专利名称：一种分相码接收最优检测的系统结构及方法
技术领域：
本发明提供一种接收最优检测的系统结构和方法，特别是指一种利用分相码接收最优检测的系统结果及方法。
在数字通信系统中，发送端将数字信号按一定的码速率逐个传输出来，接收端也必须按相同的速率对码元逐个进行采样判决，否则无法正确恢复出原数字信号。为了减少噪声和码间串扰的影响，达到降低误码率的目的，必须选择最佳时刻对码元采样判决。也就是要求采样时刻与所收到的发送码元序列具有相同的速率和准确的时间关系。一般的方法是接收端由硬件电路产生一个与发射端码元序列同频同相的同步或定时脉冲序列，即位同步信号，供采样及其它方面的需要。
本发明的目的在于，提供一种分相码接收最优检测的系统结构，其具有结构简单的优点。
本发明的另一目的在于，提供一种分相码接收最优检测的方法，其是利用软件方法选择最佳采样时刻，所以在实际中并不存在一个脉冲序列形式的位同步位号。
本发明一种分相码接收最优检测的系统结构，其特征在于，其中包括一计算机，与该计算机相连接有一个积分电路，该积分电路分别通过一电阻接基带信号；该积分电路与计算机相连接的两端分别为清除端和积分端。
本发明一种分相码接收最优检测的方法，其特征在于，其是利用计算机智能判断功能，通过模数转换器输入积分结果保存在输入缓冲器中；将积分结果与中位电平相减确定采样极性和偏差大小；比较前次和当前采样计算结果的极性确定采样相位超前还是滞后；将采样计算结果累加至滤波结果缓存器，滞后相加，超前相减；滤波结果和滤波调整值N比较，当＞N调整定时时间常数采样相位前移，当＜-N调整定时时间常数采样相位后移；判定当前码0／1并保存；清除滤波结果单元。
以下结合附图和实施例对本发明的结构、方法以及所能达成的功效作一详细的描述，其中
图1为现有技术中正交积分锁相环原理框图；图2为可优化的计算机数字基带最优接收系统结构图；图3为本发明分相码计算机数字基带最优接收系统结构图；图4为采用同步时无噪声信号波形图；图5为采样相位超前时无噪声信号波形图；图6为采样相位滞后时无噪声信号波形图；图7为分相码接收最优检测方法的流程图。
请参阅图3所示，为本发明分相码计算机数字基带最优接收系统结构图。其中在分相码计算机数字基带最优接收系统中包括一计算机，与该计算机相连接有一个积分电路，该积分电路通过一电阻接基带信号；该积分电路与计算机相连接的两端分别为清除端和积分端。
请结合参阅图7，分相码接收最优检测的方法，其是利用计算机智能判断功能，通过模数转换器输入积分结果保存在输入缓冲器中；将积分结果与中位电平相减确定采样极性和偏差大小；比较前次和当前采样计算结果的极性确定采样相位超前还是滞后；将采样计算结果累加至滤波结果缓存器，滞后相加，超前相减；滤波结果和滤波调整值N比较，当＞N调整定时时间常数采样相位前移，当＜-N调整定时时间常数采样相位后移；判定当前码0／1并保存；清除滤波结果单元。
一个信号传输过程中，可能遭受各种畸变和混入随机噪声，在接收端也就存在着不确定性或随机性。但不意味着信号无法可靠接收。从概率论的观点，任何随机因素总是遵循某种统计规律，所以只要掌握接收波形的统计资料，就可以用统计判决的方法获得满意的接收效果。例如一个信号通过比较器和微分电路，得到的仅是点上的信号，当噪声比较强时，它就不能可靠的代表传输信号。如果这个信号通过一个积分器，则噪声的积分是随机的，总平均值为“0”(这里指有+，-输出对零点的积分，注意在一个码元周期上噪声的积分可能不为“0”)。而信号的积分遵从发送端码元信号的规律，在确定的时刻取积分器输出值，对码元判决，就是遵从统计规律的判决。图1由硬件电路构成的典型正交积分跟踪锁相环原理框图。压控振荡器输出T1(t)既是跟踪的位同步信号。原理和应用可参阅《锁相环路原理及应用》陈世伟著。此处不做进一步的讨论。
将正交积分锁相环积分器之后的部分移入计算机就组成了计算机最优检测系统(如图2)。在低成本系统中受到A／D变换器转换速度的影响，计算机采样速率比较低。如果用计算机做采样积分将会与模拟积分有较大的偏差。因此将积分部分由硬件处理，其它部分用计算机软件完成。
计算机通过模拟开关控制有源积分器的同相清除、中相清除。其清除速率、采样速率与码速率相同。同相积分在每一个码元结束时刻采样，采样后立即同相清除。中相积分在码元中间采样，采样后中相清除。环路中判决、转换判决、延迟、相乘以及环路滤波都由计算机完成。这时环路滤波器并不是输出一个电压来控制压控振荡器，而是根据环路滤波器的计算值来调整采样与清除时刻。同相和中相的采样与清除是同时前移或后移，在系统中实际上不存在压控振荡器。可以注意到同相积分采样值的极性就是经过最优判决的码元内容。因为这组采样值与码速率同频同相，并且都已存在计算机中，所以没有必要再输出位同步信号做为采样标准。同相和中相的采样与清除的相位移动最小增量值在80186计算机上可以达到0．5μs，与同步周期相比量化误差可以忽略，因此在相位调整上可以有比较高的精度。
分相码在码元的中间有一跳变“↑”表示“0”，“↓”表示“1”。可以发现，它的占空比在每一个码元中是对称的。每一个码元同相积分电压等于0，而跨在两个码元中间的中相积分结果为正最大值或负最大值。根据这一特征，设计中可以取消中相积分电路，只用同相积分电路，在码元中间位置上(原中相积分的采样时刻)增加一次采样。同相(码元结束下一码元起始)采样值经过环路滤波器去调整采样相位，可达到跟踪相位的目的。
在相位准确时，同相采样值总是为0，此时环路滤波器计算值为0，不做相位调整(图4)。
当采样相位超前时(图5)，如果此时码元中相采样值为正，则同相采样值也为正。中相采样值为负时，同相采样值为负。也就是同相采样取决于当前中相采样值极性。
从图6可以看出，当采样相位滞后时，同相采样会落入下一个码元积分区，其极性取决于下一个码元中相积分极性。
表1转换判别规则若以ak-1与ak分别表示相邻两码元内容，可以从表1中找出超前与滞后同相积分输出的极性。当ak-1与ak极性相同时，转换判决输出为0。当ak-1≠ak时，如果采样值与ak-1极性相同表示超前，此时采样值取绝对值，得到一系列正的同相积分值。如果采样值与ak极性相同表示滞后，采样值取绝对值后加负号，可得出一列负的同相积分值。为了便于理解在超前和滞后波形图中转换判决脉冲的相位与同相采样值相位相同，在实际中转换判决是在已取得ak极性之后判决的，滞后于同相采样值。在得到了一系列转换判决值后，可以通过一个滤波器去控制采样相位。
整个基带接收解码部分可以看作为二阶锁相环，按闭环反馈控制原理，选择阻尼系数ζ和环路固有频率ωn，在[S]域下计算出滤波器参数。这时环路带宽应远小于码速率。
在系统的实验中还采用了另一种滤波方法，也取得了较好的效果。即参照数字环所采用的数字滤波器原理，将转换判决后的数值求其代数和，当其和绝对值大于某一数值时，采样相位做+或-的调整。与数字环所不同的是，这里的相加是定量相加，而不是数字环所采用的定性相加。因而，可以大大改善调节性能。
从以上所述可以看出只要码元有转换，转换判决就有数值。如果采样相位准确，此数值在无噪声时为0，如果有噪声，采样值为噪声在一个周期内的统计值。每一个周期噪声值是随机的，但通过环路滤波器可去除噪声影响，达到最优检测。
此技术在中、低速率系统中已完全可以取代传统锁相环组成的最优检测器。
权利要求
1.一种分相码接收最优检测的系统结构，其特征在于，其中包括一计算机，与该计算机相连接有一积分电路，该积分电路通过一电阻接基带信号；该积分电路与计算机相连接的分别为清除端和积分端。
2.一种分相码接收最优检测的方法，其特征在于，其是利用计算机智能判断功能，通过模数转换器输入积分结果保存在输入缓冲器中；将积分结果与中位电平相减确定采样极性和偏差大小；比较前次和当前采样计算结果的极性确定采样相位超前还是滞后；将采样计算结果累加至滤波结果缓存器，滞后相加，超前相减；滤波结果和滤波调整值N比较，当＞N调整定时时间常数采样相位前移，当＜-N调整定时时间常数采样相位后移；判定当前码0／1并保存；清除滤波结果单元。
全文摘要
一种分相码接收最优检测的系统结构及方法,包括一计算机,与之连接有积分电路,并通过一电阻接基带信号;方法为将积分结果与中位电平相减确定采样极性和偏差大小;比较前次和当前采样计算结果的极性确定采样相位超前还是滞后;将采样计算结果累加至滤波结果缓存器,滞后相加,超前相减;滤波结果和滤波调整值N比较,当>N调整定时时间常数采样相位前移,当<－N调整定时时间常数采样相位后移;判定当前码0/1并保存;清除滤波结果单元。
文档编号H04L1/24GK1282159SQ9911113
公开日2001年1月31日 申请日期1999年7月27日 优先权日1999年7月27日
发明者苏建, 孙辉先 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心