适应VDE多调制体制的频率同步系统技术方案

本发明专利技术提供了一种适应VDE多调制体制的频率同步系统，包括频率相关同步模块及AFC模块，所述频率相关同步模块用于对接收信号进行频率的粗同步、细同步及精细同步，所述AFC模块包括串联的两级AFC环，其中，一级AFC环用于对所述频率相关模块的输出信号进行快速同步处理，二级AFC环用于对所述频率相关模块的输出信号进行频偏的精准跟踪补偿。本发明专利技术能在未知调制体制场景下，利用频率相关同步模块进行频偏的三步估计，利用两级AFC环精确估计出接收信号的残余频偏并进行跟踪补偿，为后端的信号解调提供精确的频率同步，对VDE岸基、天基目标信号的接收具有重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
适应VDE多调制体制的频率同步系统
本专利技术涉及海事通信
，特别涉及一种适应VDE多调制体制的频率同步系统。
技术介绍
可靠的海事通信是满足船舶正常航行和运营、保障海上航行安全的重要手段。在海事通信发展过程中，自动控制系统(AIS)发挥了举足轻重的作用。随着AIS用户数量不断增加，AIS系统在VHF频段的高链路负载可能导致信息阻塞、信息丢失等严重问题，为此国际航标组织(IALA)提出了VDE(VHFDataExchange)的概念，包含岸基与天基(卫星)两大系统，以满足近海和远海船舶的不同需求，提供高速可靠、全球覆盖的数据传输，全面提升海上通信和信息服务能力。VDE通信中，岸基与船舶、卫星与船舶间的相对高速运动带来的多普勒偏移等因素使得接收信号相对于发射信号有频率偏移，导致信号无法正确判决。载波频率同步将接收信号恢复到最接近发送信号的波形状态，以提高解调正确率。同时，VDE海上链路存在的传播损耗，包括自由空间传播损耗、海面空气吸收损耗、海面反射损耗，以及VDE卫星链路面临的通信距离远、损耗大等，可能导致接收信号具有较低的信噪比。进一步地，VDE接收信号为突发信号，发射端根据当前信道质量将选择使用不同的调制方式以达到更高的传输效率，突发数据帧的调制体制对于接收端来说是未知的，频率同步的方法必须具有通用性。VDE系统的调制方式包括pi/4QPSK、8PSK和16QAM，其中16QAM对频偏最为敏感。因此，设计出适用于VDE系统特点的频率同步方法显得尤为重要。VDE采用了在发射信号中插入特殊的同步码的方式用于接收机同步。相关检测是一种利用比较接收信号与本地同步码的相关性从而实现信号同步的方式，具有简单、高效等特点。自动频率跟踪环(AFC)由于具有复杂度低，可以实现频率的实时估计等优点，被广泛地应用于载波频率跟踪，其中低信噪比情况下的最佳AFC环实现方式是科斯塔斯(Costas)环和平方环，这两种环路具有相同的效率，但Costas环利用乘法器和滤波器代替平方环的平方器，环路的电路制作和调试更为简单，因此Costas环应用更为广泛。由于VDE属于突发系统，接收信号调制体制对接收端来说是未知的。采用了自适应调制体制，设备根据信道质量尽可能选择高阶调制传输数据，高阶调制对频偏更为敏感；且船与岸基、卫星间的相对移动引入较大频偏，链路损耗较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适应VDE多调制体制的频率同步系统，以解决现有的VDE接收系统在未知突发信号调制方式时的频率同步问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种适应VDE多调制体制的频率同步系统，包括频率相关同步模块及AFC模块，所述频率相关同步模块用于对接收信号进行频率的粗同步、细同步及精细同步，所述AFC模块包括串联的两级AFC环，其中，一级AFC环用于对所述频率相关同步模块的输出信号进行快速同步处理，二级AFC环用于对所述频率相关同步模块的输出信号进行频偏的精准跟踪补偿。较佳地，所述频率相关同步模块包括依次串接的粗同步模块、细同步模块及精细同步模块，分别用于将所述接收信号进行信号频偏的粗同步、细同步及精细同步处理。较佳地，所述AFC环包括依次单向环形串接的混频器、低通滤波器、判决器、鉴相器、环路滤波器、相位控制器及压控震荡器，混频器将输入信号与压控震荡器的输出信号进行相乘得到混频信号，所述混频信号经所述低通滤波器进行低通滤波后输入所述判决器进行判真处理，再通过所述鉴相器进行相位误差方向估计，经所述环路滤波器和相位控制器后得到更新的频率控制字以调整所述压控振荡器的输出频率，实现对输入信号的频率补偿；其中，所述频率相关同步模块的输出信号输入至所述一级AFC环的混频器以与所述一级AFC环的压控震荡器的输出进行相乘，所述一级AFC环的环路滤波器输出端与所述二级AFC环的环路滤波器输入端连接，所述二级AFC环的低通滤波器输出得到精准跟踪补偿的信号。较佳地，所述一级AFC环的输入信号经数据延迟模块处理后输入所述二级AFC环的混频器。较佳地，所述判决器设有先验条件：所述判决器的输出信号在进入所述鉴相器前信号采样点需满足：式中，α＝0.618，QK为混频器的输入信号与NCO产生的同相载波信号相乘并通过低通滤波器的信号，IK为混频器的输入信号与NCO产生的正交载波信号相乘并通过低通滤波器的信号。较佳地，所述鉴相器使用通用型Costas环进行相乘鉴相，通过符号鉴相的方式得到相位误差的方向信号(+1，-1)，并将该方向信号输出至所述环路滤波器。较佳地，所述环路滤波器为所述Costas环建立反馈环路，当所述鉴相器的结果为正时，所述环路滤波器输入+1；当所述鉴相器结果为负时，所述环路滤波器输入-1。较佳地，所述环路滤波器为二阶环路滤波器，其中，所述一级AFC环的环路滤波器的系数大于二级AFC环环路滤波器系数。较佳地，所述相位控制器将来自所述环路滤波器的相位误差信号的值与原累加值进行累加求和生成频率控制字。较佳地，所述压控振荡器根据所述频率控制字控制其输出信号的频率和相位，以实现对接收信号的频率补偿。本专利技术由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术提供了一种可应用于VDE多调制体制的频率同步系统，通过采用快速高效的频率相关同步方法首先实现频率偏移的粗，细、精细同步；再采用改进型的两级Costas环分别实现残余频偏的快速同步和精准跟踪补偿，该Costas环适应了VDE所有的三种调制方式，包括pi/4QPSK、8PSK、16QAM，使得接收机能够在未知调制方式情况下实现精准的频率同步从而正确解调出原始的突发帧数据。附图说明图1为本专利技术优选实施例的系统组成示意图；图2为本专利技术通用型Costas环组成框图；图3是VDE中16QAM调制的星座图；图4是本专利技术的Costas环的环路滤波器的组成框图；图5A是应用例8PSK调制信号频率同步仿真一级AFC环输入信号星座图；图5B是应用例8PSK调制信号频率同步仿真一级AFC环输出信号星座图；图5C是应用例8PSK调制信号频率同步仿真二级AFC环输出信号星座图；图6A是应用例16QAM调制信号频率同步仿真一级AFC环输入信号星座图；图6B是应用例16QAM调制信号频率同步仿真一级AFC环输出信号星座图；图6C是应用例16QAM调制信号频率同步仿真二级AFC环输出信号星座图。具体实施方式以下将结合本专利技术的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本专利技术的一部分实例，并不是全部的实例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。为了便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本专利技术实施例的限定。如图1所示，本实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适应VDE多调制体制的频率同步系统，其特征在于，包括频率相关同步模块及AFC模块，所述频率相关同步模块用于对接收信号进行频率粗同步、细同步及精细同步，所述AFC模块包括串联的两级AFC环，其中，一级AFC环用于对所述频率相关同步模块的输出信号进行快速同步处理，二级AFC环用于对所述频率相关同步模块的输出信号进行频偏的精准跟踪补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种适应VDE多调制体制的频率同步系统，其特征在于，包括频率相关同步模块及AFC模块，所述频率相关同步模块用于对接收信号进行频率粗同步、细同步及精细同步，所述AFC模块包括串联的两级AFC环，其中，一级AFC环用于对所述频率相关同步模块的输出信号进行快速同步处理，二级AFC环用于对所述频率相关同步模块的输出信号进行频偏的精准跟踪补偿。


2.根据权利要求1所述的适应VDE多调制体制的频率同步系统，其特征在于，所述频率相关同步模块包括依次串接的粗同步模块、细同步模块及精细同步模块，分别用于将所述接收信号进行信号频偏的粗同步、细同步及精细同步处理。


3.根据权利要求1所述的适应VDE多调制体制的频率同步系统，其特征在于，所述AFC环包括依次单向环形串接的混频器、低通滤波器、判决器、鉴相器、环路滤波器、相位控制器及压控震荡器，混频器将输入信号与压控震荡器的输出信号进行相乘得到混频信号，所述混频信号经所述低通滤波器进行低通滤波后输入所述判决器进行判真处理，再通过所述鉴相器进行相位误差方向估计，经所述环路滤波器和相位控制器后得到更新的频率控制字以调整所述压控振荡器的输出频率，实现对输入信号的频率补偿；
其中，所述频率相关同步模块的输出信号输入至所述一级AFC环的混频器以与所述一级AFC环的压控震荡器的输出进行相乘，所述一级AFC环的环路滤波器输出端与所述二级AFC环的环路滤波器输入端连接，所述二级AFC环的低通滤波器输出得到精准跟踪补偿的信号。


4.根据权利要求3所述的适应VDE多调制体制的频率同步系统，其特征在于，所述一级AFC环的输入信号经数据延迟模块处理后输入所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣师洁，李惠媛，向前，张喆，吴红军，叶曦，
申请(专利权)人：上海航天电子通讯设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31