CN111935048A - 一种数据辅助的cpm信号检测方法及系统 - Google Patents

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肖鹏
赵阳
青先国
李伟
周玲
熊彦
陈杰
卢川
何小鹏
张洧川
简一帆
陈明虎
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Abstract

本发明公开了一种数据辅助的CPM信号检测方法及系统，本发明包括差分运算模块、互相关模块、本地差分存储模块和信号检测判定模块；差分运算模块用于获取接收CPM基带I、Q信号并计算接收CPM基带I、Q信号之间的一比特差分信号Dr(t)；本地差分存储模块用于获取本地CPM基带I、Q信号并计算本地CPM基带I、Q信号之间的一比特差分信号Dl(t)；互相关模块用于计算接收CPM的一比特差分信号Dr(t)与本地CPM的一比特差分信号Dl(t)之间的互相关值；信号检测判定模块用于根据两个一比特差分信号之间的互相关值进行CPM信号检测。本发明通过引入接收端本地信号与接收信号之间的差分相关，使得算法实现结构简单，便于工程实现。

Description

一种数据辅助的CPM信号检测方法及系统
技术领域
本发明涉及无线与移动通信技术领域，具体涉及一种数据辅助的CPM信号检测方法及系统。
背景技术
CPM(Continue Phase Modulation)为连续相位调制信号，现有技术提出的CPM检测技术主要包括两类：
一类是能量检测算法。在对信号本身知之甚少的情况下，能量检测算法不失为一种极为有效的信号检测算法，并且已经在认知无线电领域得到了广泛的应用。能量检测算法计算一段时间内接收信号的平均能量，然后与检测门限进行比较，如果信号能量高于检测门限，则认为接收信号中存在有用信号，反之，则认为不存在有用信号。
另一类为双相关检测算法。双相关检测算法通过最大似然准则进行推导，需要已知前导数据序列辅助，能够在较低的信噪比下达到不错的检测效果。由于调制参数对于通信双方都是已知的，接收方可以根据已知前导数据序列生成该序列所对应的CPM复基带信号，然后计算该CPM复基带信号的自相关，并存于本地内存中。双相关检测算法计算接收CPM复基带信号的自相关，并与存于本地内存中的复基带信号自相关进行互相关运算，对运算结果求模之后，便得到双相关计算结果。通过寻找双相关计算结果的峰值并与设定门限进行比较，来进行信号有无的判定。
然而，上述现有检测技术均存在不足：其中，能量检测算法只关心信号能量，不关心信号形式。当接收CPM信号中混入干扰信号时，能量检测算法不能将有用CPM信号和干扰信号区分开来，检测结果容易受到干扰。并且对于带前导序列的数据链路，能量检测算法没有利用已知的前导序列，在该情况下，能量检测算法的效果不是最优的。
双相关检测算法结构复杂、运算量大，工程上难以实现。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种数据辅助的CPM信号检测方法。本发明检测效果佳、实现方式简单、运算量小且易于工程实现。
本发明通过下述技术方案实现：
一种数据辅助的CPM信号检测方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、获取接收CPM基带I、Q信号并计算接收CPM基带I、Q信号之间的一比特差分信号Dr(t)；
步骤二、获取本地CPM基带I、Q信号并计算本地CPM基带I、Q信号之间的一比特差分信号Dl(t)；
步骤三、计算接收CPM的一比特差分信号Dr(t)与本地CPM的一比特差分信号Dl(t)之间的互相关值；
步骤四、根据两个一比特差分信号之间的互相关值检测接收信号中是否存在所需的CPM信号。
优选的，本发明的步骤一中通过下式计算接收CPM的一比特差分信号Dr(t)：
Figure BDA0002631334530000025
式中，Ir(t)为t时刻接收CPM基带I信号，Qr(t)为t时刻接收CPM基带Q信号，Ir(t-Ts)为t-Ts时刻接收CPM基带I信号，Qr(t-Ts)为t-Ts时刻接收CPM基带Q信号，Ts为码元周期，
Figure BDA0002631334530000021
为t时刻与t-Ts时刻的信息相位差，fd为未知频偏。
优选的，本发明的步骤二中通过下式计算本地CPM的一比特差分信号Dl(t)：
Figure BDA0002631334530000022
式中，Il(t)为t时刻本地CPM基带I信号，Ql(t)为t时刻本地CPM基带Q信号，Il(t-Ts)为t-Ts时刻本地CPM基带I信号，Ql(t-Ts)为t-Ts时刻本地CPM基带Q信号，Ts为码元周期，
Figure BDA0002631334530000023
为t时刻与t-Ts时刻的信息相位差。
优选的，本发明的步骤三通过下式计算两个一比特差分信号之间的互相关绝对值：
Figure BDA0002631334530000024
优选的，本发明的步骤四具体包括：
步骤S41，找出一段时间内输出的互相关值的最大值，并判定该最大值是否高于设定检测门限；
步骤S42，如果该最大值高于设定检测门限，则认为接收信号中存在所需的CPM信号，否则认为所需的CPM信号不存在。
另一方面，本发明还提出了一种数据辅助的CPM信号检测系统，该系统包括差分运算模块、互相关模块、本地差分存储模块和信号检测判定模块；
其中，所述差分运算模块用于获取接收CPM基带I、Q信号并计算接收CPM基带I、Q信号之间的一比特差分信号Dr(t)；
所述本地差分存储模块用于获取本地CPM基带I、Q信号并计算本地CPM基带I、Q信号之间的一比特差分信号Dl(t)；
所述互相关模块用于计算接收CPM的一比特差分信号Dr(t)与本地CPM的一比特差分信号Dl(t)之间的互相关值；
所述信号检测判定模块用于根据两个一比特差分信号之间的互相关值进行CPM信号检测。
优选的，本发明的差分运算模块通过下式计算接收CPM的一比特差分信号Dr(t)：
Figure BDA0002631334530000031
式中，Ir(t)为t时刻接收CPM基带I信号，Qr(t)为t时刻接收CPM基带Q信号，Ir(t-Ts)为t-Ts时刻接收CPM基带I信号，Qr(t-Ts)为t-Ts时刻接收CPM基带Q信号，Ts为码元周期，
Figure BDA0002631334530000032
为t时刻与t-Ts时刻的信息相位差，fd为未知频偏。
优选的，本发明的本地差分存储模块通过下式计算本地CPM的一比特差分信号Dl(t)：
Figure BDA0002631334530000033
式中，Il(t)为t时刻本地CPM基带I信号，Ql(t)为t时刻本地CPM基带Q信号，Il(t-Ts)为t-Ts时刻本地CPM基带I信号，Ql(t-Ts)为t-Ts时刻本地CPM基带Q信号，Ts为码元周期，
Figure BDA0002631334530000034
为t时刻与t-Ts时刻的信息相位差。
优选的，本发明的互相关模块通过下式计算两个一比特差分信号之间的互相关绝对值：
Figure BDA0002631334530000035
优选的，本发明的信号检测判定模块根据两个一比特差分信号之间的互相关值进行检测，如果检测到接收信号中存在所需的CPM信号，则置位检测标志。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明提出的CPM信号检测方法和系统简单且有效。本发明通过引入接收端本地信号与接收信号之间的差分相关，使得算法实现结构简单，便于工程实现。并且通过引入已知前导序列的增益，可以在较低SNR下达到不错的检测效果，适用于低SNR下的CPM信号检测应用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明的系统原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提出了一种数据辅助的CPM信号检测方法。
如图1所示，本实施例的检测方法包括以下步骤：
1、获取接收CPM基带I、Q信号，表示为：
Ir(t)＝cos[2πfdt+φ(t)+θ0]
Qr(t)＝sin[2πfdt+φ(t)+θ0]
其中，Ir(t)为t时刻接收CPM基带I信号，Qr(t)为t时刻接收CPM基带Q信号，fd为未知频偏，φ(t)为信息相位，θ0为未知初相。
2、计算接收CPM基带I、Q信号之间的一比特差分Dr(t)，计算式如下
Figure BDA0002631334530000041
其中，Ts为码元周期，
Figure BDA0002631334530000042
为t时刻与t-Ts时刻的信息相位差。
3、由于前导序列已知，并且设前导序列长度为N。在本地可以产生前导序列所对应的CPM基带I、Q信号，分别记为Il(t)和Ql(t)，然后计算本地CPM基带I、Q信号之间的一比特差分Dl(t)，计算式如下
Figure BDA0002631334530000043
4、然后计算接收CPM一比特差分Dr(t)与本地CPM一比特差分Dl(t)之间的互相关，并对结果进行取绝对值，计算式如下
Figure BDA0002631334530000044
5、找出一段时间内互相关绝对值的最大值，如果该值高于设定检测门限，则认为接收信号中存在所需的CPM信号，否则认为所需的CPM信号不存在。
本实施例通过现场可编程门逻辑阵列FPGA编写处理逻辑，或者通过数字信号处理器DSP编写软件代码进行实现。
实施例2
本实施例提出了一种数据辅助的CPM信号检测系统。
如图2所示，本实施例的检测系统包括差分运算模块、互相关模块、本地差分存储模块和信号检测判定模块。
其中，差分运算模块用于获取接收CPM基带I、Q信号并计算接收CPM基带I、Q信号之间的一比特差分信号Dr(t)，采用上述实施例1提出的公式(1)计算。
本地差分存储模块用于获取本地CPM基带I、Q信号并计算本地CPM基带I、Q信号之间的一比特差分信号Dl(t)，采用上述实施例1提出的公式(2)计算。
互相关模块用于计算接收CPM的一比特差分信号Dr(t)与本地CPM的一比特差分信号Dl(t)之间的互相关值，采用上述实施例1提出的公式(3)计算。
信号检测判定模块用于根据两个一比特差分信号之间的互相关绝对值进行CPM信号检测，如果检测到接收信号中存在所需的CPM信号(通过找出一段时间内互相关模块输出的互相关绝对值的最大值，如果该值高于设定检测门限，则认为接收信号中存在所需的CPM信号，否则认为所需的CPM信号不存在。)，则置位检测标志。
本实施例的系统工作原理：
按照发送端的CPM调制参数以及已知前导序列，生成接收端本地CPM复基带信号；计算接收端本地CPM复基带信号的一比特差分，并存于本地内存中；计算接收复基带信号的一比特差分；计算本地一比特差分与接收信号一比特差分之间的互相关，并求模；将互相关求模结果与设定门限进行对比，如果高于门限，则认为接收信号中存在有用信号，反之，则认为不存在有用信号，通过实时运行该系统，即可实现CPM信号检测。
本实施例通过现场可编程门逻辑阵列FPGA编写处理逻辑，或者通过数字信号处理器DSP编写软件代码进行实现。
本发明现已用于采用CPM调制样式的通用访问收发器(UAT)数据通讯链路中，并可推广至所有采用CPM调制样式的通信系统。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数据辅助的CPM信号检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、获取接收CPM基带I、Q信号并计算接收CPM基带I、Q信号之间的一比特差分信号Dr(t)；
步骤二、获取本地CPM基带I、Q信号并计算本地CPM基带I、Q信号之间的一比特差分信号Dl(t)；
步骤三、计算接收CPM的一比特差分信号Dr(t)与本地CPM的一比特差分信号Dl(t)之间的互相关值；
步骤四、根据两个一比特差分信号之间的互相关值检测接收信号中是否存在所需的CPM信号。
2.根据权利要求1所述的一种数据辅助的CPM信号检测方法，其特征在于，所述步骤一中通过下式计算接收CPM的一比特差分信号Dr(t)：
Figure FDA0002631334520000011
式中，Ir(t)为t时刻接收CPM基带I信号，Qr(t)为t时刻接收CPM基带Q信号，Ir(t-Ts)为t-Ts时刻接收CPM基带I信号，Qr(t-Ts)为t-Ts时刻接收CPM基带Q信号，Ts为码元周期，
Figure FDA0002631334520000012
为t时刻与t-Ts时刻的信息相位差，fd为未知频偏。
3.根据权利要求1所述的一种数据辅助的CPM信号检测方法，其特征在于，所述步骤二中通过下式计算本地CPM的一比特差分信号Dl(t)：
Figure FDA0002631334520000013
式中，Il(t)为t时刻本地CPM基带I信号，Ql(t)为t时刻本地CPM基带Q信号，Il(t-Ts)为t-Ts时刻本地CPM基带I信号，Ql(t-Ts)为t-Ts时刻本地CPM基带Q信号，Ts为码元周期，
Figure FDA0002631334520000014
为t时刻与t-Ts时刻的信息相位差。
4.根据权利要求1所述的一种数据辅助的CPM信号检测方法，其特征在于，所述步骤三通过下式计算两个一比特差分信号之间的互相关绝对值：
Figure FDA0002631334520000015
5.根据权利要求1所述的一种数据辅助的CPM信号检测方法，其特征在于，所述步骤四具体包括：
步骤S41，找出一段时间内输出的互相关值的最大值，并判定该最大值是否高于设定检测门限；
步骤S42，如果该最大值高于设定检测门限，则认为接收信号中存在所需的CPM信号，否则认为所需的CPM信号不存在。
6.一种数据辅助的CPM信号检测系统，其特征在于，该系统包括差分运算模块、互相关模块、本地差分存储模块和信号检测判定模块；
其中，所述差分运算模块用于获取接收CPM基带I、Q信号并计算接收CPM基带I、Q信号之间的一比特差分信号Dr(t)；
所述本地差分存储模块用于获取本地CPM基带I、Q信号并计算本地CPM基带I、Q信号之间的一比特差分信号Dl(t)；
所述互相关模块用于计算接收CPM的一比特差分信号Dr(t)与本地CPM的一比特差分信号Dl(t)之间的互相关值；
所述信号检测判定模块用于根据两个一比特差分信号之间的互相关值进行CPM信号检测。
7.根据权利要求6所述的一种数据辅助的CPM信号检测方法，其特征在于，所述差分运算模块通过下式计算接收CPM的一比特差分信号Dr(t)：
Figure FDA0002631334520000021
式中，Ir(t)为t时刻接收CPM基带I信号，Qr(t)为t时刻接收CPM基带Q信号，Ir(t-Ts)为t-Ts时刻接收CPM基带I信号，Qr(t-Ts)为t-Ts时刻接收CPM基带Q信号，Ts为码元周期，
Figure FDA0002631334520000022
为t时刻与t-Ts时刻的信息相位差，fd为未知频偏。
8.根据权利要求6所述的一种数据辅助的CPM信号检测方法，其特征在于，所述本地差分存储模块通过下式计算本地CPM的一比特差分信号Dl(t)：
Figure FDA0002631334520000023
式中，Il(t)为t时刻本地CPM基带I信号，Ql(t)为t时刻本地CPM基带Q信号，Il(t-Ts)为t-Ts时刻本地CPM基带I信号，Ql(t-Ts)为t-Ts时刻本地CPM基带Q信号，Ts为码元周期，
Figure FDA0002631334520000024
为t时刻与t-Ts时刻的信息相位差。
9.根据权利要求6所述的一种数据辅助的CPM信号检测方法，其特征在于，所述互相关模块通过下式计算两个一比特差分信号之间的互相关绝对值：
Figure FDA0002631334520000025
10.根据权利要求6所述的一种数据辅助的CPM信号检测方法，其特征在于，所述信号检测判定模块根据两个一比特差分信号之间的互相关值进行检测，如果检测到接收信号中存在所需的CPM信号，则置位检测标志。
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