CN109688079A - 一种猝发通信中低复杂度的gmsk解调定时同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种猝发通信中低复杂度的GMSK解调定时同步方法。在短时猝发通信系统中通常仅用一段同步序列来完成定时同步，降低了后续数据的可靠性。本发明如下：一、接收、拆分被处理序列，并进行匹配滤波。二、构造本地同步序列和位置索引序列，并建立平均功率序列。四、设定一个门限值ε，判断被处理序列是否有效。五、截取部分序列。六、计算相位，并根据相位进行旋转。本发明不需要通过环路利用大量数据即能恢复出相干载波，具有实现架构简单、复杂度低等特点。本发明通过插入多端同步序列来实现定时同步，能够有效地消除定时同步产生的累积误差，从而提高了猝发通信系统的鲁棒性。

Description

一种猝发通信中低复杂度的GMSK解调定时同步方法
技术领域
本发明属于猝发通信技术领域，具体涉及一种猝发通信中低复杂度的 GMSK解调定时同步方法。
背景技术
猝发通信是一种将需要传输的信息压缩处理后，在某个时间点把信息在 短时间内发送出去的信息传输技术。该技术通过减少信号传输时长和增加信 号传输时间的不确定性来降低信息被发现的概率，具有可靠性好和传输效率 高的特点。在保密通信技术领域中具有重要的应用价值。
目前，在猝发通信系统中，GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying，高 斯最小频移键控)调制技术得到了广泛的应用，该调制方式具有相位轨迹平 滑、恒定包络及带外辐射小等优点。GMSK解调方式分为相干解调和非相干 解调两种。相干解调性能优良，能有效遏制载波频偏和相位误差，但需要通 过环路利用大量数据恢复出相干载波，这在短时猝发通信系统中难以实现， 且相干解调实现架构较为复杂，成本高。非相干解调实现方式中主要分为限 幅鉴频解调和差分解调两类。限幅鉴频解调抗噪声能力较弱且具有门限效应；差分解调虽然实现简单，但其解调抗干扰能力与相干解调方式，同样存在较 大差距。
定时同步是猝发通信接收的重要处理环节，针对连续发射的信号，其定 时同步方法是根据信息序列中插入的同步序列来确定定时同步位置，而在短 时猝发通信系统中通常仅用一段同步序列来完成定时同步，降低了后续数据 的可靠性。
针对上述GMSK解调定时同步方法的不足，对于短时猝发通信系统，需 设计一种实现架构简单、解调性能良好且能有效遏制定时累积误差的非相干 方式的解调定时同步方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种猝发通信中低复杂度的GMSK解调定时同步 方法。
本发明具体步骤如下：
步骤一、接收方接收一段长度为(Lbark+1)Lx+LbarkLPN的序列S。序列S是在初 始信息序列上按照巴克码的极性等间距插入Lbark个同步序列PNa得到，a＝0,1；同 步序列PNa的长度均为LPN；相邻两个同步序列PNa之间信息序列的长度均为Lx。
匹配滤波。计算滤波输出序列So如式(1)所示：
So＝S*ξ 式(1)
式(1)中，“*”是卷积运算；ξ是滤波器系数序列。
ξ的计算方法如式(2)所示：
式(2)中“conj”是取共轭操作，i＝1,2,3,...,L-1,y0(n)的定义如式(3)所示如下：
式(3)中，M为采样率除以数据码元速率所得值。数据码元速率为码元持 续时间宽度Tb的倒数。Tb是码元持续时间宽度；gT(k)的表达式如式(4)所示。
式(4)中，Bb为3dB带宽，“erfc”是互补误差函数；
而yi(n)＝y0(n+iTb)。
步骤二、构造本地同步序列F和位置索引序列V，位置索引序列V中的元素 是同步序列PNa中各个元素依次在序列S中的位置序号。计算So在下标 w+V(1)-1～w+V(LbarkLPN)-1之间与F的内积，得到相关峰值序列C如式(5)所 示。
C(w)＝So(w+V-1)·F w＝1,2,3,...,(Lbark+1)Lx+LbarkLPN-V(LbarkLPN)-1式(5)
式(5)中，“·”是内积运算。
步骤三、计算序列S0在下标w-1+V(1)～w-1+V(LbarkLPN)之间的平均功率序列 P如式(6)所示。
式(6)中，“abs”是取模操作。
步骤四、设定一个门限值ε，若存在1到(Lbark+1)Lx+LbarkLPN-V(LbarkLPN)-1的w 满足条件：则将满足该条件的最小的w值记为e，作为粗同步位置， 并进入步骤五；否则，重复步骤一至三后再次进入步骤四。参数ε的取值范围在 0.5～0.8之间。
步骤五、截取序列C在下标e～e+(Lbark+1)Lx+LbarkLPN之间的信号，得到序列获取中最大值所对应的位置，记为d，则精同步的位置f表示为f＝e+d-1。 并截取So在下标f-Lx～f+Lbark(LPN+Lx)之间的信号，得到序列
步骤六、计算相位“angle”是求相角操作。根据φ对进行相 位旋转得到解调数据的软信息序列如式(7)所示。
式(7)中，“exp”是以自然常数e＝2.71828为底的指数函数，
本发明具有的有益效果是：
1、本发明不需要通过环路利用大量数据即能恢复出相干载波，具有实现 架构简单、复杂度低等特点。
2、本发明的解调性能优于传统非相干解调方式，接近相干解调性能。
3、本发明通过插入多端同步序列来实现定时同步，能够有效地消除定时 同步产生的累积误差，从而提高了猝发通信系统的鲁棒性。
附图说明
图1为猝发通信系统的组帧方式示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种猝发通信中低复杂度的GMSK解调定时同步方法的具 体步骤如下：
步骤一、接收方的天线接收一段长度为(Lbark+1)Lx+LbarkLPN的序列S(序列S 为接收方接收到的序列，即发射方最终传输数据帧序列)。如图1所示，序 列S是在初始信息序列上按照巴克码的极性等间距插入Lbark个同步序列PNa得 到，a＝0,1(即序列S由依次交替排列Lbark+1个子信息序列与Lbark个同步序列PNa组成)；同步序列PNa的长度均为LPN；子信息序列的长度均为Lx。同步 序列PN0、同步序列PN1均为伪随机序列。若第u个巴克码为“+”，则第u个同 步序列PNa的采用PN0；否则，第u个同步序列PNa的采用PN1；所采用的巴克 码的位数等于Lbark。
匹配滤波。计算滤波输出序列So如式(1)所示：
So＝S*ξ 式(1)
式(1)中，“*”是卷积运算；ξ是滤波器系数序列，其由序列ξ由 ξ(1)、ξ(2)、...、ξ((L+1)M)组成。ξ(n)的表达式如式(2)所示，n＝1,2,…, (L+1)M。
式(2)中，为复数的共轭复数， i＝1,2,3,...,L-1，y0(n)的表达式如式(3)所示；yi(n)的表达式如式(5)所示，
式(3)中，gT(k)的表达式如式(4)所示。采样率是数据码元速率的M倍。 数据码元速率为码元持续时间宽度Tb的倒数；Tb＝6.25×10-6s。
式(4)中，Bb为被传输信号的3dB带宽，“erfc”是互补误差函 数。
yi(n)的表达式如下；i＝1,2,3,...,L-1。
yi(n)＝y0(n+iTb) 式(5)
步骤二、根据图1中组帧方式所示，构造本地同步序列F和位置索引序 列V。本地同步序列F为Lbark个同步序列PNa依次排列得到。位置索引序列V的 第q个元素v(q)等于本地同步序列F的第q个元素在接收方接收到的序列S中 的序号，q＝1,2,…,Lbark·LPN。
根据滤波输出序列So建立第一滤波输出子序列S′o1、第二滤波输出子序列 S′o2、…、第λ滤波输出子序列S′oλ；λ＝(Lbark+1)Lx+LbarkLPN-v(LbarkLPN)-1。第w 滤波输出子序列S′ow由滤波输出序列So的第w+v(1)-1个元素、第w+v(2)-1个元 素、…、第w+v(LbarkLPN)-1个元素组成，w＝1,2,3,...,λ。
步骤三、计算相关峰值序列C。C由c(1)、c(2)、...、c(λ)组成。c(w)的表达 式如式(6)所示，w＝1,2,3,...,λ。
c(w)＝S′ow·F 式(6)
式(6)中，S′ow·F为是第w滤波输出子序列S′ow与本地同步序列F的内积 运算所得值。
步骤四、计算平均功率序列P。P由p(1)、p(2)、...、p(λ)组成。p(w)的表 达式如式(7)所示，w＝1,2,3,...,λ；
式(7)中，∑[abs(S′ow)]2为第w滤波输出子序列S′ow内所有元素取模后的 平方和。
步骤五、将1赋值给w。
步骤六、对比与门限值ε的大小；若则将w赋值 给粗同步位置e，进入步骤八；否则，进入步骤七。门限值ε根据实际工作环 境仿真确定，其取值范围在0.5～0.8之间，数值越小，虚警概率越大，漏警概 率越小，反之亦反。
步骤七、若w＜λ，则将w增大1，并执行步骤六；否则，重新执行步骤 一至六(此时认为接收到的序列S中无有效信息，或噪声过大，需重新获取 信号)。
步骤八、截取相关峰值序列C的第e个元素、第e+1个元素、…、第 e+(Lbark+1)Lx+LbarkLPN个元素组成序列
步骤九、获取序列中最大值所对应的位置(即序号)，记为d。计算精 同步位置f＝e+d-1。
步骤十、截取滤波输出序列So的第f-Lx个元素、第f-Lx+1个元素、…、 第f+Lbark(LPN+Lx)个元素组成序列
步骤十一、计算相位其中，为序列内第f个 元素的相角。根据相位φ对序列进行相位旋转，得到解调数据的软信息 序列解调数据的软信息序列内第m个元素的表达式如式(8)所 示；m＝1,2,3,...,LbarkLPN+(Lbark+1)Lx，从而最终完成解调和定时同步。
式(8)中，“exp()”是以自然常数e＝2.71828为底的指数函数；为序列内的第m个元素。

Claims (1)

1.一种猝发通信中低复杂度的GMSK解调定时同步方法，其特征在于：步骤一、接收方接收一段长度为(Lbark+1)Lx+LbarkLPN的序列S；序列S是在初始信息序列上按照巴克码的极性等间距插入Lbark个同步序列PNa得到，a＝0,1；同步序列PNa的长度均为LPN；相邻两个同步序列PNa之间信息序列的长度均为Lx；
匹配滤波；计算滤波输出序列So如式(1)所示：
So＝S*ξ 式(1)
式(1)中，“*”是卷积运算；ξ是滤波器系数序列；
ξ的计算方法如式(2)所示：
式(2)中“conj”是取共轭操作，i＝1,2,3,...,L-1,y0(n)的定义如式(3)所示如下：
式(3)中，M为采样率除以数据码元速率所得值；数据码元速率为码元持续时间宽度Tb的倒数；Tb是码元持续时间宽度；gT(k)的表达式如式(4)所示；
式(4)中，Bb为3dB带宽，“erfc”是互补误差函数；
而yi(n)＝y0(n+iTb)；
步骤二、构造本地同步序列F和位置索引序列V，位置索引序列V中的元素是同步序列PNa中各个元素依次在序列S中的位置序号；计算So在下标w+V(1)-1～w+V(LbarkLPN)-1之间与F的内积，得到相关峰值序列C如式(5)所示；
C(w)＝So(w+V-1)·F w＝1,2,3,...,(Lbark+1)Lx+LbarkLPN-V(LbarkLPN)-1 式(5)
式(5)中，“·”是内积运算；
步骤三、计算序列S0在下标w-1+V(1)～w-1+V(LbarkLPN)之间的平均功率序列P如式(6)所示；
式(6)中，“abs”是取模操作；
步骤四、设定一个门限值ε，若存在1到(Lbark+1)Lx+LbarkLPN-V(LbarkLPN)-1的w满足条件：则将满足该条件的最小的w值记为e，作为粗同步位置，并进入步骤五；否则，重复步骤一至三后再次进入步骤四；参数ε的取值范围在0.5～0.8之间；
步骤五、截取序列C在下标e～e+(Lbark+1)Lx+LbarkLPN之间的信号，得到序列获取中最大值所对应的位置，记为d，则精同步的位置f表示为f＝e+d-1；并截取So在下标f-Lx～f+Lbark(LPN+Lx)之间的信号，得到序列
步骤六、计算相位“angle”是求相角操作；根据φ对进行相位旋转得到解调数据的软信息序列如式(7)所示；
式(7)中，“exp”是以自然常数e＝2.71828为底的指数函数，
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