一种D8PSK信号的接收解调处理方法与流程

一种d8psk信号的接收解调处理方法
技术领域
1.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：

2.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 telecommunication network。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。


技术实现要素：

3.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。
4.为实现上述目的本发明采用以下技术方案：
5.一种d8psk信号的接收解调处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.(1)信号预处理；
7.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；
8.(2)数据同步；
9.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；
10.(3)信道估计与均衡；
11.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；
12.(4)数据解码；
13.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。
14.作为本发明的进一步方案，信号预处理过程中：
15.输入中频数据的采样率为f
s
，中频信号的频率为f
if
，令a(n)为输入采样序列，混频
操作如下：
[0016][0017]
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：
[0018][0019]
作为本发明的进一步方案，数据同步过程中：
[0020]
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：
[0021]
m(n)＝r
*
(n
‑
q)r(n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)；
[0022]
帧到达检测采用滑动相关方法，将前导参考信号(rs)的n
rs
＝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：
[0023][0024]
将归一化相关系数作为帧检测度量值：
[0025][0026]
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g
th
，则认为帧到达；
[0027]
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：
[0028][0029]
作为本发明的进一步方案，信道估计与均衡过程中：
[0030]
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：
[0031]
y
rs
＝x
rs
·
h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)；
[0032]
基于此，信道估计的表达式可以表示为：
[0033][0034]
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：
[0035][0036]
作为本发明的进一步方案，数据解码过程中：
[0037]
符号信息和比特差分映射关系如下：
[0038][0039]
分别对应比特流为：
[0040]
[000，001，010，011，100，101，110，111]
ꢀꢀ
(11)；
[0041]
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：
[0042][0043]
其中a(i)表示a的第i各元素；
[0044]
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：
[0045]
1+x2+x
15
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)；
[0046]
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：
[0047]
p(x)＝x8+x2+x+1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)；
[0048]
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：
[0049][0050]
其中a是原始多项式p(x)的根；
[0051]
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：
[0052]
g(x)＝x
32
+x
25
+x
20
+x
14
+x7+x2+x+1
ꢀꢀꢀꢀ
(16)；
[0053]
经过整帧数据的crc校验，完成整个d8psk信号的接收解调过程。
[0054]
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
[0055]
图1为本发明方法流程图；
[0056]
图2为本发明信号预处理过程的处理流程图；
[0057]
图3位本发明pn加扰/解扰器的算法实现图；
[0058]
图4为本发明crc校验算法实现图。
具体实施方式
[0059]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细阐述。
[0060]
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：
[0061]
(1)信号预处理：
[0062]
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f
s
，中频信号的频率为f
if
。令a(n)为输入采样序列，混频操作如下：
[0063][0064]
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。
[0065]
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：
[0066][0067]
信号预处理过程如图2所示。
[0068]
(2)数据同步：
[0069]
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。
[0070]
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：
[0071]
m(n)＝r
*
(n
‑
q)r(n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)；
[0072]
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。
[0073]
帧到达检测采用滑动相关方法。将前导参考信号(rs)的n
rs
＝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：
[0074][0075]
将归一化相关系数作为帧检测度量值：
[0076][0077]
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g
th
，则认为帧到达。
[0078]
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：
[0079][0080]
(3)信道估计与均衡：
[0081]
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。
[0082]
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：
[0083]
y
rs
＝x
rs
·
h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)；
[0084]
基于此，信道估计的表达式可以表示为：
[0085][0086]
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：
[0087][0088]
(4)数据解码：
[0089]
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。
[0090]
符号信息和比特差分映射关系如下：
[0091][0092]
分别对应比特流为：
[0093]
[000，001，010，011，100，101，110，111]
ꢀꢀꢀ
(11)；
[0094]
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：
[0095][0096]
其中a(i)表示a的第i各元素。
[0097]
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。
[0098]
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：
[0099]
1+x2+x
15
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)；
[0100]
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：
[0101]
p(x)＝x8+x2+x+1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)；
[0102]
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：
[0103][0104]
其中a是原始多项式p(x)的根。
[0105]
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：
[0106]
g(x)＝x
32
+x
25
+x
20
+x
14
+x7+x2+x+1
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)；
[0107]
经过整帧数据的crc校验，完成整个d8psk信号的接收解调过程。。
[0108]
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。