CN108768909B - 一种基于最小方差的2fsk符号同步方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于最小方差的2FSK符号同步方法和系统，所述方法包括以下步骤：对解调信号进行重采样以及插值运算，使得所述解调信号中每个符号均包括N个采样点，N为正整数；对所有采样点进行绝对值运算，使得数据全为正数；以每N个采样点为一组，对所有采样点进行分组；以所有分组中位置相同的采样点为一组，对所有采样点进行二次分组；对每个分组分别进行方差运算，方差最小的分组对应的时刻即每个符号内的采样时刻。本发明采用最小方差的方法，减小了由于滤波引起的数值变化对定时同步造成的影响，提高了运算结果稳定性，减小解调误码率，提高同步精度，保证通信系统数据解调的准确性。

Description

一种基于最小方差的2FSK符号同步方法和系统

技术领域

本发明属于测试技术领域，尤其涉及一种基于最小方差的2FSK符号同步方法和系统。

背景技术

数字通信中，信息以连续的符号形式进行传递，并且每个符号具有相同的符号周期，接收机接收信息时，为准确对符号信息进行判决，需要确定每个符号的起始时刻，该过程即为符号同步。

符号同步是正确收发信号的先决条件，发射机与接收机之间采样时钟的不匹配将直接导致符号间干扰，使解调信号的星座点扩散，误码率增加，增加矢量信号误差测量的不准确，恶化接收机性能。寻求稳定度好、同步精度高的符号同步算法是矢量信号解调分析的关键。

在2FSK信号解调时，常用的符号同步方法分为数据辅助法和非数据辅助法。数据辅助法主要为插入导频法，该方法利用数据的周期性来进行窄带滤波，具有很优良的性能，但要求发送端先发送同步训练序列，占用一定的信道及信号能量，效率较低，不适合盲接收处理。而非数据辅助法主要有Gardner算法、最大平均功率法等。Gardner算法为非面向判决的方法，定时恢复与载波相位完全相互独立，但由于算法本身只能给出环路的调整方向，并不能精确指出当前时刻的时间误差，因此需要较长时间的调整反馈过程才能实现较高的精度。

最大平均功率法方法计算量小，运行效率高，在2FSK信号解调中得到了较多应用。最大平均功率法的原理如下：根据FSK解调信号波形特性(图1)，符号时刻的采样点的幅度最大，该点对应频率即为2FSK信号的频偏，由于每个采样点的功率值不同，而最佳采样点的平均功率相对于其他采样点的平均功率要大，因此可采用最大平均功率法进行符号同步，对一段数据按码元长度计算各采样点的平均功率，找出最大功率点，即可确定为最佳采样点：首先，从解调信号中选用第一个采样点作为起始点，将输入信号连续分为长度为N的几段，信号末端如不足N个采样点则舍弃，假设分成的长度为N的段数为M。接着，分别计算每段N长的信号中各点的功率(将幅度求平方即可)。然后，将每段的功率按照1～N的对应位置累加起来，即：将第1段中的第n个值、第2段的第n个值，......，第M段的第n个值累加起来，其中n＝1，2......，N。最终，可以得到N个功率值，从中选择数值最大的值对应的索引k(1≤k≤N)作为定时同步的位置，即从起始点记起，第k个采样点即为第1个符号的符号时刻，同样，第k+N个采样点即为第2个符号的同步时刻，依次类推，可以得到接收信号的所有符号的同步时刻，完成符号同步过程。最大平均功率算法适用于过采样率比较高的情况，但由于在符号速率较高的情况下不能提供很高的采样率，并且信号解调过程中经过的滤波器对信号波形产生过冲等影响，导致符号同步频偏运算结果不稳定，符号同步结果不准确，最终导致该方法在信号分析仪中应用时估计误差较大。

如何进一步提高符号同步的准确性，是本领域技术人员目前迫切解决的技术问题。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于最小方差的2FSK符号同步方法和系统，该方法通过对非相干解调后的2FSK基带信号数据重采样后按照符号数量进行分段处理，然后对每一段内的数据进行编号并根据编号进行二次分组，然后对每组数据进行方差运算，并找到最小方差所对应的数据组，该组对应的编号即为符号同步的位置，实现了定时误差的准确估计。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于最小方差的2FSK符号同步方法，包括以下步骤：

对解调信号进行重采样以及插值运算，使得所述解调信号中每个符号均包括N个采样点，N为正整数；

以每N个采样点为一组，对所有采样点进行分组；

以所有分组中位置相同的采样点为一组，对所有采样点进行二次分组；

对每个分组分别进行方差运算，方差最小的分组对应的时刻即每个符号内的采样时刻。

进一步地，所述插值运算采样线性插值或样条插值。

进一步地，所述方法还包括对所有信号进行绝对值运算。

进一步地，以所有分组中位置相同的采样点为一组，对所有采样点进行二次分组包括：

对每个分组内的采样点进行顺序编号；

以所有分组中编号相同的采样点为一组，进行二次分组。

进一步地，所述对每个分组分别进行方差运算后，获取方差最小的分组对应的编号，根据该编号得到每个符号内的采样时刻。

根据本发明的第二目的，本发明还提供了一种基于最小方差的2FSK符号同步系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-5任一项所述的符号同步方法。

根据本发明的第三目的，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的符号同步方法。

本发明的有益效果

1、本发明通过对信号进行重采样及插值运算，提高信号采样率，使一个符号内只有整数个采样点，即一个符号内有N个采样点，保证符合同步结果的准确性；运算过程中将所有数据正数化处理，不必在运算时考虑负数的情况，提高了运算效率，同时由于采样时刻正数最大值与负数最大值相同，通过绝对值处理，增加了数据量，使得后续最小方差的运算更为准确；

2、本发明利用信号方差特性确定2FSK信号的采样时刻，完成符号同步。由于方差体现了数据差异性，而2FSK解调信号的采样点时刻对应的频率为2FSK信号的频偏，该频偏为一固定值，因此，采样时刻的数据差异性应该最小，即方差最小，利用该方法，减小由于滤波引起的数值变化对定时同步造成的影响，提高了运算结果稳定性，减小解调误码率，提高同步精度，保证通信系统数据解调的准确性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为FSK解调信号波形；

图2为本发明基于最小方差的2FSK符号同步方法流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了一种基于最小方差的2FSK符号同步方法，包括以下步骤：

步骤1：假定有M个符号，对解调信号进行重采样以及插值运算，使得每个符号内N个采样点；

对解调信号进行重采样以及插值运算，一方面提高信号的采样率，另一方面使得一个符号内有整数个采样点，记为N，此时共有M*N个采样点。以此保证符号同步结果的准确性；其中，所述插值运算可采用现有的插值方法，如线性插值、分段线性插值、样条插值等。

步骤2：对所有数据进行绝对值运算，使得信号全为正数，减小运算时正负数分别处理带来的运算量；

步骤3：以采样点的第一个点作为起始点对所有数据按顺序进行分段，每N个点作为一段，共分为M段数据；

步骤4：对每一段内的数据按顺序进行编号，依次编号为1，2，......N；

步骤5：将M段内相同编号的数据按顺序存放为一组数据，进行二次分组，共产生N组数据；

步骤6：对N组数据分别进行方差运算；

步骤7：根据方差特性，找到方差最小的一组数据，记录该组数据所对应的编号，该组数据即为每个符号内的采样时刻，符号同步完成。

实施例二

本实施例的目的是提供一种计算系统。

一种基于最小方差的2FSK符号同步系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤，包括：

对解调信号进行重采样以及插值运算，使得所述解调信号中每个符号均包括N个采样点，N为正整数；

对所有采样点进行绝对值运算，使得数据全为正数；

以每N个采样点为一组，对所有采样点进行分组；

以所有分组中位置相同的采样点为一组，对所有采样点进行二次分组；

对每个分组分别进行方差运算，方差最小的分组对应的时刻即每个符号内的采样时刻。

实施例三

本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行以下步骤：

对解调信号进行重采样以及插值运算，使得所述解调信号中每个符号均包括N个采样点，N为正整数；

对所有采样点进行绝对值运算，使得数据全为正数；

以每N个采样点为一组，对所有采样点进行分组；

以所有分组中位置相同的采样点为一组，对所有采样点进行二次分组；

对每个分组分别进行方差运算，方差最小的分组对应的时刻即每个符号内的采样时刻。

以上实施例二和三的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。

本发明的有益效果

1、本发明通过对信号进行重采样及插值运算，提高信号采样率，使一个符号内只有整数个采样点，即一个符号内有N个采样点，保证符合同步结果的准确性；运算过程中将所有数据正数化处理，不必在运算时考虑负数的情况，提高了运算效率，同时由于采样时刻正数最大值与负数最大值相同，通过绝对值处理，增加了数据量，使得后续最小方差的运算更为准确；

2、本发明利用信号方差特性确定2FSK信号的采样时刻，完成符号同步。由于方差体现了数据差异性，而2FSK解调信号的采样点时刻对应的频率为2FSK信号的频偏，该频偏为一固定值，因此，采样时刻的数据差异性应该最小，即方差最小，利用该方法，减小由于滤波引起的数值变化对定时同步造成的影响，提高了运算结果稳定性，减小解调误码率，提高同步精度，保证通信系统数据解调的准确性。

本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种基于最小方差的2FSK符号同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

对解调信号进行重采样以及插值运算，使得所述解调信号中每个符号均包括N个采样点，N为正整数；

对所有信号进行绝对值运算；

以每N个采样点为一组，对所有采样点进行分组；

以所有分组中位置相同的采样点为一组，对所有采样点进行二次分组；

对每个分组分别进行方差运算，方差最小的分组对应的时刻即每个符号内的采样时刻；所述方差体现了数据差异性，而2FSK解调信号的采样点时刻对应的频率为2FSK信号的频偏，该频偏为一固定值，采样时刻的数据差异性最小，即方差最小。

2.如权利要求1所述的一种基于最小方差的2FSK符号同步方法，其特征在于，所述插值运算采样线性插值或样条插值。

3.如权利要求1所述的一种基于最小方差的2FSK符号同步方法，其特征在于，以所有分组中位置相同的采样点为一组，对所有采样点进行二次分组包括：

对每个分组内的采样点进行顺序编号；

以所有分组中编号相同的采样点为一组，进行二次分组。

4.如权利要求3所述的一种基于最小方差的2FSK符号同步方法，其特征在于，所述对每个分组分别进行方差运算后，获取方差最小的分组对应的编号，根据该编号得到每个符号内的采样时刻。

5.一种基于最小方差的2FSK符号同步系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-4任一项所述的符号同步方法。

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述的符号同步方法。

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