CN101515915B - 一种msk与dsss联合解调方法与解调器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无线通信领域，涉及一种MSK(最小频移键控)与DSSS(直接序列扩频)联合解调方法与解调器。该解调器包括相差信息获得模块、匹配滤波器模块、同步信息捕获模块、解调模块和跟踪模块；该解调方法通过①获得相差信息、②对相差信息进行匹配滤波、③进行同步信息的捕获、④解调和⑤跟踪等步骤完成MSK与DSSS联合解调，解调的结果送入上层处理完成通信过程。本发明具有较好的频率补偿能力，解决了传统MSK调制的直扩信号的解扩解调方法需要频偏估计，PN码同步、位同步的提取复杂等问题。本发明不需要载波恢复模块和位定时模块，比现有解调解扩方法简单易行，适用于无线通信系统。
Description
技术领域
本发明属于无线通信领域，涉及一种MSK(最小频移键控)与DSSS(直接序列扩频)联合解调方法与解调器。
背景技术
由于数字通信方式相对与模拟通信方式有着很多优点，如抗干扰能力强，无噪声积累、通信质量高；便于加密处理且保密强度高，数字信号便于直接与计算机接口，形成智能网；有高度的灵活性和通用性，设备便于集成化、微型化，所以在通信应用中数字通信已经逐步取代了模拟通信，成为通信领域的主要方式。
MSK最小移频键控是一种特殊的二进制连续相位频移键控。它克服了一般移频键控信号相位不连续、频偏较大，频谱利用率较低的缺点，已调信号包络恒定，可以在单位频带内实现较高的数据比特速率，特别适合移动通信传输系统。直接序列扩频方式是直接用伪噪声序列对载波进行调制，要传送的数据信息需要经过信道编码后，与伪噪声序列进行模2和生成复合码去调制载波。接受机在收到发射信号后，首先通过伪码同步捕获电路来捕获发送来到伪码精确相位，并由次产生跟发送端的伪码相位完全一致的伪码相位，作为本地解扩信号，以便能够及时恢复出数据信息，完成整个直扩通信系统的信号接收。
中国专利公开号200710069407.X，公开日2008年11月12日，发明名称为采用相轴检测的低功耗MSK非相干数字解调方法和解调器，该申请案公开了一种MSK调制的直扩信号的解扩解调方法，该方法实现复杂，不够灵活。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统最小频移键控(MSK)调制的直扩信号的解扩解调方法需要频偏估计、PN码同步、位同步的提取复杂等问题，提出一种MSK与直接序列扩频(DSSS)联合解调方法。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明的MSK与DSSS联合解调方法，由以下步骤构成：
步骤一、获得相差信息
1)、首先要得到基带信号
将经MSK调制的DSSS数字中频信号正交下变频至基带，得到同相和正交两路基带信号，对同相和正交两路基带信号低通滤波并进行采样率变换，分别得到I、Q两路信号，使得每个chip时间Tc内有N个样值；
2)、获得相位信息
对I，Q两路信号求反正切得到相位信息
(其中n表示第n个样点，Phass(n)∈[-π，π])；
3)、相差信息的获得
Phass_diff_a(n)＝Phass(n-N+2)-Phass(n) (1)
Phass_diff_b(n)＝Phass(n-N+3)-Phass(n+1) (2)
Phass_diff(n)＝Phass_diff_a′(n)+Phass_diff_b′(n)(3)
根据式(1)、(2)求得Phass_diff_a(n)与Phass_diff_b(n)，并判断Phass_diff_a(n)、Phass_diff_b(n)的值，若大于π将其减去2π；若小于-π将其加上2π，若在[-π，π]内则保持不变，使得到的Phass_diff_a′(n)∈[-π，π]、Phass_diff_b′(n)∈[-π，π]成立，根据式(3)运算得到相差Phass_diff(n)；
步骤二、对步骤一中获得的相差信息进行匹配滤波
设扩频比为a∶b，长度为a比特的数字信息有2a种组合，对应2a组不同的b比特长扩频PN码；一组b比特长的扩频PN码与一组a比特长的原始信息一一对应；设计2a组匹配滤波器，每个滤波器有b个抽头，抽头系数分别对应2a组扩频PN码(±1序列)的倒序，则匹配滤波器按
MFRm(n)＝PNm(b)·Phass_diff(n)+PNm(b-1)·Phass_diff(n-N)+L L PNm(1)·Phass_diff(n-b·N)(4)式运算(其中m∈[1，2a]，为a比特长数字信息的十进制表示)，将上步得到的相差信息Phass_diff(n)接入匹配滤波器组，得到2a组匹配滤波的结果MFRm(n)；
步骤三、利用步骤二得到的结果进行同步信息的捕获
设同步头为r组(r为整数)a比特数字信息{α，β，χ…η}(其中α，β，χ…η为十进制表示的a比特长数字信息)，构建i组(i等于同步头r组a比特数字信息中互异的组数)深为r·b·N的双口RAM，将同步头所涉及到对应路匹配滤波的结果MFRm(n)存储到对应的双口RAM中，按
SUM(n)＝MPRα(n)+MPRβ(n-b·N)+MPRχ(n-2·b·N)+…+MPRη(n-r·b·N) (5)式计算SUM(n)，比较SUM(n)与门限值(门限值可以通过仿真或其他方式得到)，若SUM(n)没有超过门限，则继续计算SUM(n)并与门限比较，否则找出SUM(n)、SUM(n+1)、SUM(n+2)、SUM(n+3)中的最大值，记下此点的位置为Popt，即完成同步信息的捕获并找到最佳判别位置Popt；
步骤四、在判别位置Popt+b·N对步骤二得到的结果进行解调
在位置Popt+b·N寻找匹配滤波器输出MFRm(Popt+b·N)m∈[1，2a]的最大值，则最大值路所对应的a比特信息即为解扩解调的输出；
步骤五、对步骤三中得到的最佳判别位置Popt进行跟踪
选取步骤四中最大值路，在位置Popt+b·N-1、Popt+b·N、Popt+b·N+1中判断该路匹配滤波器的输出，选取三个位置中输出最大值的位置作为新的最佳判别位置Popt，并返回步骤四继续解调。
经过上述五个步骤即完成了MSK与DSSS联合解调，解调的结果送入上层处理完成通信过程。
一种MSK与DSSS联合解调器，包括相差信息获得模块、匹配滤波器模块、同步信息捕获模块、解调模块、跟踪模块。其中相差信息获得模块对输入的中频MSK+DSSS信号进行运算得到信号的相差信息，并将相差信息输入到匹配滤波器模块；匹配滤波器模块将相差信息与扩频PN码进行匹配滤波，匹配滤波的结果输入到同步信息捕获模块、解调模块和跟踪模块；同步信息捕获模块对匹配滤波的结果进行运算以捕获同步信息并得到最佳判别位置，同步信息捕获模块得到的最佳判别位置输入到解调模块；解调模块在最佳判别位置上对匹配滤波器的输出进行解调得到解调结果，解调模块的解调结果输入到跟踪模块；跟踪模块根据解调模块和匹配滤波器的输出结果不断修正最佳判别位置，跟踪模块得到的修正过的最佳判别位置输入到解调模块进行解调。
有益效果
1、本发明不需要载波恢复模块和位定时模块，利用MSK的相位特征进行直接序列扩频的解扩，比现有解调解扩方法简单易行，硬件资源消耗小，相应的减小了功耗，提高了精度；
2、本发明对相位差信息进行运算，从而消除了发端时钟偏移引起的相位误差，具有较好的频率补偿能力，因此降低了对系统时钟的要求，减小了系统成本；
3、本发明中使用并行匹配滤波器，抗噪声能力强，处理信号的形式灵活，精度高，适用于无线通信系统。
附图说明
图1为本发明的MSK与DSSS联合解调方法原理图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明的一种MSK与DSSS联合解调器，包括相差信息获得模块、匹配滤波器模块、同步信息捕获模块、解调模块、跟踪模块。
在武器协同数据传输设备物理层中，对DSSS信号采用MSK调制，在接收端采用本发明进行MSK与DSSS联合解调。设N＝8、a＝5、b＝32、r＝4、同步头为1100001001 00010 00111 00000(24、9、2、0)。
图1所示方法中，将数字中频信号正交下变频至基带，并进行低通滤波和采样率变换，得到I、Q两路信号，对此I、Q两路信号进行运算得到相位差信息。将相位差信息送人32组匹配滤波器，进行匹配滤波。首先利用匹配滤波得到的结果进行同步信息的捕获，具体为按照下式求第24、9、2、0路匹配滤波器输出的和。
SUM(n)＝MPR24(n)+MPR9(n-b·N)+MPR2(n-2·b·N)+MPR0(n-3·b·N)当SUM(n)超过门限值时，找出SUM(n)、SUM(n+1)、SUM(n+2)、SUM(n+3)中的最大值，记下此点的位置即为最佳判别位置Popt，从而完成同步信息的捕获。
将最佳判别位置Popt送入解调和跟踪模块，在位置Popt+256寻找32组匹配滤波器输出的最大值，则最大值路所对应的5比特信息即为解扩解调的输出；选取上述最大值路，在位置Popt+255、Popt+256、Popt+257中判断该路取匹配滤波器的输出，选取三个位置中输出最大值的位置作为新的最佳判别位置Popt，并继续解调。从而完成武器协同数据传输设备物理层的通信过程。
Claims (2)
1.一种MSK与DSSS联合解调方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、获得相差信息
1)、首先要得到基带信号
将经MSK调制的DSSS数字中频信号正交下变频至基带，得到同相和正交两路基带信号，对同相和正交两路基带信号低通滤波并进行采样率变换，分别得到I、Q两路信号，使得每个chip时间Tc内有N个样值；
2)、相位信息的获得
对I，Q两路信号求反正切得到相位信息其中n表示第n个样点Phass(n)∈[-π，π]；
3)、相差信息的获得，
Phass_diff_a(n)＝Phass(n-N+2)-Phass(n) (1)
Phass_diff_b(n)＝Phass(n-N+3)-Phass(n+1) (2)
Phass_diff(n)＝Phass_diff_a′(n)+Phass_diff_b′(n) (3)
根据式(1)、(2)求得Phass_diff_a(n)与Phass_diff_b(n)，并判断Phass_diff_a(n)、Phass_diff_b(n)的值，若大于π将其减去2π；若小于-π将其加上2π，若在[-π，π]内则保持不变，使得到的Phass_diff_a′(n)∈[-π，π]、Phass_diff_b′(n)∈[-π，π]成立，根据式(3)运算得到相差Phass_diff(n)；
步骤二、对步骤一中获得的相差信息进行匹配滤波
设扩频比为a∶b，长度为a比特的数字信息有2a种组合，对应2a组不同的b比特长扩频PN码；一组b比特长的扩频PN码与一组a比特长的原始信息一一对应；设计2a组匹配滤波器，每个滤波器有b个抽头，抽头系数分别对应2a组扩频PN码的倒序，匹配滤波器按
MFRm(n)＝PNm(b)·Phass_diff(n)+PNm(b-1)·Phass_diff(n-N)+L L PNm(1)·Phass_diff(n-b·N) (4)式运算，其中m∈[1，2a]，为a比特长数字信息的十进制表示，将上步得到的相差信息Phass_diff(n)接入匹配滤波器组，得到2a组匹配滤波的结果MFRm(n)；
步骤三、利用步骤二得到的结果进行同步信息的捕获
设同步头为r组a比特数字信息{α，β，χ…η}，其中，r为整数，α，β，χ…η为十进制表示的a比特长数字信息，构建i组深为r·b·N的双口RAM，其中i等于同步头r组a比特数字信息中互异的组数，将同步头所涉及到对应路匹配滤波的结果MFRm(n)存储到对应的双口RAM中，按
SUM(n)＝MPRα(n)+MPRβ(n-b·N)+MPRχ(n-2·b·N)+…+MPRη(n-r·b·N) (5)式计算SUM(n)，比较SUM(n)与门限值，若SUM(n)没有超过门限，则继续计算SUM(n)并与门限比较，否则找出SUM(n)、SUM(n+1)、SUM(n+2)、SUM(n+3)中的最大值，记下此点的位置为Popt，即完成同步信息的捕获并找到最佳判别位置Popt；
步骤四、在判别位置Popt+b·N对步骤二得到的结果进行解调
在位置Popt+b·N寻找匹配滤波器输出MFRm(Popt+b·N)m∈[1，2a]的最大值，则最大值路所对应的a比特信息即为解扩解调的输出；
步骤五、对步骤三中得到的最佳判别位置Popt进行跟踪
选取步骤四中最大值路，在位置Popt+b·N-1、Popt+b·N、Popt+b·N+1中判断该路匹配滤波器的输出，选取三个位置中输出最大值的位置作为新的最佳判别位置Popt，并返回步骤四继续解调；
经过上述五个步骤即完成了MSK与DSSS联合解调，解调的结果送入上层处理完成通信过程。
2.一种MSK与DSSS联合解调器，其特征在于：包括相差信息获得模块、匹配滤波器模块、同步信息捕获模块、解调模块和跟踪模块；其中相差信息获得模块对输入的中频MSK+DSSS信号进行运算得到信号的相差信息，并将相差信息输入到匹配滤波器模块；匹配滤波器模块将相差信息与扩频PN码进行匹配滤波，并将结果输入到同步信息捕获模块、解调模块和跟踪模块；同步信息捕获模块对匹配滤波的结果进行运算以捕获同步信息和得到最佳判别位置，并将得到的最佳判别位置输入到解调模块；解调模块在最佳判别位置上对匹配滤波器的输出进行解调，并将得到的解调结果输入到跟踪模块；跟踪模块根据解调模块和匹配滤波器的输出结果不断地修正最佳判别位置，并将得到的修正过的最佳判别位置输入到解调模块进行解调。
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