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[摘 要]载波恢复技术是无线电射频（RF）通信中相干解调接收机不可缺少的关键技术之一。载波恢复算法及其优劣直接决定着接收机的性能。本文结合高速卫星通信应用，首先对基于最大后验概率估计准则载波恢复环的结构模型进行了仔细研究，然后对所采用的载波相位误差检测算法的特性进行了深入地分析，最后对载波恢复系统中尤其重要的环路鉴相特性进行了计算机仿真，给出了环路性能试验分析。结果表明，在低信噪比的情况下，这种载波恢复环路及其误差检测算法特别适合于高速卫星通信应用环境下的QPSK系统。
[关键词]相干解调；载波恢复；相位误差检测；QPSK解调
中图分类号：TN81.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）04-0306-02
1 引言
卫星和以卫星为基础的通信系统自1965年开始实用以来已经有了显著的发展。因其具有覆盖地域广、通信距离远、通信容量大、传输质量好等特点，已成为现代信息社会的一种重要通信手段[1]。解调器是卫星通信地球站不可缺少的一个重要组成部分，解调器性能的好坏对整个接受系统的性能有着决定性的影响。载波恢复是相干解调的关键技术环节。相干解调中，首先要在接受端恢复相干载波，这个相干载波应与发送载波在频率上同频，在相位上保持同步的关系。载波恢复就是要实现这一过程，它是相干解调的先决条件[2]。
2 载波相位误差检测算法
载波恢复主要包括载波相位误差检测、载波恢复环路滤波器以及VCO[3]。载波相位误差检测能够检测出发端所发送的QPSK调制信号载波相位与本地VCO产生的相干载波相位之间的误差，载波恢复环路滤波器则对此误差信号进行滤波，VCO在滤波后的误差信号控制下输出与发端载波同频同相的相干载波。本论文采用的载波恢复环路是基于最大后验概率估计的判决反馈环[4]。算法的原理如图1所示。
输入信号是中频信号，频率为140MHz，符号速率为2-45Mbaud可变[5]。I-Q解调包括一对匹配的混频器及π/2移相电路，输入中频经I-Q解调、匹配滤波得到I、Q两路基带信号。、分别为其对应的硬判决。判决的过程为：首先根据匹配滤波器输出的、信号得到一个值为的相角。然后将这个相角与MPSK信号的每一个调制角度（）相比较，从中选出一个与其最接近的角度作为所发送符号对应的调制相位的估值。则和即为其对应的同相和正交分量、。这样得到的发端所发送符号对应的调制相位估值是其最大后验概率估计。
图3和图4所示分别为QPSK及8PSK信号在不同信噪比情况下，利用MATLAB编程语言实现对环路模型仿真得到的鉴相特性与理论计算得到的鉴相特性对比图。
由这图3和图4可以看出，信噪比越高，鉴相特性曲线的线性范围越大，仿真结果与理论计算结果吻合得越好。这主要是因为信噪比的降低会造成判决误差的增大，从而环路的鉴相特性也就受到影响。此外，从图中还可看出，鉴相特性具有的周期性，这表明仿真结果与理论分析是一致的。
5 结束語
卫星通信的诸多特点使其在现代通信中已占有举足轻重的地位，且随着人类对信息资源需求的不断增加，卫星通信的业务量将会成倍增长。解调是卫星通信地球站进行信号接收与处理的前提，解调器性能的好坏对整个接收系统有着决定性的影响。
本文对卫星通信用高速解调器中载波恢复环路进行分析，首先给出了载波恢复环的结构形式及所采用的算法；然后对其原理、环路的鉴相增益特性等环路的主要性能指标进行了认真分析与研究。最后结合MATLAB仿真，得到的鉴相特性与利用理论公式计算得到的鉴相特性对比图。
参考文献
[1] 吕海寰等.卫星通信系统[M].北京：人民邮电出版社，1996，2-7.
[2] 闻英有，王光兴，等.卫星综合信息网的管理体系及管理星簇生成算法[J].东北大学学报（自然科学版），2003，24（7）：651-654.
[3] L. E. Franks.Carrier and Bit Synchronization in Data Communication-A Tutorial Review[J].IEEE Transactions on Communications，1980，28（8）：1107-1120.
[4] William Osborne，Brian Kopp.An Analysis of Carrier Phase Jitter in an M-PSK Receiver Utilizing MAP Estimation[J].IEEE Transactions on Communications，1993，7：465-470.
[5] Riccardo De Gaudenzi.Analysis of an All-Digital Maximum Likelihood Carrier Phase and Clock Timing Synchronizer for Eight Phase-Shift Keying Modulation[J].IEEE Transactions on Communications，1994，42（2/3/4）：773-782.
[6] M. K. Simon.Further Results on Optimum Receiver Structures for Digital Phase and Amplitude Modulated Signals[J].ICC，1978，42（1）：1-7.
[7] 陈洪.关于航天测控飞机卫星移动通信调制解调技术的分析研究[J].军事通信技术，2000，21（4）：35-41.
[8] Riccardo De Gaudenzi，Tobias Garde，Vieri Vanghi.Performance Analysis of Decision-Directed Maximum-Likelihood Phase Estimators for M-PSK Modulated Signals[J].IEEE Transactions on Communications，1995，43（12）：3090-3100.
[9] 王华.卫星通信编码调制技术研究[D].北京：北京理工大学博士学位论文，1999，8-44.
作者简介
韩文峰、女、1978年3月20日，1999年毕业于中国民航大学、通信工程专业。任职于民航东北地区空中交通管理局通信网络中心主任工程师。
[关键词]相干解调；载波恢复；相位误差检测；QPSK解调
中图分类号：TN81.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）04-0306-02
1 引言
卫星和以卫星为基础的通信系统自1965年开始实用以来已经有了显著的发展。因其具有覆盖地域广、通信距离远、通信容量大、传输质量好等特点，已成为现代信息社会的一种重要通信手段[1]。解调器是卫星通信地球站不可缺少的一个重要组成部分，解调器性能的好坏对整个接受系统的性能有着决定性的影响。载波恢复是相干解调的关键技术环节。相干解调中，首先要在接受端恢复相干载波，这个相干载波应与发送载波在频率上同频，在相位上保持同步的关系。载波恢复就是要实现这一过程，它是相干解调的先决条件[2]。
2 载波相位误差检测算法
载波恢复主要包括载波相位误差检测、载波恢复环路滤波器以及VCO[3]。载波相位误差检测能够检测出发端所发送的QPSK调制信号载波相位与本地VCO产生的相干载波相位之间的误差，载波恢复环路滤波器则对此误差信号进行滤波，VCO在滤波后的误差信号控制下输出与发端载波同频同相的相干载波。本论文采用的载波恢复环路是基于最大后验概率估计的判决反馈环[4]。算法的原理如图1所示。
输入信号是中频信号，频率为140MHz，符号速率为2-45Mbaud可变[5]。I-Q解调包括一对匹配的混频器及π/2移相电路，输入中频经I-Q解调、匹配滤波得到I、Q两路基带信号。、分别为其对应的硬判决。判决的过程为：首先根据匹配滤波器输出的、信号得到一个值为的相角。然后将这个相角与MPSK信号的每一个调制角度（）相比较，从中选出一个与其最接近的角度作为所发送符号对应的调制相位的估值。则和即为其对应的同相和正交分量、。这样得到的发端所发送符号对应的调制相位估值是其最大后验概率估计。
图3和图4所示分别为QPSK及8PSK信号在不同信噪比情况下，利用MATLAB编程语言实现对环路模型仿真得到的鉴相特性与理论计算得到的鉴相特性对比图。
由这图3和图4可以看出，信噪比越高，鉴相特性曲线的线性范围越大，仿真结果与理论计算结果吻合得越好。这主要是因为信噪比的降低会造成判决误差的增大，从而环路的鉴相特性也就受到影响。此外，从图中还可看出，鉴相特性具有的周期性，这表明仿真结果与理论分析是一致的。
5 结束語
卫星通信的诸多特点使其在现代通信中已占有举足轻重的地位，且随着人类对信息资源需求的不断增加，卫星通信的业务量将会成倍增长。解调是卫星通信地球站进行信号接收与处理的前提，解调器性能的好坏对整个接收系统有着决定性的影响。
本文对卫星通信用高速解调器中载波恢复环路进行分析，首先给出了载波恢复环的结构形式及所采用的算法；然后对其原理、环路的鉴相增益特性等环路的主要性能指标进行了认真分析与研究。最后结合MATLAB仿真，得到的鉴相特性与利用理论公式计算得到的鉴相特性对比图。
参考文献
[1] 吕海寰等.卫星通信系统[M].北京：人民邮电出版社，1996，2-7.
[2] 闻英有，王光兴，等.卫星综合信息网的管理体系及管理星簇生成算法[J].东北大学学报（自然科学版），2003，24（7）：651-654.
[3] L. E. Franks.Carrier and Bit Synchronization in Data Communication-A Tutorial Review[J].IEEE Transactions on Communications，1980，28（8）：1107-1120.
[4] William Osborne，Brian Kopp.An Analysis of Carrier Phase Jitter in an M-PSK Receiver Utilizing MAP Estimation[J].IEEE Transactions on Communications，1993，7：465-470.
[5] Riccardo De Gaudenzi.Analysis of an All-Digital Maximum Likelihood Carrier Phase and Clock Timing Synchronizer for Eight Phase-Shift Keying Modulation[J].IEEE Transactions on Communications，1994，42（2/3/4）：773-782.
[6] M. K. Simon.Further Results on Optimum Receiver Structures for Digital Phase and Amplitude Modulated Signals[J].ICC，1978，42（1）：1-7.
[7] 陈洪.关于航天测控飞机卫星移动通信调制解调技术的分析研究[J].军事通信技术，2000，21（4）：35-41.
[8] Riccardo De Gaudenzi，Tobias Garde，Vieri Vanghi.Performance Analysis of Decision-Directed Maximum-Likelihood Phase Estimators for M-PSK Modulated Signals[J].IEEE Transactions on Communications，1995，43（12）：3090-3100.
[9] 王华.卫星通信编码调制技术研究[D].北京：北京理工大学博士学位论文，1999，8-44.
作者简介
韩文峰、女、1978年3月20日，1999年毕业于中国民航大学、通信工程专业。任职于民航东北地区空中交通管理局通信网络中心主任工程师。