CN102932305B - 一种码元同步器和码元同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种码元同步器和码元同步方法，码元同步器包括采样量化单元、前导码同步单元、帧同步码同步单元和定时器，码元同步方法包括步骤：S1、采样量化单元对基带信号波形进行采样量化；S3前导码同步单元根据dPMR标准帧结构中的前导码波形对采样量化后的基带信号波形进行归一化和匹配滤波并将结果输出采样量化单元；S5、帧同步码同步单元根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形对采样量化后的基带信号波形进行归一化和匹配滤波并将结果输出采样量化单元。实现准确定位输入的基带信号波形中前导码和帧同步码波形位置，在通信开始和通过过程中对采样量化单元的采样判决点进行调整。

Description

一种码元同步器和码元同步方法

技术领域

本发明涉及码元同步技术，更具体地说，涉及适用于dPMR标准解调中的一种码元同步器和码元同步方法。

背景技术

dPMR（Digital Private Mobile Radio）***，中频调制采用频分多址（FDMA）技术，每一射频载波带宽是6.25kHz。图1为dPMR标准的协议栈框图，如图1所示，整个dPMR标准分为控制平面和用户平面，共有3层空中接口（Air Interface,简称AI）结构，从下往上分别是：物理层（Physical Layer,简称PL），数据链路层（Data Link Layer，简称DDL）和呼叫控制层（Call ControlLayer，简称CCL）。其它外接设备只要支持这三层空中接口规范，就能接入连接该标准。

图2为dPMR标准的帧结构示意图，如图2所示，一个完整语音通话的帧结构由头帧（Head）、超帧（SF）和尾帧（End）组成，其中，在头帧和超帧的固定序列中存在前导码和帧同步码。按dPMR标准规定，前导码为72bits：5F 5F 5F 5F 5F 5F 5F 5F 5F，帧同步码为24bits：5F F7 7D。在同一个帧中，前导码和与其相邻的帧同步码之间的时间间隔为80ms，两个帧同步码之间的时间间隔为160ms。

dPMR标准的基带信号中前导码的作用即是用来进行码元同步，通信开始时都有一段前导码序列：5F 5F 5F 5F 5F 5F 5F 5F 5F，理想的前导码波形（前导码进过4FSK调制后的部分波形，每根虚线即为1个符号个数）如图3所示，前导码各波峰值相同。现有的检测输入的基带信号波形中前导码波形的一般方法是寻找这种相邻波峰值相同的波形，这种方法实现简单，但是会产生两个问题，一是在有噪声干扰时，各波峰值就有可能不相同，想要准确定位输入的基带信号波形中前导码波形的位置很困难；二是在一个完整的通信过程中，前导码只在通信开始时出现，仅针对前导码进行同步的方法只能在通信开始时，求得最佳抽样判决点，后面的通信过程中没有再对最佳抽样判决点进行调整，随着通信时间的增加，最佳抽样判决点累计的误差越来越大，从而导致码元失步。

发明内容

本发明针对现有的码元同步方案定位输入的基带信号波形中前导码波形的位置的准确度不高，并且无法在通信过程中对最佳采样判决点进行调整的缺陷，提供一种能够准确定位输入的基带信号波形中前导码波形的位置，并且能够在通信开始和通过过程中对最佳采样判决点进行调整的码元同步器和码元同步方法。

本发明解决其技术问题提供的技术手段是：提供一种码元同步器，包括：

采样量化单元，根据本地参考时钟对基带信号波形进行采样量化，并输出基带信号波形的采样量化值；

前导码同步单元，根据dPMR标准帧结构中的前导码波形对采样量化后的基带信号波形进行归一化和匹配滤波，并获取经归一化和匹配滤波后的基带信号波形中最大幅值的相位，将获取的最大幅值的相位输出所述采样量化单元以调整所述采样量化单元的采样判决点；

帧同步码同步单元，根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形对采样量化后的基带信号波形进行归一化和匹配滤波，并获取经归一化和匹配滤波后的基带信号波形中最大幅值的相位，将获取的最大幅值的相位输出所述采样量化单元以调整所述采样量化单元的采样判决点；

定时器，通信开始时使能所述前导码同步单元直至其输出其获取的基带信号波形中最大幅值的相位后停止使能，并经过60毫秒使能所述帧同步码同步单元直至其输出其获取的基带信号波形中最大幅值的相位后停止使能，且每经过120毫秒再次使能所述帧同步码同步单元直至其输出其所获取的基带信号波形中最大幅值的相位后停止使能。

本发明的码元同步器，所述前导码同步单元包括：

前导码归一化滤波单元，根据dPMR标准帧结构中的前导码波形的幅值对所述采样量化单元输出的采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波；

前导码匹配滤波单元，接收经过归一化滤波后的基带信号波形，选取dPMR标准帧结构中的三分之一的前导码波形对所述归一化滤波后的基带信号波形进行三次匹配滤波，并且在每次匹配滤波后输出搜索到的基带信号波形中最大幅值的相位；

判断单元，接收所述前导码匹配滤波单元输出的三个相位并判断所述三个相位是否相等，若相等则将该相位输出所述采样量化单元以调整所述采样量化单元的采样判决点，若不相等则丢弃接收到的所述三个相位。

优选地，所述前导码归一化滤波单元根据以下公式对采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波：

unify₁(i)＝sample(i)×α₁;0≤i＜num_ref₁

α₁＝max(|ref₁(i)|)/max(|sample(i)|);0≤i＜num_ref₁

其中，unify₁(i)表示归一化滤波后的基带信号波形的采样量化值，sample(i)表示采样量化单元110输出的基带信号的采样量化值，α₁表示前导码的归一化系数，ref₁(i)为dPMR标准帧结构中前导码波形的符号值，max(|ref₁(i)|)为dPMR标准帧结构中前导码波形的幅值最大值，max(|sample(i)|)为采样量化单元110采样量化的基带信号波形的幅值最大值，num_ref₁为dPMR标准帧结构中前导码波形的符号个数；

所述前导码匹配滤波单元根据以下公式对经归一化后的基带信号波形进行匹配滤波：

${\mathrm{match}}_1\left(i\right)=\underset{i=\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_1}{\overset{{\mathrm{NUM}}_1-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_1-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{unify}}_1(i-j)\·{\mathrm{ref}}_1(\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_1-j)$

其中，match₁(i)为经归一化和匹配滤波后的基带信号波形的采样量化值，NUM₁=N×M₁，M₁表示dPMR标准帧结构中三分之一的前导码波形序列的符号个数，N为所述采样量化单元对基带信号波形进行采样的每个符号时钟周期内的符号个数。

本发明的码元同步器，所述帧同步码同步单元包括：

帧同步码归一化滤波单元，根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形的幅值对所述采样量化单元输出的采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波；

帧同步码匹配滤波单元，接收经过归一化滤波后的基带信号波形，根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形对所述归一化滤波后的基带信号波形进行匹配滤波，并获取基带信号波形中最大幅值的相位，将获取的所述相位输出所述采样量化单元以调整所述采样量化单元的采样判决点。

优选地，所述帧同步码归一化滤波单元根据以下公式对采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波：

unify₂(i)＝sample(i)×α₂;0≤i＜num_ref₂

α₂＝max(|ref₂(i)|)/max(|sample(i)|);0≤i＜num_ref₂

其中，unify₂(i)表示归一化滤波后的基带信号波形的采样量化值，sample(i)表示所述采样量化单元（110）输出的基带信号的采样量化值，α₂表示帧同步码的归一化系数，ref₂(i)为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的符号值，max(|ref₂(i)|)为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的幅值最大值，max(|sample(i)|)为采样量化单元110采样量化的基带信号波形的幅值最大值，num ref₂为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的符号个数；

所述帧同步码匹配滤波单元根据以下公式对经归一化后的基带信号波形进行匹配滤波：

${\mathrm{match}}_2\left(i\right)=\underset{i=\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_2}{\overset{{\mathrm{NUM}}_2-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_2-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{unify}}_2(i-j)\·{\mathrm{ref}}_2(\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_2-j)$

其中，match₂(i)为经归一化和匹配滤波后的基带信号波形的采样量化值，NUM₂=N×M₂，M₂表示dPMR标准帧结构中的帧同步码波形序列的符号个数，N为所述采样量化单元对基带信号波形进行采样的每个符号时钟周期内的符号个数。

提供一种码元同步方法，包括以下步骤：

S1、采样量化单元根据本地参考时钟对基带信号波形进行采样量化；

S2、定时器使能前导码同步单元；

S3、所述前导码同步单元根据dPMR标准帧结构中的前导码波形对采样量化后的基带信号波形进行归一化和匹配滤波，并获取经归一化和匹配滤波后的基带信号波形中最大幅值的相位，将获取的最大幅值的相位输出所述采样量化单元以调整所述采样量化单元的采样判决点；

S4、所述定时器停止使能所述前导码同步单元，并经过60毫秒使能帧同步码同步单元；

S5、所述帧同步码同步单元根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形对采样量化后的基带信号波形进行归一化和匹配滤波，并获取经归一化和匹配滤波后的基带信号波形中最大幅值的相位，将获取的最大幅值的相位输出所述采样量化单元以调整所述采样量化单元的采样判决点；

S6、所述定时器停止使能所述帧同步码同步单元，并经过120毫秒再次使能所述帧同步码同步单元，执行步骤S5。

本发明的码元同步方法，所述前导码同步单元包括前导码归一化滤波单元、前导码匹配滤波单元和判断单元，所述步骤S3包括以下步骤：

S31、所述前导码归一化滤波单元根据dPMR标准帧结构中的前导码波形的幅值对所述采样量化单元输出的采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波；

S32、所述前导码匹配滤波单元接收经过归一化滤波后的基带信号波形，选取dPMR标准帧结构中的三分之一的前导码波形对所述归一化滤波后的基带信号波形进行三次匹配滤波，并且在每次匹配滤波后输出搜索到的基带信号波形中最大幅值的相位；

S33、所述判断单元接收所述前导码匹配滤波单元输出的三个相位并判断所述三个相位是否相等，若相等则执行步骤S34，不相等则执行步骤S31；

S34、所述判断单元将基带信号波形中最大幅值的相位输出所述采样量化单元以调整所述采样量化单元的采样判决点。

优选地，所述前导码归一化滤波单元根据以下公式对采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波：

unify₁(i)＝sample(i)×α₁;0≤i＜num_ref₁

α₁＝max(|ref₁(i)|)/max(|sample(i)|);0≤i＜num_ref₁

其中，unify(i)表示归一化滤波后的基带信号波形的采样量化值，sample(i)表示采样量化单元110输出的基带信号的采样量化值，α₁表示前导码的归一化系数，ref₁(i)为dPMR标准帧结构中前导码波形的符号值，max(|ref₁(i)|)为dPMR标准帧结构中前导码波形的幅值最大值，max(|sample(i)|)为采样量化单元110采样量化的基带信号波形的幅值最大值，num_ref₁为dPMR标准帧结构中前导码波形的符号个数；

所述前导码匹配滤波单元根据以下公式对经归一化后的基带信号波形进行匹配滤波：

${\mathrm{match}}_1\left(i\right)=\underset{i=\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_1}{\overset{{\mathrm{NUM}}_1-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_1-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{unify}}_1(i-j)\·{\mathrm{ref}}_1(\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_1-j)$

其中，match₁(i)为经归一化和匹配滤波后的基带信号波形的采样量化值，NUM₁=N×M₁，M₁表示dPMR标准帧结构中三分之一的前导码波形序列的符号个数，N为所述采样量化单元对基带信号波形进行采样的每个符号时钟周期内的符号个数。

本发明的码元同步方法，所述帧同步码同步单元包括帧同步码归一化滤波单元和帧同步码匹配滤波单元，所述步骤S5包括步骤：

S51、所述帧同步码归一化滤波单元根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形的幅值对所述采样量化单元输出的采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波；

S52、所述帧同步码匹配滤波单元接收经过归一化滤波后的基带信号波形，根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形对所述归一化滤波后的基带信号波形进行匹配滤波，并获取基带信号波形中最大幅值的相位，将获取的所述相位输出所述采样量化单元以调整所述采样量化单元的采样判决点。

优选地，所述帧同步码归一化滤波单元根据以下公式对采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波：

unify₂(i)＝sample(i)×α₂;0≤i＜num_ref₂

α₂＝max(|ref₂(i)|)/max(|sample(i)|);0≤i＜num_ref₂

其中，unify₂(i)表示归一化滤波后的基带信号波形的采样量化值，sample(i)表示所述采样量化单元（110）输出的基带信号的采样量化值，α₂表示帧同步码的归一化系数，ref₂(i)为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的符号值，max(|ref₂(i)|)为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的幅值最大值，max(|sample(i)|)为采样量化单元110采样量化的基带信号波形的幅值最大值，num_ref₂为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的符号个数；

所述帧同步码匹配滤波单元根据以下公式对经归一化后的基带信号波形进行匹配滤波：

${\mathrm{match}}_2\left(i\right)=\underset{i=\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_2}{\overset{{\mathrm{NUM}}_2-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_2-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{unify}}_2(i-j)\·{\mathrm{ref}}_2(\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_2-j)$

其中，match₂(i)为经归一化和匹配滤波后的基带信号波形的采样量化值，NUM₂=N×M₂，M₂表示dPMR标准帧结构中的帧同步码波形序列的符号个数，N为所述采样量化单元对基带信号波形进行采样的每个符号时钟周期内的符号个数。

本发明的码元同步器具有以下有益效果：基于dPMR标准帧结构中的前导码波形对采样量化后的基带信号波形进行归一化和匹配滤波，以经归一化和匹配滤波后的基带信号波形中最大幅值的相位作为最佳采样判决点输出采样量化单元以调整采样量化单元的采样判决点，实现了对输入的基带信号波形中前导码波形的位置的准确定位；并且，在通信过程中，基于dPMR标准帧结构中的帧同步码波形对采样量化后的基带信号波形进行归一化和匹配滤波，以经归一化和匹配滤波后的基带信号波形中最大幅值的相位作为最佳采样判决点输出采样量化单元以调整采样量化单元的采样判决点，实现了在通信过程中对采样判决点的调整；另外，定时器分别在前导码同步单元和帧同步码同步单元输出最大幅值的相位后停止对它们的使能，降低了功耗。

本发明的码元同步方法具有与本发明的码元同步器相同的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为dPMR标准的协议栈框图；

图2为dPMR标准的帧结构示意图；

图3为理想的前导码波形图；

图4为本发明的码元同步器100的第一实施例的结构框图；

图5为采样量化单元采样量化的基带信号波形图；

图6为经前导码同步单元归一化滤波后的基带信号波形图；

图7为经前导码同步单元归一化和匹配滤波后的基带信号波形图；

图8为经帧同步码同步单元归一化滤波后的基带信号波形图；

图9为经帧同步码同步单元归一化和匹配滤波后的基带信号波形图；

图10为本发明的码元同步器100第二实施例的结构框图；

图11为本发明的码元同步器的工作状态图；

图12为本发明的码元同步方法第一实施例的方法流程图；

图13为本发明的帧同步码同步单元获得的最佳采样判决点与待同步基带信号波形中帧同步码波形的位置对应关系图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的解释说明。

本发明是设计与实现适用于dPMR标准解调中的码元同步器。码元同步器是无线通信的解调中重要组成部分。接收信号（基带信号）经过中频解调后，通过码元同步器提取同步时钟，寻找最佳判决时刻，从而恢复基带信号。

本发明首先根据接收端的本地参考时钟对输入的基带信号波形进行采样量化；由于本发明的码元同步是基于匹配滤波原理，匹配的波形幅度需要统一，所以经过量化后的基带信号通过归一化滤波和匹配的参考波形进行幅度归一化，然后和参考波形进行匹配滤波，本发明选取的参考波形是dPMR标准帧结构中特有的前导码和帧同步码波形；在归一化和匹配滤波的结果中寻找出具有最大幅值的相位，作为最佳采样判断点（即恢复的码元同步时钟）送入采样量化单元，以调整采样量化单元的采样判决点，即调整了本地参考时钟的抽样判决时刻，从而正确恢复出发送端的基带信号。

图4为本发明的码元同步器100的第一实施例的结构框图，如图4所示，在本实施例中，码元同步器100包括采样量化单元110、前导码同步单元120、帧同步码同步单元130和定时器140。

采样量化单元110根据本地参考时钟对基带信号波形进行采样量化，并输出基带信号波形的采样量化值。采样量化单元110在每个符号时钟周期T内采样N个符号，采样频率f'＝N/T′。其中T'＝T+σ，T表示发送端符号时钟周期，T'表示本地参考时钟周期，σ表示本地参考时钟与发送端时钟的误差，此误差值是由于在异步通信中，发送机与接收机的晶振误差所导致。

dPMR标准规定采用4.8k/s的连续相位的4FSK调制，所述符号指的是4FSK的调制符号。本发明的码元同步器100所允许的时钟最大的频率误差如下式：

$\mathrm{\Δ}{f}_P=\frac{\±1}{4.8\mathrm{kHz}\×N\×160\mathrm{ms}}\×{10}^6=\±1302/N\left(\mathrm{ppm}\right)$

而现有普通晶振的频率误差：Δf＜＜±50(ppm)，因此在设置符号的个数N时，要使得能够满足大多数晶振的性能。例如，当设置N=16时，码元同步器100所允许的时钟最大的频率误差为f_P＝±1302/N＝±81.375(ppm)，能够满足大多数晶振的性能。采样量化单元110在每个符号时钟周期T内采样16个符号，采样频率f'＝16/T'，按照dPMR标准进行调制解调，采样量化后的基带信号波形sample(i)如图5所示。

在本实施例中，采样量化单元110对采样量化后的基带信号进行存储，分别存储连续num_ref₁个采样量化值和连续num_ref₂个采样量化值，num_ref₁为dPMR标准帧结构中前导码波形的符号个数，num_ref₂为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的符号个数。因此，本发明的码元同步器100还可以包括内置或外置于采样量化单元110的存储器。

前导码同步单元120以dPMR标准帧结构中的前导码波形作为参考波形（如图3所示），在被定时器140使能时，对采样量化后的基带信号波形(即采样量化单元110存储的连续的num_ref₁个采样量化值)进行归一化和匹配滤波，并获取经归一化和匹配滤波后的基带信号波形中具有最大幅值的相位，将获取的具有最大幅值的相位输出采样量化单元110以调整采样量化单元110的采样判决点。前导码同步单元120获得的具有最大幅值的相位即为最佳采样判决点，对应的时刻为最佳抽样判决时刻。

在本实施例中，前导码同步单元120根据以下公式对采样量化后的基带信号波形进行归一化滤波：

unify₁(i)＝sample(i)×α₁;0≤i＜num_ref₁

α₁＝max(|ref₁(i)|)/max(|sample(i)|);0≤i＜num_ref₁

其中，unify₁(i)表示归一化滤波后的基带信号波形的采样量化值，sample(i)表示采样量化单元110输出的基带信号的采样量化值，α₁表示前导码的归一化系数，ref₁(i)为dPMR标准帧结构中前导码波形的符号值，max(|ref₁(i)|)为dPMR标准帧结构中前导码波形的幅值最大值，max(|sample(i)|)为采样量化单元110采样量化的基带信号波形的幅值最大值，num_ref₁为dPMR标准帧结构中前导码波形的符号个数。由于作为参考波形的前导码波形为固定波形，所以其幅值最大值max(|ref₁(i)|)为一常数C₁，其符号个数num_ref₁也为一常数C2。经过前导码同步单元120归一化滤波后的基带信号波形如图6所示。

在本实施例中，前导码同步单元120根据以下公式对归一化滤波后的基带信号波形进行匹配滤波：

${\mathrm{match}}_1\left(i\right)=\underset{i=\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_1}{\overset{{\mathrm{NUM}}_1-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_1-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{unify}}_1(i-j)\·{\mathrm{ref}}_1(\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_1-j)$

其中，match₁(i)为经归一化和匹配滤波后的基带信号波形的采样量化值，NUM₁=N×M₁，M₁表示dPMR标准帧结构中三分之一的前导码波形序列的符号个数。经过前导码同步单元120归一化和匹配滤波后的基带信号波形如图7所示。

帧同步码同步单元130根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形对采样量化后的基带信号波形（可读取采样量化单元110存储的连续num_ref₂个采样量化值）进行归一化和匹配滤波，并获取经归一化和匹配滤波后的基带信号波形中具有最大幅值的相位，将获取的最大幅值的相位输出采样量化单元110以调整采样量化单元110的采样判决点。

在本实施例中，帧同步码同步单元130根据以下公式对采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波：

unify₂(i)＝sample(i)×α₂;0≤i＜num_ref₂

α₂＝max(|ref₂(i)|)/max(|sample(i)|);0≤i＜num_ref₂

其中，unify₂(i)表示归一化滤波后的基带信号波形的采样量化值，sample(i)表示所述采样量化单元（110）输出的基带信号的采样量化值，α₂表示帧同步码的归一化系数，ref₂(i)为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的符号值，max(|ref₂(i)|)为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的幅值最大值，max(|sample(i)|)为采样量化单元110采样量化的基带信号波形的幅值最大值，num_ref₂为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的符号个数。经过帧同步码同步单元120归一化后的基带信号波形如图8所示。

在本实施例中，帧同步码同步单元130根据以下公式对经归一化后的基带信号波形进行匹配滤波：

${\mathrm{match}}_2\left(i\right)=\underset{i=\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_2}{\overset{{\mathrm{NUM}}_2-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_2-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{unify}}_2(i-j)\·{\mathrm{ref}}_2(\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_2-j)$

其中，match₂(i)为经归一化和匹配滤波后的基带信号波形的采样量化值，NUM₂=N×M₂，M₂表示dPMR标准帧结构中的帧同步码波形序列的符号个数。经过帧同步码同步单元130归一化和匹配滤波后的基带信号波形如图9所示。

在通信开始时，外部设备使能码元同步器100，此时，定时器140使能前导码同步单元120直至前导码同步单元120输出其获取的基带信号波形中最大幅值的相位后停止使能；并经过60毫秒后使能帧同步码同步单元130直至帧同步码同步单元130输出其获取的基带信号波形中最大幅值的相位后停止使能；从图2所示，在dPMR标准的帧结构中，共有5个帧同步码，定时器140每经过120毫秒再次使能帧同步码同步单元130直至帧同步码同步单元130输出其所获取的基带信号波形中最大幅值的相位后停止使能，5个帧同步码后为尾帧，表示此次通信结束，外部设备停止使能码元同步器100。下一次通信开始时，外部设备再次使能码元同步器100，定时器140将重复上述工作。

在本实施例中，使用到的参考匹配波形有两个：dPMR标准帧结构中的前导码波形和帧同步码波形，其中，前导码波形共72bits，帧同步码波形共24bits，匹配1次可以匹配完成帧同步码，匹配3次可以匹配完成前导码，因为dPMR规定采用4FSK调制，2bits映射1个符号位，如表1所示，所以三分之一的前导码波形序列和整个帧同步码波形是24bits，映射为12个符号个数，即M₁和M₂都为12。

表14FSK调制符号映射

图10为本发明的码元同步器100第二实施例的结构框图，如图10所示，在本实施例中，前导码同步单元120包括：

前导码归一化滤波单元121，其根据dPMR标准帧结构中的前导码波形的幅值对采样量化单元110输出的采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波；

前导码匹配滤波单元122，其接收经过归一化滤波后的基带信号波形，选取dPMR标准帧结构中的三分之一的前导码波形对所述归一化滤波后的基带信号波形进行三次匹配滤波，并且在每次匹配滤波后输出搜索到的基带信号波形中最大幅值的相位；

判断单元123，其接收前导码匹配滤波单元122输出的三个最大幅值的相位，判断这三个相位是否相等，若相等则将该相位输出采样量化单元110以调整采样量化单元110的采样判决点，若不相等则丢弃接收到的三个相位。

若判断单元123从前导码匹配滤波单元122接收到的三个相位不相等，丢弃了这三个相位，由于前导码同步单元120没有输出具有最大幅值的相位到采样量化单元110，定时器140继续使能样量化单元110直至前导码同步单元120成功输出具有最大幅值的相位。

在本实施例中，帧同步码同步单元130包括：

帧同步码归一化滤波单元131，其根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形的幅值对采样量化单元110输出的采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波；

帧同步码匹配滤波单元132，其接收经过归一化滤波后的基带信号波形，根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形对归一化滤波后的基带信号波形进行匹配滤波，并获取基带信号波形中最大幅值的相位，将获取的所述相位输出采样量化单元110以调整采样量化单元110的采样判决点。

在本实施例中，码元同步器100的工作状态如图11所示，前导码同步单元120被定时器140使能时，码元同步器100工作在前导码搜索态；帧同步码同步单元130被定时器140使能时，码元同步器100工作在帧同步码搜索态。若判断单元123从前导码匹配滤波单元122接收到的三个相位匹配结果一致，定时器140就停止使能前导码同步单元120，并开始计时，等计时满60ms（空闲态1），定时器140使能帧同步码同步单元130；若三个相位匹配结果不一致，定时器140持续使能前导码同步单元120直至三个相位匹配结果一致后停止使能。定时器140使能帧同步码同步单元130直至帧同步码同步单元130完成帧同步码的匹配后停止使能，定时器140开始计时，等计时满120ms（空闲态2）后再次使能帧同步码同步单元130。在一次通信中，定时器140共使能帧同步码同步单元130五次。

在本实施例中，其余情况与本发明的码元同步器100的第一实施例相同在此不再赘述。

本发明还提供了一种码元同步方法，图12为本发明的码元同步方法第一实施例的方法流程图，如图12所示，所述方法包括以下步骤：

在通信开始时，外部设备使能码元同步器100，进入步骤S1、采样量化单元110根据本地参考时钟对基带信号波形进行采样量化，采样量化单元110对采样量化后的基带信号进行存储，并分别存储每一当前时刻前的连续num_ref₁个采样量化值和连续num_ref₂个采样量化值，num_ref₁为dPMR标准帧结构中前导码波形的符号个数，num_ref₂为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的符号个数；

S2、定时器140使能前导码同步单元120；

S3、前导码同步单元120根据dPMR标准帧结构中的前导码波形对采样量化后的基带信号波形进行归一化和匹配滤波，并获取经归一化和匹配滤波后的基带信号波形中具有最大幅值的相位，将获取的具有最大幅值的相位作为最佳采样判决点（即恢复的码元同步时钟）输出采样量化单元110以调整采样量化单元110的采样判决点；

S4、定时器140停止使能前导码同步单元120，并经过60毫秒使能帧同步码同步单元130；

S5、帧同步码同步单元130根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形对采样量化后的基带信号波形进行归一化和匹配滤波，并获取经归一化和匹配滤波后的基带信号波形中具有最大幅值的相位，将获取的具有最大幅值的相位作为最佳判决点（即在通信过程中恢复的码元同步时钟）输出采样量化单元110以调整采样量化单元110的采样判决点；

S6、定时器140停止使能帧同步码同步单元130，并经过120毫秒再次使能帧同步码同步单元130，执行步骤S5。

当通信结束后，外部设备停止使能码元同步器100，在一次通信过程中，定时器140供使能帧同步码同步单元130五次。

在本实施例中，前导码同步单元120根据以下公式对采样量化后的基带信号波形进行归一化滤波：

unify₁(i)＝sample(i)×α₁;0≤i＜num_ref₁

α₁＝max(|ref₁(i)|)/max(|sample(i)|);0≤i＜num_ref₁

其中，unify₁(i)表示归一化滤波后的基带信号波形的采样量化值，sample(i)表示采样量化单元110输出的基带信号的采样量化值，α₁表示前导码的归一化系数，ref₁(i)为dPMR标准帧结构中前导码波形的符号值，max(|ref₁(i)|)为dPMR标准帧结构中前导码波形的幅值最大值，max(|sample(i)|)为采样量化单元110采样量化的基带信号波形的幅值最大值，num_ref₁为dPMR标准帧结构中前导码波形的符号个数。由于作为参考波形的前导码波形为固定波形，所以其幅值最大值max(|ref₁(i)|)为一常数C₁，其符号个数num_ref₁也为一常数C2。

在本实施例中，前导码同步单元120根据以下公式对归一化滤波后的基带信号波形进行匹配滤波：

${\mathrm{match}}_1\left(i\right)=\underset{i=\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_1}{\overset{{\mathrm{NUM}}_1-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_1-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{unify}}_1(i-j)\·{\mathrm{ref}}_1(\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_1-j)$

其中，match₁(i)为经归一化和匹配滤波后的基带信号波形的采样量化值，NUM₁=N×M₁，M₁表示dPMR标准帧结构中三分之一的前导码波形序列的符号个数。

在本实施例中，帧同步码同步单元130根据以下公式对采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波：

unify₂(i)＝sample(i)×α₂;0≤i＜num_ref₂

α₂＝max(|ref₂(i)|)/max(|sample(i)|);0≤i＜num_ref₂

其中，unify₂(i)表示归一化滤波后的基带信号波形的采样量化值，sample(i)表示所述采样量化单元（110）输出的基带信号的采样量化值，α₂表示帧同步码的归一化系数，ref₂(i)为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的符号值，max(|ref₂(i)|)为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的幅值最大值，max(|sample(i)|)为采样量化单元110采样量化的基带信号波形的幅值最大值，num_ref₂为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的符号个数。

在本实施例中，帧同步码同步单元130根据以下公式对经归一化后的基带信号波形进行匹配滤波：

${\mathrm{match}}_2\left(i\right)=\underset{i=\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_2}{\overset{{\mathrm{NUM}}_2-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_2-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{unify}}_2(i-j)\·{\mathrm{ref}}_2(\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_2-j)$

其中，match₂(i)为经归一化和匹配滤波后的基带信号波形的采样量化值，NUM₂=N×M₂，M₂表示dPMR标准帧结构中的帧同步码波形序列的符号个数。

在本实施例中，帧同步码同步单元130获得的具有最大幅值的相位（最佳采样判决点）与待同步基带信号波形中帧同步码波形的位置对应关系如图13所示，本发明能够准确的定位待同步的基带信号波形中帧同步码波形的位置，从而在通信过程中实现码元同步。

在本发明的码元同步方法第二实施例中，所述步骤S3包括以下步骤：

S31、前导码归一化滤波单元121根据dPMR标准帧结构中的前导码波形的幅值对采样量化单元110输出的采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波；

S32、前导码匹配滤波单元122接收经过归一化滤波后的基带信号波形，选取dPMR标准帧结构中的三分之一的前导码波形对所述归一化滤波后的基带信号波形进行三次匹配滤波，并且在每次匹配滤波后输出搜索到的基带信号波形中具有最大幅值的相位；

S33、判断单元123接收前导码匹配滤波单元122输出的三个相位并判断所述三个相位是否相等，若相等则执行步骤S34，不相等则执行步骤S31；

S34、判断单元123将基带信号波形中最大幅值的相位输出采样量化单元110以调整采样量化单元110的采样判决点。

所述步骤S5包括步骤：

S51、帧同步码归一化滤波单元131根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形的幅值对所述采样量化单元110输出的采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波；

S52、帧同步码匹配滤波单元132接收经过归一化滤波后的基带信号波形，根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形对所述归一化滤波后的基带信号波形进行匹配滤波，并获取基带信号波形中具有最大幅值的相位，将获取的所述相位输出所述采样量化单元110以调整所述采样量化单元110的采样判决点。

在本实施例中，考虑到前导码序列比较长，有72bits，并且前导码波形的各波峰值相同（参见图3），因此，在步骤S32中，选取dPMR标准帧结构中的三分之一的前导码波形，即前导码波形中的24bits作为参考波形，对归一化滤波后的基带信号波形进行前中后3次匹配滤波。

在本实施例中，其余情况与本发明的码元同步方法第一实施例相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种码元同步器，其特征在于，包括：

采样量化单元(110)，根据本地参考时钟对基带信号波形进行采样量化，并输出基带信号波形的采样量化值；

前导码同步单元(120)，根据dPMR标准帧结构中的前导码波形对采样量化后的基带信号波形进行归一化和匹配滤波，并获取经归一化和匹配滤波后的基带信号波形中最大幅值的相位，将获取的最大幅值的相位输出所述采样量化单元(110)以调整所述采样量化单元(110)的采样判决点；

帧同步码同步单元(130)，根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形对采样量化后的基带信号波形进行归一化和匹配滤波，并获取经归一化和匹配滤波后的基带信号波形中最大幅值的相位，将获取的最大幅值的相位输出所述采样量化单元(110)以调整所述采样量化单元(110)的采样判决点；

定时器(140)，通信开始时使能所述前导码同步单元(120)直至其输出其获取的基带信号波形中最大幅值的相位后停止使能，并经过60毫秒使能所述帧同步码同步单元(130)直至其输出其获取的基带信号波形中最大幅值的相位后停止使能，且每经过120毫秒再次使能所述帧同步码同步单元(130)直至其输出其所获取的基带信号波形中最大幅值的相位后停止使能。

2.根据权利要求1所述的码元同步器，其特征在于，所述前导码同步单元(120)包括：

前导码归一化滤波单元(121)，根据dPMR标准帧结构中的前导码波形的幅值对所述采样量化单元(110)输出的采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波；

前导码匹配滤波单元(122)，接收经过归一化滤波后的基带信号波形，选取dPMR标准帧结构中的三分之一的前导码波形对所述归一化滤波后的基带信号波形进行三次匹配滤波，并且在每次匹配滤波后输出搜索到的基带信号波形中最大幅值的相位；

判断单元(123)，接收所述前导码匹配滤波单元(122)输出的三个相位并判断所述三个相位是否相等，若相等则将该相位输出所述采样量化单元(110)以调整所述采样量化单元(110)的采样判决点，若不相等则丢弃接收到的所述三个相位。

3.根据权利要求2所述的码元同步器，其特征在于，所述前导码归一化滤波单元(121)根据以下公式对采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波：

unify₁(i)＝sample(i)×α₁；0≤i＜num_ref₁

α₁＝max(|ref₁(i)|)/max(|sample(i)|)；0≤i＜num_ref₁

其中，unify₁(i)表示归一化滤波后的基带信号波形的采样量化值，sample(i)表示采样量化单元(110)输出的基带信号的采样量化值，α₁表示前导码的归一化系数，ref₁(i)为dPMR标准帧结构中前导码波形的符号值，max(|ref₁(i)|)为dPMR标准帧结构中前导码波形的幅值最大值，max(|sample(i)|)为采样量化单元(110)采样量化的基带信号波形的幅值最大值，num_ref₁为dPMR标准帧结构中前导码波形的符号个数；

所述前导码匹配滤波单元(122)根据以下公式对经归一化后的基带信号波形进行匹配滤波：

${\mathrm{match}}_1\left(i\right)=\underset{i=\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_1}{\overset{{\mathrm{NUM}}_1-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_1-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{unify}}_1(i-j)\·{\mathrm{ref}}_1(\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_1-j)$

其中，match₁(i)为经归一化和匹配滤波后的基带信号波形的采样量化值，NUM₁＝N×M₁，M₁表示dPMR标准帧结构中三分之一的前导码波形序列的符号个数，N为所述采样量化单元(110)对基带信号波形进行采样的每个符号时钟周期内的符号个数。

4.根据权利要求1所述的码元同步器，其特征在于，所述帧同步码同步单元(130)包括：

帧同步码归一化滤波单元(131)，根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形的幅值对所述采样量化单元(110)输出的采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波；

帧同步码匹配滤波单元(132)，接收经过归一化滤波后的基带信号波形，根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形对所述归一化滤波后的基带信号波形进行匹配滤波，并获取基带信号波形中最大幅值的相位，将获取的所述相位输出所述采样量化单元(110)以调整所述采样量化单元(110)的采样判决点。

5.根据权利要求4所述的码元同步器，其特征在于，所述帧同步码归一化滤波单元(131)根据以下公式对采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波：

unify₂(i)＝sample(i)×α₂；0≤i＜num_ref₂

α₂＝max(|ref₂(i)|)/max(|sam_ple(i)|)；0≤i＜num_ref₂

其中，unify₂(i)表示归一化滤波后的基带信号波形的采样量化值，sample(i)表示所述采样量化单元(110)输出的基带信号的采样量化值，α₂表示帧同步码的归一化系数，ref₂(i)为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的符号值，max(|ref₂(i)|)为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的幅值最大值，max(|sample(i)|)为采样量化单元(110)采样量化的基带信号波形的幅值最大值，num_ref₂为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的符号个数；

所述帧同步码匹配滤波单元(132)根据以下公式对经归一化后的基带信号波形进行匹配滤波：

${\mathrm{match}}_2\left(i\right)=\underset{i=\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_2}{\overset{{\mathrm{NUM}}_2-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_2-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{unify}}_2(i-j)\·{\mathrm{ref}}_2(\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_2-j)$

其中，match₂(i)为经归一化和匹配滤波后的基带信号波形的采样量化值，NUM₂＝N×M₂，M₂表示dPMR标准帧结构中的帧同步码波形序列的符号个数，N为所述采样量化单元(110)对基带信号波形进行采样的每个符号时钟周期内的符号个数。

6.一种码元同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采样量化单元(110)根据本地参考时钟对基带信号波形进行采样量化；

S2、定时器(140)使能前导码同步单元(120)；

S3、所述前导码同步单元(120)根据dPMR标准帧结构中的前导码波形对采样量化后的基带信号波形进行归一化和匹配滤波，并获取经归一化和匹配滤波后的基带信号波形中最大幅值的相位，将获取的最大幅值的相位输出所述采样量化单元(110)以调整所述采样量化单元(110)的采样判决点；

S4、所述定时器(140)停止使能所述前导码同步单元(120)，并经过60毫秒使能帧同步码同步单元(130)；

S5、所述帧同步码同步单元(130)根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形对采样量化后的基带信号波形进行归一化和匹配滤波，并获取经归一化和匹配滤波后的基带信号波形中最大幅值的相位，将获取的最大幅值的相位输出所述采样量化单元(110)以调整所述采样量化单元(110)的采样判决点；

S6、所述定时器(140)停止使能所述帧同步码同步单元(130)，并经过120毫秒再次使能所述帧同步码同步单元(130)，执行步骤S5。

7.根据权利要求6所述的码元同步方法，其特征在于，所述前导码同步单元(120)包括前导码归一化滤波单元(121)、前导码匹配滤波单元(122)和判断单元(123)，所述步骤S3包括以下步骤：

S31、所述前导码归一化滤波单元(121)根据dPMR标准帧结构中的前导码波形的幅值对所述采样量化单元(110)输出的采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波；

S32、所述前导码匹配滤波单元(122)接收经过归一化滤波后的基带信号波形，选取dPMR标准帧结构中的三分之一的前导码波形对所述归一化滤波后的基带信号波形进行三次匹配滤波，并且在每次匹配滤波后输出搜索到的基带信号波形中最大幅值的相位；

S33、所述判断单元(123)接收所述前导码匹配滤波单元(122)输出的三个相位并判断所述三个相位是否相等，若相等则执行步骤S34，不相等则执行步骤S31；

S34、所述判断单元(123)将基带信号波形中最大幅值的相位输出所述采样量化单元(110)以调整所述采样量化单元(110)的采样判决点。

8.根据权利要求7所述的码元同步方法，其特征在于，所述前导码归一化滤波单元(121)根据以下公式对采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波：

unify₁(i)＝sample(i)×α₁；0＜i＜num_ref₁

α₁＝max(|ref₁(i)|)/max(|sam_ple(i)|)；0≤i＜num_ref₁

其中，unify₁(i)表示归一化滤波后的基带信号波形的采样量化值，sample(i)表示采样量化单元(110)输出的基带信号的采样量化值，α₁表示前导码的归一化系数，ref₁(i)为dPMR标准帧结构中前导码波形的符号值，max(|ref₁(i)|)为dPMR标准帧结构中前导码波形的幅值最大值，max(|sample(i)|)为采样量化单元(110)采样量化的基带信号波形的幅值最大值，num_ref₁为dPMR标准帧结构中前导码波形的符号个数；

所述前导码匹配滤波单元(122)根据以下公式对经归一化后的基带信号波形进行匹配滤波：

${\mathrm{match}}_1\left(i\right)=\underset{i=\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_1}{\overset{{\mathrm{NUM}}_1-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_1-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{unify}}_1(i-j)\·{\mathrm{ref}}_1(\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_1-j)$

其中，match₁(i)为经归一化和匹配滤波后的基带信号波形的采样量化值，NUM₁＝N×M₁，M₁表示dPMR标准帧结构中三分之一的前导码波形序列的符号个数，N为所述采样量化单元(110)对基带信号波形进行采样的每个符号时钟周期内的符号个数。

9.根据权利要求6所述的码元同步方法，其特征在于，所述帧同步码同步单元(130)包括帧同步码归一化滤波单元(131)和帧同步码匹配滤波单元(132)，所述步骤S5包括步骤：

S51、所述帧同步码归一化滤波单元(131)根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形的幅值对所述采样量化单元(110)输出的采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波；

S52、所述帧同步码匹配滤波单元(132)接收经过归一化滤波后的基带信号波形，根据dPMR标准帧结构中的帧同步码波形对所述归一化滤波后的基带信号波形进行匹配滤波，并获取基带信号波形中最大幅值的相位，将获取的所述相位输出所述采样量化单元(110)以调整所述采样量化单元(110)的采样判决点。

10.根据权利要求9所述的码元同步方法，其特征在于，所述帧同步码归一化滤波单元(131)根据以下公式对采样量化后的基带信号波形的幅值进行归一化滤波：

unify₂(i)＝sample(i)×α₂；0≤i＜num_ref₂

α₂＝max(|ref₂(i)|)/max(|sample(i)|)；0≤i＜num_ref₂

其中，unify₂(i)表示归一化滤波后的基带信号波形的采样量化值，sample(i)表示所述采样量化单元(110)输出的基带信号的采样量化值，α₂表示帧同步码的归一化系数，ref₂(i)为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的符号值，max(|ref₂(i)|)为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的幅值最大值，max(|sample(i)|)为采样量化单元(110)采样量化的基带信号波形的幅值最大值，num_ref₂为dPMR标准帧结构中帧同步码波形的符号个数；

所述帧同步码匹配滤波单元(132)根据以下公式对经归一化后的基带信号波形进行匹配滤波：

${\mathrm{match}}_2\left(i\right)=\underset{i=\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_2}{\overset{{\mathrm{NUM}}_2-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_2-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{unify}}_2(i-j)\·{\mathrm{ref}}_2(\mathrm{num}\_{\mathrm{ref}}_2-j)$

其中，match₂(i)为经归一化和匹配滤波后的基带信号波形的采样量化值，NUM₂＝N×M₂，M₂表示dPMR标准帧结构中的帧同步码波形序列的符号个数，N为所述采样量化单元(110)对基带信号波形进行采样的每个符号时钟周期内的符号个数。