一种连续非均匀多载波信号的整体解调方法与流程

本发明涉及数字信号处理技术领域，特别是指一种连续非均匀多载波信号的整体解调方法。

背景技术：

传统的多路解调方法在面对连续信号时，没有突破连续处理的架构，在恢复出译码帧之前，只能采用并行堆叠基带处理模块的方法进行多路处理。这种并行处理方法设计简单，但是资源消耗量随着处理路数的增加而大幅增加，难以应对大规模低速信号组网的应用场景。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种连续非均匀多载波信号的整体解调方法，其能够实现非均匀多路连续信号的整体解调，具有处理路数多，实现复杂度低，可降低中心站解调基带处理器成本等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种连续非均匀多载波信号的整体解调方法，包括以下步骤：

（1）将多路不同速率的连续信号载波按时间切割成处理帧，不同载波的处理帧以载波号进行区分；

（2）将各处理帧依次输入同一解调基带处理器，所述解调基带处理器通过内部的匹配滤波模块、符号定时同步模块、载波相位同步模块和帧同步模块，对输入的处理帧依次进行匹配滤波处理、符号定时同步处理、载波相位同步处理和帧同步处理；

（3）对帧同步处理后所得到的待译码的译码块进行译码处理，得到译码结果，完成连续非均匀多载波信号的整体解调；

其中，各模块的处理方式为：

（201）从外部输入的控制参数中获取当前处理帧的载波号，即当前载波号；

（202）从本模块的内部ram中提取当前载波号的上一处理帧结束时所缓存的数据，根据缓存数据将本模块恢复成当前载波号上一处理帧结束时的状态，在此状态下对当前处理帧进行处理，该处理即为当前处理；

（203）完成当前处理后，将状态恢复所需的数据缓存在本模块的内部ram中，并以当前载波号对缓存数据进行标记；

（204）模块复位，等待下一处理帧到来，以下一处理帧作为当前处理帧重新执行步骤（201）～（204）。

进一步的，对于匹配滤波模块，步骤（203）中所缓存的数据为当前处理帧的最后几个输入数据以及对当前处理帧的卷积计算结果，步骤（202）中当前处理的具体方式为：

将当前载波号上一处理帧的最后几个输入数据复接在当前处理帧的输入数据之前，对复接后的输入数据依次进行卷积运算，并在运算结果之前复接上一处理帧的最后几个卷积计算结果，将复接后的两部分卷积计算结果一同作为当前处理的处理结果。

进一步的，对于符号定时同步模块，步骤（203）中所缓存的数据为当前处理帧的最后几个输入数据以及当前处理的定时误差估计值和符号内抽点计数值，步骤（202）中当前处理的具体方式为：

将当前载波号上一处理帧的最后几个输入数据复接在当前处理帧的输入数据之前，利用缓存的定时误差估计值对复接后的输入数据进行定时误差恢复，利用缓存的符号内抽点计数值选取最佳采样点输出；同时，利用复接后的输入数据进行定时误差估计，得到定时误差估计值。

进一步的，对于载波相位同步模块，步骤（203）中所缓存的数据为当前处理帧的fft频偏估计结果以及该模块相位反馈环路中各级移位寄存器的值，步骤（202）中当前处理的具体方式为：

利用缓存的相位反馈环路中各级移位寄存器的值恢复相位反馈环路，利用缓存的fft频偏估计结果对当前处理帧进行频偏修正，通过恢复的相位反馈环路对当前处理帧进行相位跟踪，得到相位同步处理后的输出数据；同时，利用当前处理帧的输入数据进行fft频偏估计，得到fft频偏估计结果。

进一步的，对于帧同步模块，步骤（203）中所缓存的数据为当前处理帧的最后几个输入数据，步骤（202）中当前处理的具体方式为：

当前载波号上一处理帧的最后几个输入数据复接在当前处理帧的输入数据之前，对复接后的输入数据进行独特码搜索运算，将超过门限的位置作为帧同步后的起始位置，从起始位置开始输出数据。

进一步的，所述匹配滤波模块、符号定时同步模块、载波相位同步模块和帧同步模块均基于fpga实现。

本发明相比背景技术具有如下优点：

1、本发明解决了原有连续信号多路接收软件的路数限制，可支持多达32路的连续信号整体解调。

2、本发明将突发信号解调中的“串行处理，模块复用”方法引入连续信号处理，结合“中间状态参数重载”的思想，实现了多路连续信号“分段切割、依次进入”的处理方式。

3、采用本发明实现的fdma卫星通信系统、tdma/fdma混合组网卫星通信系统可以大幅降低中心站设备规模，显著提升系统组网灵活性。

附图说明

图1是本发明实施例中解调基带处理器的原理框图。

图2是本发明实施例中多路连续信号分割后依次输入解调基带处理器的原理示意图。其中，1、2、3表示载波号，同一载波的连续数据被切割成多段数据，每段数据作为一个处理帧。

图3是本发明实施例中各模块的处理方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

一种连续非均匀多载波信号的整体解调方法，包括以下步骤：

（1）将多路不同速率的连续信号载波按时间切割成处理帧，不同载波的处理帧以载波号进行区分。

（2）如图2所示，将各处理帧依次输入同一解调基带处理器。由图2可见，各载波的处理帧混杂在一起并排列成一个输入队列，依次输入解调基带处理器进行处理，从而实现了对不同载波的轮流处理。

（3）对帧同步处理后所得到的待译码的译码块进行译码处理，得到译码结果，完成连续非均匀多载波信号的整体解调。译码环节可以采用各种已知的常规方式，此处不再赘述。

所述解调基带处理器如图1所示，其包括匹配滤波模块、符号定时同步模块、载波相位同步模块和帧同步模块，可对输入的处理帧依次进行匹配滤波处理、符号定时同步处理、载波相位同步处理和帧同步处理；匹配滤波模块、符号定时同步模块、载波相位同步模块和帧同步模块可基于fpga实现，各模块的具体功能如下：

1）匹配滤波模块进行卷积运算实现滤波处理，采用推数进滤波器再截位的操作，只需要缓存各存储帧尾数据，不需要缓存运算中间状态；

2）符号定时同步模块进行定时误差估计，并利用估计结果选择最佳采样时刻输出，涉及到的估计算法需要缓存定时误差估计结果和抽点计数值，不需要缓存解调数据；

3）载波相位恢复模块实现频率、相位的纠正，需要缓存粗同步过程中使用到的fft运算频偏估计结果和精同步过程中利用的反馈环路各级寄存器值；

4）帧同步处理模块实现帧起始位置的定位，需要缓存尾数据和帧同步标识、前一帧起始位置、帧长、独特码等参数。

其中，各模块的处理方式如图3所示。各模块的处理流程相似，都是根据载波号提取参数和上一处理帧的最后几个输入数据（即尾数据），与当前帧输入数据进行拼接，在参数的控制下进行算法处理，同时将当前帧的尾数据存入数据缓存，将算法处理的中间状态值存入参数缓存。具体来说，各模块的处理过程包括以下步骤：

（201）从外部输入的控制参数中获取当前处理帧的载波号，即当前载波号；

（202）从本模块的内部ram中提取当前载波号的上一处理帧结束时所缓存的数据，根据缓存数据将本模块恢复成当前载波号上一处理帧结束时的状态，在此状态下对当前处理帧进行处理，该处理即为当前处理；

（203）完成当前处理后，将状态恢复所需的数据缓存在本模块的内部ram中，并以当前载波号对缓存数据进行标记；

（204）模块复位，等待下一处理帧到来，以下一处理帧作为当前处理帧重新执行步骤（201）～（204）。

进一步的，对于匹配滤波模块，步骤（203）中所缓存的数据为当前处理帧的最后几个输入数据以及对当前处理帧的卷积计算结果，步骤（202）中当前处理的具体方式为：

将当前载波号上一处理帧的最后几个输入数据复接在当前处理帧的输入数据之前，对复接后的输入数据依次进行卷积运算，并在运算结果之前复接上一处理帧的最后几个卷积计算结果，将复接后的两部分卷积计算结果一同作为当前处理的处理结果。

进一步的，对于符号定时同步模块，步骤（203）中所缓存的数据为当前处理帧的最后几个输入数据以及当前处理的定时误差估计值和符号内抽点计数值，步骤（202）中当前处理的具体方式为：

将当前载波号上一处理帧的最后几个输入数据复接在当前处理帧的输入数据之前，利用缓存的定时误差估计值对复接后的输入数据进行定时误差恢复，利用缓存的符号内抽点计数值选取最佳采样点输出；同时，利用复接后的输入数据进行定时误差估计，得到定时误差估计值。

进一步的，对于载波相位同步模块，步骤（203）中所缓存的数据为当前处理帧的fft频偏估计结果以及该模块相位反馈环路中各级移位寄存器的值，步骤（202）中当前处理的具体方式为：

利用缓存的相位反馈环路中各级移位寄存器的值恢复相位反馈环路，利用缓存的fft频偏估计结果对当前处理帧进行频偏修正，通过恢复的相位反馈环路对当前处理帧进行相位跟踪，得到相位同步处理后的输出数据；同时，利用当前处理帧的输入数据进行fft频偏估计，得到fft频偏估计结果。

进一步的，对于帧同步模块，步骤（203）中所缓存的数据为当前处理帧的最后几个输入数据，步骤（202）中当前处理的具体方式为：

当前载波号上一处理帧的最后几个输入数据复接在当前处理帧的输入数据之前，对复接后的输入数据进行独特码搜索运算，将超过门限的位置作为帧同步后的起始位置，从起始位置开始输出数据。

以下为一个更具体的例子：

一种连续非均匀多载波信号的整体解调方法，包括以下步骤：

（1）在时间轴上完成切割的各路连续信号按载波号依次输入匹配滤波模块完成滤波处理，滤除信号带宽外的噪声信息；

（2）经过滤波的各载波信号依次进入符号定时同步模块进行定时同步处理，获取最佳采样点；

（3）完成符号定时同步的各载波信号依次进入载波相位恢复模块，消除残余的频率偏移、相位偏移；

（4）完成载波相位恢复后的各载波信号依次进入帧同步模块，进行帧头捕获，恢复出译码帧结构；

最后，各载波译码帧经fifo缓存，依次交由译码模块处理，完成连续非均匀多载波信号的整体解调。

其中，匹配滤波模块根据载波号获取滤波器阶数及各级抽头系数，同时提取该载波上一处理帧尾数据，复接在本处理帧前，一并进行卷积运算。根据滤波器阶数对卷积结果进行截位，作为匹配滤波输出。本处理帧尾数据需进行缓存，以便该载波下一处理帧到来时再提取使用，缓存的深度同样取决于滤波器阶数。

符号定时同步模块根据载波号提取该载波符号定时误差估计结果与抽点计数值，以误差值确定抽点输出位置，以抽点计数值作为循环计数起始值，对当前处理帧数据选取最佳采样点输出。同时，还需进行定时误差估计运算，并将估计结果实时更新为新的误差值。在本处理帧结束时，缓存定时误差估计结果和抽点计数值。

载波相位恢复模块根据载波号提取fft频偏估计结果与反馈环路各级寄存器值，利用频偏估计结果进行下变频完成粗同步。粗同步后的数据进入反馈环路，进行精同步。同时，将本处理帧数据做fft运算，获取新的频偏估计结果。本处理帧结束时，将新的频偏估计结果和此刻的反馈环路各级寄存器值进行缓存以待下次调用。

帧同步模块根据载波号提取上一帧尾数据、帧同步标识和前一帧起始位置、帧长、独特码等参数。其中，尾数据长度与帧同步独特码相同。将尾数据与本处理帧数据拼接，进行起始位置检测。帧同步标识无效时，以同步判决门限为依据，搜索帧起始位置。帧同步标识有效时，以前一帧起始位置和帧长计数来预估本帧起始位置，依据失步判决门限，检测是否保持同步状态。本处理帧结束时，缓存整帧数据及上述提及的一系列参数，输出帧同步后的数据。

后级的译码模块对帧同步处理后的数据，即待译码的译码块，进行译码处理，得到译码结果，从而完成连续非均匀多载波信号的整体解调。

上述方法中，各模块都以自身的ram实现参数和尾数据的缓存，以载波号作为控制地址，控制读写当前处理帧相关的参数和数据。此外，尾数据的缓存深度分别由滤波器阶数和帧同步独特字长度确定。

总之，本发明将连续信号进行切割，采用串行分段处理方式，将多路连续信号载波切割成处理帧，并依次输入匹配滤波模块、符号定时同步模块、载波相位同步模块和帧同步模块，通过模块状态信息的重加载，实现了对信号的连续解调处理。本发明所采用的串行处理方式大大提高了解调基带处理器的解调路数，当单路载波信号的速率较低时，这种优势格外明显。

本发明可应用于fdma组网或tdma、fdma多体制混合组网系统的中心站中，能够使系统处理组网方式更加灵活，处理能力更强，可大幅减少中心站的设备规模。