CN113422746A - 一种d8psk信号的接收解调处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种D8PSK信号的接收解调处理方法，包括信号预处理、数据同步、信道估计与均衡、数据解码等过程；信号预处理过程首先将输入信号进行数字下变频，混频到基带。然后进行数字滤波，剔除噪声信号，同时将数据进行抽取到低倍符号速率采样率。数据解码过程首先将均衡结束后的信号根据D8PSK信号映射格式进行解映射运算，将符号数据转为比特数据流。然后根据发送端的加扰特性进行比特解扰并根据编码格式进行信道译码，最后进行整帧数据的CRC校验，完成整个D8PSK信号的接收解调过程。本发明内容对于D8PSK信号接收解调的消息正确率高，且算法计算量小、资源利用率高、具有较强的工程应用性。
Description
技术领域 本发明专利涉及一种D8PSK信号的接收解调处理方法，属于通信广播领域。 背景技术 基于全球导航卫星系统(GNSS)的局域增强系统(LAAS)已作为GNSS的地面增强系统(GBAS)在全球范围内应用。GBAS定位服务提供经过差分校正的水平位置，速度和时间信息，以支持终端区域中的区域导航(RNAV)和监视操作。LAAS数据广播采用甚高频地空数据链(VHF Data Link.VDL)通信实现，已成为航空电信网(Aeronautical TelecommunicationNetwork。ATN)空地通信子网的最重要的通信实现方式之一。其空间信号采用的调制方式为D8PSK(Differential Eight-Phase Shift Keying.D8PSK)。D8PSK调制方式是将二进制数据组合成为字符，每个字符由3个连续的二进制位组成。此调制方式由于同步码元的持续时间较短，同步难度较大，目前已有的相干、非相干解调算法对于频偏和噪声的抑制效果不好，导致消息正确率不高，且受限于解调精度、计算量和资源耗费较大且不利于工程实现。 发明内容 本发明的目的在于提供一种D8PSK信号的接收解调处理方法，以解决上述技术问题。 为实现上述目的本发明采用以下技术方案： 一种D8PSK信号的接收解调处理方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)信号预处理； 信号预处理过程首先将输入信号进行数字下变频，混频到基带，然后进行数字滤波，剔除噪声信号，同时将数据进行抽取到低倍符号速率采样率； (2)数据同步； 数据同步过程首先将混频滤波后的过采样数据进行差分解调，一方面方便后续差分解映射操作，另一方面也可以最大限度的直接消除收发端频偏带来的不利影响；经过差分解调的信号再进行帧到达检测和定时精同步，确定当前接收信号帧的定时精同步起始点； (3)信道估计与均衡； 信道估计与均衡过程将同步后的信号进行信道均衡，以消除数据信号的码间串扰； (4)数据解码； 数据解码过程首先将均衡结束后的信号根据D8PSK信号映射格式进行解映射运算，将符号信息转为比特数据流，然后根据发送端的加扰特性进行比特解扰，随后根据编码格式进行信道译码，最后进行整帧数据的CRC校验，完成整个D8PSK信号的接收解调过程。 作为本发明的进一步方案，信号预处理过程中： 输入中频数据的采样率为fs，中频信号的频率为fIF，令a(n)为输入采样序列，混频操作如下：
数字滤波和数据抽取可以采用倍数抽取的CIC级联梳状滤波器，由于采用10.5KHz符号速率的输入信号，这里抽取后将数据采样率降到210KHz，该信号仍然为20倍过采样基带信号，第二级滤波采用线性相位低通滤波器，数字域截止频率为：
作为本发明的进一步方案，数据同步过程中： 差分解调首先将Q＝20倍过采样下的接收信号序列记为r(n)，差分运算如下： m(n)＝r*(n-Q)r(n) (3)； 帧到达检测采用滑动相关方法，将前导参考信号(RS)的NRS＝16点序列记为将Q倍过采样下的接收信号序列记为m(n)，将接收信号与前导序列的相关系数作为帧检测度量值，将以d为起始的符号速率下的接收信号序列记为：
将归一化相关系数作为帧检测度量值：
对接收信号在Q倍过采样下进行滑动帧检测，如果度量值超过给定门限Gth，则认为帧到达； 检测到帧到达后，进一步利用滑动相关进行定时精同步的计算。在帧检测度量值超过门限点的之后一段时间窗口内，将滑动相关最大值的时刻点作为定时精同步点，即：
作为本发明的进一步方案，信道估计与均衡过程中： 在视距信道中，信道为一标量，将对应RS信号的接收信号矢量记作：在不考虑噪声情况下，可知接收信号与RS之间的关系如下： yRS＝xRS·h (7)； 基于此，信道估计的表达式可以表示为：
基于信道估计值，可以完成对后续数据帧的标量信道均衡操作：
作为本发明的进一步方案，数据解码过程中： 符号信息和比特差分映射关系如下：
分别对应比特流为： [000，001，010，011，100，101，110，111] (11)； 每个符号的解映射运算可以通过在a中寻找距离最近的星座点：
其中a(i)表示a的第i各元素； 比特解扰是根据发送端的伪噪声(PN)加扰特性进行，这里采用的比特解扰与加扰的寄存器的多项式相同，为： 1+x2+x15 (13)； 信道译码是根据发送端的编码格式进行，这里接收端与发送端采用的原始多项式相同为： P(x)＝x8+x2+x+1 (14)； 此编码格式是由固定长度的Reed-Solomon(255，249)28进制代码完成的，这里采用的生成和解码多项式为：
其中a是原始多项式p(x)的根； 经过信道译码后的数据最后再进行CRC校验，确认数据传输过程中未发生传输错误，这里采用的CRC生成和校验多项式为： G(x)＝x32+x25+x20+x14+x7+x2+x+1 (16)； 经过整帧数据的CRC校验，完成整个D8PSK信号的接收解调过程。 与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明为D8PSK信号的接收解调提供了一种D8PSK信号的接收解调处理方法，本发明内容对于D8PSK信号接收解调的消息正确率高，且算法计算量小、资源利用率高、具有较强的工程应用性。 附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明信号预处理过程的处理流程图；
图3位本发明PN加扰/解扰器的算法实现图；
图4为本发明CRC校验算法实现图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细阐述。
如图1所示，一种D8PSK信号的接收解调处理方法，包括如下步骤：
(1)信号预处理：
信号预处理过程首先将输入信号进行数字下变频，混频到基带。输入中频数据的采样率为fs，中频信号的频率为fIF。令a(n)为输入采样序列，混频操作如下：
混频后进行数字滤波和数据抽取，剔除噪声信号，同时将数据进行抽取到低倍符号速率采样率。
数字滤波和数据抽取可以采用倍数抽取的CIC级联梳状滤波器。由于采用10.5KHz符号速率的输入信号，这里抽取后将数据采样率降到210KHz，该信号仍然为20倍过采样基带信号。第二级滤波采用线性相位低通滤波器，数字域截止频率为：
信号预处理过程如图2所示。
(2)数据同步：
数据同步过程首先将混频滤波后的过采样数据进行差分解调，一方面方便后续差分解映射操作，另一方面也可以最大限度的直接消除收发端频偏带来的不利影响。
差分解调首先将Q＝20倍过采样下的接收信号序列记为r(n)。差分运算如下：
m(n)＝r*(n-Q)r(n) (3)；
经过差分解调的信号再进行帧到达检测和定时精同步，确定当前接收信号帧的定时精同步起始点。
帧到达检测采用滑动相关方法。将前导参考信号(RS)的NRS＝16点序列记为将Q倍过采样下的接收信号序列记为m(n)。将接收信号与前导序列的相关系数作为帧检测度量值。将以d为起始的符号速率下的接收信号序列记为：
将归一化相关系数作为帧检测度量值：
对接收信号在Q倍过采样下进行滑动帧检测，如果度量值超过给定门限Gth，则认为帧到达。
检测到帧到达后，进一步利用滑动相关进行定时精同步的计算。在帧检测度量值超过门限点的之后一段时间窗口内，将滑动相关最大值的时刻点作为定时精同步点，即：
(3)信道估计与均衡：
信道估计与均衡过程将同步后的信号进行信道均衡，以消除数据信号的码间串扰。
在视距信道中，信道为一标量。将对应RS信号的接收信号矢量记作：在不考虑噪声情况下，可知接收信号与RS之间的关系如下：
yRS＝xRS·h (7)；
基于此，信道估计的表达式可以表示为：
基于信道估计值，可以完成对后续数据帧的标量信道均衡操作：
(4)数据解码：
数据解码过程首先将均衡结束后的信号根据D8PSK信号映射格式进行解映射运算，将符号信息转为比特数据流。
符号信息和比特差分映射关系如下：
分别对应比特流为：
[000，001，010，011，100，101，110，111] (11)；
每个符号的解映射运算可以通过在a中寻找距离最近的星座点：
其中a(i)表示a的第i各元素。
经过解映射的数据再根据发送端的加扰特性进行比特解扰。
比特解扰是根据发送端的伪噪声(PN)加扰特性进行。PN加扰/解扰器的实现算法如图3所示，比特解扰与加扰的寄存器的多项式相同，为：
1+x2+x15 (13)；
随后根据编码格式进行信道译码，信道译码是根据发送端的编码格式进行，这里接收端与发送端采用的原始多项式相同为：
P(x)＝x8+x2+x+1 (14)；
此编码格式是由固定长度的Reed-Solomon(255，249)28进制代码完成的，这里采用的生成和解码多项式为：
其中a是原始多项式p(x)的根。
经过信道译码后的数据最后再进行CRC校验，确认数据传输过程中未发生传输错误。CRC校验实现算法如图4所示。采用的CRC生成和校验多项式为：
G(x)＝x32+x25+x20+x14+x7+x2+x+1 (16)；
经过整帧数据的CRC校验，完成整个D8PSK信号的接收解调过程。。
以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。