CN107846262A - 一种基于差分相关运算的解调码速率检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于差分相关运算的解调码速率检测方法，属于多码速率自适应解调技术领域，包括：(1)根据基带样点数据对应的码率，分别将基带样点数据存入不同的数据缓存区中，不同数据缓存区分别对应一个码率标识，所述码率小于所述样点数据的采样频率；(2)从不同的数据缓存区中提取数据量大于或等于预设阈值的样点数据；(3)按照不同码元相位关系分别从所述数据量大于或等于预设阈值的样点数据中提取样点数据，生成不同码元相位关系分别对应的样点数据序列；(4)分别对不同样点数据序列进行差分运算，并将差分运算后的样点数据序列与对应的样本样点数据序列进行相关运算；(5)根据所述相关运算结果，确定解调码速率。

Description

一种基于差分相关运算的解调码速率检测方法
技术领域
本发明属于多码速率自适应解调技术领域，涉及一种基于差分相关运算的解调码速率检测方法。
背景技术
随着卫星通信技术的发展，卫星通信系统向着支持多用户、多业务、多速率档、星上自适应灵活处理等方向发展，传统的单一码速率通信体制已经无法满足卫星通信的发展需求，而多码率自适应调制解调通信系统很好的适应这种发展趋势。
在自适应调制解调通信体制中，地面站会根据不同信道环境实时调整上行发射码速率，当信道环境比较好时，会发送高码速率信号进行通信，当信道环境比较恶劣时，会发送较低码速率信号维持通信链路，这就需要星载接收机能够自动检测地面发送的码速率并完成正确解调功能。可以说对码速率精确检测是星载接收机自适应解调器进行后续解调同步的基础。
目前对于码速率检测设计多采用FFT、小波估计、自相关等算法。然而采用FFT算法需要较多的符号样点数据参与运算才能达到较高的估计精度，实现上需要较高的资源，而且在大频偏情况下，存在较大码速率模糊度。小波估计法对符号时钟误差或抖动很敏感，会严重影响估计的性能，并且实现结构复杂。自相关算法难以适用于解调同步前具有较大频偏情况，而且往往也需要与FFT相结合使用，而且以上算法都存在码速率档之间成倍数关系引起的速率模糊问题，容易误检到别的码速率档上。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于差分相关运算的解调码速率检测方法，解决了现有技术中存在的码速率档之间成倍数关系引起的速率模糊，进而导致的解调码速率检测误差较大的问题。
本发明的技术解决方案是：
(1)根据基带样点数据对应的码率，分别将基带样点数据存入不同的数据缓存区中，不同数据缓存区分别对应一个码率标识，所述码率小于所述样点数据的采样频率；
(2)从不同的数据缓存区中提取数据量大于或等于预设阈值的样点数据；
(3)按照不同码元相位关系分别从所述数据量大于或等于预设阈值的样点数据中提取样点数据，生成不同码元相位关系分别对应的样点数据序列；
(4)分别对不同样点数据序列进行差分运算，并将差分运算后的样点数据序列与对应的样本样点数据序列进行相关运算；
(5)根据所述相关运算结果，确定解调码速率。
进一步地，所述码元相位关系包括连续码元相位关系、奇数码元相位关系、和偶数码元相位关系。
进一步地，按照连续码元相位关系从所述数据量大于或等于预设阈值的样点数据中提取样点数据，生成连续码元相位关系对应的样点数据序列的方法为：
从数据缓存区中第一个码元周期开始，依次从每个码元周期提取其中一个样点数据，生成连续码元相位关系对应的样点数据序列。
进一步地，按照奇数码元相位关系从所述数据量大于或等于预设阈值的样点数据中提取样点数据，生成奇数码元相位关系对应的样点数据序列的方法为：
从数据缓存区中第一个码元周期开始，依次每隔一个码元周期提取其中一个样点数据，生成奇数码元相位关系对应的样点数据序列。
进一步地，按照偶数码元相位关系从所述数据量大于或等于预设阈值的样点数据中提取样点数据，生成偶数码元相位关系对应的样点数据序列的方法为：
从数据缓存区中第二个码元周期开始，依次每隔一个码元周期提取其中一个样点数据，生成偶数码元相位关系对应的样点数据序列。
进一步地，分别对不同样点数据序列进行差分运算的方法为：
根据公式Z＝I+(Q)×j将样点数据序列中每一个样点数据进行复变换，其中每个样点数据由I和Q组成；
从第一个样点数据开始，依次将相邻码元对应的复变换值进行复共轭运算；
分别获取复共轭运算结果中实部的符号位，作为差分运算后的样点数据序列。
进一步地，根据所述相关运算结果，确定解调码速率的方法为：
将各个样点数据序列中各个样点数据分别对应的相关运算结果进行累加求和，得到各个样点数据序列分别对应的相关值；
若各个样点数据序列分别对应的相关值均大于预设门限值，则确认当前缓存区对应的码率标识为解调码速率。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明利用前后码元的差分关系消除残留频偏对码速率检测性能的影响，通过对一段连续符号样点按照三种符号相位关系进行三重差分相关运算，再对三次相关累加值进行判决，得到准确的码速率档检测输出，具有很好的检测性能，通过与已知差分序列进行相关运算解决了成倍数码速率检测所存在的速率模糊问题，提高了解调码速率的检测准确性。
(2)本发明能够根据实际的N路码速率档确定输入缓存区数量，经过三重差分相关处理复用，实现码速率精确检测估计，通用性较好，降低了设计成本和提高了设计效率。
附图说明
图1为本发明提供的方法流程图；
图2为本发明提供的系统结构示意图；
图3本发明提供的在四倍采样上的三重差分控制策略；
图4本发明提供的三重差分相关运算实现结构。
具体实施方式
下面结合图1对本发明提供的方法进行详细阐述：
(1)根据基带样点数据对应的码率，分别将基带样点数据存入不同的数据缓存区中。
其中，不同数据缓存区分别对应一个码率标识，所述码率大于所述样点数据的采样频率。假定某自适应解调通信系统有三档码速率，即N＝3，分别为1Mbps、2Mbps、4Mbps，对应高中低档码率，系统采样率为4倍符号速率，即R＝4。码同步头长度为128bit，采用连续的01周期序列，在此采用码同步头中的前65个连续0101符号序列参与运算，即M＝65，则需要参与的样点数为D＝R*M＝260。
(2)从不同的数据缓存区中提取数据量大于或等于预设阈值的样点数据。
将匹配滤波后的高中低3路码率基带同相支路I和正交支路Q样点数据实时存入3个基带I&Q数据缓存RAM中，如图2，其中每路样点采样率4倍于对应符号码率，每个RAM的起始存储地址从零开始，假如第一档码率样点数据缓存RAM中的样点数据存储量大于或等于260时，开始输出该RAM中的样点数据，输出数据地址从零开始，在每个时钟触发下，地址加1，连续输出260个样点数据，对应输出65个码元符号。
(3)按照不同码元相位关系分别从所述数据量大于或等于预设阈值的样点数据中提取样点数据，生成不同码元相位关系分别对应的样点数据序列。
具体地，第一重从第1个样点开始，以周期4为步进，从缓存区中连续读取65个样点，相当于每码元符号四倍采样取一个样点。第二重依然从第1个样点开始，以周期8为步进，从缓存区中连续读取33个样点，相当于取奇数码元符号的一个样点。第三重从第5个样点开始，以周期8为步进，从缓存区中连续读取32个样点，相当于取偶数码元符号的一个样点。
(4)分别对不同样点数据序列进行差分运算，并将差分运算后的样点数据序列与对应的样本样点数据序列进行相关运算。
进一步地，利用65个前后码元样点数据进行差分运算，得到64位差分结果，并与已知64个差分值做异或和，得到第一个相关值并与门限比对；利用33个前后码元样点数据进行差分运算，得到32位差分结果，并与已知32个差分值做异或和，得到第二个相关值并与门限比对，利用32个前后码元样点数据进行差分运算，得到31位差分结果，并与已知31个差分值做异或和，得到第三个相关值并与门限比对。
(5)根据所述相关运算结果，确定解调码速率。
具体地，将各个样点数据序列中各个样点数据分别对应的相关运算结果进行累加求和，得到各个样点数据序列分别对应的相关值；若各个样点数据序列分别对应的相关值均大于预设门限值，则确认当前缓存区对应的码率标识为解调码速率。
实施例
下面以第一重65个符号差分相关实现过程为例，如图3和图4所示，简述实现步骤如下：
步骤一：将匹配滤波输出样点数据存入缓存模块采用RAM中，RAM的起始存储地址从零开始，当RAM中的数据缓存量大于M*4，此处设为260时，开始输出RAM中的样点数据，输出数据地址从零开始，在每个时钟触发下，地址加1，假如此时读取RAM中第n次所存储的In|Qn样点数据，同时还需要读取RAM中第n-1次所存储的In-1|Qn-1样点数据，将第n-1次读出的样点数据作为前一码元的样点数据输出，将第n次读出的样点数据作为当前码元的样点数据输出
步骤二：将当前码元的In|Qn样点数据按照I+(Q)×j形式变换成复数，并将前一码元的In-1|Qn-1样点数据按照I+(-Q)×j形式变换成复数，将前后码元复数样点值作为复乘法器的a和b输入端输入值，进行前后码元间的复乘运算，在此利用前后两个码元的样点数据进行复共轭运算，产生前后码元之间的相对差分关系数据，在每个时钟周期触发下将复乘结果的实部P1输出，再取P1的符号位S1，符号位为一位，用0或者1表示，对应移入64位的移位寄存器中，移位寄存器再与本地已知的64位差分序列进行同或运算，输出64位序列，将64位序列逐位累加求和，输出求和Rela1；
步骤三：将相关累加值Rela1与门限值作比较，门限值定为L1，举例L1取60，根据比较结果确定给出相应标识。
第二重和第三重处理过程基本相同，需要按照(2)中提及的策略提取参与处理样点数据，再按照(3)实现过程进行运算。第二重和第三重的门限值L2、L3分别取28和27，移位寄存器M2、M3分别取32和31位。
最后按照(2)中的步骤四确定当前的码速率档，并给出码速率检测标识。
需要说明的是，三次差分相关运算不分优先级，可先后或同时处理，只要其中一重结果不满足门限要求，即停止后续处理过程，重新开始。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (7)

1.一种基于差分相关运算的解调码速率检测方法，其特征在于，包括：
(1)根据基带样点数据对应的码率，分别将基带样点数据存入不同的数据缓存区中，不同数据缓存区分别对应一个码率标识，所述码率小于所述样点数据的采样频率；
(2)从不同的数据缓存区中提取数据量大于或等于预设阈值的样点数据；
(3)按照不同码元相位关系分别从所述数据量大于或等于预设阈值的样点数据中提取样点数据，生成不同码元相位关系分别对应的样点数据序列；
(4)分别对不同样点数据序列进行差分运算，并将差分运算后的样点数据序列与对应的样本样点数据序列进行相关运算；
(5)根据所述相关运算结果，确定解调码速率。
2.根据权利要求1所述的一种基于差分相关运算的解调码速率检测方法，其特征在于，所述码元相位关系包括连续码元相位关系、奇数码元相位关系、和偶数码元相位关系。
3.根据权利要求2所述的一种基于差分相关运算的解调码速率检测方法，其特征在于，按照连续码元相位关系从所述数据量大于或等于预设阈值的样点数据中提取样点数据，生成连续码元相位关系对应的样点数据序列的方法为：
从数据缓存区中第一个码元周期开始，依次从每个码元周期提取其中一个样点数据，生成连续码元相位关系对应的样点数据序列。
4.根据权利要求2所述的一种基于差分相关运算的解调码速率检测方法，其特征在于，按照奇数码元相位关系从所述数据量大于或等于预设阈值的样点数据中提取样点数据，生成奇数码元相位关系对应的样点数据序列的方法为：
从数据缓存区中第一个码元周期开始，依次每隔一个码元周期提取其中一个样点数据，生成奇数码元相位关系对应的样点数据序列。
5.根据权利要求2所述的一种基于差分相关运算的解调码速率检测方法，其特征在于，按照偶数码元相位关系从所述数据量大于或等于预设阈值的样点数据中提取样点数据，生成偶数码元相位关系对应的样点数据序列的方法为：
从数据缓存区中第二个码元周期开始，依次每隔一个码元周期提取其中一个样点数据，生成偶数码元相位关系对应的样点数据序列。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于差分相关运算的解调码速率检测方法，其特征在于，分别对不同样点数据序列进行差分运算的方法为：
根据公式Z＝I+(Q)×j将样点数据序列中每一个样点数据进行复变换，其中I为每个样点数据中的同相支路样点数据，Q为每个样点数据中的正交支路样点数据；
从第一个样点数据开始，依次将相邻码元对应的复变换值进行复共轭运算；
分别获取每一个复共轭运算结果中实部的符号位，作为差分运算后的样点数据序列。
7.根据权利要求1所述的一种基于差分相关运算的解调码速率检测方法，其特征在于，根据所述相关运算结果，确定解调码速率的方法为：
将各个样点数据序列中各个样点数据分别对应的相关运算结果进行累加求和，得到各个样点数据序列分别对应的相关值；
若各个样点数据序列分别对应的相关值均大于预设门限值，则确认当前缓存区对应的码率标识为解调码速率。
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