一种多速率下解扩和差分解调方法和装置
技术领域
本申请涉及信道通信技术领域,尤其涉及一种多速率下解扩和差分解调方法和装置。
背景技术
扩频信号的接收一般分为两步进行,即解扩与解调,这是关系到系统性能优劣的关键。解扩是在伪随机码同步的情况下,通过对接收信号的相关处理,从而获得处理增益,提高解调器输入端的信噪比,使系统的误码性能得以改善。
现有技术一般采用在差分解调前不做信号同步及校准操作,因此在进行差分解调时性能较低,而且在差分解调之后再进行校准等操作实现复杂,性能较差。
发明内容
本申请提供了一种多速率下解扩和差分解调方法,本申请实现的有益效果如下:
一种多速率下解扩和差分解调方法,包括:
对信号重复同步头进行信号精确同步;
从同步头中去掉调制信息,然后进行扫频测量,完成载波同步;
利用导频信号进行初始相位测量,确定数据起始位置后进行解扩,对解扩后的信号进行相位修正和解交织;
对相位修正后的信号进行差分解调。
如上所述的,对信号重复同步头进行信号精确同步,包括对信号导频部分的重复同步头进行突发粗捕获,再通过唯一同步字进行突发细捕获。
如上所述的,突发粗捕获具体为利用扩频伪码进行滑动相关,一旦相关峰超过门限,则能够精确得到接收信号中扩频码字的初始码相位时间。
如上所述的,根据粗捕获找到的位置,利用接收数据与唯一同步字进行相关,当相关峰值超过门限值时,即认为找到了唯一同步字的起始位置,完成信号精确同步。
如上所述的,载波同步具体为:初始频偏估计利用已知的重复同步字和唯一同步字进行,采用基于频偏估计与补偿的载波同步算法,该算法首先将频偏估计出来,再对原始信号进行补偿。
如上所述的,对相位修正后的信号进行差分解调,具体为:采用相位差分解调算法,首先对接收的信号求取相位,对跳变相位进行解卷绕;对解扰后的数据,求取前后两个数据之差,然后对相位进行归一化处理,从而完成差分解调处理。
一种多速率下解扩和差分解调装置,包括:
信号同步模块,用于对信号重复同步头进行信号精确同步;
载波同步模块,用于从同步头中去掉调制信息,然后进行扫频测量,完成载波同步;
相位修正模块,用于利用导频信号进行初始相位测量,确定数据起始位置后进行解扩,对解扩后的信号进行相位修正和解交织;
差分解调模块,用于对相位修正后的信号进行差分解调。
如上所述的,所述信号同步模块具体用于对信号导频部分的重复同步头进行突发粗捕获,再通过唯一同步字进行突发细捕获。
如上所述的,载波同步模块具体用于,初始频偏估计利用已知的重复同步字和唯一同步字进行,采用基于频偏估计与补偿的载波同步算法,该算法首先将频偏估计出来,再对原始信号进行补偿。
如上所述的,差分解调模块具体用于,采用相位差分解调算法,首先对接收的信号求取相位,对跳变相位进行解卷绕;对解扰后的数据,求取前后两个数据之差,然后对相位进行归一化处理,从而完成差分解调处理。
采用本申请的技术方案在差分解调前完成了信号同步,相位校准,频偏校准之后在进行差分解调,能够最大程度的保证差分解调性能,使得差分解调实现更简单,性能更优越。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是多速率下解扩和差分解调方法流程图;
图2是差分信号数据格式示意图;
图3是突发粗捕获示意图;
图4是唯一同步头相关示意图;
图5是基于频偏估计与补偿算法的载波同步结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
本申请实施例一提供一种多速率下解扩和差分解调方法,在差分解调前完成信号同步、相位校准和频偏校准,然后再进行差分解调,类似于准相关差分解调,此时再进行差分解调能够最大程度的保证差分解调的性能。如图1所示,所述方法具体包括如下步骤:
步骤110、对信号导频部分的重复同步头进行初始粗同步,再通过唯一同步字进行突发精确时间同步,确定扩频因子及其相关配置信息;
本申请实施例中,差分信号数据格式如图2所示,包括重复同步头、唯一同步头和数据传输部分DBPSK/DQPSK;所有同步头均采用32倍扩频模式;分别为64倍扩频、32倍扩频和16倍扩频,信令数据采用64倍扩频;这样传输的数据分别对应低速,中速和高速,对应的编码块数量分别是1,2,4;不同速率通过唯一同步字来进行区分。由于每个突发前面有32*64=2048个码片的重复同步头,其内容为32个已知伪码重复64次;之后是1024个码片的已知唯一同步字;最后是数据,故采用64/32/16倍扩频,共1280/2560/5120个符号。
其中,本申请采用突发粗捕获和突发细捕获来进行信号同步,具体包括:
(1)突发粗捕获
图3展示了突发粗捕获示意图,突发粗捕获是利用扩频伪码进行滑动相关的过程,一旦相关峰超过门限,则能够精确得到接收信号中扩频码字的初始码相位时间。例如码片速率为10Mcps,多普勒频偏最大±15kHz,扩频伪码周期为32,捕获时最多需要搜索32个伪码相位的时间,搜索采用数据分段法进行,每次用于相关的时间为16段伪码的时间,也就是16个伪码周期,即64*32=2048个码片;每一次进行一个1/4CHIP的搜索就检测相关峰值功率点,直到相关峰值超过门限、完成捕获为止。由于前面的重复相关点的点数比后面唯一同步头要长,所以为了节省资源,接收信号仅仅提取实部和虚部的符号位;
然后做相关,对于每次相关,每一个相关点使用异或操作完成,然后由累加器来实现,累加器根据已知伪码,对接收数据按码片间隔进行累加,累加后计算其模值作为相关值,优选为了抵抗频偏可以分段进行;
由于频偏最大只有±15kHz,在相关时间内产生的最大相位旋转有2π*32*64*15kHz/10MHz=2048*15e3/10e6*2π=6.144π,故此时分为K=8段标量,段内相关数值是矢量叠加,段间是标量叠加(绝对数值叠加),由此可得相关值损失约1dB,非常小,因此可不在频偏域再进行搜索。
(2)突发细捕获
通过上述突发粗捕获,找到了N1=32位重复长伪码的起始位置,但不能确定是哪一段因此采用突发细捕获利用1024个码片的唯一同步字进行;
根据粗捕获找到的位置,每隔N1=32个码片(等效于N1=32*4=128个采样点)利用接收数据与唯一同步字进行相关,相关时间长度为1024个码片,当相关峰值超过门限值时,即认为找到了唯一同步字的起始位置;
另外,为了得到更精确的起始位置,可在捕获上的当前位置前后各两个采样点(MP=2)为起始点,再计算四个相关值,取五者相关值(2MP+1)最大的位置作为最后的起始位置,完成细捕获;同时唯一同步字还要进行模式的识别,为此需要并行对各种模式分别做同步;
本系统的数据部分只有64*1280=81920个码片,最大速度不超过1马赫,因此由于多普勒造成的码片偏移不超过81920*340/c=0.093码片,非常小,因此在数据阶段可不对码片进行跟踪;
例如,图4为唯一同步头相关示意图,唯一同步头从左到右同步,每隔离N=32*4=128个点,在隔离128点前后2MP+1=5个点进行唯一同步头相关,这样一共UN=4并行进行相关,所以一个唯一同步字相关处理时间可以在N/((2MP+1)*UN)=128/(5*4)=6.4个周期内完成,故此此时消耗消耗的资源仅仅是1/6的资源。
在同步头完成信号精确同步后,即可启动载波同步。
步骤120、从同步头中去掉调制信息,然后进行扫频测量,完成载波同步;
因为DBPSK第一个点的正确解调需要消除初始相位对信号的影响,故初始相位对DBPSK的影响较大,因此本申请对于初始载波同步设计具体为:初始频偏估计利用已知的重复同步字和唯一同步字进行,采用基于频偏估计与补偿的载波同步算法,该算法首先将频偏估计出来,再对原始信号进行补偿,该操作在解调的过程中始终进行。
图5展示了基于频偏估计与补偿算法的载波同步结构示意图。频偏估计采用最大似然估计算法,用于估计的数据长度为NL+ML=1024+2048=3072个码片,包括1024个唯一码和与之相邻的2048个重复同步字。为了减少计算量,先将数据解扩并按照64个码片的周期进行积分,将采样点数减少至48点,采样率降为(fchip=10M)10Mcps/64=156.25kHz;
初始频偏估计采用最大似然算法作为搜索的过程,搜索的频偏范围为±15kHz,采用线性搜索,搜索步进为0.2kHz,共搜索150次,频偏估计值为:
上式中,arg的意思为集合,f为搜索的频点,L为计算用的采样点数,此处L=48,rk为用于估计的数据,Tb=1/156.25kHz,上式的意思为取使得后面计算式最大的f值;
此时最大频偏估计误差为0.2kHz/2=0.1kHz,在该段数据内产生的最大相位偏移为2π*48*0.1kHz/1/156.25kHz=0.06144π=11°,对BPSK解调的影响非常小,可以忽略。
如果对于DBPSK/DQPSK的影响更小,由于差分解调进行的是前后两个BIT的对比,此时频偏对相位的影响要小得多。
初始频偏估计好后,可以得到初始相偏:
上式中,angle为求相位的意思,得到初始频偏和相偏估计值后,即可以对该段数据进行频偏和相位偏移的纠正:
步骤130、利用导频信号进行初始相位测量,确定数据起始位置后进行解扩,对解扩后的信号进行相位修正和解交织;
步骤140、对相位修正后的信号进行差分解调,输出定点化的差分信号,对解调后的信号进行译码,然后进行解异或操作;
在差分解调前完成了信号同步,相位校准,频偏校准之后在进行差分解调,类似于准相关差分解调;
本申请实施例采用相位差分解调算法,首先对接收的信号求取相位,对相位跳变超过PI的进行解卷绕,使得相位在pi处不发生跳变,从而反映出真实的相位变化,也就是unwrap在检查数据前后两点的差距在超过PI的时候,就认为有跳变;对解扰后的数据,求取前后两个数据之差(求取微分),然后对相位进行归一化处理,此时判别依据是如果归一化后的信号sig-0.5<sig<0.5就认为是0信号,其他信号就是1信号,从而完成差分解调处理;此种相干差分解调算法实现简单,性能优越。
以上所述实施例,仅为本申请的具体实施方式,用以说明本申请的技术方案,而非对其限制,本申请的保护范围并不局限于此,尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。