OQPSK信号符号与载波相位联合同步技术

王晓亚，王晓天

（1.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050081;2.北重阿尔斯通（北京）电气装备有限公司，北京100040）

0 引言

OQPSK是继QPSK之后发展起来的一种恒包络数字调制技术，它是针对QPSK的一种改进形式，OQPSK与QPSK的不同之处是:它的正交支路码元与同相支路码元在时间上偏移了一个比特间隔（即半个符号周期Ts=2Tb）。OQPSK信号在每隔Tb时间，其信号载波相位只可能发生的相位变化，不会发生相位的突变现象，因此限带的OQPSK信号的包络起伏小。限带OQPSK信号包络的最大值与最小值之比约为，该信号经过非线性功放后，不会引起功率谱旁瓣有大的增生，因此该信号在实际系统中的应用很广泛。

在非协作通信系统中，接收方不能获得全部或者部分接收信号参数，或者所获得的信号参数非常粗糙，系统给出OQPSK解调算法的文献很少。此外OQPSK信号信号在最佳采样点的相位受滚降系数和码元序列影响而不确定[1]，解调过程中位定时提取算法对相位偏移十分敏感，当存在相位偏移时，位定时算法性能大大恶化甚至失效[2]，这些给OQPSK信号的解调器实现带来了困难。该设计采用了位定时与载波相位联合同步的算法实现了OQPSK信号的相干解调，解决了这些问题。

1 系统的数学模型

信号经过加性高斯白噪声信道后，接收端收到的OQPSK调制信号为:

式中，ai和bi是发送的信息符号，在OQPSK调制中，它们都取±1，而且统计独立，取每个值的概率相同。g（t）是发送成型函数，n（t）表示加性高斯白噪声，其双边带功率谱密度为，T为符号间隔，v为载波频偏，θ为初始相偏。

在非协作通信中，盲接收机不可能利用数据中的辅助信息。只有从接收数据中提取位定时信息和载波相位同步信息。

2 位同步与载波相位联合同步方法

载波相位同步算法和时钟同步算法是全数字解调器的关键部分，图1给出了位同步与载波相位的联合同步算法的实现框图。

图1 联合同步算法框图

下面对载波相位和位同步的方法逐一分析。

2.1 载波相位同步方法

接收机收到信号后进行带通滤波、下变频和低通滤波后，得到的信号表示为复数形式为:

式中，I（k）和Q（k）分别表示同相分量和正交分量。

载波环路设计为基于判决反馈的环路结构，如图2所示。

图2 载波相位跟踪环路框图

载波相位的估计值θ等于前一个的相位估计值θ（k）与误差信号的和，即:

误差信号e（k）的求取公式为:

ak和bk为判决输出:

2.2 位同步方法

位同步方法采用非数据辅助算法，根据OQPSK产生的原理对Gardner算法进行修改，误差检测算法改为:

式中，I′（k）和Q′（k+1/2）表示对信号求导，这里用数字差分的方法表示求导，则误差检测算法为:

内插滤波器完成了时变插值和抽取的功能，从而可以用内插滤波器来实现符号同步。模型中发送的线性调制信号符号周期为T，采样率为Ts，t=kTi表示在kTi时刻重新采样，采样周期为Ti。在全数字接收机中，由于Ts的定时来源于独立的本地振荡时钟，所以T/Ts的值通常是无理数。把采样值输入插值器，输出的抽样值表示为y（kTi），它是以Ti为周期的函数，因Ti与T是同步的，所以应有Ti=T/k，k是一小整数。然后，数据滤波器根据k值降抽样恢复出原始数据。即:

位同步的结构框图如图3所示。

图3 位同步跟踪环路框图

3 仿真试验

试验中选择使用符号速率为10kHz的OQPSK调制信号，采样率设置为40kHz，载波频率偏差为符号速率的2%，加入噪声为经过滤波后窄带白噪声，噪声带宽与信号带宽相同，这里设置为15kHz。统计后得到的信噪比与误码率的关系如图4所示。

图4 OQPSK信号解调性能曲线

从仿真结果可以看出，使用位同步与载波相位联合同步算法的解调结果与理论值非常接近，完全可以做为工程应用的方法。

4 结束语

研究了利用位同步与载波相位联合同步算法实现的OQPSK全数字解调器。根据系统性能要求设计了合理的解调器系统结构，并在对已有同步技术的大量研究和比较的基础上实现了适合的载波频偏估计、载波相位同步和时钟同步的数字化算法，最终达到了盲接收机对OQPSK全数字解调器的频偏捕获范围、频率漂移速率、时钟偏差和输入信号Eb/N0、载波同步时间和误码率性能等主要性能的要求。实验结果表明，使用的位同步与载波相位联合同步的方法可以完成对OQPSK的相干解调，大大提高了解调的性能。

[1]曹志刚.现代通信原理[M].北京:清华大学出版社，1992.

[2]张贤达，保铮.通信信号处理[M].北京:国防工业出版社，2000.

[3]樊昌信.通信原理[M].北京:国防工业出版社，1995.

[4]张华冲，王晓亚.适用于QAM信号的载波同步与均衡实现[J].无线电工程，2010，40（5）:27-42.

[5]刘炯，苟彦新.OQPSK与OSPSK解调中实现对信号的检错与纠错[J].无线电通信技术，2001，27（3）:13-17.