CN108123788A - 适用于散射通信的基于盲分离迭代重构的快速同步装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于散射通信的基于盲分离迭代重构的快速同步装置,对流层散射通信凭借其通信信道具有抗核爆能力,以及散射通信的抗干扰、抗截获、抗侦收能力强等优势,在复杂战场环境中占有非常重要的地位。为了充分发挥散射通信系统的在衰落信道下、极低信噪比时的通信性能,本发明主要采用盲分离迭代重构比特同步内插器进行比特同步,同时采用高阶变换域快速载波恢复算法进行载波同步,两种算法相结合使得散射通信系统在归一化信噪比为‑6dB时,仍能保证快速、可靠同步。该装置主要为数字算法,采用FPGA实现,集成度高,通用性强。
Description
技术领域
本发明涉及散射通信领域,特别是公开了一种适用于最低限度散射通信的基于盲分离迭代重构的快速同步装置,该装置可实现在衰落信道下、极低信噪比时散射通信系统中的比特同步和载波同步。
背景技术
在散射通信中,由于散射通信具有信道资源可靠且长期存在、无需付费及抗干扰、抗截获、抗侦收能力强等优势,使得其在复杂战场中占有非常重要的地位。目前,现有的同步算法,多为采用滤波器、锁相环和的方法,仅能保证在归一化信噪比大于0时的可靠同步。为了充分发挥散射通信系统在衰落信道下、极低信噪比时的系统性能,保证其在此条件下仍能可靠、有效传输关键指令信息,本发明提出了一种适用于最低限度散射通信的基于盲分离迭代重构的快速同步装置,主要采用高阶变换域快速载波恢复算法以及盲分离迭代重构比特同步内插算法,使得散射通信系统在归一化信噪比为-6dB时,能够快速、精确的提取出同步信息,适用于有归一化信噪比极低使用需求的散射通信系统。
发明内容
本发明的目的是对现有散射通信中的同步算法进行改进,使其具有更优、更精确的同步能力。本发明采用高阶变换域快速载波恢复算法进行载波同步,采用盲分离迭代重构比特同步技术进行比特同步,使得散射通信系统在归一化信噪比为-6dB时,仍能够快速、精确同步。同时,该装置采用数字算法实现,算法实现集成于FPGA平台上,故集成度高,通用性强,可广泛应用。
本发明是通过以下技术方案实现的:
适用于散射通信的基于盲分离迭代重构的快速同步装置,包括中频放大器1、A/D变换器2、正交下变频器3、盲分离迭代重构比特同步内插器4、高阶变换域快速载波恢复器5、本振模块6、数字锁相环7、同步解调器8以及电源9;
所述的中频放大器1对输入的模拟中频信号进行放大,将放大后的模拟中频信号送入A/D变换器2;A/D变换器2将收到的模拟中频信号转换为数字信号,将数字中频信号送入正交下变频器3;正交下变频器3将数字中频信号与本振模块6输出的本振信号混频,并滤出二次谐波,得到数字基带信号,并将数字基带信号输出至盲分离迭代重构比特同步内插器4;盲分离迭代重构比特同步内插器4采用盲分离迭代重构算法提取比特同步信息,并进行多项式内插,得出采样钟为符号速率2倍的同步基带信号,将同步基带信号分别输出至高阶变换域快速载波恢复器5和同步解调器8;高阶变换域快速载波恢复器5采用高阶变换域快速载波同步算法从同步基带信号中提取载波频偏,并进行频偏映射,得出相应的载波参数,并反馈至本振模块6;本振模块6根据载波参数产生相应的本振信号,输出至正交下变频器3;同步解调器8对同步基带信号进行相干解调,得到相应的码字并输出;数字锁相环7分别为A/D变换器2、正交下变频器3、盲分离迭代重构比特同步内插器4、高阶变换域快速载波恢复器5、本振模块6和同步解调器8提供时钟参考。
其中,所述的盲分离迭代重构比特同步内插器4包括:信号盲分离器41、信息遗忘更新器42、自适应梳齿滤波器43、比特同步重构器44、高阶内插器45和多项式内插器46;信号盲分离器41收到数字基带信号后,进行信号、噪声和干扰的分离,将分离出的信号分别输出至信号遗忘更新器42和多项式内插器46;信号遗忘更新器42根据高阶内插器45输出的内插后的信息将分离出的信号进行时域更新,输出至自适应梳齿滤波器43;自适应梳齿滤波器43将时域更新后的信号进行粗同步信息的提取,得到近周期同步信号,并输出至比特同步重构器44;比特同步重构器44对近周期同步信号进行细同步,得到比特信息,将比特信息分别输出至高阶内插器45和多项式内插器46;高阶内插器45对比特信息进行高阶内插,得到内插后的信息并送入信息遗忘更新器42;多项式内插器46将比特信息进行内插,得到采样率为符号速率2倍的同步基带信号并输出。
其中,所述的高阶变换域快速载波恢复器5包括:上采样内插器51、自适应匹配滤波器52、高阶信号校正器53、变换域载波提取器54、快速载波跟踪器55、迭代提纯器56和载波恢复映射器57;上采样内插器51对输入的同步基带信号进行内插,产生采样率为32倍符号速率的基带信号,并将采样率为32倍符号速率的基带信号送入自适应匹配滤波器52;自适应匹配滤波器52对基带信号中的高次谐波分量及干扰进行滤波处理,得到滤波后的信号并输出至高阶信号校正器53;高阶信号校正器53对滤波后的信号进行校正,并将校正后的信号分别输出至快速载波跟踪器55和变换域载波提取器54;变换域载波提取器54对校正后的信号进行时域到变换域的转换,在变换域完成载波频偏的粗提取,并将粗提取的载波频偏信息输出至迭代提纯器56;快速载波跟踪器55根据校正后的信号提取出载波频偏范围,将载波频偏范围输出至迭代提纯器56;迭代提纯器56根据载波频偏范围,对粗提取后的载波频偏信息进行精细化处理,输出细处理的载波频偏信息至载波恢复映射器57;载波恢复映射器57将细处理的载波频偏信息转换为本振可使用的载波参数信息,并将载波参数信息输出至本振模块6。
本发明与背景技术相比,具有如下优点:
1、本发明采用了高阶变换域快速载波同步算法和盲分离迭代重构比特同步技术,使得归一化信噪比为-6dB时,通信系统仍能可靠、快速同步。
2、本发明主要电路部件主要采用FPGA实现,电路设计、调试难度低;适用于有衰落信道下、极低信噪比时通信要求的散射通信系统。
附图说明
图1是本发明的信息传输的电原理方框图;
图2是本发明的盲分离迭代重构比特同步内插器的电原理图;
图3是本发明的高阶变换域快速载波恢复器的电原理图。
具体实施方式
下面结合附图1、附图2和附图3对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的信息传输的电原理方框图,包括中频放大器1、A/D变换器2、正交下变频器3、盲分离迭代重构比特同步内插器4、高阶变换域快速载波恢复器5、本振模块6、数字锁相环7、同步解调器8以及电源9;
经过天线和射频接收模块处理过的中频信号进入中频放大器1,中频放大器对0dBm的中频信号进行放大,将放大后的模拟中频信号送入A/D变换器2;A/D变换器2收到模拟中频信号后,进行模拟信号到数字信号的转换,然后将数字中频信号送入正交下变频器3;正交下变频器3根据本振模块6提供的本振信号将数字中频信号与本振信号混频,并滤出二次谐波,得到数字基带信号,并将数字基带信号输出至盲分离迭代重构比特同步内插器4;盲分离迭代重构比特同步内插器4采用盲分离迭代重构算法提取比特同步信息,并进行多项式内插,得出采样钟为符号速率2倍的同步基带信号,后将同步基带信号分别送入高阶变换域快速载波恢复器5和同步解调器8;高阶变换域快速载波恢复器5采用高阶变换域快速载波同步算法提取载波频偏,并进行频偏映射,得出相应载波参数,反馈至本振模块6;本振模块6根据载波参数,产生相应的本振信号,输出至正交下变频器3;同步解调器8对同步的基带信号进行相干解调,得到相应的码字,最终完成信息的提取。
数字锁相环7包括鉴相器、环路滤波器、VCXO等部分,为装置中的A/D变换器2、正交下变频器3、盲分离迭代重构比特同步内插器4、高阶变换域快速载波恢复器5、本振模块6和同步解调器8提供时钟参考;电源9为装置中的其他所有模块提供电源。
A/D变换器2、正交下变频器3、盲分离迭代重构比特同步内插器4、高阶变换域快速载波恢复器5、本振模块6、数字锁相环7和同步解调器8由FPGA构成;中频放大器1包含两级数控衰减器、多级放大器和滤波器等部分。
图2是本发明的盲分离迭代重构比特同步内插器4的电原理图。盲分离迭代重构比特同步内插器4包括:信号盲分离器41、信息遗忘更新器42、自适应梳齿滤波器43、比特同步重构器44、高阶内插器45和多项式内插器46;信号盲分离器41收到基带信号后,进行信号、噪声和干扰的分离,将信号分别输出至信号遗忘更新器42和多项式内插器46;信号遗忘更新器42根据高阶内插器45提供的指导信息,将分离后的信号进行时域更新,送入自适应梳齿滤波器43;自适应梳齿滤波器43进行粗同步信息的提取,得到近周期同步信号,并输出至比特同步重构器44;比特同步重构器44对近周期同步信号进行细同步得到比特信息,将比特信息送入高阶内插器45和多项式内插器46;高阶内插器45对比特信息进行高阶内插,提升同步保持、跟踪能力,从而达到抗衰落的目的,得到内插后的信息并送入信息遗忘更新器42,指导信息的时域更新;多项式内插器46将比特信息进行内插,得到采样率为符号速率2倍的同步信息。
图3是本发明的高阶变换域快速载波恢复器5的电原理图。高阶变换域快速载波恢复器5包括:上采样内插器51、自适应匹配滤波器52、高阶信号校正器53、变换域载波提取器54、快速载波跟踪器55、迭代提纯器56和载波恢复映射器57;采样率为符号速率2倍的同步信息送入上采样内插器51后,上采样内插器51对其进行内插,产生采样率为32倍符号速率的基带信号,以便进行载波提取,并将采样率为32倍符号速率的基带信号送入自适应匹配滤波器52;自适应匹配滤波器52对信号中的高次谐波分量及干扰进行滤波处理,得到滤波后的信号并输出至高阶信号校正器53;为了使得载波信号能量增强,高阶信号校正器53对滤波后的信号进行校正,并将校正后的信号送至快速载波跟踪器55和变换域载波提取器54;变换域载波提取器54对信号进行时域到变换域的转换,在变换域完成载波频偏的粗提取,并将提取的载波频偏信息输出至迭代提纯器56;快速载波跟踪器55根据校正后的信号主要完成跟踪载波频偏区间,为迭代提纯提供参考信息,输出参考信息至迭代提纯器56;根据参考信息,迭代提纯器对粗提取后的载波频偏信息进行精细化处理,完成载波的细提取,输出变换域的载波频偏信息至载波恢复映射器57;载波恢复映射器57完成变换域载波频偏信息至本振可使用的载波参数信息的转换,并将载波参数信息输出至本振模块6。
本发明简要原理:收到射频接收模块送入的中频信号后,经过中频放大,A/D变换以及正交下变频,得到数字基带信号,采用盲分离迭代重构比特同步技术和高阶变换域快速载波同步算法对数字基带信号提取比特同步信息和载波频偏信息,完成可靠、快速、精确的比特同步和载波同步,将同步后的基带信号发送给同步解调器,进行相干解调,最终实现信息的提取,完成信息的接收。
Claims (3)
1.适用于散射通信的基于盲分离迭代重构的快速同步装置,包括中频放大器(1)、A/D变换器(2)、正交下变频器(3)、本振模块(6)、数字锁相环(7)和同步解调器(8);其特征在于:还包括盲分离迭代重构比特同步内插器(4)和高阶变换域快速载波恢复器(5);所述的中频放大器(1)对输入的模拟中频信号进行放大,将放大后的模拟中频信号送入A/D变换器(2);A/D变换器(2)将收到的模拟中频信号转换为数字信号,将数字中频信号送入正交下变频器(3);正交下变频器(3)将数字中频信号与本振模块(6)输出的本振信号混频,并滤出二次谐波,得到数字基带信号,并将数字基带信号输出至盲分离迭代重构比特同步内插器(4);盲分离迭代重构比特同步内插器(4)采用盲分离迭代重构算法提取比特同步信息,并进行多项式内插,得出采样钟为符号速率2倍的同步基带信号,将同步基带信号分别输出至高阶变换域快速载波恢复器(5)和同步解调器(8);高阶变换域快速载波恢复器(5)采用高阶变换域快速载波同步算法从同步基带信号中提取载波频偏,并进行频偏映射,得出相应的载波参数,并反馈至本振模块(6);本振模块(6)根据载波参数产生相应的本振信号,输出至正交下变频器(3);同步解调器(8)对同步基带信号进行相干解调,得到相应的码字并输出;数字锁相环(7)分别为A/D变换器(2)、正交下变频器(3)、盲分离迭代重构比特同步内插器(4)、高阶变换域快速载波恢复器(5)、本振模块(6)和同步解调器(8)提供时钟参考。
2.根据权利要求1所述的适用于散射通信的基于盲分离迭代重构的快速同步装置,其特征在于,盲分离迭代重构比特同步内插器(4)包括:信号盲分离器(41)、信息遗忘更新器(42)、自适应梳齿滤波器(43)、比特同步重构器(44)、高阶内插器(45)和多项式内插器(46);信号盲分离器(41)收到数字基带信号后,进行信号、噪声和干扰的分离,将分离出的信号分别输出至信号遗忘更新器(42)和多项式内插器(46);信号遗忘更新器(42)根据高阶内插器(45)输出的内插后的信息将分离出的信号进行时域更新,输出至自适应梳齿滤波器(43);自适应梳齿滤波器(43)将时域更新后的信号进行粗同步信息的提取,得到近周期同步信号,并输出至比特同步重构器(44);比特同步重构器(44)对近周期同步信号进行细同步,得到比特信息,将比特信息分别输出至高阶内插器(45)和多项式内插器(46);高阶内插器(45)对比特信息进行高阶内插,得到内插后的信息并送入信息遗忘更新器(42);多项式内插器(46)将比特信息进行内插,得到采样率为符号速率2倍的同步基带信号并输出。
3.根据权利要求1所述的适用于散射通信的基于盲分离迭代重构的快速同步装置,其特征在于高阶变换域快速载波恢复器(5)包括:上采样内插器(51)、自适应匹配滤波器(52)、高阶信号校正器(53)、变换域载波提取器(54)、快速载波跟踪器(55)、迭代提纯器(56)和载波恢复映射器(57);上采样内插器(51)对输入的同步基带信号进行内插,产生采样率为32倍符号速率的基带信号,并将采样率为32倍符号速率的基带信号送入自适应匹配滤波器(52);自适应匹配滤波器(52)对基带信号中的高次谐波分量及干扰进行滤波处理,得到滤波后的信号并输出至高阶信号校正器(53);高阶信号校正器(53)对滤波后的信号进行校正,并将校正后的信号分别输出至快速载波跟踪器(55)和变换域载波提取器(54);变换域载波提取器(54)对校正后的信号进行时域到变换域的转换,在变换域完成载波频偏的粗提取,并将粗提取的载波频偏信息输出至迭代提纯器(56);快速载波跟踪器(55)根据校正后的信号提取出载波频偏范围,将载波频偏范围输出至迭代提纯器(56);迭代提纯器(56)根据载波频偏范围,对粗提取后的载波频偏信息进行精细化处理,输出细处理的载波频偏信息至载波恢复映射器(57);载波恢复映射器(57)将细处理的载波频偏信息转换为本振可使用的载波参数信息,并将载波参数信息输出至本振模块(6)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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