CN103428131A - 一种用于dmr通信中直流分量和判决门限的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于DMR通信中直流分量和判决门限的计算方法。在DMR通信中，解调得到的基带信号完成位同步操作后，首先在同步部分查找+3和-3集合；然后通过+3和-3集合分别计算集合中心点位置，进而确定+3和-3的粗聚集基准点；随后进行粗聚集计算，通过粗聚集基准点以及设定的粗聚集距离门限确定+3和-3的细聚集基准点，随后进行细聚集计算，在突发部分找到满足要求的符号电平，计算+3和-3电平准确值，通过+3和-3电平准确值，分别计算直流分量和判决门限。本计算方法相比传统方法，可使***在低信噪比的通信环境下更准确的计算直流分量和判决门限，进而有效降低小信号通信时误码率，适用范围广，具有推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及数字移动无线通信技术，特别是涉及一种用于DMR通信中直流分量和判决门限的计算方法。
背景技术
数字移动无线电标准（DMR）是欧洲电信标准协会（ETSI）为专业移动无线电（PMR）用户专门制定的数字无线电标准，本标准的设计是在现有的全球已授权地面移动频率波段所使用的12.5KHz频道间隔中运行，并满足未来对6.25kHz通道均衡的监管要求。主要目的是指定复杂程度低、可负担得起的数字***。DMR提供语音、数据和其他辅助服务。
DMR采用2时隙的TDMA结构，每个时隙为30ms的突发(burst)，其中接收段的帧同步和位同步是通过突发中间位置的同步部分来完成的。同步部分的同步码组具有尖锐单峰的自相关函数，所以通过接收信号和本地同步码组相关运算，通过相关峰值完成位同步，进而完成帧同步操作等。
由于无线通信传输过程中的干扰，以及发射和接收部分的硬件参数不一致等原因，接收到信号的载波有可能和接收机本振频率存在偏差，导致解调出的信号存在直流分量，该直流分量如果不去除，则会影响到随后码元的抽样判决。且硬件电路的不一致可能导致信号调制频偏的变化，则接收端解调输出的信号幅度可能发生改变，所以需要根据信号的幅度动态的计算判决电平。
由于DMR同步部分的码元为+3和-3，所以可根据+3和-3符号的电平值来计算直流分量和判决电平。传统的估计直流分量和计算判决电平的方法如下：
1）通过相关运算峰值找到同步部分；
2）通过同步部分每个码元最佳采样点获取+3和-3符号对应的电平值；
3）通过+3和-3符号的电平值计算直流分量和判决电平。
传统的计算方法在信噪比较低的情况计算并不准确，因为同步部分的码元组成为12个+3符号和12个-3符号，样本点较少，而低信噪比的情况下波形失真严重，所以导致直流分量和判决电平计算偏差较大，进而产生误码。
为了在信噪比较低的情况下获取准确的直流分量和判决电平，需要设计一种计算直流分量和判决门限的方法，滤除由于噪声干扰偏差较大的点，并获取更多可用于计算的点，进而计算准确的直流分量和判决门限。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的问题，本发明的目的是设计一种用于DMR通信中直流分量和判决门限的计算方法，该计算方法通过DMR突发的同步部分粗略估计符号+3和-3的电平值，然后根据此电平值从整个突发部分的每个符号查找和+3、-3符号相近的点，并放入对应的集合中，最终通过+3的集合和-3的集合求出准确的+3和-3电平值，进而计算直流分量和判决门限。
本发明采取的技术方案是：一种用于DMR通信中直流分量和判决门限的计算方法，其特征在于，在DMR通信中，解调得到的DMR基带信号由同步部分完成位同步操作后，首先在同步部分查找符号+3集合和-3集合；然后通过符号+3集合和-3集合分别计算集合中心点位置，进而确定符号+3和-3的粗聚集基准点；随后采用聚集算法进行粗聚集计算，通过粗聚集基准点以及设定的粗聚集距离门限确定符号+3和-3的细聚集基准点，随后采用聚集算法进行细聚集计算，在突发部分找到满足要求的符号电平，计算符号+3和-3电平准确值，通过符号+3和-3电平准确值，分别计算直流分量和判决门限。
本发明所产生的有益效果是：本计算方法相比传统方法，使通信***在低信噪比的通信环境下可更准确的估计直流分量和计算判决门限，进而有效降低小信号通信时误码率，适用范围广，具有推广价值。
附图说明
图1 是本发明整体流程图；
图2 是同步部分查找集合流程图；
图3 是确定粗聚集基准点流程图；
图4 是确定细聚集基准点流程图；
图5 是计算电平准确值流程图；
图6 是本发明应用于数字对讲机接收***框图。
具体实施方式
为了更清楚地理解本发明，以下结合附图和实施例详细描述：参照图1，图1为算法整体流程图，描述了本发明算法整体运行过程：在DMR通信中，解调得到的DMR基带信号由同步部分完成位同步操作后，首先在同步部分查找符号+3集合和-3集合；然后通过符号+3集合和-3集合分别计算集合中心点位置，进而确定符号+3和-3的粗聚集基准点；随后采用聚集算法进行粗聚集计算，通过粗聚集基准点以及设定的粗聚集距离门限确定符号+3和-3的细聚集基准点，随后采用聚集算法进行细聚集计算，在突发部分找到满足要求的符号电平，计算符号+3和-3电平准确值，通过符号+3和-3电平准确值分别计算直流分量和判决门限。
参照图2，同步部分查找符号+3集合和-3集合有如下步骤：
步骤201：将本地同步序列和接收到的信号进行相关运算，根据相关峰值完成位同步操作后，从接收的同步部分的第一个符号开始，查看当前符号位置在本地同步序列的值，若本地同步序列的值为+3，则放入+3的集合。
步骤202：如果本地同步序列的值为-3，则放入-3的集合；整个同步部分共包含12个+3符号和12个-3符号，所以最终放入符号+3集合和-3集合的数量是固定的。
步骤203：判断同步部分的每一个符号，直至完成同步部分的搜索，搜索完成后，在符号+3集合和-3集合中分别得到12个该符号的电平值。
参照图3，确定符号+3和-3的粗聚集基准点有如下步骤：
步骤301：开始搜索符号+3集合，计算当前符号电平值到其他符号电平值距离的累加合并存储，供后续的计算使用。计算公式如下：
表示集合中第m个点到其他点距离的累加合，M+3为当前集合中的样本个数，Xm为+3集合中第m个符号的电平值，Xn为+3集合中第n个符号的电平值。
步骤302：计算符号+3集合的每个点到其他点的距离的累加合，直至符号+3集合搜索完成。
步骤303：查找符号+3集合距离的累加合中的最小值，将该最小值所对应的点确定为符号+3的粗聚集基准点。在每个符号的距离累加合的数组
中找到累加合最小的值，则对应累加合最小的值
的符号电平值Xm就定义为该+3集合的粗聚集基准点。
步骤304：搜索符号-3集合，计算当前符号电平值到其他符号电平值距离的累加合并存储，供后续的计算使用。计算公式如下：
步骤305：计算符号-3集合的每个点到其他点的距离的累加合，直至符号-3集合搜索完成；
步骤306：查找符号-3集合距离的累加合中的最小值，将该最小值所对应的点确定为符号-3的粗聚集基准点。在每个符号的距离累加合的数组
中找到累加合最小的值
，则对应累加合最小的值
的符号电平值Xm就定义为该-3集合的粗聚集基准点。
参照图4，确定符号+3和-3的细聚集基准点有如下步骤：
步骤401：根据粗聚集基准点计算粗聚集，首先初始化粗聚集距离门限L1。DMR的调制方式为4FSK，所以符号由+3，+1，-1，-3组成，但是同步码元中只有+3和-3，不用担心+1和-1的符号干扰聚集算法。因此粗聚集距离门限L1可设置稍大，这样可以在小信噪比的情况下采集足够的电平值用于后续计算。
步骤402：计算当前符号的电平值到符号+3的粗聚集基准点的距离。计算公式如下：
表示同步序列的第m个符号的电平值Xm到+3符号的粗聚集基准点
的距离，Xm为+3集合中第m个点的电平值。
步骤403：判断当前符号Xm的电平值到符号+3的粗聚集基准点的距离
是否小于设定的粗聚集距离门限L1，若小于，则将该符号电平值放入符号+3集合并存储，供后续计算使用。
步骤404：若判断当前符号Xm的电平值到符号+3的粗聚集基准点的距离
大于设定的粗聚集距离门限L1，则计算当前符号的电平值到符号-3的粗聚集基准点的距离。计算公式如下：
步骤405：判断当前符号Xm的电平值到符号-3的粗聚集基准点的距离
是否小于设定的粗聚集距离门限L1，若小于，则放入符号-3集合并存储，供后续计算使用。
步骤406：计算每一个当前符号的电平值到符号+3和-3的粗聚集基准点的距离，直至完成同步部分搜索。
步骤407：计算符号+3集合中所有电平的平均值，将此平均值确定为符号+3的细聚集基准点
。计算公式如下：
Xn为+3集合第n个点的电平值，M+3为+3集合中点的个数。
步骤408：计算符号-3集合中所有电平的平均值，将此平均值确定为符号-3的细聚集基准点。计算公式如下：
Xn为-3集合第n个点的电平值，M-3为-3集合中点的个数。
参照图5，计算符号+3和-3电平的准确值有如下步骤：
步骤501：根据细聚集基准点计算细聚集，首先初始化细聚集距离门限L2。由于在整个突发部分中包含符号+3，+1，-1，-3，同步部分只包含符号+3和-3，所以选择细聚集距离门限L2时，应L2＜L1，以避免在小信噪比的时候误将+1和-1符号纳入符号+3和-3集合。
步骤502：计算当前符号的电平值到符号+3的细聚集基准点的距离。计算公式如下：
步骤503：判断当前符号的电平值Xm到符号+3的细聚集基准点的距离
是否小于设定的细聚集距离门限L2，若小于，则将该符号电平值放入符号+3集合并存储，供后续计算使用。
步骤504：若判断当前符号的电平值Xm到符号+3的细聚集基准点的距离
大于设定的细聚集距离门限L2，则计算当前符号的电平值到符号-3的细聚集基准点的距离。计算公式如下：
步骤505：判断当前符号的电平值到符号-3的细聚集基准点的距离是否小于设定的细聚集距离门限，若小于，则放入符号-3集合并存储，供后续计算使用。
步骤506：计算每一个当前符号的电平值到符号+3和-3的细聚集基准点的距离，直至完成突发部分搜索；
步骤507：计算符号+3集合中所有电平的平均值，将此平均值设置为符号+3电平的准确值V+3。计算公式如下：
Xn为+3集合第n个点的电平值，M+3为+3集合中点的个数。
步骤508：计算符号-3集合中所有电平的平均值，将此平均值设置为符号-3电平的准确值V-3。计算公式如下：
Xn为-3集合第
个点的电平值，M-3为-3集合中点的个数。
步骤509：根据符号+3和-3电平的准确值V+3、V-3，即可计算出直流分量Cur，计算公式如下：
步骤510：在得到直流分量和符号电平值之后，根据符号+3和-3电平的准确值V+3、V-3以及直流分量Cur，即可计算出判决门限Jug，计算公式如下：
将整个突发信号去除直流分量，并通过此判决门限完成在最佳采样点的码元抽样判决，即得到解调的数字信号。
参照图6，图6为应用本计算方法的数字对讲机接收***框图。该***的DMR射频信号通过天线完成接收，然后在模拟下变频电路和本振信号混频、滤波，从而得到较低频率的信号。然后将此信号输入数字下变频电路，完成数字下变频后，得到IQ正交数字信号。数字信号处理电路通过对IQ正交信号处理，完成IQ信号解调，然后对解调信号计算直流分量和判决门限，得到数字语音信号。数字语音信号送入音频转换电路，转换为模拟声音，然后通过喇叭转换为人耳听到的声音。
根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。
Claims (5)
1.一种用于DMR通信中直流分量和判决门限的计算方法，其特征在于，在DMR通信中，解调得到的DMR基带信号由同步部分完成位同步操作后，首先在同步部分查找符号+3集合和-3集合；然后通过符号+3集合和-3集合分别计算集合中心点位置，进而确定符号+3和-3的粗聚集基准点；随后采用聚集算法进行粗聚集计算，通过粗聚集基准点以及设定的粗聚集距离门限确定符号+3和-3的细聚集基准点，随后采用聚集算法进行细聚集计算，在突发部分找到满足要求的符号电平，计算符号+3和-3电平准确值，通过符号+3和-3电平准确值，分别计算直流分量和判决门限。
2.根据权利要求1所述的一种用于DMR通信中直流分量和判决门限的计算方法，其特征在于，同步部分查找符号+3集合和-3集合有如下步骤：
步骤201：将本地同步序列和接收到的信号进行相关运算，根据相关峰值完成位同步操作后，从接收的同步部分的第一个符号开始，查看当前符号位置在本地同步序列的值，若本地同步序列的值为+3，则放入+3的集合；
步骤202：如果本地同步序列的值为-3，则放入-3的集合；
步骤203：判断同步部分的每一个符号，直至完成同步部分的搜索，搜索完成后，在符号+3集合和-3集合中分别得到12个该符号的电平值。
3.根据权利要求2所述的一种用于DMR通信中直流分量和判决门限的计算方法，其特征在于，确定符号+3和-3的粗聚集基准点有如下步骤：
步骤301：开始搜索符号+3集合，计算当前符号电平值到其他符号电平值距离的累加合并存储；
步骤302：计算符号+3集合的每个点到其他点的距离的累加合，直至符号+3集合搜索完成；
步骤303：查找符号+3集合距离的累加合中的最小值，将该最小值所对应的点确定为符号+3的粗聚集基准点；
步骤304：搜索符号-3集合，计算当前符号电平值到其他符号电平值距离的累加合并存储；
步骤305：计算符号-3集合的每个点到其他点的距离的累加合，直至符号-3集合搜索完成；
步骤306：查找符号-3集合距离的累加合中的最小值，将该最小值所对应的点确定为符号-3的粗聚集基准点。
4.根据权利要求3所述的一种用于DMR通信中直流分量和判决门限的计算方法，其特征在于，确定符号+3和-3的细聚集基准点有如下步骤：
步骤401：根据粗聚集基准点计算粗聚集，首先初始化粗聚集距离门限；
步骤402：计算当前符号的电平值到符号+3的粗聚集基准点的距离；
步骤403：判断当前符号的电平值到符号+3的粗聚集基准点的距离是否小于设定的粗聚集距离门限，若小于，则放入符号+3集合并存储；步骤404：若判断当前符号的电平值到符号+3的粗聚集基准点的距离大于设定的粗聚集距离门限，则计算当前符号的电平值到符号-3的粗聚集基准点的距离；
步骤405：判断当前符号的电平值到符号-3的粗聚集基准点的距离是否小于设定的粗聚集距离门限，若小于，则放入符号-3集合并存储；
步骤406：计算每一个当前符号的电平值到符号+3和-3的粗聚集基准点的距离，直至完成同步部分搜索；
步骤407：计算符号+3集合中所有电平的平均值，将此平均值确定为为符号+3的细聚集基准点；
步骤408：计算符号-3集合中所有电平的平均值，将此平均值确定为符号-3的细聚集基准点。
5.根据权利要求4所述的一种用于DMR通信中直流分量和判决门限的计算方法，其特征在于，计算符号+3和-3电平的准确值有如下步骤：
步骤501：根据细聚集基准点计算细聚集，首先初始化细聚集距离门限；
步骤502：计算当前符号的电平值到符号+3的细聚集基准点的距离；步骤503：判断当前符号的电平值到符号+3的细聚集基准点的距离是否小于设定的细聚集距离门限，若小于，则放入符号+3集合并存储；
步骤504：若判断当前符号的电平值到符号+3的细聚集基准点的距离大于设定的细聚集距离门限，则计算当前符号的电平值到符号-3的细聚集基准点的距离；
步骤505：判断当前符号的电平值到符号-3的细聚集基准点的距离是否小于设定的细聚集距离门限，若小于，则放入符号-3集合并存储；步骤506：计算每一个当前符号的电平值到符号+3和-3的细聚集基准点的距离，直至完成突发部分搜索；
步骤507：计算符号+3集合中所有电平的平均值，将此平均值设置为符号+3电平的准确值；
步骤508：计算符号-3集合中所有电平的平均值，将此平均值设置为符号-3电平的准确值；
步骤509：根据符号+3和-3电平的准确值，即可计算出直流分量；
步骤510：根据符号+3和-3电平的准确值以及直流分量，即可计算出判决门限。
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