一种6PSK调制扩频信号的非相干解调方法与流程

本发明涉及通讯
技术领域：
，特别涉及一种6PSK调制扩频信号的非相干解调方法。
背景技术：
：6PSK调制扩频信号是卫星移动通信的一种信号传输方式，用于在低信噪比条件下传输寻呼信息，(式1)是其复信号表达式：式(1)中，h(t)是基带滤波器的冲击相应(其传输函数为平方根升余弦函数)，ak是调制符号。ak的定义如下：每组6PSK调制扩频信号占用78个波特时长，其中1-2波特和75-78波特为保护时段，3-74为信息传输时段。图(1)是6PSK调制扩频信号的星座图，图中的标号表示调制状态(表(1)中的Vk)，每个状态可以看做一个矢量，表(1)是状态序号和相位的对应关系。表1表(1)中Vk由式(3)确定。式(3)中Sj(i)中的i由式(4)确定：式(4)中，TRUNC表示取整数，表(2)是根据式(4)得出的i与k的映射关系，从表(2)可知，i的持续时间是4个波特。表2Sj是由式(3)中的Sj(i)组成的扩频信号序列，每个序列有18种状态(见表(3))，每个Sj序列对应4个信息编码比特(见表(4))。表3编码信息扩频信号序列Sj0000S00001S10010S20011S30100S40101S50110S60111S71000S81001S91010S101011S111100S121101S131110S141111S15表4综上所述：每组6PSK调制扩频信号传输4个信息比特，4个信息比特构成一个扩频Sj序列；每个扩频Sj序列包含18种状态，每种状态占用4个波特时长，对应6PSK调制的一个相位；如果把每种状态看做一个矢量，每个扩频Sj序列是18个矢量之和(见式(5))。式(6)是6PSK信号的实信号表达式。式(6)中，A(t)是信号幅度函数，取决于基带滤波器的传输函数h(t)；ωi＝2πfi是信号载波的角频率；θ(k)是信号的瞬时相位，由调制符号ak确定，按6PSK调制方式变化，变化周期为4个波特。s(t)＝A(t)cos[ωit+θ(k)](式6)表(5)是6PSK扩频信号传输的帧结构。表中帧编号为0-63，周而复始循环；相对时隙编号是每帧24个时隙中的某一段时隙的编号；FCCH帧用于接收机频率和时钟同步；6PSK帧用于传输6PSK调制扩频信号。每个时隙帧长39个波特，波特率为23.4KB/s。每个6PSK帧占用2个时隙，78个波特，用以发送一个Sj序列(代表4比特信息)。表5技术实现要素：为解决上述6PSK调制扩频信号的解调问题，本发明提供一种6PSK调制扩频信号的非相干解调方法，包括：对6PSK调制扩频信号进行下变频、采样、累加、基带滤波，形成正交基带信号；正交基带信号构成6PSK复数基带信号，每18个复数基带信号构成一个扩频矢量序列；每个扩频矢量序列与16个本地矢量序列进行相关运算，计算出16个相关函数幅度绝对值；对16个相关函数幅度绝对值进行判决，输出产生幅度峰值的相关器标号；根据幅度峰值的相关器标号与扩频矢量序列的映射关系，得到6PSK调制扩频信号所携带的数字信息。优选的，在所述的一种6PSK调制扩频信号的非相干解调方法中，所述6PSK调制扩频信号通过以下公式表示：s(t)＝A(t)cos[ωit+θ(k)]。其中，A(t)是信号幅度函数，由调制器基带滤波器决定，其频率响应函数为平方根升余弦函数；ωi是信号载波的角频率；θ(k)是信号的瞬时相位，按6PSK调制方式变化。优选的，在所述的6PSK调制扩频信号的非相干解调方法中，所述下变频由以下公式表示：其中，ω0为解调器接收本振频率，标称值与ωi相同。式中sI(t)和sQ(t)表达式的前一项是所需的下变频分量。优选的，在所述的6PSK调制扩频信号的非相干解调方法中，下变频信号采样频率是信号波特率的8倍，即1个波特8个采样点；4采样累加后，降为1个波特2个采样点，4采样累加器起低通滤波器的作用。优选的，在所述的6PSK调制扩频信号的非相干解调方法中，基带滤波器频率响应函数为平方根升余弦函数，由其产生的正交基带信号由实部和虚部构成，由以下公式表示：优选的，在所述的6PSK调制扩频信号的非相干解调方法中，所述复数基带信号由以以下公式表示：Sj'(n)＝I(n)+jQ(n)＝B(n)ej(ΔωnΔt+θ(k))。优选的，在所述的6PSK调制扩频信号的非相干解调方法中，复数基带信号的实部、虚部分别输入16个相关器中的144级移位寄存器，移位寄存器的18个抽头输出构成扩频矢量序列,每个抽头间隔为8个采样数据。优选的，在所述的6PSK调制扩频信号的非相干解调方法中，16个相关器中使用的16个本地矢量序列与扩频矢量序列成共轭关系。优选的，在所述的6PSK调制扩频信号的非相干解调方法中，以帧同步信号为基准，在输入扩频矢量序列和本地矢量序列同步的时刻输出各个相关器的相关函数幅度值。优选的，在所述的6PSK调制扩频信号的非相干解调方法中，经过2级幅度判决得出产生相关函数幅度峰值的相关器标号，其中第1级判决用于每个相关器获取相关函数幅度的最大值，第2级幅度判决用于获取16个相关器的相关函数幅度的最大值。使用本发明的6PSK调制扩频信号的非相干解调方法，具有以下有益效果：本发明不需要恢复接收机载波相位，同时允许解调器载波与接收信号载波存在一定的频率误差；与相干解调方式比较，信号不需要恢复载波所用的报头，省去了载波恢复时间，适合突发信号的接收；在低信噪比条件下，仍然可以准确检测输入扩频矢量序列的峰值(见图(5-A)到图(5-E))，从而准确实现数据解调；算法简单，计算量小，易于实现。附图说明图(1)是6PSK调制扩频信号的星座图；图(2)是本发明实施例的原理框图；图(3)是本发明实施例的流程图；图(4)是本发明实施例的相关器矩阵原理图；图(5-A)、(5-B)、(5-C)、(5-D)、(5-E)是本发明实施例在不同信噪比(SNR)条件下，相关器矩阵输出的相关函数幅度平方值峰值；其中图(5-A)是信噪比为20dB条件下的结果，图(5-B)是信噪比为5dB条件下的结果，图(5-C)是信噪比为0dB条件下的结果、图(5-D)是信噪比为-5dB条件下的结果，图(5-E)是信噪比为-10dB条件下的结果；图(6)是本发明实施例的相关函数幅度信号数据选取电路原理框图；图(7)是本发明实施例的相关函数幅度信号数据选取电路时序图；图(8)是本发明实施例的幅度判决电路原理框图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据以下说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更加清晰。以下说明中的附图均采用简化形式且使用非精准比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例。图(2)是本发明实施例的原理框图，图(3)是本发明实施例的流程图。本发明提出了一种6PSK调制扩频信号的非相干解调方法，具体包括以下步骤：步骤一：输入信号下变频。所述解调器的输入信号为6PSK扩频调制信号s(t)，其数学表达如式(6)所示。s(t)与正交本振信号sinω0t和cosω0t相乘(ω0的标称值与ωi相同，在实际情况下有很小的误差Δω,Δω＝ωi-ω0)，产生式(7)所示的正交混频信号sI(t)、sQ(t)。式(7)中，sI(t)、sQ(t)的前一项为所需的下变频分量；后一项为高频分量，其将被后续的4采样累加器、基带匹配滤波器滤除。步骤二：信号采样。所述正交混频信号sI(t)、sQ(t)被采样信号fS采样，输出数字正交混频信号sI’(m)、sQ’(m)，fS为输入信号波特率Ri的8倍，即1个信号波特有8个采样点。步骤三：产生正交基带信号。所述数字正交混频信号sI’(m)和sQ’(m)经过4采样累加器、基带匹配滤波器(传输函数为平方根升余弦函数)处理后，输出正交基带信号I(n)和Q(n)，式(8)为其数学表达式；正交基带信号的采样率降为1个波特含2个采样点；所述正交基带信号I(n)和Q(n)构成6PSK信号的复数基带信号Sj'(n)的实部和虚部，式(9)为其数学表达式；公式中信号幅度的变化是由于A/D变换、累加、滤波等处理造成的，但信号的性质没有变化。Sj'(n)＝I(n)+jQ(n)＝B(n)ej(ΔωnΔt+θ(k))(式9)步骤四：相关运算。所述复数基带信号Sj'(n)输入由16个相关器组成的相关器矩阵进行相关运算，输出16个相关函数幅度的平方值，图(3)是相关器矩阵的原理框图。复数基带信号Sj'(n)的实部I(n)和虚部Q(n)分别输入每个相关器的二路144级移位寄存器，二路移位寄存器的18个抽头输出构成所接收的扩频矢量序列Sj'(i)(i＝0、2、3…17),每个抽头间隔为8个采样数据。Sj'(i)序列与发射端的Sj(i)序列相对应，只是相位上旋转了Δωt弧度。设Tk(i)为本地矢量序列，i＝0、2、3…17,k＝0、2、3…15。Tk(i)序列为Sj(i)序列的共轭，即表(5)是Tk(i)序列的状态表，表(6)是Tk(i)序列状态的实部、虚部映射表，表(7)是Tk(i)序列与相关器标号的映射表。接收信号的扩频矢量序列Sj'(i)与16个本地矢量序列Tk(i)进行相关运算(见式(10))，输出16个相关函数的幅度的平方值Pk(见式(11))。Pk＝|Rk|2k＝0,1,2....,15(式11)由于Sj'(i)序列是彼此正交的，当j不等于k时，相关函数Rk的幅度很小；当j等于k时，相关函数Rk如(式(12))所示，其幅度|Rk|达到峰值。本发明中以相关器矩阵中某个相关器输出的相关函数幅度平方|Rk|2达到峰值判别接收机接收到了某个Sj'(i)序列。图(5-A)是在信噪比(SNR)为20dB条件下，相关器矩阵输出的相关函数幅度峰值平方值|Rk|2。图(5-A)、(5-B)、(5-C)、(5-D)、(5-E)是本发明实施例在不同信噪比(SNR)条件下，相关器矩阵输出的相关函数幅度平方值峰值；其中图(5-A)是信噪比为20dB条件下的结果，图(5-B)是信噪比为5dB条件下的结果，图(5-C)是信噪比为0dB条件下的结果、图(5-D)是信噪比为-5dB条件下的结果，图(5-E)是信噪比为-10dB条件下的结果。表6Tk(i)状态实部(I)虚部(Q)0101-0.50.8662-0.5-0.8663-1040.50.86650.5-0.866表7表8步骤五：相关函数数据选取。所述扩频矢量序列Sj'(i)串行输入相关器矩阵，只有在Sj'(i)序列与Tk(i)序列对齐时的那个时间段内(4个波特8个采样点)，16个相关器满足正交关系，输出的才是所需的相关函数值。数据选取信号K(l)的定义如式(13)所示：式中K(l)的定义区间为一个6PSK扩频信帧的长度(78个波特)。K(l)相当一个开关信号，它与Pk相乘，得到有效的相关函数幅度平方值Pk'，如式(14)所示：Pk'＝Pk×K(l)(式14)图(6)是相关函数幅度信号选取电路原理框图。如图(6)所示，Pk串行输入8位移位寄存器，并行输出8个相邻的Pk值到8路开关电路,开关电路受K(l)信号控制。当K(l)为0时关闭，Pk'＝0；当K(l)＝1时开启，Pk'＝Pk。图(7)是输出相关函数幅度信号电路的时序图。如图(7)所示，帧同步信号标志了每个6PSK扩频信号帧的起始，该信号由接收FCCH帧(见表(6))确定；每个6PSK扩频信号帧占用78个波特，其中第3-74波特对应一个Sj'(i)序列；相关器矩阵计算Sj'(i)序列和Tk(i)序列的相关函数，并输每个采样产生的幅度相关函数平方值Pk；当每帧信号的71-74个波特输入相关器矩阵时，Sj'(i)序列和Tk(i)序列对齐,其中某个相关器产生相关函数峰值；数据选取信号K(l)以帧同步信号为基准，每帧产生1个，其取值在71-74波特时间段为1，其它时间段为0；K(l)控制8路开关输出Pk'，即71-74波特时间段的8个Pk值。步骤六：相关函数幅度判决。图(8)是幅度判决电路的原理框图。如图(8)所示，相关器矩阵输出的相关函数幅度信号Pk'经过2级幅度判决，确定正确接收到的Sj(i)序列。第1级幅度判决对每路相关函数幅度信号Pk'的8个数值进行比较，选取其中的最大值Wk＝[Pk']max输出(k＝0、1、2..15)，Wk数据的输出频率是Pk'频率的1/8。第2级幅度判决对16个Wk值进行幅度比较，选取最大值[Wk]max，输出产生该最大幅度相关函数的相关器标号Z，相关器标号Z与Sj(i)序列标号相对应，表示接收到了某一个Sj(i)序列。步骤七：数据恢复。根据所述峰值相关器标号Z，由表(9)确定的映射关系得到所接收的数据信息，表(9)与发射信号的表(4)是相对应的。峰值相关器标号Z数据信息00000100012001030011401005010160110701118100091001101010111011121100131101141110151111表9虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并不用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。当前第1页1 2 3