CN113890808B - 一种基于预编码msk波形的相干解调方法 - Google Patents

一种基于预编码msk波形的相干解调方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于预编码MSK波形的相干解调方法，具体地，本发明利用在发送端比特级处理中增加了预编码处理，在接收端进行相干解调时需要对相邻符号数据进行相差90度相位旋转，通过同步后的位置计算出最佳采样点，恢复出数据。由于本发明的相干解调方法中不存在判决处理，因而避免判决带来的性能损失；其次本发明的相干解调方法中进行下变频处理时不需要本地载波同相，只需要产生载波同频，其中利用不同解调极性数据，进行译码和CRC校验解决初始相位导致极性反转问题，在系统中不会使用锁相环，从而避免现有技术中锁相环失锁导致的解调失败问题。

Description

一种基于预编码MSK波形的相干解调方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体而言，涉及一种基于预编码MSK波形的相干解调方法。
背景技术
在一些特种无线通信环境下，对通信设备的功耗指标特别关注，希望能够提高功放利用效率，然后功放利用效率与波形的幅度变化有关，其中恒包络的调制波形对功放利用率最高，故在特种无线通信环境下，常选择恒包络的调制波形。
MSK(Minimum Shift Keying，最小频移键控)是一种恒包络调制方式，并且其波形的相位连续，旁瓣衰减快，能量集中以及邻道抑制比低等特点，其中对于采用MSK波形的无线通信系统中最为核心部分为MSK的解调算法，其中解调算法的检测能力直接决定着系统的性能。
对于MSK信号的解调方法主要分为相干解调和非相干解调。相干解调需要利用载波同步精确的恢复出同频同相的本地载波，利用下变频和滤波处理去掉载波，然后用±cos(πt/2Tb)和±sin(πt/2Tb)的调制载波正交分量进行下变频和滤波处理，得到并行的I分量和Q分量，最后I分量和Q分量利用门限判决的方法恢复数据，其中关于相干解调中载波同步算法中利用锁相环模块，由于锁相环采用的负反馈结构，必然存在一个相应速度，当锁相环利用之前的数据计算出的相位不能够反应当前数据相位变化的时候，便会出现锁相环失锁现象，最终导致MSK相干解调的失败；然后在相关解调算法中需要制定判决门限，由于不同环境下判决门限存在不同的制定规则，导致制定判决门限复杂度高的缺点，以及在进行判决时也存在性能损失，以上缺点直接影响着MSK相干解调的性能；非相干解调则是利用差分法计算出符号间的相位差，提取出解调数据，由于采用差分的方法，在运算过程中会放大噪声，导致MSK的解调性能下降的缺点。
发明内容
本发明旨在提供一种基于预编码MSK波形的相干解调方法，以解决现有技术中的相干解调算法通常使用锁相环解决相位问题，但是数据相位变化过快会导致锁相环失锁，以及采用判决处理恢复数据，而在进行判决处理时存在解调性能损失，而门限的选取也存在复杂度较高的问题。
本发明提供的一种基于预编码MSK波形的相干解调方法，包括如下步骤：
S1，将发射端的比特流数据进行CRC校验；
S2，对CRC校验后的比特流数据进行信道编码，得到信道编码后的比特流数据bit_data；
S3，对信道编码后的比特流数据bit_data进行预编码，得到预编码后的比特流数据；
S4，对预编码后的数据进行极性处理和MSK调制，得到调制后的复数数据；
S5，对调制后的复数数据通过第一低通滤波器进行滤波处理；
S6，在接收端同步以后接收到步骤S5滤波处理后的复数数据，对接收到的步骤S5滤波处理后的复数数据再通过第二低通滤波器进行滤波处理；
S7，对步骤S6滤波处理后的数据进行同步处理，计算出数据的起始位置，并根据同步位置取出数据段数据；
S8，将数据段数据按照4个符号为一组进行分组每组数据按照数据的序号对应进行0度、90度、180度和270度的相位旋转，得到相位旋转后的数据；
S9，将相位旋转的数据进行最佳采样点的抽取，得到单倍点数据；
S10，将单倍点数据分为2路同样的数据，第一路数据将实部和虚部进行绝对值运算，绝对值运算结果记为mod_soft_abs；第二路数据进行存储，记为mod_soft；
S11，对步骤S10得到的绝对值运算结果data1进行多点的平均运算，得到一个复数数据p_data；
S12，将步骤S10存储的数据data2与复数数据p_data的共轭后数据进行相乘运算，得到校正相位的数据adjust_data；
S13，将校正相位的数据adjust_data取实部数据，并将实部数据复制为2路，其中第一路实部数据记为adjust_data_real1，第二路实部数据乘以负1，得到数据adjust_data_real2；
S14，将数据adjust_data_real1和数据adjust_data_real2分别进行对应的译码和CRC校验，最终选取CRC校验正确的那路数据作为解调后的数据。
进一步的，步骤S3包括：
S31，在信道编码后的比特流数据bit_data前后补零，得到补零后的数据data_add0；
S32，将补零后的数据data_add0进行预编码。
进一步的，所述预编码的处理方式如下：
y＝x(n)+x(n+1),n＝1,2,...,N
其中，x为待预编码的数据，即补零后的数据add_bit_data；c为预编码输出；N为数据长度；y＝3或y＝0时，预编码输出为1，y＝1或者y＝2时，预编码输出为0。
进一步的，步骤S5中第一低通滤波器进行滤波处理的运算方式如下：
其中，M为第一低通滤波器系数h的长度；d为第一低通滤波器的输入数据，即调制后的复数数据；g为第一低通滤波器输出数据，即滤波处理后的复数数据。
进一步的，步骤S8中若数据段数据的最后不够4个符号，则在数据段数据末尾进行补零，使得数据段数据的长度能够被4整除。
进一步的，所述第二低通滤波器与第一低通滤波器的系数一致。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明利用在发送端比特级处理中增加了预编码处理，在接收端进行相干解调时需要对相邻符号数据进行相差90度相位旋转，通过同步后的位置计算出最佳采样点，恢复出数据。由于本发明的相干解调方法中不存在判决处理，因而避免判决带来的性能损失；其次本发明的相干解调方法中进行下变频处理时不需要本地载波同相，只需要产生载波同频，其中利用不同解调极性数据，进行译码和CRC校验解决初始相位导致极性反转问题，在系统中不会使用锁相环，从而避免现有技术中锁相环失锁导致的解调失败问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例的基于预编码MSK波形的相干解调方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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
如图1所示，本实施例提出一种基于预编码MSK波形的相干解调方法，包括如下步骤：
S1，将发射端的比特流数据进行CRC校验；其中进行CRC校验的多项式为Z^16+Z^15+Z^2+1；
S2，对CRC校验后的比特流数据进行信道编码(Reed-Solomon编码)，得到信道编码后的比特流数据bit_data；
S3，对信道编码后的比特流数据bit_data进行预编码，得到预编码后的比特流数据：
S31，在信道编码后的比特流数据bit_data前后补零(添加一个比特零，即0bit数据)得到补零后的数据data_add0；
S32，将补零后的数据data_add0进行预编码，预编码的处理方式如下：
y＝x(n)+x(n+1),n＝1,2,...,N
其中，x为待预编码的数据，即补零后的数据add_bit_data；c为预编码输出；N为数据长度；y＝3或y＝0时，预编码输出为1，y＝1或者y＝2时，预编码输出为0。
S4，对预编码后的数据进行极性处理和MSK调制，得到调制后的复数数据；
S5，对调制后的复数数据通过第一低通滤波器进行滤波处理；其中，第一低通滤波器进行滤波处理的运算方式如下：
其中，M为第一低通滤波器系数h的长度，为64；d为第一低通滤波器的输入数据，即调制后的复数数据；g为第一低通滤波器输出数据，即滤波处理后的复数数据；第一低通滤波器系数h如表1所示。
表1：
序号 系数 序号 系数 序号 系数 序号 系数
1 -0.0000 17 0.0000 33 0.3127 49 0.0000
2 -0.0004 18 0.0105 34 0.2643 50 -0.0079
3 -0.0007 19 0.0134 35 0.1459 51 -0.0076
4 -0.0002 20 0.0033 36 0.0203 52 -0.0014
5 0.0009 21 -0.0136 37 -0.0544 53 0.0043
6 0.0016 22 -0.0217 38 -0.0591 54 0.0051
7 0.0008 23 -0.0098 39 -0.0188 55 0.0017
8 -0.0014 24 0.0164 40 0.0227 56 -0.0020
9 -0.0031 25 0.0346 41 0.0346 57 -0.0031
10 -0.0020 26 0.0227 42 0.0164 58 -0.0014
11 0.0017 27 -0.0188 43 -0.0098 59 0.0008
12 0.0051 28 -0.0591 44 -0.0217 60 0.0016
13 0.0043 29 -0.0544 45 -0.0136 61 0.0009
14 -0.0014 30 0.0203 46 0.0033 62 -0.0002
15 -0.0076 31 0.1459 47 0.0134 63 -0.0007
16 -0.0079 32 0.2643 48 0.0105 64 -0.0004
S6，在接收端同步以后接收到步骤S5滤波处理后的复数数据，对接收到的步骤S5滤波处理后的复数数据再通过第二低通滤波器进行滤波处理；第二低通滤波器与第一低通滤波器的系数一致，均如表1所示。
S7，对步骤S6滤波处理后的数据进行同步处理，计算出数据的起始位置，并根据同步位置取出数据段数据；
S8，将数据段数据按照4个符号(也即32个采样点)为一组进行分组，每组数据按照数据的序号对应进行0度、90度、180度和270度的相位旋转，得到相位旋转后的数据；其中，相位旋转的运算公式如下：
z(n)＝r(n)*e1j*nπ/2,n＝0,1,2,3
其中，r表示某一组数据，z为相位旋转后的数据。
S9，将相位旋转的数据进行最佳采样点的抽取(如8倍点下抽)，得到单倍点数据；
S10，将单倍点数据分为2路同样的数据，第一路数据将实部和虚部进行绝对值运算，绝对值运算结果记为mod_soft_abs；第二路数据进行存储，记为mod_soft；其中，第一路数据将实部和虚部进行绝对值运算的运算公式如下：
y1＝|real(x1)|+j*|imag(x1)|
其中，real(.)表示取复数数据的实部，imag(.)表示取复数数据的虚部，x1为第一路数据；y1为绝对值运算结果mod_soft_abs。
S11，对步骤S10得到的绝对值运算结果data1进行多点的平均运算，得到一个复数数据p_data，表示为：
其中，K为绝对值运算结果mod_soft_abs的长度。
S12，将步骤S10存储的数据data2与复数数据p_data的共轭后数据进行相乘运算，得到校正相位的数据adjust_data，表示为：
S13，将校正相位的数据adjust_data取实部数据，并将实部数据复制为2路，其中第一路实部数据记为adjust_data_real1，第二路实部数据乘以负1，得到数据adjust_data_real2；
S14，将数据adjust_data_real1和数据adjust_data_real2分别进行对应的译码(Reed-Solomon译码)和CRC校验，最终选取CRC校验正确的那路数据作为解调后的数据。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于预编码MSK波形的相干解调方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将发射端的比特流数据进行CRC校验；
S2，对CRC校验后的比特流数据进行信道编码，得到信道编码后的比特流数据bit_data；
S3，对信道编码后的比特流数据bit_data进行预编码，得到预编码后的比特流数据；
S4，对预编码后的数据进行极性处理和MSK调制，得到调制后的复数数据；
S5，对调制后的复数数据通过第一低通滤波器进行滤波处理；
S6，在接收端同步以后接收到步骤S5滤波处理后的复数数据，对接收到的步骤S5滤波处理后的复数数据再通过第二低通滤波器进行滤波处理；
S7，对步骤S6滤波处理后的数据进行同步处理，计算出数据的起始位置，并根据同步位置取出数据段数据；
S8，将数据段数据按照4个符号为一组进行分组每组数据按照数据的序号对应进行0度、90度、180度和270度的相位旋转，得到相位旋转后的数据；
S9，将相位旋转的数据进行最佳采样点的抽取，得到单倍点数据；
S10，将单倍点数据分为2路同样的数据，第一路数据将实部和虚部进行绝对值运算，绝对值运算结果记为mod_soft_abs；第二路数据进行存储，记为mod_soft；
S11，对步骤S10得到的绝对值运算结果data1进行多点的平均运算，得到一个复数数据p_data；
S12，将步骤S10存储的数据data2与复数数据p_data的共轭后数据进行相乘运算，得到校正相位的数据adjust_data；
S13，将校正相位的数据adjust_data取实部数据，并将实部数据复制为2路，其中第一路实部数据记为adjust_data_real1，第二路实部数据乘以负1，得到数据adjust_data_real2；
S14，将数据adjust_data_real1和数据adjust_data_real2分别进行对应的译码和CRC校验，最终选取CRC校验正确的那路数据作为解调后的数据。
2.根据权利要求1所述的基于预编码MSK波形的相干解调方法，其特征在于，步骤S3包括：
S31，在信道编码后的比特流数据bit_data前后补零，得到补零后的数据data_add0；
S32，将补零后的数据data_add0进行预编码。
3.根据权利要求2所述的基于预编码MSK波形的相干解调方法，其特征在于，所述预编码的处理方式如下：
y＝x(n)+x(n+1),n＝1,2,...,N
其中，x为待预编码的数据，即补零后的数据add_bit_data；c为预编码输出；N为数据长度；y＝3或y＝0时，预编码输出为1，y＝1或者y＝2时，预编码输出为0。
4.根据权利要求3所述的基于预编码MSK波形的相干解调方法，其特征在于，步骤S5中第一低通滤波器进行滤波处理的运算方式如下：
其中，M为第一低通滤波器系数h的长度；d为第一低通滤波器的输入数据，即调制后的复数数据；g为第一低通滤波器输出数据，即滤波处理后的复数数据。
5.根据权利要求4所述的基于预编码MSK波形的相干解调方法，其特征在于，步骤S8中若数据段数据的最后不够4个符号，则在数据段数据末尾进行补零，使得数据段数据的长度能够被4整除。
6.根据权利要求1-5任一项所述的基于预编码MSK波形的相干解调方法，其特征在于，所述第二低通滤波器与第一低通滤波器的系数一致。
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