CN111541636B - 一种采用维纳滤波进行信号解调的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种采用维纳滤波进行信号解调的方法及装置。所述方法包括:将导频的调制信号去除,得到信道信息;对信道信息连续N个点进行叠加,叠加后的信号进行矩阵组合,完成信道求逆得到频率和初始相位;提取业务信号,完成业务信号的解扩;提取每一个业务信号的相位进行维纳滤波处理,对业务信号的相位进行预测,修正业务信号的相位最后正确解调出信号。能够利用前后信号的相关性完成信号的解调,能够更好的估计出信号的相位,从而能够更好的解调出信号信息,相比现有技术信号解调更准确,而且根据输入的邻近信号进行频偏估计实时调整,能够最好的适应频偏的变动。
Description
技术领域
本申请涉及信道通信技术领域,尤其涉及一种采用维纳滤波进行信号解调的方法及装置。
背景技术
扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)简称扩频通信,其特点是传输信息所用的带宽远大于信息本身带宽。扩频通信技术在发端以扩频编码进行扩频调制,在收端以相关解调技术收信息,这一过程使其具有诸多优良特性。扩频通信技术是一种信息传输方式,其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽;频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成,用编码及调制的方法来实现的,与所传信息数据无关;在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。
在突发扩频通信时,此时扩频SP比一般比较大,例如扩频比SP=128,此时由于在信号解扩前SNR比较低,所以信道估计往往不准,所以一般无法使用单载波频域均衡或者单载波时域均衡装置。为解决单载波信号在低SNR下正确解调的问题,提出本申请的方案。
发明内容
本申请提供了一种采用维纳滤波进行信号解调的方法,包括:
将导频的调制信号去除,得到信道信息;
对信道信息连续N个点进行叠加,叠加后的信号进行矩阵组合,完成信道求逆得到频率和初始相位;
提取业务信号,完成业务信号的解扩;
提取每一个业务信号的相位进行维纳滤波处理,对业务信号的相位进行预测,修正业务信号的相位最后正确解调出信号。
如上所述的采用维纳滤波进行信号解调的方法,其中,对信道信息连续N个点进行叠加,叠加后的信号进行矩阵组合,完成信道求逆得到频率和初始相位,具体包括如下子步骤:
对信道信息连续N个点进行叠加,得到叠加数值;
对叠加数值进行相位求取得到相位angle_pre,对相位angle_pre进行调整;
根据调整后的相位组成矩阵,得到初始的频率和初始相位。
如上所述的采用维纳滤波进行信号解调的方法,其中,对相位angle_pre进行调整,具体为若当前相位大PI,就减去2PI,如果当前信号和前一个信号小于PI,则加上2PI。
如上所述的采用维纳滤波进行信号解调的方法,其中,提取每一个业务信号的相位,然后进行维纳滤波处理,最后对业务信号的相位进行预测,修正业务信号的相位最后正确解调出信号,具体包括如下子步骤:
通过同步头得到的初始频率和相位,从而得到业务信号需要初始校准的相位,对后面的业务信号相位进行校准;
求取每一个业务信号本身输入的相位,然后维纳滤波得到新的预测相位;
利用新的预测相位对后面输入的信号进行相位修正,从而输出相位修正后的信号;
对TS_symNum个业务数据进行解调,解调出最终的信号。
如上所述的采用维纳滤波进行信号解调的方法,其中,对TS_symNum个业务数据进行解调,解调出最终的信号,具体包括如下子步骤:
获取前面预测的相位;
计算当前输入信号的相位;
对当前相位方向进行归一化处理并记录;
对当前信号k邻近的Syn_num个符号时间戳进行提取;
根据时间戳以及邻近的归一化后的输入信号相位联合进行矩阵求逆,利用维纳滤波处理求得频率变动和当前初始相位;
根据频率变动和初始相位计算得到当前相位变动情况;
预测相位对当前信号相位进行修正。
本申请还提供一种采用维纳滤波进行信号解调的装置,包括:
导频调制信息处理模块,用于将导频的调制信号去除,得到信道信息;
频率和初始相位计算模块,用于对信道信息连续N个点进行叠加,叠加后的信号进行矩阵组合,完成信道求逆得到频率和初始相位;
业务信号解扩模块,用于提取业务信号,完成业务信号的解扩;
维纳滤波处理模块,用于提取每一个业务信号的相位进行维纳滤波处理,对业务信号的相位进行预测,修正业务信号的相位最后正确解调出信号。
如上所述的采用维纳滤波进行信号解调的装置,其中,所述频率和初始相位计算模块具体用于:对信道信息连续N个点进行叠加,得到叠加数值;对叠加数值进行相位求取得到相位angle_pre,对相位angle_pre进行调整;根据调整后的相位组成矩阵,得到初始的频率和初始相位。
如上所述的采用维纳滤波进行信号解调的装置,其中,所述频率和初始相位计算模块中,根据调整后的相位组成矩阵,得到初始的频率和初始相位,具体用于对相位angle_pre进行调整,具体为若当前相位大PI,就减去2PI,如果当前信号和前一个信号小于PI,则加上2PI。
如上所述的采用维纳滤波进行信号解调的装置,其中,所述维纳滤波处理模块,具体用于通过同步头得到的初始频率和相位,从而得到业务信号需要初始校准的相位,对后面的业务信号相位进行校准;求取每一个业务信号本身输入的相位,然后维纳滤波得到新的预测相位;利用新的预测相位对后面输入的信号进行相位修正,从而输出相位修正后的信号;对TS_symNum个业务数据进行解调,解调出最终的信号。
如上所述的采用维纳滤波进行信号解调的装置,其中,所述维纳滤波处理模块中,对TS_symNum个业务数据进行解调,解调出最终的信号,具体用于:获取前面预测的相位;计算当前输入信号的相位;对当前相位方向进行归一化处理并记录;对当前信号k邻近的Syn_num个符号时间戳进行提取;根据时间戳以及邻近的归一化后的输入信号相位联合进行矩阵求逆,利用维纳滤波处理求得频率变动和当前初始相位;根据频率变动和初始相位计算得到当前相位变动情况;预测相位对当前信号相位进行修正。
本申请实现的有益效果如下:采用本申请的方法能够利用前后信号的相关性,完成信号的解调,能够更好的估计出信号的相位,从而能够更好的解调出信号信息,相比现有技术信号解调更准确,能够逐个采样点的进行频偏估计和相位调整,这样能够更好的适应高速移动物体的解调。因为信号在高速移动高本振下频偏变动剧烈,按照现有算法很难适应,而本申请根据输入的邻近信号进行频偏估计实时调整,能够最好的适应频偏的变动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例一提供的突发扩频通信***的帧结构示意图;
图2是本申请实施例一提供的一种采用维纳滤波进行信号解调的方法流程图;
图3展示了仿真了输入信号方向归一化后Pk(0)的弧度大小和维纳滤波输出后的相位cal_phase(k+8)曲线对比图;
图4展示了经维纳滤波输出前后信号星座图对比图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
本申请实施例一提供一种采用维纳滤波进行信号解调的方法,在发生突发扩频通信时,通过维纳滤波方式接收信号的预测相位,通过预测相位对输入信号进行相位修正,从而得到解调信号,突发扩频通信***的帧结构如图1所示,每个突发前面有4096个码片的前导头,信道同步之后,去除前导头的调制信息得到h_sig对h_sig连续N=256个点进行叠加,得到16个同步符号,叠加后的同步符号进行矩阵组合,完成信道维纳滤波求逆得到初始频率w0和初始相位ph0,得到初始频偏和初始相偏后;随后对数据进行载波同步跟踪,首先对跟踪的信号进行解扩,对解扩后的业务信号进行频偏和相偏进行跟踪估计,并对数据进行补偿后,最后解调输出。
如图2所示,所述采用维纳滤波进行信号解调的方法,先将导频的调制信号去除,得到信道信息h_sig,然后执行如下步骤:
步骤210、对信道信息h_sig连续N个点进行叠加,叠加后的信号进行矩阵组合,完成信道求逆得到频率w和初始相位ph0;
本申请实施例中,对信道信息h_sig连续N个点进行叠加,叠加后得到Syn_num个信号,将这些信号进行矩阵组合,完成信道维纳滤波求逆得到初始频率w0和初始相位ph0,具体包括如下子步骤:
步骤211、对信道信息h_sig连续N(N=Spread_len*Syn_yasuo)个点进行叠加,得到叠加数值corr_value;
步骤212、对叠加数值corr_value进行相位求取得到相位angle_pre,对相位angle_pre进行+12PI调整;
对相位angle_pre进行+12PI调整,具体为若当前相位大PI,就减去2PI,如果当前信号和前一个信号小于PI,则加上2PI,具体通过如下操作实现:
步骤213、根据调整后的相位angle_pre组成矩阵,得到初始的频率w和初始相位ph0;
根据如下公式得到初始的频率w和初始相位ph0:
R(:,1)=(-Syn_num+0.5:1:-.5)';
R(:,2)=ones(Syn_num,1);
w=inv(R'*R)*(R'*angle_pre);
其中,w是一个1*2的矩阵,w(1)是初始频率w0,w(2)是初始相位ph0。
返回参见图2,步骤220、提取业务信号,完成业务信号的解扩。
步骤230、提取每一个业务信号的相位,然后进行维纳滤波处理,最后对业务信号的相位进行预测,修正业务信号的相位最后正确解调出信号;
本申请实施例中,正确解调出信号具体包括如下子步骤:
步骤231、通过同步头得到的初始频率w0和相位ph0,从而得到业务信号需要初始校准的相位phest,对后面的业务信号相位进行校准;
步骤232、求取每一个业务信号本身输入的相位angle_data,然后维纳滤波得到新的预测相位phase_est;
步骤233、利用新的预测相位phase_est对后面输入的信号进行相位修正,从而输出相位修正后的信号;
由于同步信号每个符号是更多采样点的叠加,是业务信号的每一个点叠加点数的4倍,故将包括同步信号和时间信号的时间戳分两级(用时间轴t_rec记录):
t_rec=[(-Syn_num+0.5:1:-.5)′;(1/4/2:1/4:1/4*TS_symNum)′];
Syn_num个同步头符号的相位计算如下:
cal_phase(1:Syn_num)=w(1)*(-Syn_num+0.5:1:-.5)′+w(2);即当前相位=频率变动*时间戳+初始相位;
步骤234、对TS_symNum个业务数据进行解调,解调出最终的信号,具体包括如下子步骤:
Step1、获取前面预测的相位;
Step2、计算当前输入信号的相位;
Step3、对当前相位方向进行归一化处理并记录;
Step4、对当前信号k邻近的Syn_num个符号时间戳进行提取;
Step5、根据时间戳以及邻近的归一化后的输入信号相位联合进行矩阵求逆,利用维纳滤波处理求得频率变动w(1)和当前初始相位w(2);
Step6、根据频率变动和初始相位计算得到当前相位变动情况cal_phase(Syn_num+k)=w(1)*t_rec(Syn_num+k)+w(2);
Step7、预测相位对当前信号相位进行修正。
此外,本申请实施例中,为了保证相位序列的信噪比,对解扩数据进行SP个采样点累加(SP是扩频比),例如下面从第K个采样点开始,进行angle相位求取运算,即:
S(k:k+8)=[sum(Ck(1:SP));sum(Ck(SP+1:2SP));...;sum(Ck(8SP:9SP));]
然后设置S(k)=sum(Ck(1:SP)),S(k+1)=sum(Ck(SP+1:2SP));求得解扩信号的相位后,对输入信号的相位方向归一化进行归一化处理,angle为Matlab中用来求相位角弧度值的函数,即:
if Pk(0)>cal_phase(k)
待估计值ω1,ω2分别为载波频率和相位,P(0)到P(8)对应的时间分别为t0到t8,可得:
ω1tk+0+ω2=Pk(0)
ω1tk+1+ω2=Pk(1)
…
ω1tk+8+ω2=Pk(8)
可得矩阵运算式:
假设可得
根据维纳滤波公式,其中w1是频率,其中w2是相位,
可得ω=ω1和θ=ω2的维纳滤波的解为:
cal_phase(k+8)=ω1*tk+8+ω2
最终修正相位后的输出信号Sout(k+8)如下:
cal_phase为当前相位变动情况。
图3展示了仿真了输入信号方向归一化后Pk(0)的弧度大小和维纳滤波输出后的相位cal-phase(k+8)曲线对比图,从图3可知经维纳滤波出来的相位曲线能够稳定的跟踪输入信号的角度变动,从而为后续修订信号方向提供准确的判定。
图4展示了经维纳滤波输出前后信号星座图对比,从图4可知,通过维纳滤波器相关处理后,信号星座图明显聚合,从而能够得到很好的解调信号。
采用本申请提供的利用维纳滤波进行信号解调的方法,能够利用前后信号的相关性,完成信号的解调,能够更好的估计出信号的相位,从而能够更好的解调出信号信息,相比现有技术信号解调更准确,能够逐个采样点的进行频偏估计和相位调整,这样能够更好的适应高速移动物体的解调。因为信号在高速移动高本振下频偏变动剧烈,按照现有算法很难适应,而本专利根据输入的邻近信号进行频偏估计实时调整,能够最好的适应频偏的变动。
以上所述实施例,仅为本申请的具体实施方式,用以说明本申请的技术方案,而非对其限制,本申请的保护范围并不局限于此,尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种采用维纳滤波进行信号解调的方法,其特征在于,包括:
将导频的调制信号去除,得到信道信息;
对信道信息连续N个点进行叠加,叠加后的信号进行矩阵组合,完成信道求逆得到频率和初始相位;其中,对信道信息连续N个点进行叠加,得到叠加数值;对叠加数值进行相位求取得到相位angle_pre,对相位angle_pre进行调整;根据调整后的相位组成矩阵,得到初始频率和初始相位;
提取业务信号,完成业务信号的解扩;
提取每一个业务信号的相位进行维纳滤波处理,对业务信号的相位进行预测,修正业务信号的相位最后正确解调出信号;其中,通过同步头得到的初始频率和初始相位,从而得到业务信号需要初始校准的相位,对后面的业务信号相位进行校准;求取每一个业务信号本身输入的相位,然后维纳滤波得到新的预测相位;利用新的预测相位对后面输入的信号进行相位修正,从而输出相位修正后的信号;对TS_symNum个业务数据进行解调,解调出最终的信号。
2.如权利要求1所述的采用维纳滤波进行信号解调的方法,其特征在于,对相位angle_pre进行调整,具体为若当前相位大于PI,就减去2PI,如果当前信号和前一个信号小于PI,则加上2PI。
3.如权利要求1所述的采用维纳滤波进行信号解调的方法,其特征在于,对TS_symNum个业务数据进行解调,解调出最终的信号,具体包括如下子步骤:
获取前面预测的相位;
计算当前输入信号的相位;
对当前相位方向进行归一化处理并记录;
对当前信号k邻近的Syn_num个符号时间戳进行提取;
根据时间戳以及邻近的归一化后的输入信号相位联合进行矩阵求逆,利用维纳滤波处理求得频率变动和当前初始相位;
根据频率变动和初始相位计算得到当前相位变动情况;
预测相位对当前信号相位进行修正。
4.一种采用维纳滤波进行信号解调的装置,其特征在于,包括:
导频调制信息处理模块,用于将导频的调制信号去除,得到信道信息;
频率和初始相位计算模块,用于对信道信息连续N个点进行叠加,叠加后的信号进行矩阵组合,完成信道求逆得到频率和初始相位;其中,所述频率和初始相位计算模块具体用于:对信道信息连续N个点进行叠加,得到叠加数值;对叠加数值进行相位求取得到相位angle_pre,对相位angle_pre进行调整;根据调整后的相位组成矩阵,得到初始频率和初始相位;
业务信号解扩模块,用于提取业务信号,完成业务信号的解扩;
维纳滤波处理模块,用于提取每一个业务信号的相位进行维纳滤波处理,对业务信号的相位进行预测,修正业务信号的相位最后正确解调出信号;其中,所述维纳滤波处理模块,具体用于通过同步头得到的初始频率和初始相位,从而得到业务信号需要初始校准的相位,对后面的业务信号相位进行校准;求取每一个业务信号本身输入的相位,然后维纳滤波得到新的预测相位;利用新的预测相位对后面输入的信号进行相位修正,从而输出相位修正后的信号;对TS_symNum个业务数据进行解调,解调出最终的信号。
5.如权利要求4所述的采用维纳滤波进行信号解调的装置,其特征在于,所述频率和初始相位计算模块中,根据调整后的相位组成矩阵,得到初始的频率和初始相位,具体用于对相位angle_pre进行调整,具体为若当前相位大于PI,就减去2PI,如果当前信号和前一个信号小于PI,则加上2PI。
6.如权利要求4所述的采用维纳滤波进行信号解调的装置,其特征在于,所述维纳滤波处理模块中,对TS_symNum个业务数据进行解调,解调出最终的信号,具体用于:获取前面预测的相位;计算当前输入信号的相位;对当前相位方向进行归一化处理并记录;对当前信号k邻近的Syn_num个符号时间戳进行提取;根据时间戳以及邻近的归一化后的输入信号相位联合进行矩阵求逆,利用维纳滤波处理求得频率变动和当前初始相位;根据频率变动和初始相位计算得到当前相位变动情况;预测相位对当前信号相位进行修正。
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TA01 | Transfer of patent application right | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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