專利名稱：非靜止軌道衛(wèi)星dqpsk通信的相干解調(diào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字通信領(lǐng)域，特別涉及一種非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK(差分正交相移鍵控)通信的相干解調(diào)裝置。
背景技術(shù)：
目前，數(shù)字通信以其性能優(yōu)異、處理方便等特點已廣泛應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)中，例如衛(wèi)星通信。數(shù)字通信中可以使用多種調(diào)制方式，其中MPSK(多相鍵控)以其良好的頻譜利用率和抗噪性能得到了廣泛重視。多相鍵控是利用載波的多種不同相位來表征數(shù)字信息的調(diào)制方式，多相鍵控又可以分為絕對相移鍵控和差分相移鍵控。絕對相移鍵控使用當前碼元的相位信息來表征數(shù)字信息，而差分相移鍵控則是利用前后碼元的相對相位變化來表示數(shù)
子fe息。QPSK(正交相移鍵控)和DQPSK都屬于多相鍵控調(diào)制方式，都是使用四種不同的相位來表征數(shù)字信息，其中QPSK屬于絕對相移鍵控，而DQPSK則屬于差分相移鍵控。QPSK/ DQPSK具有較好的頻譜利用率和抗噪聲性能，已經(jīng)在衛(wèi)星通信中得到了廣泛應(yīng)用。多相鍵控的解調(diào)方式分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種，相干解調(diào)的性能要優(yōu)于非相干解調(diào)。但相干解調(diào)需要本地恢復相干載波，非相干解調(diào)則不需要對載波相位的跟蹤。一般情況下，DQPSK采用非相干解調(diào)的方式，DQPSK若采用一般的相干解調(diào)方式實現(xiàn)，則收發(fā)信機都較QPSK復雜、性能還較QPSK差，不能發(fā)揮DQPSK采用非相干解調(diào)方式接收機簡單的優(yōu)勢。對于非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK通信，由于衛(wèi)星對地高速運動，會造成接收信號存在大范圍變化的多普勒頻移，這將導致通信接信機的性能惡化，甚至直接導致通信失敗。因此，對于像非靜止軌道衛(wèi)星這種存在大范圍變化的多普勒頻移的惡劣信道環(huán)境，傳統(tǒng)接收機實現(xiàn)DQPSK通信，不論是相干或者非相干方式，都需要對信號的多普勒頻移進行處理， 往往都需要復雜的頻率校正裝置?；蛘?，也可使用載波頻移牽引裝置(如現(xiàn)有技術(shù)中常常使用FFT載波頻移引導、頻率鎖定環(huán)路等)。然而，這種裝置不但結(jié)構(gòu)和處理復雜，還需要使用復雜的機制、花費較長的時間用于實現(xiàn)同步或者各裝置之間的配合工作，使接收機的實現(xiàn)較復雜、同步時間長。所以，如何處理非靜止軌道衛(wèi)星通信中的多普勒頻移，成為研制通信收發(fā)信機時的一項重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK通信的相干解調(diào)裝置，能夠以簡單的信號處理和結(jié)構(gòu)消除多普勒頻移。本發(fā)明提供一種非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK通信的相干解調(diào)裝置，用于對接收天線和射頻系統(tǒng)輸出的初始信號進行DQPSK相干解調(diào)，恢復發(fā)射端調(diào)制前的數(shù)據(jù)信息，其包括下變頻器、低通濾波器、旋轉(zhuǎn)解差分器、位同步器、相位跟蹤器、以及判決器，所述下變頻器用于將所述初始信號的頻譜向零頻方向搬移，該下變頻器包括本地載波發(fā)生器和乘法器，所述本地載波發(fā)生器根據(jù)所述相位跟蹤器輸出的跟蹤相位信息，產(chǎn)生相應(yīng)的本地正交載波， 所述乘法器將所述本地正交載波與所述初始信號相乘，輸出下變頻信號，所述低通濾波器對所述下變頻信號進行低通濾波，濾除高頻分量，輸出低通濾波信號，所述旋轉(zhuǎn)解差分器對所述低通濾波信號進行旋轉(zhuǎn)解差分操作，輸出旋轉(zhuǎn)解差分信號，所述位同步器對所述旋轉(zhuǎn)解差分信號提取位同步信息，并根據(jù)位同步信息輸出位同步信號，所述相位跟蹤器接收所述位同步信號，獲取所述位同步信號的相位，并輸出跟蹤相位信息給所述本地載波發(fā)生器， 所述判決器接收所述位同步信號，輸出判決比特信息，恢復得到發(fā)射端調(diào)制前的數(shù)據(jù)信息。在非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK通信的相干解調(diào)裝置中，優(yōu)選所述旋轉(zhuǎn)解差分器將所述低通濾波信號旋轉(zhuǎn)正或負45度，并延遲一個碼元周期，再取共軛信號，將該共軛信號與所述低通濾波信號復數(shù)相乘。在非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK通信的相干解調(diào)裝置中，優(yōu)選所述低通濾波器包括多個級聯(lián)的濾波器。在非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK通信的相干解調(diào)裝置中，優(yōu)選所述相位跟蹤器通過數(shù)字鑒相方式獲取所述位同步信號的相位誤差信息，并進行數(shù)字低通濾波，輸出所述跟蹤相位信息。在非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK通信的相干解調(diào)裝置中，優(yōu)選所述跟蹤相位信息的初值設(shè)為0。與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)本發(fā)明的非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK通信的相干解調(diào)裝置，在位同步和載波同步之前，通過旋轉(zhuǎn)解差分處理消除了多普勒頻移，減輕了非靜止軌道衛(wèi)星通信中大多普勒頻移對位同步和載波同步的壓力，在大多普勒頻移動態(tài)范圍的惡劣信道環(huán)境下，不使用載波頻移牽引裝置而直接進入位同步和鎖相環(huán)路處理，完成DQPSK相干解調(diào)。


圖1為本發(fā)明的非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK通信的相干解調(diào)裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的作進一步的詳細說明。本發(fā)明的核心思想是在初始信號經(jīng)下變頻和低通濾波之后，位同步和載波同步之前，就通過旋轉(zhuǎn)解差分處理消除了多普勒頻移，減輕了非靜止軌道衛(wèi)星通信中多普勒頻移對位同步和載波同步的壓力，在大多普勒頻移的惡劣信道環(huán)境下，不使用載波頻移牽引裝置而直接進入位同步和鎖相環(huán)路處理。圖1是本發(fā)明的非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK通信的相干解調(diào)裝置10的結(jié)構(gòu)框圖。在圖ι中，非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK通信的相干解調(diào)裝置10包括下變頻器11、低通濾波器12、 旋轉(zhuǎn)解差分器13、位同步器14、相位跟蹤器15、以及判決器16。下變頻器11用于將初始信號SO的頻譜向零頻方向搬移，該下變頻器11包括本地載波發(fā)生器和乘法器。本地載波發(fā)生器可以根據(jù)相位跟蹤器15輸出的跟蹤相位信息F0， 產(chǎn)生相應(yīng)的本地正交載波。乘法器將該本地正交載波與初始信號SO相乘，輸出下變頻信號 Si。低通濾波器12對下變頻信號Sl進行低通濾波，濾除高頻分量，輸出低通濾波信號S2。旋轉(zhuǎn)解差分器13對低通濾波信號S2進行旋轉(zhuǎn)解差分操作，輸出旋轉(zhuǎn)解差分信號S3。位同步器14對旋轉(zhuǎn)解差分信號S3提取位同步信息，并根據(jù)位同步信息輸出位同步信號S4。相位跟蹤器15接收位同步信號S4,獲取位同步信號S4的相位，并輸出跟蹤相位信息FO給下變頻器11中的本地載波發(fā)生器。判決器16接收位同步信號S4，輸出判決比特信息S5，恢復得到發(fā)射端調(diào)制前的數(shù)據(jù)信息。這里，低通濾波器12可以包括多個級聯(lián)的濾波器，例如CIC (級聯(lián)積分梳狀)低通濾波器和低通匹配濾波器。下面，具體說明非靜止軌道衛(wèi)星DQPI通信的相干解調(diào)裝置10的工作流程。首先，設(shè)定跟蹤相位信息FO的初值。這里，以初值設(shè)為0作為示例。接下來，下變頻器11將初始信號SO的頻譜向零頻方向搬移。具體而言，下變頻器 11中的本地載波發(fā)生器根據(jù)跟蹤相位信息FO的值，生成本地正交載波。通過下變頻器11 中的乘法器，實現(xiàn)本地正交載波序列與初始信號序列相乘，輸出數(shù)字序列，該數(shù)字序列即為下變頻信號Si。然后，低通濾波器12對下變頻信號Sl進行低通濾波，輸出低通濾波信號S2，記為 S2(k) = Ik+jA。接著，旋轉(zhuǎn)解差分器13對低通濾波信號S2進行旋轉(zhuǎn)解差分操作。具體而言，將低通濾波信號S2旋轉(zhuǎn)正45度或負45度，并延遲一個碼元，輸出序列S20。這里以負45度為
例，輸出序列S20記為S2G(” =幻々。對該輸出序列S20進行取共軛操作，得到共
軛信號S21，記為Χ21(” = [^2(^_: >Γ巧]*。通過乘法器將低通濾波信號S2與共軛信號
S21進行復數(shù)相乘，通過上述操作可將載波多普勒頻移消除，只剩下殘余相位偏移。之后，在位同步器14中，使用位同步算法，對上一步的輸出信號進行位同步。位同步算法應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實際要求，例如系統(tǒng)的處理能力要求、同步性能要求、系統(tǒng)的采樣率、 以及符號速率的關(guān)系等約束來選擇相應(yīng)的位算法。常用的位同步算法包括早遲門位同步、 Muller-Muller位同步、Gardner位同步算法、以及其他修改算法等。然后，在相位跟蹤器15中，經(jīng)位同步的信號送入鎖相環(huán)路，進行數(shù)字鎖相，并更新跟蹤相位信息FO的值，送至本地載波發(fā)生器。常用鎖相環(huán)路的基本結(jié)構(gòu)包括鑒相器、環(huán)路濾波器、以及壓控振蕩器。這里，優(yōu)選通過數(shù)字鑒相方式獲取位同步信號的相位誤差信息， 并進行數(shù)字低通濾波，輸出跟蹤相位信息F0。此外，將位同步的信號送入判決器16，進行極性判決輸出，恢復得到發(fā)射端調(diào)制前的數(shù)據(jù)信息。此外，若發(fā)射信號經(jīng)過編碼處理，則還應(yīng)進行譯碼處理。本發(fā)明與以前的非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK解調(diào)裝置相比具有以下特點第一，本發(fā)明在接收信號下變頻和低通濾波之后，位同步和載波同步之前，進行了旋轉(zhuǎn)解差分的處理，解差分編碼的同時消除了多普勒頻移，減輕了非靜止軌道衛(wèi)星通信中多普勒頻移對位同步和載波同步的壓力，提高了位同步和載波同步的穩(wěn)定性。第二，在非靜止軌道衛(wèi)星通信大多普勒動態(tài)范圍條件下，可以不使用頻率牽引或鎖頻環(huán)路、鎖相環(huán)路互相配合的復雜結(jié)構(gòu)，簡化了接收機結(jié)構(gòu)，節(jié)省了硬件資源。此外，還省去了各裝置互相配合工作的時間，降低了系統(tǒng)同步時間開銷。第三，使用鎖相技術(shù)實現(xiàn)了相干解調(diào)，保證了系統(tǒng)良好的誤碼性能。
總之，采用本發(fā)明提供的裝置實現(xiàn)非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK解調(diào)，不僅結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)，而且接收機性能優(yōu)良。裝置構(gòu)成簡單，開發(fā)技術(shù)風險小。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK通信的相干解調(diào)裝置，用于對接收天線和射頻系統(tǒng)輸出的初始信號進行DQPSK相干解調(diào)，恢復發(fā)射端調(diào)制前的數(shù)據(jù)信息，其特征在于，包括下變頻器、低通濾波器、旋轉(zhuǎn)解差分器、位同步器、相位跟蹤器、以及判決器，所述下變頻器用于將所述初始信號的頻譜向零頻方向搬移，該下變頻器包括本地載波發(fā)生器和乘法器，所述本地載波發(fā)生器根據(jù)所述相位跟蹤器輸出的跟蹤相位信息，產(chǎn)生相應(yīng)的本地正交載波，所述乘法器將所述本地正交載波與所述初始信號相乘，輸出下變頻信號，所述低通濾波器對所述下變頻信號進行低通濾波，濾除高頻分量，輸出低通濾波信號，所述旋轉(zhuǎn)解差分器對所述低通濾波信號進行旋轉(zhuǎn)解差分操作，輸出旋轉(zhuǎn)解差分信號，所述位同步器對所述旋轉(zhuǎn)解差分信號提取位同步信息，并根據(jù)位同步信息輸出位同步信號，所述相位跟蹤器接收所述位同步信號，獲取所述位同步信號的相位，并輸出跟蹤相位信息給所述本地載波發(fā)生器，所述判決器接收所述位同步信號，輸出判決比特信息，恢復得到發(fā)射端調(diào)制前的數(shù)據(jù) fn息ο
2.如權(quán)利要求1所述的非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK通信的相干解調(diào)裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)解差分器將所述低通濾波信號旋轉(zhuǎn)正或負45度，并延遲一個碼元周期，再取共軛信號，將該共軛信號與所述低通濾波信號復數(shù)相乘。
3.如權(quán)利要求1所述的非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK通信的相干解調(diào)裝置，其特征在于，所述低通濾波器包括多個級聯(lián)的濾波器。
4.如權(quán)利要求1所述的非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK通信的相干解調(diào)裝置，其特征在于，所述相位跟蹤器通過數(shù)字鑒相方式獲取所述位同步信號的相位誤差信息，并進行數(shù)字低通濾波，輸出所述跟蹤相位信息。
5.如權(quán)利要求1所述的非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK通信的相干解調(diào)裝置，其特征在于，所述跟蹤相位信息的初值設(shè)為0。
全文摘要
本發(fā)明公開一種非靜止軌道衛(wèi)星DQPSK通信的相干解調(diào)裝置。該裝置對接收天線和射頻系統(tǒng)輸出的初始信號進行下變頻和低通濾波處理，然后通過旋轉(zhuǎn)解差分操作來消除多普勒頻移。在完成解差分處理后，將信號送入位同步環(huán)路完成比特位同步，再送入鎖相環(huán)進行載波相位跟蹤，實現(xiàn)相干解調(diào)。
文檔編號H04L27/227GK102316058SQ20111006687
公開日2012年1月11日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者丁晟, 劉會杰, 姜泉江, 朱孝武, 梁廣, 池方玉, 陳曉挺 申請人:中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所