出的載波信號，產生與所述載波信號頻率一致的載波，并利用產生的載波對帶有固定頻偏的射頻信號進行下變頻處理，得到沒有頻偏的I路信號和Q路信號輸出給濾波抽取模塊(3)；濾波抽取模塊(3)：根據發射信號可能傳輸的N個速率檔R1，R2，......RN，對下變頻模塊(1)輸出的I路信號和Q路信號進行逐級濾波和信號抽取，在第i級得到傳輸速度為Ri的I路信號和Q路信號，并將得到的Q路信號及其延遲信號輸出給速率估計模塊(4)，所述延遲信號由Q路信號延時Tsi時間后得到，i＝1，2，3，......N，在第N+1級得到中心載波信號輸出給載波跟蹤模塊(2)，其中Tsi為第i級濾波和信號抽取后曼徹斯特編碼的符號周期；載波跟蹤模塊(2)：鑒別中心載波信號的頻偏，對鑒別得到的頻偏進行平滑濾波后，產生頻偏對應的載波信號輸出給下變頻模塊(1)；速率估計模塊(4)：對濾波抽取模塊(3)每一級輸出的Q路信號和Q路信號的延遲信號分別進行累加判決，經過比較得到累加結果的最大值和最大值對應的信號支路，根據最大值對應的濾波抽取模塊(3)級數確定發射信號當前傳輸的速率檔，將該速率檔和最大值對應的信號支路輸出給解調模塊(5)；解調模塊(5)：從最大值對應的信號支路中提取信號，按照速率估計模塊輸出的速率檔信息對提取的信號進行解調并輸出。...

【技術特征摘要】
1.一種針對殘留載波調制的多速率檔自適應解調系統，其特征在于包括：下變頻模塊(1)、濾波抽取模塊(3)、載波跟蹤模塊(2)、速率估計模塊(4)和解調模塊(5)，其中：下變頻模塊(1)：接收帶通采樣后輸出的帶有固定頻偏的射頻信號以及載波跟蹤模塊(2)輸出的載波信號，產生與所述載波信號頻率一致的載波，并利用產生的載波對帶有固定頻偏的射頻信號進行下變頻處理，得到沒有頻偏的I路信號和Q路信號輸出給濾波抽取模塊(3)；濾波抽取模塊(3)：根據發射信號可能傳輸的N個速率檔R1，R2，......RN，對下變頻模塊(1)輸出的I路信號和Q路信號進行逐級濾波和信號抽取，在第i級得到傳輸速度為Ri的I路信號和Q路信號，并將得到的Q路信號及其延遲信號輸出給速率估計模塊(4)，所述延遲信號由Q路信號延時Tsi時間后得到，i＝1，2，3，......N，在第N+1級得到中心載波信號輸出給載波跟蹤模塊(2)，其中Tsi為第i級濾波和信號抽取后曼徹斯特編碼的符號周期；載波跟蹤模塊(2)：鑒別中心載波信號的頻偏，對鑒別得到的頻偏進行平滑濾波后，產生頻偏對應的載波信號輸出給下變頻模塊(1)；速率估計模塊(4)：對濾波抽取模塊(3)每一級輸出的Q路信號和Q路信號的延遲信號分別進行累加判決，經過比較得到累加結果的最大值和最大值對應的信號支路，根據最大值對應的濾波抽取模塊(3)級數確定發射信號當前傳輸的速率檔，將該速率檔和最大值對應的信號支路輸出給解調模塊(5)；解調模塊(5)：從最大值對應的信號支路中提取信號，按照速率估計模塊輸出的速率檔信息對提取的信號進行解調并輸出。2.根據權利要求1所述的一種針對殘留載波調制的多速率檔自適應解調系統，其特征在于：所述速率估計模塊(4)包括N個累加判決器和一個判決比較器，第i個累加判決器對濾波抽取模塊(3)第i級輸出的Q路信號和Q路信號的延遲信號分別進行累加判決，所述第i個累加判決器包括兩個正負循環累加器、累加比較器、乘法器和判決器，其中一個正負循環累加器用于累加濾波抽取模塊(3)第i級輸出的Q路信號，并將累加結果SUM1輸出給累加比較器；另一個正負循環累加器用于累加濾波抽取模塊(3)第i級輸出的Q路信號的延遲信號，并將累加結果SUM2輸出給累加比較器；累加比較器判斷SUM1和SUM2的大小，將SUM1和SUM2中的最小值SUM_min輸出給乘法器，將SUM1和SUM2中的最大值SUM_max以及SUM_max對應的信號支路輸出給判決器；乘法器將SUM_min乘以系數k后輸出給判決器，其中1＜k＜2；判決器比較k×SUM_min與SUM_max的大小，如果SUM_max>k×SUM_min，則輸出SUM_max以及SUM_max對應的信號支路給判決比較器，否則，不輸出；判決比較器對各個累加判決器輸出的結果進行比較，得到累加結果的最大值和最大...

【專利技術屬性】
技術研發人員：董超，王詩力，田嘉，王大慶，翟繼強，
申請(專利權)人：西安空間無線電技術研究所，
類型：發明
國別省市：陜西;61