一种宽带数据传输中的频率选择性衰落补偿方法及装置
阅读说明：本技术 一种宽带数据传输中的频率选择性衰落补偿方法及装置 (Frequency selective fading compensation method and device in broadband data transmission ) 是由 王利平 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种宽带数据传输中的频率选择衰落补偿方法及装置,属于宽带数字通信技术领域。本发明提出的补偿处理是在对输入信号模数转换、数字变频、滤波以及同步基础上进行的,其利用信道传输数据帧中的训练序列进行补偿系数计算,然后通过滑动相乘、累加运算完成补偿处理,显著提高了宽带数据传输系统对频率选择性衰落的对抗能力。本发明具有功耗低、资源利用率高、运算速度快、易于扩展、利于并行处理等优点,可广泛应用于雷达、通信、测控等宽带数字接收机中。(The invention discloses a frequency selective fading compensation method and device in broadband data transmission, belonging to the technical field of broadband digital communication. The compensation processing provided by the invention is carried out on the basis of analog-to-digital conversion, digital frequency conversion, filtering and synchronization of input signals, the compensation coefficient calculation is carried out by utilizing the training sequence in the data frame transmitted by a channel, and then the compensation processing is completed by sliding multiplication and accumulation operation, so that the countervailing capability of a broadband data transmission system to frequency selective fading is obviously improved. The invention has the advantages of low power consumption, high resource utilization rate, high operation speed, easy expansion, parallel processing and the like, and can be widely applied to broadband digital receivers such as radars, communication, measurement and control and the like.)
技术领域
本发明涉及宽带数字通信技术领域，特别是指一种宽带数据传输中的频率选择性衰落补偿方法及装置。
背景技术
目前，无线宽带数字通信技术的迅速发展，极大地提高了人们的体验度，满足了社会经济的快速发展。但是，由于宽带数据传输中，信号带宽远大于信道的相干带宽，所以频率选择性衰落严重，导致系统误码率升高甚至无法工作。如何在宽带数据传输中补偿频率选择性衰落，引起了越来越多人的关注。
针对这一问题，人们提出了基于最大似然的补偿方法、基于自适应线性补偿方法以及基于频域相除的补偿方法。随着数据传输速率的提高，以上方法存在运算资源耗费大、收敛速度慢、实效性低、不利于并行高速实现等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于解决上述背景技术中的问题，提出一种宽带数据传输中的频率选择性补偿方法及装置，具有收敛速度快、成本低、适合并行高速实现等特点，可用于宽带数据传输接收机中。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种宽带数据传输中的频率选择性衰落补偿方法，包括以下步骤：
(1)对接收到的模拟信号进行模数转换，并对模数转换后的数据进行数字变频和滤波处理，得到同相与正交两路基带信号；
(2)对两路基带信号分别依次进行符号同步、载波同步以及帧同步，得到同步数据帧；
(3)对步骤(2)得到的同步数据帧进行频率选择性衰落补偿，具体方法为：
(301)在同步数据帧中提取多个接收训练序列，并进行平均滤波处理，同时计算已知训练序列的循环移位矩阵；
(302)根据已知训练序列的循环移位矩阵和平均滤波后的接收训练序列，计算训练序列的传递函数；
(303)根据传递函数，计算频率选择性衰落补偿系数；
(304)根据处理时延，对当前同步数据帧进行延时处理；
(305)根据频率选择性衰落补偿系数，对延时后同步数据帧的频率选择性衰落进行补偿。
进一步的，步骤(301)中接收训练序列包括：rsq0，rsq1，rsq2，rsq3，去掉头尾两个，则平均滤波后的接收训练序列为：rsq＝(rsq1+rsq2)/2。
进一步的，所述步骤(301)中循环移位矩阵为：
其中，tsq为已知训练序列，N为接收训练序列的长度，L为不大于N的正整数。
进一步的，所述步骤(302)中传递函数为：
Csq＝{sum[(1-SQA*2)*(1-1i*1)*rsq]+32*[(1-SQA*2)*(1-1i*1)*rsq]}/2048
其中sum代表求和，Csq为传递函数，长度为L。
进一步的，所述步骤(303)中频率选择性衰落补偿系数为：
其中，
进一步的，所述步骤(305)中频率选择性衰落补偿结果为：
式中，x(k)为延时后同步数据帧，长度为M。
一种宽带数传中的频率选择性衰落补偿装置，包括模数转换模块(1)、同步模块(2)和频率选择性衰落补偿模块(3)；
模数转换模块(1)用于对接收到的模拟信号进行模数转换，并对模数转换后的数据进行数字变频和滤波处理，得到同相与正交两路基带信号，传输至同步模块(2)；
同步模块(2)用于对两路基带信号分别依次进行符号同步、载波同步以及帧同步，得到同步数据帧，传输至频率选择性衰落补偿模块(3)；
频率选择性衰落补偿模块(3)用于对同步数据帧进行频率选择性衰落补偿；
其中，频率选择性衰落补偿模块(3)包括接收训练序列平均滤波计算模块(301)、循环移位矩阵计算模块(302)、传递函数计算模块(303)、补偿系数计算模块(304)、数据时延模块(305)和频率选择性衰落补偿模块(306)；
接收训练序列平均滤波计算模块(301)用于在同步数据帧中提取多个接收训练序列，并进行平均滤波处理，将平均滤波后的接收训练序列传输至传递函数计算模块(303)；
循环移位矩阵计算模块(302)用于计算已知训练序列的循环移位矩阵，将循环移位矩阵传输至传递函数计算模块(303)；
传递函数计算模块(303)用于根据已知训练序列的循环移位矩阵和平均滤波后的接收训练序列，计算训练序列的传递函数，将传递函数传输至补偿系数计算模块(304)；
补偿系数计算模块(304)用于根据传递函数，计算频率选择性衰落补偿系数，将频率选择性衰落补偿系数传输至频率选择性衰落补偿模块(306)；
数据时延模块(305)用于根据处理时延，对当前同步数据帧进行延时处理，将延时后同步数据帧传输至频率选择性衰落补偿模块(306)；
频率选择性衰落补偿模块(306)用于根据频率选择性衰落补偿系数，对延时后同步数据帧的频率选择性衰落进行补偿。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1.本发明相比于传统的最大似然方法、频域相除方法，耗费资源少。
2.本发明相比于传统的自适应线性补偿方法，运算简单、收敛速度快、时效性高，尤其适用于宽带高速数据传输中。
附图说明
图1是本发明实施例中频率选择性衰落补偿的系统原理框图，图中的输入信号为宽带数据传输系统接收的模拟信号。
图2是本发明实施例图1中频率选择性衰落补偿模块的原理框图。
图中：1、模数转换模块，2、同步模块，3、频率选择性衰落补偿模块，301、接收训练序列平均滤波计算模块，302、循环移位矩阵计算模块，303、传递函数计算模块，304、补偿系数计算模块，305、数据时延模块，306、频率选择性衰落补偿模块。
具体实施方式
下面，结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
一种宽带数据传输中的频率选择性衰落补偿方法，其包括以下步骤：
(1)对接收到的模拟信号进行模数转换，并对模数转换后的数据进行数字变频和滤波处理，得到同相与正交两路基带信号；
(2)对两路基带信号分别依次进行符号同步、载波同步以及帧同步，得到同步数据帧；
(3)对步骤(2)得到的同步数据帧进行频率选择性衰落补偿，具体方法为：
(301)在同步数据帧中提取多个接收训练序列，并进行平均滤波处理，同时计算已知训练序列的循环移位矩阵；
(302)根据已知训练序列的循环移位矩阵和平均滤波后的接收训练序列，计算训练序列的传递函数；
(303)根据传递函数，计算频率选择性衰落补偿系数；
(304)根据处理时延，对当前同步数据帧进行延时处理；
(305)根据频率选择性衰落补偿系数，对延时后同步数据帧的频率选择性衰落进行补偿。
上述方法可有图1和2所示的系统实现：
宽带数据传输系统接收信号首先输入模数转换模块1，模数转换模块1对输入模拟信号进行大动态高速高精度采样，得到采样信号，并对采样信号进行数字变频和滤波处理，得到同相与正交两路基带信号。接着同步模块2对基带信号进行符号同步、载波同步及帧同步，输出同步数据帧。最后，频率选择性衰落补偿模块3对同步数据帧进行频率选择性衰落补偿，具体方式为：
接收训练序列平均滤波计算模块301对接收到的训练序列进行平均滤波；接收训练序列包括：rsq0，rsq1，rsq2，rsq3，去掉头尾两个，平均滤波后的接收训练序列为：rsq＝(rsq1+rsq2)/2，rsq的长度为N，其中rsq1，rsq2为接收到的第2个和第3个接收训练序列；
循环移位计算模块302根据已知训练序列，计算训练序列的循环移位矩阵；所述循环移位矩阵为：
其中，tsq为已知训练序列，N为训练序列的长度，L为不大于N的正整数；
传递函数计算模块303根据接收的平均滤波训练序列和循环移位矩阵，构建当前训练序列的传递函数；所述传递函数为：
Csq＝{sum[(1-SQA*2)*(1-1i*1)*rsq]+32*[(1-SQA*2)*(1-1i*1)*rsq]}/2048
其中sum代表求和，1i表示复数中虚部，Csq为传递函数，长度为L；
补偿系数计算模块304根据传递函数求解当前时刻频率选择性衰落的补偿系数；所述频率选择性衰落补偿系数为：
其中，
j表示复数。
数据时延模块305根据数据处理时延，对当前同步数据帧进行延时处理；
频率选择性衰落补偿模块306根据频率选择性衰落补偿系数，完成对延时同步数据帧的频率选择性补偿；所述频率选择性衰落补偿结果为：
式中，x(k)为延时后同步数据帧，长度为M。
总之，本发明方法是是在对输入信号模数转换、数字变频、滤波以及同步基础上进行的，其利用信道传输数据帧中的训练序列进行补偿系数计算，然后通过滑动相乘、累加运算完成补偿处理，显著提高了宽带数据传输系统对频率选择性衰落的对抗能力。本发明具有功耗低、资源利用率高、运算速度快、易于扩展、利于并行处理等优点，可广泛应用于雷达、通信、测控等宽带数字接收机中。
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