CN107426812B - 一种应用于dPMR通信的通用码元恢复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于dPMR通信的通用码元恢复方法，从4FSK基带信号波形可绘制出眼图的实际特性出发，采用统计数据特征的方法，无需借助特征帧同步信号，可直接定位相位信息中的符号码元位置，从而实现符号同步、直流分量计算以及自适应判决门限的计算，最终恢复原始比特码元。采用本方案，可不依赖于特征帧同步码，找到最佳采样点后根据计算出的判决门限值恢复符号码元，同时能够增强直流分量计算的准确度，简化实现步骤与程序结构。

Description

一种应用于dPMR通信的通用码元恢复方法
技术领域
本发明属于通讯技术领域，尤其涉及的是一种应用于dPMR通信的通用码元恢复方法。
背景技术
1.无线移动通信***由公用无线移动通信、专用无线移动通信和无线寻呼***三大***组成。其中，专用无线移动通信***是指将集群性无线通信***应用于某一固定场景中，主要应用代表就是对讲机通信***，适用于数字对讲机***的通信协议主要有欧洲电信标准协会(ETSI)制定的DMR协议与dPMR协议。dPMR(digital Private Mobile Radio)协议标准采用的是6.25kHz带宽信道的FDMA技术，在缓解频率资源匮乏的同时提高了频道利用率。dPMR协议采用具有较高频谱利用率的4FSK调制方式进行数据传输，dPMR调制器经过2-4电平变换，使每个符号携带2比特信息，符号所对应的频率偏移为±1050Hz和±350Hz，其映射关系如以下表1所示，符号速率为2.4Ksym/s，信息速率为4.8Kb/s。
表1：
Figure BDA0001397528560000011
符号同步器是解调的核心模块。中频解调后的基带信号，经过与调制端相同的匹配滤波器，送于符号同步器进行符号同步。符号同步器恢复基带信号里的4FSK符号，是映射出原始比特码元的前提条件。根据dPMR协议的调制原理，可以得到dPMR基带波形如图1所示，虽然dPMR符号码元的最佳采样点(图中标圆圈位置)既不在波峰上也不在波谷上，但也不是没有规律可寻，将图1中的波形数据按照量化采样的相位位置进行排列，可以得到如图2所示的眼图图像，眼图中交点位置即为dPMR符号码元的最佳采样点位置，可以看出最佳采样点分布在同一个相位上。
2.现有的应用于dPMR通信中的4FSK符号同步方案：
前导码和帧同步码同步方案
按照dPMR协议规定，在通信开始时会发送9个5F的72bi ts前导码，通话过程中发送24bi ts的帧同步码，该方法通过寻找基带信号波形中前导码和帧同步码波形位置，在通信开始和过程中对采样量化单元的采样判决点进行调整。
3.现有的数字对讲机计算直流分量方法：
平均值计算直流分量方案直流分量调整模块针对未接收到消息帧中帧同步码组FS1之前的接收帧，接收到帧同步码组FS1之后且未接收到语音帧的帧同步码组FS2之前的接收帧，接收到语音帧的帧同步码组FS2之后的接收帧，分别选择可靠的中段数据求均值来确定直流分量。
现有的应用于dPMR通信中的4FSK符号同步与直流分量计算方法的缺点：1.前导码和帧同步码同步方案，对于一些没有前导码和帧同步码的序列(如STD511序列)无法进行符号同步，因此对于该方法的使用条件具有一定局限性。2.平均值计算直流分量方案，该方法的缺点为计算方式依赖于数据中的帧同步码，且实际的码元数据是随机的存在不对称性，单纯的对数据求平均会带来一定误差，因此准确性和通用性有待提高。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种应用于dPMR通信的通用码元恢复方法。
本发明的技术方案如下：
一种应用于dPMR通信的通用码元恢复方法，包括以下步骤：
S1：对接收到的基带信号进行量化采样；
S2：统计一段量化采样后的波形中每个相位位置的最大值和最小值；
S3：找出统计出的最大值中的最小值以及最小值中的最大值的相位位置，从而确定最佳采样相位，即符号码元位置；
S4：由符号码元位置的最大值与最小值的值计算出频率直流分量值与符号判决门限值；
S5：对最佳采样点上的数据进行采样，取出代表符号码元数据的集合，根据得到的符号判决门限值进行符号映射；
S6：由映射出的符号序列映射出原始比特码元数据。
所述步骤S1中，对接收到的基带信号进行量化采样具体步骤：对N个符号周期的信号进行量化采样，将每个符号周期划分为M个相位。
所述步骤S2中，统计一段量化采样后的波形中每个相位位置的最大值和最小值的具体步骤为：代表每个符号的数据有M个，而最佳采样的相位位置只有一个，每个相位位置有N个符号数据，统计出每个相位位置中N个数据的最大值与最小值。
所述步骤S3中，确定最佳采样点的相位位置的具体步骤为：在统计出的每个相位位置的最大值中找出最小值A，记下该最小值的相位位置，同时在统计出的每个相位位置的最小值中找出最大值B，记下该最大值的相位位置，通常情况下这两个位置信息是相同的，直接取该位置信息作为最佳采样点的相位位置，若不相同则取这两个位置中最大值和最小值的差较小的那个相位位置作为最佳采样点的相位位置。
所述步骤S4中，由符号码元最佳采样位置的最大值A与最小值B的值计算出频率直流分量值与符号判决门限值的具体步骤为：根据符号偏移的比例系数关系，计算频率直流分量值Freq_d＝(A+B)/2，计算出判决门限值GATE_H＝(A-Freq_d)*2/3，GATE_L＝(B-Freq_d)*2/3,GATE_M＝Freq_d。
所述步骤S5中，符号映射的具体步骤为：对最佳采样点的相位位置进行数据采样，即取出相位位置k所对应的数据集合，根据所计算出的判决门限值进行符号映射。
所述步骤S6中，码元映射的具体步骤为：对映射出的符号依照dPMR协议规定的对应关系进行码元映射，得到原始码元。
采用上述方案，定位dPMR基带信号相位信息中的符号最佳采样点，从而实现符号码元同步、直流分量计算以及判决门限值的计算，最终恢复原始码元，整个过程一气呵成，省去了现有技术将符号码元同步和直流分量计算分开进行的繁琐步骤，简化了程序结构，实现原理直观易懂，且不依赖于传统算法中的特征帧同步码检测，具有较强的通用性，同时提高了直流分量计算的准确度。
附图说明
图1为dPMR基带信号的波形图。
图2为dPMR基带信号按照相位位置进行排列绘制出的眼图。
图3为本发明方法流程图。
图4为本发明对接收到的基带信号进行量化采样和符号判决门限位置示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明根据4FSK基带信号依据量化采样的相位可以绘制出眼图的特征，且眼图交点在同一相位位置上，存储一定符号周期的数据进行一次统计处理，找到眼图交点位置即找到符号码元的最佳采样点位置。具体步骤如下，实现过程的流程图如图3所示，包括以下步骤：
S1：对接收到的基带信号进行量化采样；
S2：统计一段量化采样后的波形中每个相位位置的最大值和最小值；
S3：找出统计出的最大值中的最小值以及最小值中的最大值的相位位置，从而确定最佳采样相位(即符号码元位置)；
S4：由符号码元位置的最大值与最小值的值计算出频率直流分量值与符号判决门限值；
S5：对最佳采样点上的数据进行采样，取出代表符号码元数据的集合，根据得到的符号判决门限值进行符号映射；
S6：由映射出的符号序列映射出原始比特码元数据；
其中S1中，对接收到的基带信号进行量化采样具体步骤：对N个符号周期的信号进行量化采样，将每个符号周期划分为M个相位，如图4所示。
其中S2中，统计一段量化采样后的波形中每个相位位置的最大值和最小值的具体步骤为：代表每个符号的数据有M个，而最佳采样的相位位置只有一个(图4中相位位置k，1≤k≤M)，每个相位位置有N个符号数据，统计出每个相位位置中N个数据的最大值与最小值，分别为眼图轮廓的最上面的包络线和最下面的包络线。
其中S3中，确定最佳采样点的相位位置的具体步骤为：在统计出的每个相位位置的最大值(眼图轮廓的最上面的包络线)中找出最小值A，记下该最小值的相位位置，同时在统计出的每个相位位置的最小值(眼图轮廓的最下面的包络线)中找出最大值B，记下该最大值的相位位置，通常情况下这两个位置信息是相同的，直接取该位置信息作为最佳采样点的相位位置，若不相同则取这两个位置中最大值和最小值的差较小的那个相位位置作为最佳采样点的相位位置。
其中S4中，由符号码元最佳采样位置的最大值A与最小值B的值计算出频率直流分量值与符号判决门限值的具体步骤为：根据符号偏移的比例系数关系，计算频率直流分量值Freq_d＝(A+B)/2，计算出判决门限值GATE_H＝(A-Freq_d)*2/3，GATE_L＝(B-Freq_d)*2/3,GATE_M＝Freq_d。
其中S5中，符号映射的具体步骤为：对最佳采样点的相位位置进行数据采样，即取出相位位置k所对应的数据集合，根据所计算出的判决门限值进行符号映射。
其中S6中，码元映射的具体步骤为：对映射出的符号依照dPMR协议规定的对应关系(如表1)进行码元映射，得到原始码元。
表1：
Figure BDA0001397528560000061
本发明中：划分的相位越多，寻找最佳采样点的精度越高，但是程序计算量越大，占用资源也会变多，因此还是要在程序资源和精度上取一个平衡点。每次处理的符号周期个数也要保证足够数量，使数据可以形成完整的眼图结构。本实例中M＝128，N＝1024。本方法可在FPGA、DSP等芯片内部实现，具有实时性，已在实际仪器中进行验证，所得结果稳定有效。
采用上述方案，定位dPMR基带信号相位信息中的符号最佳采样点，从而实现符号码元同步、直流分量计算以及自适应判决门限值的计算，最终恢复原始码元，整个过程一气呵成，省去了现有技术将符号码元同步和直流分量计算分开进行的繁琐步骤，简化了程序结构，实现原理直观易懂，且不依赖于传统算法中的特征帧同步码检测，具有较强的通用性，同时提高了直流分量计算的准确度。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种应用于dPMR通信的通用码元恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对接收到的基带信号进行量化采样；
S2：统计一段量化采样后的波形中每个相位位置的最大值和最小值；
S3：找出统计出的最大值中的最小值以及最小值中的最大值的相位位置，从而确定最佳采样相位，即符号码元位置；
S4：由符号码元位置的最大值与最小值的值计算出频率直流分量值与符号判决门限值；
S5：对最佳采样点上的数据进行采样，取出代表符号码元数据的集合，根据得到的符号判决门限值进行符号映射；
S6：由映射出的符号序列映射出原始比特码元数据。
2.如权利要求1所述的应用于dPMR通信的通用码元恢复方法，其特征在于，所述步骤S1中，对接收到的基带信号进行量化采样具体步骤：对N个符号周期的信号进行量化采样，将每个符号周期划分为M个相位。
3.如权利要求1所述的应用于dPMR通信的通用码元恢复方法，其特征在于，所述步骤S2中，统计一段量化采样后的波形中每个相位位置的最大值和最小值的具体步骤为：代表每个符号的数据有M个，而最佳采样的相位位置只有一个，每个相位位置有N个符号数据，统计出每个相位位置中N个数据的最大值与最小值。
4.如权利要求1所述的应用于dPMR通信的通用码元恢复方法，其特征在于，所述步骤S3中，确定最佳采样点的相位位置的具体步骤为：在统计出的每个相位位置的最大值中找出最小值A，记下该最小值的相位位置，同时在统计出的每个相位位置的最小值中找出最大值B，记下该最大值的相位位置，通常情况下这两个位置信息是相同的，直接取该位置信息作为最佳采样点的相位位置，若不相同则取这两个位置中最大值和最小值的差较小的那个相位位置作为最佳采样点的相位位置。
5.如权利要求1所述的应用于dPMR通信的通用码元恢复方法，其特征在于，所述步骤S4中，由符号码元最佳采样位置的最大值A与最小值B的值计算出频率直流分量值与符号判决门限值的具体步骤为：根据符号偏移的比例系数关系，计算频率直流分量值Freq_d＝(A+B)/2，计算出判决门限值GATE_H＝(A-Freq_d)*2/3，GATE_L＝(B-Freq_d)*2/3,GATE_M＝Freq_d。
6.如权利要求1所述的应用于dPMR通信的通用码元恢复方法，其特征在于，所述步骤S5中，符号映射的具体步骤为：对最佳采样点的相位位置进行数据采样，即取出相位位置k所对应的数据集合，根据所计算出的判决门限值进行符号映射。
7.如权利要求1所述的应用于dPMR通信的通用码元恢复方法，其特征在于，所述步骤S6中，码元映射的具体步骤为：对映射出的符号依照dPMR协议规定的对应关系进行码元映射，得到原始码元。
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