CN113630359A - 一种相位跟踪方法、存储介质及计算机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，为一种相位跟踪方法、存储介质及计算机，包括获取解扩后的恒信道区的数据信息，对恒信道区的解扩数据进行平方操作得到平方值，然后任意选取预设个数的点的数据进行求和操作，对所有求和值取反正切得到角度主值，对角度主值进行断点接续工作得到转圈校正值，将转圈校正值取半值得到初始的相位修正值。该方案能在解调门限能达到很低的情况下，依然保证高性能的相位跟踪；另一方面，在扩频通信体制下，把信道估计分为幅度估计和相位估计两个部分，通过幅度和相位分别处理，具有非常优良的实用性；此外，相位跟踪充分利用了BPSK调制的特性，不仅新颖且性能好。

Description

一种相位跟踪方法、存储介质及计算机
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种相位跟踪方法、存储介质及计算机。
背景技术
扩频(Spread Spectrum，SS)是将传输信号的频谱(spectrum)打散到较其原始带宽更宽的一种通信技术，常用于无线通信领域。扩展频谱通信，简称扩频通信，是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列(一般是伪随机码)来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。
DSSS(直接序列扩频通信)体制下，接收机都会采用rake技术(路径分集技术)，对每一个finger(峰指)进行单独处理，作单独的信道估计和校正，最后使用最大比合并技术来解码。而对于每一个finger的单独信道估计，为了减少导频开销，都会使用信道插值的处理方法。
而在DSSS单载波扩频通信体制下，对接收端解调门限的需求往往是负十几到负几十dB。在这样的超低信噪比下，要想得到较为准确的初始频差估计值是非常困难的。残余频差稍微大一些，导频插的间隔稍微大一些，则利用导频的信道插值就会不可避免的出现相位模糊问题，从而导致整个解调的失败。
另外，在这种超低信噪比下，导频处的信道估计值要想有准确度，必须使用大量的导频求均值才能达成。这样就大大增加了导频的开销，降低了净速率。
发明内容
本发明提供了一种相位跟踪方法、存储介质及计算机，解决了以上所述超低信噪比下导频的开销大而降低了净速率的技术问题。
本发明为解决上述技术问题提供了一种相位跟踪方法，包括以下步骤：
S1，获取解扩后的恒信道区的数据信息；
S2，对恒信道区的解扩数据进行平方操作得到平方值；
S3，然后任意选取预设个数的点的数据进行求和操作；
S4，对所有求和值取反正切得到角度主值；
S5，对所述角度主值进行断点接续工作得到转圈校正值；
S6，将所述转圈校正值取半值得到初始的相位修正值。
优选地，所述S1具体包括：解扩后的一个finger在一个恒信道区的数据结构包括pilot_32+data_175+pilot_32，共32+175+32＝239个点。
优选地，所述S2具体包括：对所有239个点的解扩后数据进行平方操作，得到平方值square_value。
优选地，所述S3具体包括：
S31，先取点1到点33，进行求和操作；
S32，然后取点2到点34，进行求和操作；
S33，每次往前滑动一个点，进行求和操作，最终得到16+175＝191个和值；其中，前16个和值对应的是数据结里前pilot_32的后16个导频点，后175个和值对应的是数据结里中间175个点。
优选地，所述S4具体包括：对所有和值取反正切arctan，得到角度主值arg_sita。
优选地，所述S5中的对arg_sita进行断点接续工作具体算法如下：
将当前角度主值减去前一个角度主值，即当前arg_sita-前一个arg_sita，若结果大于π，则当前arg_sita要减去2π，才是真实值；
当前arg_sita-前一个arg_sita，若结果小于-π，则当前arg_sita要加上2π，才是真实值；
经过梳理后，得到转圈校正值arg_sita_modified，转圈校正值的样点数包括16+175＝191个。
优选地，所述S6之后还包括S7：
对数据结里前pilot_32的后16个导频点进行相位纠正动作，得到的校正后16个样点，若有超过8个样点的实部符号和已知导频的实部符号相等，说明没有发生相位模糊；反之，sita_modify的后175个值，必须加上π的修正量。
优选地，所述S7之后还包括：完成实质的175个点的相位校正动作即可。
本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质用于存储相位跟踪方法。
本发明还提供了一种计算机，所述计算机用于计算实现相位跟踪方法。
有益效果：本发明提供了一种相位跟踪方法、存储介质及计算机，包括获取解扩后的恒信道区的数据信息，对恒信道区的解扩数据进行平方操作得到平方值，然后任意选取预设个数的点的数据进行求和操作，对所有求和值取反正切得到角度主值，对所述角度主值进行断点接续工作得到转圈校正值，将所述转圈校正值取半值得到初始的相位修正值。该方案能在解调门限能达到很低的情况下，依然保证高性能的相位跟踪；另一方面，在扩频通信体制下，把信道估计分为幅度估计和相位估计两个部分，通过幅度和相位分别处理，具有非常优良的实用性；此外，相位跟踪充分利用了BPSK调制的特性，不仅新颖且性能好，为后续的超低信噪比的精确相位跟踪提供了可靠的研究方向，具有广阔的研究意义和实际用途。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明相位跟踪方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本发明提供了一种相位跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取解扩后的恒信道区的数据信息；在DSSS扩频通信体制下，对接收端解调门限的需求往往是负十几到负几十分贝，具有超低信噪比，接收机都会采用rake技术，对每一个finger进行单独处理。本发明实施例旨在提供一种BPSK+DSSS扩频通信体制下的新颖信道估计方法。BPSK(Binary Phase Shift Keying)二进制相移键控。是把模拟信号转换成数据值的转换方式之一，利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式。该方法把每一个finger的信道估计分成了两个部分，一个部分是幅频响应估计，一个是(信道+残余频差以及相噪)造成的相位误差跟踪。
其中，数据区的帧结构包括导频帧和数据帧，具体如下：pilot+data+pilot+data+pilot+data......其中，pilot+data所占据的时间为恒信道时间的1/4，确保这段时间处于不变信道。pilot即导频，data即数据，合起来即导频+数据。
在低snr(信噪比)下，这段时间的幅频响应，即为pilot+data段样点abs(绝对值，也叫模值)的均值。由于取了大量样点的模值的平均，在超低snr下的估计性能大大提升。困难的是，要对这段时间的每一个解扩后样本的相位误差进行精确的跟踪，才能保证BPSK调制下的优异解调性能。下面具体描述相位跟踪的实现手段。
解扩后，假设一个finger在一个恒信道区的数据结构如下：
pilot_32+data_175+pilot_32
即导频32个点+数据175个点+导频32个点，总共是32+175+32＝239个点。
S2，对恒信道区的解扩数据进行平方操作得到平方值；具体地，对所有239个解扩后数据进行平方操作，得到平方值square_value。
S3，然后任意选取预设个数的点的数据进行求和操作；具体地包括：
S31，先取点1到点33，进行求和操作；
S32，然后取点2到点34，进行求和操作；
S33，每次往前滑动一个点，进行求和操作，最终得到16+175＝191个和值；其中，前16个和值对应的是数据结里前pilot_32的后16个导频点，后175个和值对应的是数据结里中间175个点。
S4，对所有求和值取反正切得到角度主值；具体地，对所有和值取反正切arctan，得到角度主值arg_sita。
S5，对所述角度主值进行断点接续工作得到转圈校正值；具体地包括：
由于残余频差和相位噪声的存在，arg_sita出现转圈的现象。这就有可能在-pi和pi的断点处发生跳变，破坏掉整个相位跟踪算法。因此，要对arg_sita进行断点接续工作。其中，pi即π。根据不同的校验结果来进行pi修正，具体算法如下：
将当前角度主值减去前一个角度主值，即当前arg_sita-前一个arg_sita，若结果大于pi，则当前arg_sita要减去2pi，才是真实值；
当前arg_sita-前一个arg_sita，若结果小于-pi，则当前arg_sita要加上2pi，才是真实值；
经过梳理后，得到转圈校正值arg_sita_modified，转圈校正值的样点数有16+175个。
S6，将所述转圈校正值取半值得到初始的相位修正值。具体为：将转圈校正值取半值，即arg_sita_modified/2，就得到了初始的相位修正值sita_modify。
S7，对数据结里前pilot_32的后16个导频点进行相位纠正动作，得到的校正后16个样点，若有超过8个样点的实部符号和已知导频的实部符号相等，说明没有发生相位模糊；反之，sita_modify的后175个值，必须加上π的修正量。完成实质的175个数据的相位校正动作即可。
在一个具体的实施场景中，下面以一个具体的事例进行解释说明相位跟踪方法如下：
解扩后，假设一个finger在一个恒信道区的数据结构如下：
pilot_32+data_175+pilot_32
1)对所有239个解扩后数据进行平方操作，得到平方值square_value.
2)取点1到点33，进行求和操作。
3)取点2到点34，进行求和操作。
4)每次往前滑动一个点，进行求和操作，最终得到(16+175)个和值。其中，前16个和值对应的是pilot_32的后16个点，后175个和值对应的是175个数据。
5)对所有和值取反正切arctan，得到角度主值arg_sita。
6)由于残余频差和相位噪声的存在，arg_sita出现转圈的现象。这就有可能在-pi和pi的断点处发生跳变，破坏掉整个相位跟踪算法。因此，要对arg_sita进行断点接续工作。其中，pi即π。根据不同的校验结果来进行pi修正，具体算法如下：
将当前角度主值减去前一个角度主值，即当前arg_sita-前一个arg_sita，若结果大于pi，则当前arg_sita要减去2pi，才是真实值。
当前arg_sita-前一个arg_sita，若结果小于-pi，则当前arg_sita要加上2pi，才是真实值。
经过梳理后，得到转圈校正值arg_sita_modified，转圈校正值的样点数有16+175个。
7)将转圈校正值取半值，即arg_sita_modified/2，就得到了初始的相位修正值sita_modify。
8)对后16个导频进行相位纠正动作，得到的校正后16个样点，若有超过8个样点的实部符号和已知导频的实部符号相等，说明没有发生相位模糊。反之，sita_modify的后175个值，必须加上pi的修正量。
9)完成实质的175个数据的相位校正动作即可。
该方案在DSSS通信体制下，把信道估计分为幅度估计和相位估计两个部分，实用性很强。且整套较复杂相位跟踪算法的设计，达到了较为优异的性能。
相比于现有技术具有以下有益效果：
高性能：解调门限能达到很低，高性能的相位跟踪是关键；和传统的扩频算法信道估计完全不同，幅度和相位分别处理；相位跟踪充分利用了BPSK调制的特性，新颖且性能好。
本发明还提供了一种存储介质。该存储介质用于存储上述提到的所有的相位跟踪方法，关于相位跟踪方法的具体算法原理在此不再一一赘述，直接参考上述的描述即可。
本发明还提供了一种计算机。该计算机用于计算实现上述提到的所有的相位跟踪方法，关于相位跟踪方法的具体算法原理在此不再一一赘述，直接参考上述的描述即可。
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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种相位跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取解扩后的恒信道区的数据信息；
S2，对恒信道区的解扩数据进行平方操作得到平方值；
S3，然后任意选取预设个数的点的数据进行求和操作；
S4，对所有求和值取反正切得到角度主值；
S5，对所述角度主值进行断点接续工作得到转圈校正值；
S6，将所述转圈校正值取半值得到初始的相位修正值。
2.根据权利要求1所述的相位跟踪方法，其特征在于，所述S1具体包括：解扩后的一个finger在一个恒信道区的数据结构包括pilot_32+data_175+pilot_32，共32+175+32＝239个点。
3.根据权利要求2所述的相位跟踪方法，其特征在于，所述S2具体包括：对所有239个点的解扩后数据进行平方操作，得到平方值square_value。
4.根据权利要求3所述的相位跟踪方法，其特征在于，所述S3具体包括：
S31，先取点1到点33，进行求和操作；
S32，然后取点2到点34，进行求和操作；
S33，每次往前滑动一个点，进行求和操作，最终得到16+175＝191个和值；其中，前16个和值对应的是数据结里前pilot_32的后16个导频点，后175个和值对应的是数据结里中间175个点。
5.根据权利要求4所述的相位跟踪方法，其特征在于，所述S4具体包括：对所有和值取反正切arctan，得到角度主值arg_sita。
6.根据权利要求5所述的相位跟踪方法，其特征在于，所述S5中的对arg_sita进行断点接续工作具体算法如下：
将当前角度主值减去前一个角度主值，即当前arg_sita-前一个arg_sita，若结果大于π，则当前arg_sita要减去2π，才是真实值；
当前arg_sita-前一个arg_sita，若结果小于-π，则当前arg_sita要加上2π，才是真实值；
经过梳理后，得到转圈校正值arg_sita_modified，转圈校正值的样点数包括16+175＝191个。
7.根据权利要求6所述的相位跟踪方法，其特征在于，所述S6之后还包括S7：
对数据结里前pilot_32的后16个导频点进行相位纠正动作，得到的校正后16个样点，若有超过8个样点的实部符号和已知导频的实部符号相等，说明没有发生相位模糊；反之，sita_modify的后175个值，必须加上π的修正量。
8.根据权利要求7所述的相位跟踪方法，其特征在于，所述S7之后还包括：完成实质的175个点的相位校正动作即可。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质用于存储如权利要求1至8任一项所述的相位跟踪方法。
10.一种计算机，其特征在于，所述计算机用于计算实现如权利要求1至8任一项所述的相位跟踪方法。
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