CN110336764A - 一种基于分集信号译码反馈的短波信道盲符号同步方法 - Google Patents

Abstract

该发明公开了一种基于分集信号译码反馈的短波信道盲符号同步方法,属于无线通信中的符号同步技术领域。本发明在频率选择性衰落短波信道下，无需知道信号发送频点，利用译码结果的反馈进行符号同步位置的估计。本方案有利于对抗短波信道频率偏移等不良传输特性，能实现对符号同步位置的准确定位。仿真结果表明:在频率选择性衰落短波信道中，本方案对符号同步位置的估计仍能保持较高的准确率，获得较基于数据频率能量峰值同步方法更优的同步效果。

Description

一种基于分集信号译码反馈的短波信道盲符号同步方法

技术领域

本发明属于无线通信中的符号同步技术领域，提出一种短波信道下，基于多路分集信号译码反馈，抗多径频偏、准确性高，且无需信号先验信息的盲符号同步方法。

背景技术

在通信过程中，符号同步的准确度将直接影响信号的解调效果，是信号接收处理时最重要的环节之一。而短波信道是时变信道，存在着多径时延、多普勒频移和频率选择性衰落等诸多问题，质量很不稳定，常采用的是生存力较强的FSK调制方式和短突发的信号形式。所以短波信道的不良传输特性也为符号同步带来了不小的难度。

短波信道下，为了补偿衰落信道损耗，抵抗衰落引起的不良影响，常采用分集技术，具体是指通过提供传送信号多个副本来提高接收信号正确判决率的方法。传送的多路信号携带统一信息，统计独立，且衰落特性互不相关，这不仅有利于改善信号质量，也助益于信号的接收和处理，本方案也正好借助了分集技术的优点。

目前，常见较为成熟的信号符号自同步算法分为三类：第一类锁相环同步法，利用定时误差检测算法加环路滤波器提取信号中的相位差信息，然后通过调整采样时钟，反馈跟踪，不断缩小误差直至完成信号的锁定。但是信号在短波时变信道中传输中普遍存在频率偏移和相位起伏，并且多径时延快速随机的变化，接收机很难对相位进行准确的估计和跟踪。第二类是基于高阶累积量的同步方法，它利用了二阶统计量(功率谱和相关函数)没有的大量丰富信息，能有效检验和表征信号中的循环平稳性，并且抑制噪声，但是这种方法需要较大的计算复杂度和充足的观测数据，因而不适合短波信道短突发形式的符号同步。近年来还出现了第三类基于信号瞬时频谱的一类符号同步方法，例如频谱峰值计算法，谱峰比值法，最大峰搜索法等，这类方法结合了FSK信号的特征，减小了符号同步的复杂度，但它们必须已知发送信号的频率，在短波信道下还容易受到频率偏移和噪声的影响。其中的基于数据频率能量峰值的盲同步方法，利用数据在频域能量随同步位置的变化特点，来确定准确的定时位置，也是本发明方案着重进行比较的算法。

发明内容

本发明创造性地利用了短波信道下多路分集信号的译码结果作为反馈，来完成符号的准确定时同步。本方案利用了统计独立、携带同一信息，但噪声与衰落互不相关的多路分集信号只在信号起始处最佳采样位置附近的译码结果才会保持一致的特点，实现准确的符号同步。符号同步结果不仅受信号检测位置准确度的影响小，在信号检测位置与真实信号位置偏差较大时，还可以缩小检测位置的误差范围至2个符号以内。以信号检测位置为中心，5个采样点为步长，保持译码数据长度不变，朝两端同时搜索译码结果保持连续一致的段落。搜索完成后，对所有符合筛选标准的段落求中心位置的均值作为最终的符号同步位置。

该方案的信道由一个表征直接路径的衰落过程和另一个表征反射路径的衰落过程的组合来建模，接收信号包含两条路径成分，适用于频率选择性衰落短波信道的MFSK调制方式和短突发信号形式。本符号同步方案有一定信号搜索能力，所以同步结果受信号检测的准确度的影响小，经多次筛选和取均值，能有效对抗不良的信道条件带来的偏差和错误。本方案结果准确，所需的信息仅有符号速率和采样频率，无需知道发送信号频率等其他先验信息，还能适用于非协作通信等其它恶劣通信场景。仿真表明在多径频率选择性衰落信道下的非协作通信中，该方案的符号定时结果非常准确，在信号检测性能较差和较低的信噪比下仍能保证较为理想的性能，拥有比基于数据频率能量峰值的符号同步方法更优的性能。

本发明的技术方案如下：

本方案的符号同步过程分为译码反馈和筛选计算两部分，译码部分负责搜索从不同位置译码时，结果能保持一定长度连续一致的所有段落。筛选部分再从中选出符合标准的段，并计算最终的符号同步位置。

首先，设定一个初始搜索范围，以分集信号检测位置的均值作为搜索中心基准位，以一定的步长，朝前后两个方向滑动数据起始位置完成信号译码。在译码的结果中，筛选出至少连续五次保持一致的段落向计算模块进行反馈。如果反馈的段落位置相邻间隔不为一个符号，则去掉靠近搜索范围边缘的段落；如果反馈回的段落位置靠近初始搜索范围的边缘，则增大该方向上的搜索范围，继续搜索直至返回的段落符合要求。分别对每个段落计算使译码结果一致的位置平均值。再将所有平均位置换算到位处最中间的段落的均值位置附近。去掉其中明显不正确的位置后，取剩下平均位置的均值作为最终的符号同步结果。

本发明是技术方案为一种基于分集信号译码反馈的短波信道盲符号同步方法，该方法包括：

步骤1、设定译码移动步长为stepl采样点，搜索次数的范围为n＝-a:b，其中a，b分别为向前和向后的搜索范围，则总滑动次数times＝a+b；再将两路分集信号的检测位置Pst1和Pst2的均值作为搜索中心基准位置；

步骤2、由已知的符号速率Symr和采样频率Fs求得一个符号内的采样点数Nsamp，保持fl个符号的译码长度，即译码数据长度N＝fl*Nsamp，进行滑动合并软译码，得到译码结果r_m(n),m＝1,2,...,times；n＝1,2,...fl，其中各元素表示每次滑动的译码结果；

步骤3、在译码结果中寻找至少连续5次数据相同的段落，并记录段落的起始位置形成反馈的段落集Φ＝{PaStart(k),k＝1,2,...,num}，其中num表示段落数；

步骤4、分别判断前后向搜索范围是否过小，如果过小则增加对应方向的搜索范围，否则完成译码搜索，将段落集Φ进行反馈，转步骤5；判断方法具体方法如下：先计算搜索富裕度门限分别判断第一段和最后一段的起始位置是否在搜索范围边缘，如果PaStart(1)＜threshold或PaStart(num)＞a+b-threshold，则认为前向或后向的搜索范围过小，增大搜索范围a＝a+50或b＝b+50再次进行译码搜索，转步骤2；

步骤5、判断段落集Φ中各元素是否在相邻的符号位置，去掉不满足条件的段落后更新Φ；

步骤6、计算使得每段译码结果保持一致的位置均值{PaMid(k),k＝1,2,...,num}，利用段落间相邻间隔都为一个符号，将所有平均位置换算到位处最中间的段落附近，形成段落中间位置集

步骤7、判断是否有与均值相差较大明显的错误位置，如果有，在去掉之后更新中间位置集Ψ；

步骤8、计算最终符号同步位置

本发明有益的效果为：在频率选择性衰落短波信道下，无需知道信号发送频点，利用译码结果的反馈进行符号同步位置的估计。本方案有利于对抗短波信道频率偏移等不良传输特性，能实现对符号同步位置的准确定位。仿真结果表明:在频率选择性衰落短波信道中，本方案对符号同步位置的估计仍能保持较高的准确率，获得较基于数据频率能量峰值同步方法更优的同步效果。

附图说明

图1为短波电离层通道模型方框图；

图2为本发明基于分集信号译码反馈的短波信道盲符号同步方法的流程图；

图3为本发明方案与能熵比检测法的性能仿真图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。但不应将此理解为本发明上述主体的范围仅限于以下实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

仿真参数设置如下：

以8FSK调制的两路接收信号为例，设符号速率Symr＝125sps和采样频率Fs＝9600Hz，则一个符号内的采样点数Nsamp＝77。选择的仿真信道是中纬度有干扰的频率选择性衰落信道，信道模型如图1所示。假设输入信号：s(t)＝cos(2πf_t)或s(t)＝e^j2πft。τ为多径时延，f_d为最大多普勒频移，描述了短波信道的衰落特性，为服从均值为零复高斯分布的时变衰落系数，两方差相等，则输出信号：

利用分集信号合并译码反馈完成符号定时的步骤如下：

步骤1、设定译码移动步长为5个采样点，即stepl＝5，搜索次数的范围n＝-100:100，前后向滑动次数初值都设为100次，即a＝100,b＝100，总滑动次数times＝200，再将两路分集信号的检测位置Pst1和Pst2的均值作为搜索中心基准位置。

步骤2、由已知的符号速率Symr和采样频率Fs求得一个符号内的采样点数Nsamp，保持72个符号的译码长度，即译码数据长度N＝5544，进行滑动合并软译码，得到译码结果{r_m(n),m＝1,2,...,200；n＝1,2,...,72}，其中各元素表示每次滑动的译码结果。

步骤3、在译码结果中寻找至少连续5次数据相同的段落，并记录段落的起始位置形成反馈的段落集Φ＝{PaStart(k),k＝1,2,...,num}，其中num表示段落数。

步骤4、判断前后向搜索范围是否过小，如果过小则增加对应方向的搜索范围，否则完成译码搜索，将段落集Φ进行反馈，转步骤5。判断方法具体方法如下：先计算搜索富裕度门限threshold＝40，分别判断第一段和最后一段的起始位置是否在搜索范围边缘，如果PaStart(1)＜40或PaStart(num)＞160，则认为前向或后向的搜索范围过小，增大搜索次数范围a＝a+50或b＝b+50再次进行译码搜索，转步骤2。

步骤5、判断段落集Φ中各元素是否在相邻的符号位置，去掉不满足条件的段落后更新Φ。

步骤6、计算使得每段译码结果保持一致的位置均值{PaMid(k),k＝1,2,...,num}，利用段落间相邻间隔都为一个符号，将所有平均位置换算到位处最中间的段落附近，形成段落中间位置集

步骤7、判断是否有与均值相差较大的错误位置，如果有，在去掉之后更新中间位置集Ψ。

步骤8、计算最终符号同步位置

基于多路分集信号反馈译码符号同步方法的误码仿真结果如图3所示,仿真结果表明在频率选择性衰落的短波信道下，由于本符号同步方法有一定信号搜索的能力，对信号检测位置的准确度依赖低，与利用数据频率能量峰值的符号同步方法相比，特别是在低信噪比时，有明显的优势。

Claims (1)

1.一种基于分集信号译码反馈的短波信道盲符号同步方法，该方法包括：

步骤1、设定译码移动步长为stepl采样点，搜索次数的范围为n＝-a:b，其中a，b分别为向前和向后的搜索范围，则总滑动次数times＝a+b；再将两路分集信号的检测位置Pst1和Pst2的均值作为搜索中心基准位置；

步骤2、由已知的符号速率Symr和采样频率Fs求得一个符号内的采样点数Nsamp，保持fl个符号的译码长度，即译码数据长度N＝fl*Nsamp，进行滑动合并软译码，得到译码结果r_m(n),m＝1,2,...,times；n＝1,2,...fl，其中各元素表示每次滑动的译码结果；

步骤3、在译码结果中寻找至少连续5次数据相同的段落，并记录段落的起始位置形成反馈的段落集Φ＝{PaStart(k),k＝1,2,...,num}，其中num表示段落数；

步骤4、分别判断前后向搜索范围是否过小，如果过小则增加对应方向的搜索范围，否则完成译码搜索，将段落集Φ进行反馈，转步骤5；判断方法具体方法如下：先计算搜索富裕度门限分别判断第一段和最后一段的起始位置是否在搜索范围边缘，如果PaStart(1)＜threshold或PaStart(num)＞a+b-threshold，则认为前向或后向的搜索范围过小，增大搜索范围a＝a+50或b＝b+50再次进行译码搜索，转步骤2；

步骤5、判断段落集Φ中各元素是否在相邻的符号位置，去掉不满足条件的段落后更新Φ；

步骤6、计算使得每段译码结果保持一致的位置均值{PaMid(k),k＝1,2,...,num}，利用段落间相邻间隔都为一个符号，将所有平均位置换算到位处最中间的段落附近，形成段落中间位置集

步骤7、判断是否有与均值相差较大明显的错误位置，如果有，在去掉之后更新中间位置集Ψ；

步骤8、计算最终符号同步位置