CN115883302A - 一种基于训练序列的载荷相位跟踪方法、装置及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于训练序列的载荷相位跟踪方法、装置及介质，该方法包括以下步骤：依据FSK调制模式生成本地训练序列；对接收的训练序列按照固定符号周期进行分组，将其与本地预调相训练序列的共轭做相关；利用CORDIC算法求取相关序列的相位角度；按组对相位进行累加积分，并更新调相相位；求取当前载荷训练序列下的最终相偏值；累加并更新本振相位，对载荷的实际数据进行迭代补偿。本发明通过将导频训练序列均匀插入到数据块中，以此对多个连续帧上的训练序列求取平均相关值来提高估计精度，并保证了对数据相位的持续跟踪，有效降低了误码率，提高了接收机的解调性能。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于训练序列的载荷相位跟踪方法、装置及介质。
背景技术
无线通信中最显著的特点就是其信道的复杂性和时变性。为了保证信号解调之后不发生失真，必须保证发送和接收设备调制和解调的载波完全同频同相，但由于信道响应是由发送设备和接收设备的特性以及载波在无线信道的传播所决定的，设备的频率偏差和漂移等特性、无线传播信道的变化、终端移动引起的多普勒频偏和衰落变化等，都将带来频率的偏斜和相位的抖动。具体的，由于发送与接收设备本振频率的不同步，导致了采样频偏和载波频偏。这些频率偏差会在接收机的数据符号上产生随时间线性增长的相位偏移。因此对于接收机，其必须能够捕获和跟踪信道的变化，以此保证数据接收解调的性能。
事实上，载波频偏的影响可以归结于数据符号的相位旋转上，为了消除或抑制频偏的影响，我们在接收设备中进行相位跟踪。另外，由于传输路径复杂，信号容易受到强干扰，接收端收到的信号信噪比较低。因此，如何在大频偏和低信噪比的条件下实现信号解调解码等功能，是接收机的重要设计难题。
通常在接收机中利用数据辅助型的载波同步算法，此类算法依赖收发端已知的训练序列进行载波同步，将导频训练序列均匀插入到数据块中，以此对多个连续帧上的训练序列求取平均相关值来提高估计精度，并保证对数据相位的持续跟踪。数字通信中，因伪随机噪声序列(PN序列)具有良好的延迟相关性和对称相关性，则可利用PN序列作为训练序列来进行相位估计。
利用在载荷数据中等间隔地插入训练序列的帧结构，并将训练序列与接收信号做相关运算，此过程是在时域上连续估计的，使系统具有很强的抗快衰落的能力。同时，通过若干训练序列的连续估计，提高了精度，最重要的保证了对数据相位的跟踪，有效降低了误码率，提高了接收机的解调性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开一种基于训练序列的载荷相位跟踪方法、装置及介质，本发明实现在复杂信道变化情况下对数据相位的跟踪与纠正，保证了良好的误码率性能，对于提升解调性能有着显著效果。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于训练序列的载荷相位跟踪方法，包括以下步骤：
步骤1：确定接收载荷的训练序列位置和实际数据位置；
步骤2：依据FSK调制模式生成本地训练序列，并初始化本地训练序列的调相相位；
步骤3：对接收的训练序列按照固定符号周期进行分组，将其与本地预调相训练序列的共轭做相关；
步骤4：利用CORDIC算法求取相关序列的相位角度；
步骤5：按组对相位进行累加积分，并更新调相相位，以此对下一组训练序列的相偏进行补偿；
步骤6：对训练序列各组的相位偏移进行累加积分，求取当前载荷训练序列下的最终相偏值；
步骤7：累加并更新本振相位，对载荷的实际数据进行迭代补偿。
进一步的，为区分载荷的训练序列位置和实际数据位置，载荷结构由固定周期的导频训练序列部分和固定周期的实际数据部分组成，前者可记为P区，后者可记为D区。导频训练序列等间隔地插入到载荷之中，从而一个有效载荷中包含了若干个P区和D区，且P区和D区数量相同，P区视为D区的导频头。
进一步的，所述步骤1的具体实施过程是：
步骤101：帧头捕获与跟踪可确定有效载荷的起始位置；
步骤102：确定帧头中传输的协议数据，主要是发送字节数，编码方式，扩频倍数等信息；
步骤103：由上述步骤得到的协议信息可判定有效载荷的符号周期长度，再利用P区和D区的固定周期性与等间隔插入即可确定训练序列位置和实际数据位置。
进一步的，所述步骤2的具体实施过程是：
步骤201：判断当前接收帧的调制模式；
步骤202：使用伪随机Gold序列生成伪随机码作为原始导频序列，并根据调制模式进行相应的FSK类调制得到本地训练序列；
步骤203：初始化本地训练序列的调相相位为0，对步骤202中得到的调制序列进行预调相生成本地预调相训练序列。
具体的，步骤202中所述的本地训练序列使用伪随机Gold序列经过FSK类调制生成，可表示为
式中，l(n)为生成的本地训练序列，g(n)为使用Gold序列生成的伪随机码，
表示当前第n个序列的调制相位。
具体的，步骤203中所述的本地训练序列的调相相位用于调整与接收序列做相关的本地训练序列的相位，以此实现相位跟踪，该过程可表示为：
式中，l'(n)为调相后的本地训练序列，θg为调相相位，对于每个P区的初始相位均设置为θg＝0。
进一步的，所述的步骤3的具体实施过程是：
步骤301：将接收的训练序列部分按照固定符号周期分为多组，并以组为单元进行相位估计与跟踪；
步骤302：对步骤203的本地预调相训练序列取共轭；
步骤303：将接收的训练序列与本地预调相训练序列做复乘运算，得到相关信号。
具体的，步骤301中所述的固定符号周期定义为Ns，其值设置为Ns＝ks*S。S定义为用于相位跟踪的训练序列符号个数，ks为采样倍数。
具体的，步骤303中所述的相关信号计算过程可表示为z(n)＝r(n)*l'*(n)。式中，r(n)为接收载荷的训练序列部分，可表示为r(n)＝ri(n)+jrq(n)，ri(n)和rq(n)分别为接收信号的I、Q两路分量，n为采样点索引。
进一步的，所述的步骤4中利用CORDIC算法实现反正切值的计算，其实现过程可由原向量逐次迭代向x轴正半轴进行旋转逼近，累积的旋转角度即为所求的反正切角。相关序列的反正切相位角计算表达式为：
式中，θ(n)为第n个相关序列对应的反正切值，表示即时相位。
进一步的，所述步骤5的具体实施过程是：
步骤501：对步骤4求得的即时相位按组内Ns个采样点进行累加积分；
步骤502：求取当前组相位积分的平均值，作为前Ns个采样点的相偏值；
步骤503：将此相偏值更新到调相相位，以此作为下一组训练序列的相位初始值，对后续训练序列的相偏进行补偿。
具体的，步骤501和502中所述的过程可达到累加降噪的目的，其计算过程为：
式中，
表示第g组的平均相位值。
具体的，步骤503所述的调相相位更新为
式中，
表示更新后的新相位，θg为前一组的相位值。后续重复下一组训练序列的操作步骤时，需要将新相位更新到调相相位。
进一步的，所述步骤6的具体实施过程是：
步骤601：将每组的平均相位值与该组采样点数再做平均；
步骤602：对上述平均值累加积分；
步骤603：处理完当前P区所有分组后，对分组数再做平均。若P区只分得一组，则直接使用步骤601的结果作为最终相偏值；若P区存在多组，则以第二组开始累加的积分值与相应组数相除。
具体的，步骤601和602中所述的各组相偏累加积分过程表示为：
式中，Φs表示相偏积分值，Ng为P区分组个数。
具体的，步骤603中所述的最终相偏值表示为：
进一步的，所述步骤7的具体实施过程是：
步骤701：由P区训练序列的最终相偏值更新本振相位；
步骤702：根据本振相位读取相应NCO值；
步骤703：对接收载荷序列从D区开始位置，依次迭代补偿相偏引起的变化，实际表现为接收载荷序列与本振相乘。
具体的，步骤701中所述的本振相位需要根据载荷的采样点实时更新，同时，也需考虑P区所有采样点的相位叠加。在开始补偿D区数据时，加入P区的相位叠加值，具体过程表示为：
式中，t表示P区索引值，
表示前t个P区的相偏累加值，
则表示第k个采样点对应的本振相位。特别的，当下一个D区开始补偿时，则对于
有：
式中，
表示索引值为t的D区的最后相位，
表示索引值为t+1的D区的初始相位，而
即为索引值为t的P区的相位叠加值。
具体的，步骤702中所述的NCO值由基于CORDIC算法的正弦、余弦函数实现，相当于上述基于CORDIC算法的反正切函数的相反过程。其实现过程可由x轴上的点迭代旋转至所需的相位角度处，其对应的单位矢量的x坐标即为余弦值，相应的，y坐标即为正弦值。
具体的，步骤703中所述的对载荷实际数据进行迭代补偿的过程表示为
补偿的数据包括载荷的实际数据和训练序列数据，并对调整后的训练序列数据进行相偏估计，如此重复，以当前P区数据的相偏估计值来纠正当前D区和下一P区的数据。
一种基于训练序列的载荷相位跟踪装置，包括：数据缓存模块：用于缓存待处理数据，包括P区和D区数据，一是等待P区数据的预调相相位准备完成，二是等待相位估计及累加降噪的计算延迟，数据的存入与读取保持相同的码率；
相位跟踪模块：用于控制本地序列与接收序列做相关，根据调制模式获取本地训练序列，读取当前分组预调相位对应的正交分量，并对本地训练序列分组进行预调相后与接收序列做相关，可得到相关值；
累加降噪模块：用于训练序列的相偏估计，对相关值求取相应反正切角，并按照分组采样点数累加积分，求取平均可得到组内平均相偏值；按照分组数对平均相偏值进行虚部累加，可得到最终的训练序列相偏值；
迭代补偿模块：用于补偿载荷数据相位，累加迭代训练序列的相偏值，利用相应本振信号对载荷的实际数据部分和下一个训练序列依次复乘，补偿数据相位。
一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有载荷相位跟踪装置，该装置被至少一个处理器执行时实现上述任一项所述的基于训练序列的载荷相位跟踪方法的步骤。
本发明具有以下有益效果：
1)本发明利用训练序列的相关性，直接与本地序列相关得到积分值，同时基于训练序列均匀分布载荷的数据帧结构，持续对相位进行估计和迭代补偿，可以有效提高相偏估计精度，以保证后续解调数据的正确性。
2)本发明在相关积分的基础上，通过预调本地序列的相位，并通过分组实时对调相相位进行更新和补偿，达到对相位跟踪的目的。
3)本发明在实现求反正切角和构建本振信号时，利用CORDIC算法逐次逼近的思想，通过循环计算的方式来求得反正切角和本振信号，避免了大规模使用存储单元来实现相位的查找，节省了资源面积。
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的一些实施例，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的附图。
图1为无线通信系统组成简略框图。
图2为接收设备实现框图。
图3为基于CORDIC算法的NCO实现图。
图4为多级抽取器构成示意图。
图5为载荷帧结构示意图。
图6为基于训练序列的载荷相位跟踪方法的流程图。
图7为伪随机Gold序列生成电路图。
图8为基于训练序列的载荷相位跟踪装置结构示意图。
图9为基于训练序列的载荷相位跟踪整体实现框架图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
针对背景技术中描述的无线通信系统接收机存在的采样频偏和载波频偏，进而引起数据符号产生随时间线性增长的相位偏移。尽管在接收机中设置了循环前缀或其他导频头来对接收信号进行捕获和跟踪，以此对粗频偏和细频偏进行了纠正。但当载荷数据较长时，残留频偏或通道噪声干扰等因素依旧影响后续载荷数据的相位变化，导致后续数据符号的解调出现错误，进而引起误码率升高。
实施例1
基于此，本发明实施例提供了一种基于训练序列的载荷相位跟踪方案，针对此方案，参见图1，给出了能够适用本发明实施例的无线通信系统，该系统包括了发射设备和接收设备。发射设备将信源数据进行编码、调制等处理，搬移到相应载波频段进行发送，而接收设备则对接收信号进行捕获、解调、解码等处理，恢复出发射设备的信源数据。结合图1所示，接收设备可执行如图2所示的接收信号处理流程直至解码出原始数据。
在图2提供的实施例中，具体实现步骤如下：
步骤a：对ADC采样量化后的数据序列x(n)进行数字下变频，可通过对信号序列x(n)与一个旋转复向量相乘得到，即
旋转复向量即为两个正交本振序列cos(wcn)和sin(wcn)，其可由数字控制振荡器(NCO)产生，传统NCO是基于ROM(只读存储器)查找表实现的，即根据NCO正余弦相位算好对应的正余弦值存储到ROM中。实现NCO的另一种方法是基于CORDIC算法，基本思想是采用逐次逼近的方法来计算三角函数，且仅需做加减和移位运算，利于实现。
具体的，CORDIC算法可在坐标系中理解为由起始点(xi,yi)旋转到目标点(xj,yj)可通过细化多步旋转来实现，约定每步只旋转一个固定角度θn，则每一步旋转有如下关系式：
通过提取，上式也可写成：
在考虑固定的θn情况下，cosθn实际上也是一个固定值，在实现时可用常数替代。同时，令θn＝arctan(2-n)，则有：
上式即为旋转迭代公式，可以发现，只存在加减运算和移位操作，n即为迭代次数或循环周期。另外，引入角度累加参量zn，由它来判断与目标角度的差值，则有zn+1＝zn-d(n)θn。
上式可以理解为若下一次迭代转过的角度大于目标角，则需要向相反方向旋转，否则继续同向旋转，则d(n)即为方向适量，满足：
按照上述过程进行迭代，直至收敛到目标点。本发明实施例中，搭建了如图3所示的基于CORDIC算法的NCO实现图，设置迭代次数为16，通过输入的角度象限来决定开始旋转的起始点，后续依据迭代公式，依次得到新的旋转点，直至迭代完成，输出对应的正余弦信号。
步骤b：为降低数据采样速率，对下变频后信号进行数字低通滤波及抽取。滤波是为了去除信号中的高频成分，防止混叠；而抽取就是将原始采样序列每D个数据抽取一个，形成一个新序列。本发明实施例中，为适应多级速率处理要求，提出了如图4所示的多级抽取器构成结构。
步骤c：利用本地同步头数据与下采样后信号做相关，捕获帧头位置，以此进行后续跟踪，纠正频偏等处理。
步骤d：值得注意的是，此步骤中进行载荷相位跟踪。由前后步骤可以明确，输入信号为同步得到的载荷位置起始的数据，输出则为相位跟踪后的纠正数据。
具体的，为直观表现上述的载荷结构，本发明实施例中给出了图5所示的载荷结构示意图。载荷由固定周期的导频训练序列部分和固定周期的实际数据部分组成，前者可记为P区，后者可记为D区。导频训练序列等间隔地插入到载荷之中，从而一个有效载荷中包含了若干个P区和D区，且P区和D区数量相同，P区视为D区的导频头。
步骤e：对相位跟踪调整后的数据进行解调、解扩处理。
步骤f：最后完成对软比特数据的解扰、译码等处理。
基于以上步骤可构成完整的接收设备实施例，具体的，在上述步骤d中，可执行如图6所示的基于训练序列的载荷相位跟踪的方法，该方法包括：
S601：确定接收载荷的训练序列位置和实际数据位置。
本实施例中，上述步骤的具体实施过程是：前述的步骤c中帧头捕获与跟踪可确定有效载荷的起始位置；同时确定帧头中传输的协议数据，主要是发送字节数，编码方式，扩频倍数等信息；由上述步骤得到的协议信息可判定有效载荷的符号周期长度，再利用P区和D区的固定周期性与等间隔插入即可确定训练序列位置和实际数据位置。
S602：依据FSK调制模式生成本地训练序列，并初始化本地训练序列的调相相位。
本实施例中，上述步骤的具体实施过程是：判断当前接收帧的调制模式；使用伪随机Gold序列生成伪随机码作为原始导频序列，并根据调制模式进行相应的FSK类调制得到本地训练序列；初始化本地训练序列的调相相位为0，对前述序列进行预调相生成本地预调相训练序列。
上述中，调制模式在本实施例中有BFSK、MSK、GFSK、GMSK四种情况，而原始序列由伪随机Gold序列生成，其生成方式可参考图7所示的电路。根据多项式初始值构建两个m序列m1(n)和m2(n)，两者长度相等且码率相同，本地伪随机码g(n)序列由优选对相乘后构成，
图7中，两路序列m1(n)和m2(n)分别各由31个寄存器根据其初始状态按照有效使能信号进行移位操作和异或操作生成，同时对两路结果异或操作生成最终的伪随机序列信号。
原始序列还需要经过FSK类调制来生成本地训练序列，则有：
式中，l(n)为生成的本地训练序列，
表示当前第n个序列的调制相位。
本发明实施例中，为节省实现资源，考虑到P区数据的规律性，将上述过程生成的本地训练序列依据不同调制模式存入到ROM中，而不需要再独立运算。其中，对比BFSK和MSK模式，MSK在原始序列基础上加入了差分编码，故只需要在读取ROM表后，判断当前差分编码值来改变正交分量。另外，对于GFSK和GMSK模式，相较于前两种，加入了高斯滤波预处理，所以需要对这两种模式的数据分别单独存入到ROM中。
实施例中，所述的本地训练序列的调相相位用于调整本地训练序列的相位，以此实现相位跟踪，该过程可表示为：
式中，l'(n)为调相后的本地训练序列，θg为调相相位，对于每个P区的初始相位均设置为θg＝0。具体的，可用上述CORDIC算法产生NCO信号的相同架构，用于此处调相信号的产生，并利用复数乘法器完成本地训练序列的预调相。
S603：对接收的训练序列按照固定符号周期进行分组，将其与本地预调相训练序列的共轭做相关。
本实施例中，上述步骤的具体实施过程是：将接收的训练序列部分按照固定符号周期分为多组，并以组为单元进行相位估计与跟踪；对步骤602中的本地预调相训练序列取共轭；将接收的训练序列与本地预调相训练序列做复乘运算，得到相关信号。
所述的固定符号周期定义为Ns，其值设置为Ns＝ks*S。S定义为用于相位跟踪的训练序列符号个数，ks为采样倍数。
具体的，所述的相关信号计算过程可表示为z(n)＝r(n)*l'*(n)。式中，r(n)为接收载荷的训练序列部分，可表示为r(n)＝ri(n)+jrq(n)，ri(n)和rq(n)分别为接收信号的I、Q两路分量，n为采样点索引。
S604：利用CORDIC算法求取相关序列的相位角度。
具体的，利用CORDIC算法实现反正切值的计算，其实现过程可由原向量逐次迭代向x轴正半轴进行旋转逼近，累积的旋转角度即为所求的反正切角。本实施例中，可利用与产生NCO信号相同的循环迭代电路，不同的是，判断象限后的初始值由输入的坐标值决定，而输出最终的旋转角度累加参量zn作为所求的角度。相关序列的反正切相位角计算表达式为：
式中，θ(n)为第n个相关序列对应的反正切值，表示即时相位。
S605：按组对相位进行累加积分，并更新调相相位，以此对下一组训练序列的相偏进行补偿。
本实施例中，上述步骤的具体实施过程是：对步骤604求得的即时相位按组内Ns个采样点进行累加积分；求取当前组相位积分的平均值，作为前Ns个采样点的相偏值；将此相偏值更新到调相相位，以此作为下一组训练序列的相位初始值，对后续训练序列的相偏进行补偿。
具体的，所述的累加积分和求平均过程可达到累加降噪的目的，其计算可表示为：
式中，
表示第g组的平均相位值。
所述的调相相位更新为
式中，θg+1表示更新后的新相位，θg为前一组的相位值。后续重复下一组训练序列的操作步骤时，需要将新相位更新到调相相位。
S606：对训练序列各组的相位偏移进行累加积分，求取当前载荷训练序列的最终相偏值。
本实施例中，上述步骤的具体实施过程是：将每组的平均相位值与该组采样点数再做平均；对上述平均值累加积分；处理完当前P区所有分组后，对分组数再做平均。若P区只分得一组，则直接使用其平均值作为最终相偏值；若P区存在多组，则将从第二组开始累加的积分值与相应组数相除。
具体的，所述的各组相偏累加积分过程表示为：
式中，Φs表示相偏积分值，Ng为P区分组个数。
所述的最终相偏值表示为：
S607：累加并更新本振相位，对载荷的实际数据进行迭代补偿。
本实施例中，上述步骤的具体实施过程是：由P区训练序列的最终相偏值更新本振相位；根据本振相位读取相应NCO值；对接收载荷序列从D区开始位置，依次迭代补偿相偏引起的变化，实际表现为接收载荷序列与本振相乘。
具体的，所述的本振相位需要根据载荷的采样点实时更新，同时，也需考虑P区所有采样点的相位叠加。在开始补偿D区数据时，加入P区的相位叠加值，具体过程表示为：
式中，t表示P区和D区索引值，
表示前t个P区的相偏累加值，
则表示第k个采样点对应的本振相位。特别的，当下一个D区数据开始补偿时，则对于
有：
式中，
表示索引值为t的D区的最后一个数据对应的相位，
表示索引值为t+1的D区的初始相位，而式中
即为索引值为t的P区的相位叠加值。
所述的对载荷实际数据进行迭代补偿的过程表示为
其中，
依旧由基于CORDIC算法的NCO读取相位值获得正交数据，随后与D区数据依次复乘。
基于上述步骤可完成对载荷的相位跟踪，复乘结果即为最终D区调相后的新数据，也作为后续进行解调解扩的数据。
实施例2
如图8所示，本发明实施例还提供了一种基于训练序列的载荷相位跟踪的装置，参考图8，该装置包括了数据缓存模块801、相位跟踪模块802、累加降噪模块803和迭代补偿模块804。其中，数据缓存模块801用于缓存待处理数据，包括P区和D区数据，一是等待P区数据的预调相相位准备完成，二是等待相位估计及累加降噪的计算延迟，数据的存入与读取保持相同的码率；相位跟踪模块802用于控制本地序列与接收序列做相关，根据调制模式获取本地训练序列，读取当前分组预调相位对应的正交分量，并对本地训练序列分组进行预调相后与接收序列做相关，可得到相关值；累加降噪模块803用于训练序列的相偏估计，对相关值求取相应反正切角，并按照分组采样点数累加积分，求取平均可得到组内平均相偏值；按照分组数对平均相偏值进行虚部累加，可得到最终的训练序列相偏值；迭代补偿模块804用于补偿载荷数据相位，累加迭代训练序列的相偏值，利用相应本振信号对载荷的实际数据部分和下一个训练序列依次复乘，补偿数据相位。
实施例3
本实施例中，对于接收设备中执行的载荷相位跟踪方法，图9给出了本发明实施例的具体实现框图。结合上述的实现步骤，对于基于CORDIC的DDS和arctan实现方案，因循环迭代的问题，存在固定周期的输出延迟，故而在数据到来后需要等待NCO数据准备完成，或者等待平均相偏计算完成，则应该在启动相位跟踪后，对数据进行缓存。
参考图9，考虑到计算延迟等因素，分别设置随机存储器RAM1和RAM2来存储载荷的P区数据和D区数据，用于延迟和等待数据处理流程。值得注意的是，RAM1存储的是第一个P区数据和经过调相后的P区数据，RAM2存储的是D区数据及除第一个P区外的其他所有P区数据。RAM1和RAM2的存储时序也是以载荷的训练序列位置和实际数据位置为依据，将P区数据有效位作为RAM1写使能，相应的，将D区数据有效位作为RAM2写使能。
实施例4
本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明实施例所述的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
综上所述，本发明通过将导频训练序列均匀插入到数据块中，以此对多个连续帧上的训练序列求取平均相关值来提高估计精度，并保证了对数据相位的持续跟踪，有效降低了误码率，提高了接收机的解调性能。另外，本发明基于CORDIC算法逐次逼近的思想，通过循环迭代的方式来求得反正切角和获取本振信号，避免了大规模使用存储单元，节省了资源面积。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于训练序列的载荷相位跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：确定接收载荷的训练序列位置和实际数据位置；
步骤2：依据FSK调制模式生成本地训练序列，并初始化本地训练序列的调相相位；
步骤3：对接收的训练序列按照固定符号周期进行分组，将其与本地预调相训练序列的共轭做相关；
步骤4：利用CORDIC算法求取相关序列的相位角度；
步骤5：按组对相位进行累加积分，并更新调相相位，以此对下一组训练序列的相偏进行补偿；
步骤6：对训练序列各组的相位偏移进行累加积分，求取当前载荷训练序列下的最终相偏值；
步骤7：累加并更新本振相位，对载荷的实际数据进行迭代补偿；
重复上述步骤，能够完成所有载荷的相位跟踪和数据迭代补偿。
2.如权利要求1所述的基于训练序列的载荷相位跟踪方法，其特征在于，所述步骤1中的载荷结构由固定周期的导频训练序列部分和固定周期的实际数据部分组成，前者记为P区，后者记为D区；导频训练序列等间隔地插入到载荷之中，从而一个有效载荷中包含了若干个P区和D区，且P区和D区数量相同，P区视为D区的导频头；
所述步骤1包括以下子步骤：
步骤101：帧头捕获与跟踪能够确定有效载荷的起始位置；
步骤102：确定帧头中传输的协议数据，主要是发送字节数，编码方式，扩频倍数等信息；
步骤103：由上述步骤得到的协议信息能够判定有效载荷的符号周期长度，再利用P区和D区的固定周期性与等间隔插入即能够确定训练序列位置和实际数据位置。
3.如权利要求1所述的基于训练序列的载荷相位跟踪方法，其特征在于，所述步骤2包括以下子步骤：
步骤201：判断当前接收帧的调制模式；
步骤202：使用伪随机Gold序列生成伪随机码作为原始导频序列，并根据调制模式进行相应的FSK类调制得到本地训练序列；
步骤203：初始化本地训练序列的调相相位为0，对步骤202中得到的调制序列进行预调相生成本地预调相训练序列；
其中，所述本地训练序列使用伪随机Gold序列经过FSK类调制生成，表示为
式中，l(n)为生成的本地训练序列，g(n)为使用Gold序列生成的伪随机码，
表示当前第n个序列的调制相位。
4.如权利要求1所述的基于训练序列的载荷相位跟踪方法，其特征在于，所述步骤3包括以下子步骤：
步骤301：将接收的训练序列部分按照固定符号周期分为多组，并以组为单元进行相位估计与跟踪；
步骤302：对步骤203的本地预调相训练序列取共轭；
步骤303：将接收的训练序列与本地预调相训练序列做复乘运算，得到相关信号；
其中，所述固定符号周期定义为Ns，其值设置为Ns＝ks*S，S定义为用于相位跟踪的训练序列符号个数，ks为采样倍数。
5.如权利要求1所述的基于训练序列的载荷相位跟踪方法，其特征在于，所述步骤4利用CORDIC算法实现反正切值的计算，其实现过程能够由原向量逐次迭代向x轴正半轴进行旋转逼近，累积的旋转角度即为所求的反正切角，相关序列的反正切相位角计算表达式为：
式中，θ(n)为第n个相关序列对应的反正切值，表示即时相位。
6.如权利要求1所述的基于训练序列的载荷相位跟踪方法，其特征在于，所述步骤5包括以下子步骤：
步骤501：对步骤4求得的即时相位按组内Ns个采样点进行累加积分；
步骤502：求取当前组相位积分的平均值，作为前Ns个采样点的相偏值；
步骤503：将此相偏值更新到调相相位，以此作为下一组训练序列的相位初始值，对后续训练序列的相偏进行补偿；
其中，所述调相相位更新为
式中，θg+1表示更新后的新相位，θg为前一组的相位值，后续重复下一组训练序列的操作步骤时，需要将新相位更新到步骤2中的调相相位。
7.如权利要求1所述的基于训练序列的载荷相位跟踪方法，其特征在于，所述步骤6包括以下子步骤：
步骤601：将每组的平均相位值与该组采样点数再做平均；
步骤602：对上述平均值累加积分；
步骤603：处理完当前P区所有分组后，对分组数再做平均；若P区只分得一组，则直接使用步骤601的结果作为最终相偏值；若P区存在多组，则以第二组开始累加的积分值与相应组数相除。
8.如权利要求1所述的基于训练序列的载荷相位跟踪方法，其特征在于，所述步骤7包括以下子步骤：
步骤701：由P区训练序列的最终相偏值更新本振相位；
步骤702：根据本振相位读取相应NCO值；
步骤703：对接收载荷序列从D区开始位置，依次迭代补偿相偏引起的变化，实际表现为接收载荷序列与本振相乘；
其中，所述的对载荷数据进行迭代补偿的过程表示为
补偿的数据包括载荷的实际数据和训练序列数据，并对调整后的训练序列数据进行相偏估计，如此重复，以当前P区数据的相偏估计值来纠正当前D区和下一P区的数据。
9.一种基于训练序列的载荷相位跟踪装置，其特征在于，包括：
数据缓存模块：用于缓存待处理数据，包括P区和D区数据，一是等待P区数据的预调相相位准备完成，二是等待相位估计及累加降噪的计算延迟，数据的存入与读取保持相同的码率；
相位跟踪模块：用于控制本地序列与接收序列做相关，根据调制模式获取本地训练序列，读取当前分组预调相位对应的正交分量，并对本地训练序列分组进行预调相后与接收序列做相关，能够得到相关值；
累加降噪模块：用于训练序列的相偏估计，对相关值求取相应反正切角，并按照分组采样点数累加积分，求取平均能够得到组内平均相偏值；按照分组数对平均相偏值进行虚部累加，能够得到最终的训练序列相偏值；
迭代补偿模块：用于补偿载荷数据相位，累加迭代训练序列的相偏值，利用相应本振信号对载荷的实际数据部分和下一个训练序列依次复乘，补偿数据相位。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有载荷相位跟踪装置，该装置被至少一个处理器执行时实现权利要求1-8任一项所述的基于训练序列的载荷相位跟踪方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202211480503.4A CN115883302A (zh) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | 一种基于训练序列的载荷相位跟踪方法、装置及介质 |
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| CN202211480503.4A CN115883302A (zh) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | 一种基于训练序列的载荷相位跟踪方法、装置及介质 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN115883302A true CN115883302A (zh) | 2023-03-31 |
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