基于全通型分数时延滤波器的数据符号同步方法与流程

本发明涉及通信领域，尤其涉及基于全通型分数时延滤波器的数据符号同步方法。

背景技术：

在数字通信领域，连续相位调制信号接收系统需要准确确定每个数据符号的起止时刻，即完成数据符号的精确位同步，才能完成传输数据的准确提取、恢复，保证信号解调性能。

目前，主要通过gardner位同步技术进行数据符号的同步，其原理是采用一种基于锁相环技术的闭环反馈算法，实现低复杂度下的高性能位同步。然而，目前的gardner算法中多采用基于farrow结构的立方拉格朗日多项式内插滤波器实现相位调整，具有滤波器结构复杂、计算量大、频谱覆盖范围小，且不易于实现高复杂度下的符号准确位同步的缺点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于全通型分数时延滤波器的数据符号同步方法及一种存储介质。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于全通型分数时延滤波器的数据符号同步方法，包括：

对接收机接收的数字中频信号进行预处理，得到数据符号的多个采样点；

对所述数据符号的峰值点和全部所述采样点间相差进行估计处理，得到估计结果；

根据所述估计结果计算全通型分数时延滤波器的系数；

根据所述系数对所述数据符号的全部采样点进行滤波处理，将所述数据符号的峰值采样点处的采样值作为同步符号值；

根据所述同步符号值完成所述数据符号的同步。

本发明的有益效果是：本发明提供的数据符号同步方法，通过对采样点间相差进行估计处理，计算全通型分数时延滤波器的系数，设计出了一种阶数低、结构简单、频谱覆盖范围大、系数可直接快速计算出来的全通型时延滤波器，通过该滤波器进行滤波，显著降低了系统复杂度，提升了性能，并且不需要对现有信号接收设备进行硬件改进，具有很强的实用性。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述技术方案所述的数据符号同步方法。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明数据符号同步方法的实施例提供的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明数据符号同步方法的实施例提供的流程示意图，该方法包括：

s1，对接收机接收的数字中频信号进行预处理，得到数据符号的多个采样点。

需要说明的是，对数字中频信号的预处理，包括数字下变频处理、低通滤波处理、降采样处理等基本处理过程，通过数字下变频处理和低通滤波处理，可以将数字中频信号转换为数字基带信号，通过降采样处理，能够得到数据符号的一系列采样点。

s2，对数据符号的峰值点和全部采样点间相差进行估计处理，得到估计结果。

例如，可以使用gardner定时误差检测器对数据符号的峰值点和全部采样点间相差进行估计处理。

s3，根据估计结果计算全通型分数时延滤波器的系数。

s4，根据系数对数据符号的全部采样点进行滤波处理，将数据符号的峰值采样点处的采样值作为同步符号值。

s5，根据同步符号值完成数据符号的同步。

本实施例提供的数据符号同步方法，通过对采样点间相差进行估计处理，计算全通型分数时延滤波器的系数，设计出了一种阶数低、结构简单、频谱覆盖范围大、系数可直接快速计算出来的全通型时延滤波器，通过该滤波器进行滤波，显著降低了系统复杂度，提升了性能，并且不需要对现有信号接收设备进行硬件改进，具有很强的实用性。

上述基于全通型分数时延滤波器的数据符号同步方法所需数据符号采样率仅为数据符号速率的两倍，全通滤波器阶数仅为5阶，系数由解析表达式直接算出，带宽覆盖范围达到归一化频率的0.8，比传统符号同步方法要求4倍采样率、farrow结构滤波器显著降低了系统复杂度，提升了性能。

可选地，在一些实施例中，对接收机接收的数字中频信号进行预处理，得到数据符号的多个采样点，具体包括：

对接收机接收的数字中频信号依次进行数字下变频处理和低通滤波处理，得到数字基带信号；

对数字基带信号进行降采样处理；

对降采样处理后的数字基带信号进行解调处理，得到数据符号的多个采样点。

可选地，在一些实施例中，根据以下公式计算数字基带信号：

sb(nts)＝lpf{s(nts)·exp(-j2πfifnts)}

其中，lpf{·}表示低通滤波，通常利用fir滤波器实现，相关参数包括：通带纹波抖动0.5db，阻带衰减60db，截至频率为信号主瓣带宽，ts为数字信号采样周期，n为时刻，n＝0，1，2…，sb(·)表示数字基带信号，s(·)表示数字中频信号，fif为信号中频。

可选地，在一些实施例中，对数字基带信号进行降采样处理，具体包括：

根据预设采样间隔提取数字基带信号的信号值，形成低采样率信号，预设采样间隔的计算公式为：

tsd＝1/2fb

其中，d为预设采样间隔，ts为数字信号采样周期，fb为数据符号速率。

可选地，在一些实施例中，对降采样处理后的数字基带信号进行解调处理，具体包括：

获取数字基带信号的信号调制方式；

根据数字基带信号的信号调制方式选择对应的解调方法，对降采样处理后的数字基带信号进行解调处理。

例如，cfsk调制信号采用叉积鉴频处理取得数据符号采样点：

f(n)＝re[sb(n-1)]×im[sb(n)]-re[sb(n)]×im[sb(n-1)]

其中，re[·]为取数据实部，im[·]为取数据虚部。

dqpsk信号采用差分解调方法取得数据符号采样点：

fx(n)＝re[sb(n)]×re[sb(n-k)]+im[sb(n)]×im[sb(n-k)]

fy(n)＝im[sb(n)]×re[sb(n-k)]-re[sb(n)]×im[sb(n-k)]

其中，k为单符号周期内采样点数，k＝2。

qpsk信号完成载波解调后的结果即为数据符号采样点，fx(n)和fy(n)表示同相正交支路。

可选地，在一些实施例中，对数据符号的峰值点和全部采样点间相差进行估计处理，得到估计结果，具体包括：

根据gardner定时误差检测器对数据符号的峰值点和全部采样点间相差进行估计处理，得到估计结果，gardner定时误差检测器的表示为：

对于四象限调制(同时存在i/q支路进行处理)：

u(n)＝fx(n-k/2)·(fx(n)-fx(n-k))+fy(n-k/2)·(fy(n)-fy(n-k))

对于二象限调制(仅处理单支路)：

u(n)＝f(n-k/2)·(f(n)-f(n-k))

其中，u(n)为gardner定时误差估计结果，u(n)的符号表示调整的方向，u(n)的大小表示相位偏移量及与其相对应的调整量的大小，fx(·)和fy(·)表示同相正交支路，k为单符号周期内采样点数，n为时刻，n＝0，1，2…。

可选地，在一些实施例中，对数据符号的峰值点和全部采样点间相差进行估计处理，得到估计结果之后，还包括：

根据预设低通滤波器对估计结果进行低通滤波处理，低通滤波器的递归方程为：

y(n)＝y(n-1)+ki[x(n)-x(n-1)]+kpx(n)

其中，n为时刻，n＝0，1，2…，ki和kp为滤波器系数，根据以下公式计算：

其中，kd为鉴相增益，即误差检测灵敏度，k0为频率敏感量增益，为环路阻尼系数，rs为码元速率，ωn为低通滤波器的特征频率。

可选地，在一些实施例中，根据估计结果计算全通型分数时延滤波器的系数，具体包括：

将估计结果分为整数部分和小数部分；

根据估计结果的小数部分计算全通型分数时延滤波器的系数。

例如，划分方法可以为：

其中，di为误差估计值，即相位调整量的整数部分，df为误差调整量的小数部分。

可选地，在一些实施例中，根据以下公式计算全通型分数时延滤波器的系数：

其中，an为全通型分数时延滤波器的系数，d为估计结果的小数部分，n为滤波器阶数，(x)n＝x×(x+1)×…×(x+n-1)，(x)0＝1。

需要说明的是，对降采样处理后的数字基带信号进行解调处理得到的多个采样点，首先根据整数延迟di进行采样点移动，然后通过全通型分数时延滤波器的系数an进行滤波，提取滤波后数据峰值点为同步输出符号值。

其中，滤波地推表达式可以为：

可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部步骤。

在本发明的其他实施例中，还提供一种存储介质，该存储介质中存储有指令，当计算机读取该指令时，使计算机执行如上述实施例中任一项所述的数据符号同步方法。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。