CN104009952A - 一种降低窄带频移键控解调误码率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低窄带频移键控解调误码率的方法，应用于一种基于相位信息的窄带频移键控非相干解调器，其特征在于多码元的协同判决和对每个码元周期信号矢量的相位变化量进行加权平均，可以获得更好的解调性能和更低的误码率。

Description

一种降低窄带频移键控解调误码率的方法

技术领域

本发明涉及数字通信技术领域，特别是涉及一种基于相位信息的窄带频移键控非相干解调器。

背景技术

现有的窄带频移键控解调方法中，基于相位信息的解调方法实现结构简单，不需要进行过采样，所需的工作频率相对较低，功耗低，解调性能良好。

基于相位信息的窄带频移键控解调原理。如图1所示：

1、假设高斯频移键控调制信号：

$s_{\mathrm{GFSL}}\left(t\right)=\sqrt{\frac{2\mathrm{\ϵ}}{T_b}}\exp \left[j(2\mathrm{\π}{f}_{c}t+\mathrm{\φ}\left(t\right)+{\mathrm{\φ}}_0)\right]---\left(1\right)$

$\mathrm{\φ}\left(t\right)=\frac{\mathrm{\πh}}{T_b}\underset{-\∞}{\overset{t}{\∫}}\left[\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}_{n}g(t-\mathrm{nT})\right]\mathrm{d\τ}---\left(2\right)$

其中，ε是单个周期的码元能量，φ₀是初始相位，h是调制系数，T_b是符号周期，g(t)是单个高斯整形脉冲，α是数字基带信号，α值取1或-1。

2、经零中频转换后：

$s\left(t\right)=\sqrt{\frac{2\mathrm{\ϵ}}{T_b}}\exp \left[j(\mathrm{\φ}\left(t\right)+{\mathrm{\φ}}_0)\right]---\left(3\right)$

3、正交分解后得到一个同相信号i(t)和一个正交信号q(t)：

$i\left(t\right)=\sqrt{\frac{2\mathrm{\ϵ}}{T_b}}\cos \left[\mathrm{\φ}\left(t\right)+{\mathrm{\φ}}_0\right]---\left(4\right)$

$q\left(t\right)=\sqrt{\frac{2\mathrm{\ϵ}}{T_b}}\cos \left[\mathrm{\φ}\left(t\right)+{\mathrm{\φ}}_0\right]---\left(5\right)$

4、相位矢量的生成：

i_k＝cos(φ-θ_k)＝cosθ_k×i+sinθ_k×q             (6)

q_k＝sin(φ-θ_k)＝-sinθ_k×i+cosθ_k×q           (7)

θ_k＝πk/2^M+1，k＝0，1，...，(2^M-1)。             (8)

这样，由这k组i_k和q_k将单位圆平均分割成多个分区，以下以M＝2为例，如图3所示。

5、根据k组i_k和q_k在每个分割区取值的正负对该分割区进行编码，正值则取1，负值则取0，如图2所示。

6、每个码元周期结束，就通过k组i_k和q_k取值的正负以及相位编码表定位信号矢量落在的分割区。在下一个码元周期结束的时候，对比前后两次定位的分割区就可以知道高斯频移键控调制信号在一个周期内的相位变化方向(顺时针或者逆时针)，对应的就可以判决出数字基带信号，如图3所示。

7、然而，在判决的时候，由于有噪声的干扰，会出现如图4所示的4种码元误判的情形：

第一种误判：噪声的影响导致前后两个码元解调出来的相位处在同一个分割区，导致无法判决或者只能随机判决，增加了误判的概率。

第二种误判：噪声使得前后两个相位处在对角的两个分割区，也无法判断。

第三种误判：噪声使得前后两个码元由原来的相位位置相向移动并交叉，导致两个码元的相对位置互换，则产生了误判。

第四种误判：噪声使得前后两个码元由原来的相位位置相反移动，也会导致两个码元的相对位置互换，则产生了误判。

经过研究，发现通过对解调得到的信号矢量的相位信息进行数字信号处理，可以在一定程度上减少上述的四种误判情况，进一步地提高该解调方法的性能，在同样信噪比的情况下降低误码率。

发明内容

为了进一步地提高基于相位信息的窄带频移键控非相干解调器的解调性能，降低误码率，本发明提供了一种降低窄带频移键控解调误码率的方法。

本发明所采用的技术方案是：在解调得到信号矢量的相位信息后，对相位信息进行处理。处理方法主要分为以下两点：

1、多码元的协同判决。

当判决器无法判定信号矢量在当前码元周期内的转动方向时，就可以通过用信号矢量在前一个码元的初始时刻和后一个码元的结束时刻的相位来代替当前码元周期的初始时刻和结束时刻的相位，然后再进行判决。这样可以避免随机判决，降低误码率。

2、对每个码元周期信号矢量的相位变化量进行加权平均。

每当结束判决一个码元，就计算当前码元周期内信号矢量的相位变化量与历史上的各个码元周期内的相位变化量的加权平均值，并用该平均值替代当前码元周期信号矢量的变化量，作为下一个码元判决的依据。

与现有技术相比，本发明可以提高窄带频移键控的解调性能，在同样信噪比的情况下降低误码率。

附图说明

图1为基于相位信息的窄带频移键控非相干解调器的原理图；

图2为将平面圆等分成16个分割区的时候，代表各个分割区的相位码表。

图3为获取信号矢量的相位信息后的码元判决原理图。

图4为应用中可能出现的4种误判类型。

图5为所举例子中作为参考的判决器结构图。

具体实施方式

针对背景内容第7点所述的误判类型，本专利引入了两种辅助判决方法以增强判决器的判决功能，降低误码率。图5是两种辅助方法的参考实现结构。

1、多码元的协同判决。在噪声的影响导致当判决器无法判定信号矢量在当前码元周期内的转动方向时(即遇到了背景内容第7点中的第一种和第二种误判情况)，可以进一步参考这两个码元的前后两个码元的相位相对变化值来辅助判决。判决器会用信号矢量在前一个码元的初始时刻和后一个码元的结束时刻的相位来代替当前码元周期的初始时刻和结束时刻的相位，然后再进行判决。

如图5所示，寄存器1-4分别存储着后一个码元周期结束时刻的相位码，当前码元周期结束时刻的相位码(亦即后一个码元周期初始时刻的相位码)，当前码元周期初始时刻的相位码(亦即前一个码元周期结束时刻的相位码)，前一个码元周期初始时刻的相位码。当出现寄存器2和寄存器3中所存储的相位码相同时，判决器就会使用寄存器1和寄存器4中的相位码进行判决。

2、对每个码元周期信号矢量的相位变化量进行加权平均。在噪声使得前后两个码元由原来的相位位置相向或相反移动，导致两个码元的相对位置互换的时候，可以采用时域滤波的思想在一定程度上滤除造成相位偏移的噪声。每当结束判决一个码元，就计算当前码元周期内信号矢量的相位变化量与历史上的各个码元周期内的相位变化量的加权平均值，并用该平均值替代当前码元周期信号矢量的变化量，作为下一个码元判决的依据。

其中k代表第k个码元周期，和分别是信号矢量在一个码元周期的初始时刻和结束时刻的相位，是信号矢量在一个码元周期内的相位变化量，是用以替代的信号矢量的平均相位变化量，改进判决器后，(11)式被(12)式所代替。下一个码元周期的初始时刻信号矢量的相位与当前码元周期的结束时刻的信号矢量相位或是相同的。

如图5所示，存储在寄存器2和寄存器3中的相位码会进行异或，并计算异或所得到的“1”的个数，也就是两个相位码所代表的分割区之间隔着的分割区数量。该结果会输入到寄存器6。接着，寄存器6中的值一方面会输入比较器，另一方面会与寄存器5中的值进行加权平均运算，所得的平均值会存储在寄存器5中。在当前码元判决结束之后，判决器会根据寄存器5中的值来对寄存器3存储的相位码进行移位操作，从而得到新的寄存器3中的相位码。之后，就可以进行下一轮的判决。

Claims (3)

1.一种降低窄带频移键控解调误码率的方法，应用于一种基于相位信息的窄带频移键控非相干解调器，其特征在于多码元的协同判决和对每个码元周期信号矢量的相位变化量进行加权平均。

2.根据权利要求1所述的多码元的协同判决，其特征在于：当判决器无法判定信号矢量在当前码元周期内的相位变化量是增大还是减小时，就会用信号矢量在前一个码元的初始时刻和后一个码元的结束时刻的相位码分别代替当前码元周期的初始时刻和结束时刻的相位码，然后再对比这两个相位码，得到判决结果。

3.根据权利要求1所述的对每个码元周期信号矢量的相位变化量进行加权平均，其特征在于：每当判决器判决一个码元之后，就计算当前码元周期内信号矢量的相位变化量与历史上的各个码元周期内的相位变化量的加权平均值，并用该平均值替代当前码元周期内信号矢量的变化量，从而算出当前码元周期的结束时刻信号矢量的相位码，并将该相位码作为下一个码元周期的初始时刻信号矢量的相位码。