專利名稱：一種用于差分混沌調(diào)制通信系統(tǒng)的盲估計位同步實現(xiàn)方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及數(shù)字移動通信領域中基于混沌擴譜技術(shù)的位同步方法，尤其是涉及一 種用于差分混沌調(diào)制通信系統(tǒng)的盲估計位同步實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
混沌擴譜通信系統(tǒng)因其混沌載波的寬頻譜特性使得系統(tǒng)不需要額外的擴譜電路， 從而降低了系統(tǒng)的復雜度，具有結(jié)構(gòu)簡單、低功耗和低成本等特點，成為移動擴譜通信發(fā)展 的主要分支之一，并已被納入IEEE802. 15. 4a LR-WPAN規(guī)范中得到實際應用。差分混沌調(diào) 制是其中實用性最強、性能最好的混沌調(diào)制方式。差分混沌調(diào)制接收部分一般采用非相干解調(diào)，通過對接收到差分混沌調(diào)制信號的 參考和調(diào)制部分作相關積分，而后和判決門限“0”作比較來還原出數(shù)據(jù)信號。為了獲得最佳 的系統(tǒng)誤碼率(BER)性能，判決電路必須在相關積分的最大值點進行判決，這就需要通過 位同步檢測來估計接收信號參考和調(diào)制部分出現(xiàn)的時刻，從而確定積分窗口的起始點。由 于位同步的偏差直接影響系統(tǒng)的性能，因此位同步方法是非相干差分混沌調(diào)制接收部分的 關鍵技術(shù)。數(shù)字通信中，位同步檢測的實現(xiàn)方式有數(shù)據(jù)輔助和盲估計兩種，其中數(shù)據(jù)輔助同 步是在發(fā)送有效數(shù)據(jù)之前先發(fā)送一些具有明顯特征的已知序列以輔助同步檢測的快速鎖 定；盲估計同步則是利用發(fā)射信號的自身結(jié)構(gòu)和特點來進行同步檢測，無需發(fā)送額外的輔 助序列。數(shù)據(jù)輔助同步的建立時間一般比盲估計同步要快，缺點是占用部分數(shù)據(jù)傳輸帶寬。 目前，關于差分混沌調(diào)制的位同步研究基本是基于數(shù)據(jù)輔助的方式，很少涉及盲估計方式 的位同步機制研究。公開號為CN101562517的發(fā)明專利申請公開了一種無線突發(fā)通信全數(shù)字接收機 無數(shù)據(jù)輔助同步方法及其系統(tǒng)，該方法包括以下步驟能量檢測模塊以M個采樣數(shù)據(jù)為一 組，計算能量和，當連續(xù)N次檢測到的能量和大于或等于預設門限值時，輸出數(shù)據(jù)有效信號 及所述采樣數(shù)據(jù)中的有效數(shù)據(jù)，直至連續(xù)N次檢測到的采樣數(shù)據(jù)能量和小于預設門限值 時，停止輸出數(shù)據(jù)有效信號及有效數(shù)據(jù)；時鐘恢復模塊存儲有效數(shù)據(jù)，利用其進行時鐘恢 復，然后傳輸至載波恢復模塊；載波恢復模塊存儲時鐘恢復后的數(shù)據(jù)，并利用該數(shù)據(jù)進行載 波恢復。本發(fā)明采用先存儲再處理的方式，正反相間反復利用有限數(shù)據(jù)進行時鐘恢復和載 波恢復，取得與使用連續(xù)數(shù)據(jù)近乎一致的計算效果，實現(xiàn)對每一幀數(shù)據(jù)獨立完成時鐘恢復 與載波恢復。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于差分混沌調(diào)制通信系統(tǒng)的盲估計位同步實現(xiàn)方法。本發(fā)明包括如下步驟1)將接收信號下變頻至基帶信號，經(jīng)過抗混疊濾波電路后作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入，生成數(shù)字離散信號r (k)，作為位同步檢測電路的輸入；根據(jù)奈奎斯特采樣定理，模數(shù)轉(zhuǎn) 換的采樣頻率f。= 1/T。必須大于基帶信號最大頻率的兩倍，抗混疊濾波的截止頻率應低于 采樣頻率的一半；2)輸入的信號r(k)經(jīng)數(shù)字差分延時電路延時N個采樣周期Τ。后得到信號 r(k-N)，作為后續(xù)能量運算器和相關運算器的輸入，其中2N = Ts/T。，Ts為符號周期；3)計算接收信號r(k)與其延時信號r(k-N)之間的乘積，并利用滑動窗口和累加 器對N個乘積結(jié)果進行滑動累加并取絕對值，得到滑動相關絕對值；4)對信號r(k)和r(k-N)分別作平方之后，兩者相加并求平均，并利用滑動窗口和 累加器對N個平均值進行滑動累加，得到滑動能量均值；5)將滑動能量均值與預設的定時測度門限值相乘，得到相關值門限值；6)將滑動相關絕對值與相關值門限值進行比較，若滑動相關絕對值大于門限值， 則接著采取以下步驟，否則跳轉(zhuǎn)至步驟2)；7)在大于門限值的相關絕對值中，尋找局部最大值的時刻，并將該時刻作為本地 時鐘的初始同步點，局部最大值的搜索范圍在(0，2N)內(nèi)可調(diào)；8)對初始同步點進行判斷其是否同步的起始點，若是同步的起始點，則產(chǎn)生一個 計數(shù)器的使能信號；反之，則產(chǎn)生一個寬度為采樣周期的同步基準脈沖信號；9)產(chǎn)生本地同步時鐘，該時鐘頻率與符號速率保持一致，本地同步時鐘可以通過 以下方法產(chǎn)生通過一個可預置數(shù)的計數(shù)器對本地高頻脈沖計數(shù)來產(chǎn)生，當計數(shù)值到達其 設定的預置數(shù)時，進行電平翻轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生寬度為一個符號周期的時鐘信號，該計數(shù)器的使 能信號來自于步驟8)，所輸入的本地高頻脈沖時鐘的頻率必須是采樣頻率的整數(shù)倍；10)比較本地同步時鐘與步驟8)的同步基準信號的相位，根據(jù)相位的超前與滯位 關系產(chǎn)生相應的加/減脈沖控制信號，作為時鐘控制電路的輸入；11)計數(shù)器的預置數(shù)不變的情況下，時鐘控制電路通過增加或刪除輸入計數(shù)器的 本地高頻脈沖對步驟9)產(chǎn)生的本地同步時鐘進行相位調(diào)整，時鐘控制電路的加/減脈沖控 制信號由步驟10)產(chǎn)生。本發(fā)明所述位同步方法可通過如下的裝置給予實現(xiàn)，所述裝置設有AD轉(zhuǎn)換器、數(shù) 字差分延時電路、相關運算器、能量運算器、乘法器、粗同步檢測器、本地位時鐘模塊和相位 比較器。所述相關運算器設有乘法器、滑動累加器和絕對值運算器。所述能量運算器設有平方器、取均值運算器和滑動累加器。所述粗同步檢測器設有局部最大值搜索器、比較器和粗同步控制器。所述本地位時鐘設有計數(shù)器、時鐘控制器和本地高頻脈沖時鐘源。盲估計位同步方法是利用差分混沌調(diào)制信號中參考和調(diào)制部分載波波形重復、 能量恒定的特性，通過尋找大于同步門限的局部相關最大值作為本地時鐘的初始同步點， 然后再利用數(shù)字鎖相環(huán)進行后續(xù)相關峰值跟蹤和同步調(diào)整，以兼顧位同步的建立速度和精 度。其關鍵點在于(1)通過設定相關絕對值與能量均值的比值作為定時門限值來解決因 信道噪聲影響而造成接收信號相關值不恒定的問題。(2)利用同步門限、局部最大值和數(shù)字 鎖相環(huán)相結(jié)合的方式，通過比較本地位同步時鐘與同步基準信號的相位產(chǎn)生加/減脈沖信 號來調(diào)整本地位同步時鐘的相位，以獲得更好的同步性能。
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與現(xiàn)有的差分混沌調(diào)制接收技術(shù)位同步方法相比，本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點目前，用于差分混沌調(diào)制通信系統(tǒng)的位同步方法主要是采用數(shù)據(jù)輔助方式，通過 多個積分器對已知訓練序列求不同點的自相關平均值，將其中最大值點作為同步減半搜尋 區(qū)域的中心，經(jīng)多次迭代后獲得位同步。該方法所用到的訓練序列占用數(shù)據(jù)傳輸帶寬，并且 需要多個積分器，硬件開銷大。同時該方法也不利于位同步的跟蹤與調(diào)整。用于差分混沌調(diào)制通信系統(tǒng)位同步的跟蹤與調(diào)整機制主要是基于早遲門的方法， 其初始同步需要由其它模塊來完成。該方法主要是通過對相隔一個采樣點的兩個相關值之 間的比較來實現(xiàn)位同步時鐘的跟蹤與調(diào)整，其同步精度受限于采樣時鐘。此外，為了降低信 道噪聲對位同步跟蹤的影響，需要對相關值取平均后作比較，因此同步調(diào)整的間隔較長。本發(fā)明提出的盲估計位同步方法是利用差分混沌調(diào)制信號中參考和調(diào)制部分載 波波形重復、能量恒定的特性，通過尋找大于同步門限的局部相關最大值作為本地時鐘的 初始同步點，然后再利用數(shù)字鎖相環(huán)進行后續(xù)相關峰值跟蹤和同步調(diào)整，以兼顧位同步的 建立速度和精度。本發(fā)明通過設定相關值與能量均值的比值作為定時門限值來解決因信道噪聲影 響而造成接收信號相關值不恒定的問題。利用同步門限、局部最大值和數(shù)字鎖相環(huán)相結(jié)合 的方式，通過比較本地位同步時鐘與同步基準信號的相位產(chǎn)生加減脈沖信號來調(diào)整本地位 同步時鐘的相位，以獲得更好的同步性能。其同步精度取決于高頻脈沖時鐘的頻率。


圖1為應用本發(fā)明方法的差分混沌調(diào)制通信系統(tǒng)框架。圖2為本發(fā)明的盲估計位同步方法流程圖。圖3為本發(fā)明的實現(xiàn)裝置框圖。圖4為本發(fā)明的位同步相位調(diào)整示意圖。圖5為AWGN信道下本發(fā)明位同步方法的誤碼率曲線圖。在圖5中，橫坐標為信噪 比Eb/No (dB)，縱坐標為誤碼率BER。
具體實施例方式應用本發(fā)明方法的差分混沌調(diào)制通信系統(tǒng)框架如圖1所示，其中接收端的位同步 檢測模塊采用本發(fā)明所說的方法。本發(fā)明所說的盲估計位同步方法流程如圖2所示，其實 現(xiàn)裝置框圖如圖3所示。具體工作流程如下第一步(201)，首先將接收信號下變頻至基帶信號，經(jīng)過抗混疊濾波電路后作為模 數(shù)轉(zhuǎn)換器31的輸入，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器31采樣后生成數(shù)字離散信號r(k)，作為位同步檢測電路 的輸入。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，模數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣頻率f。= 1/T。必須大于基帶信號最大頻 率的兩倍，抗混疊濾波的截止頻率應低于采樣頻率的一半。第二步(202)，輸入的信號r(k)經(jīng)數(shù)字差分延時電路32延時N個采樣周期Tc后 得到信號r(k-N)，作為后續(xù)相關運算器33和能量運算器34的輸入。第三步(203)，首先通過乘法器331計算接收信號r (k)與其延時信號r (k_N)的乘 積，接著利用滑動累加器332對N個乘積結(jié)果進行滑動累加，最后經(jīng)絕對值運算器333，得到 滑動相關絕對值，其表達式為
其中η為滑動窗口位置?；瑒永奂悠骺衫瞄L度為N的FIFO緩存和累加器實現(xiàn)。第四步(204)，通過平方器341和342分別對信號r (k)和r (k_N)作平方之后，接 著由取均值模塊343求兩者的平均值。最后利用滑動累加器344對N個均值結(jié)果進行滑動 累加，得到滑動能量均值，其表達式為 其中η滑動窗口位置。第五步(205)，通過乘法器35將滑動能量均值與預設的定時測度門限值相乘，得 到相關門限值。其中，定時測度值Μ(η)定義為滑動相關絕對值與能量均值之比，其表達式 為 可以通過仿真或?qū)嶋H情況確定不同信噪比下定時測度值限值。第六步(206)，將第四步計算得到的滑動相關絕對值與第五步計算得到的相關門 限值通過比較器362進行比較。若滑動相關絕對值大于門限值，則接著采取以下步驟，否則
跳轉(zhuǎn)至第二步。第七步(207)，在大于門限值的相關絕對值中，通過局部最大值搜索模塊361尋找 局部相關最大值的時刻，并將該時刻作為本地時鐘的初始同步點。局部最大值的搜索范圍 在(0，2N)內(nèi)可調(diào)的。第八步(208)，粗同步控制模塊363對初始同步點進行判斷其是否同步的起始點。 若是同步的起始點則產(chǎn)生一個計數(shù)器371的使能信號；反之，則產(chǎn)生一個寬度為采樣周期 的同步基準脈沖信號。第九步(209)，啟動可預置數(shù)計數(shù)器371對本地高頻脈沖時鐘373計數(shù)來產(chǎn)生本地 同步時鐘，該時鐘頻率與符號速率保持一致。該計數(shù)器371的使能信號來自于第八步，所輸 入的本地高頻脈沖時鐘373的頻率必須是采樣頻率的整數(shù)倍。第十步(210)，通過相位比較器38比較第九步產(chǎn)生的本地同步時鐘與第八步產(chǎn)生 的同步基準信號的相位，根據(jù)相位的超前與滯位關系產(chǎn)生相應的加/減脈沖控制信號，作 為時鐘控制電路372的輸入。第十一步(211)，計數(shù)器371的預置數(shù)不變的情況下，時鐘控制電路372通過增加 /刪除輸入計數(shù)器371的本地高頻脈沖373對第九步產(chǎn)生的本地同步時鐘進行相位調(diào)整。 時鐘控制電路372的加/減脈沖控制信號由第十步產(chǎn)生。位同步相位調(diào)整過程如圖4所示。
第十二步(212)，經(jīng)過相位調(diào)整后給出位同步時鐘，作為接收端判決器的采樣判決 時鐘。判決器在位同步時鐘的上升沿采樣相關器的輸出值進行相關判決，解調(diào)出數(shù)據(jù)信號。該同步方法在AWGN信道下的誤碼率理論和計算機仿真值見圖5，圖5中實線為 差分混沌調(diào)制通信系統(tǒng)的理論誤碼率曲線，虛線為本發(fā)明位同步方法的計算機仿真曲線。 仿真參數(shù)設置如下符號周期T為2 μ s，F(xiàn)M調(diào)頻指數(shù)為0. 4MHz/Volt,濾波器的帶寬2B為 8MHz，即BT = 8。由圖5可見，仿真結(jié)果曲線和理論值曲線十分接近，兩者之間相差不超過 0. 2dB，說明本發(fā)明的位同步方法的正確性和同步性能的可靠性。
權(quán)利要求
一種用于差分混沌調(diào)制通信系統(tǒng)的盲估計位同步實現(xiàn)方法，其特征在于包括如下步驟1)將接收信號下變頻至基帶信號，經(jīng)過抗混疊濾波電路后作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入，生成數(shù)字離散信號r(k)，作為位同步檢測電路的輸入；根據(jù)奈奎斯特采樣定理，模數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣頻率fc＝1/Tc必須大于基帶信號最大頻率的兩倍，抗混疊濾波的截止頻率應低于采樣頻率的一半；2)輸入的信號r(k)經(jīng)數(shù)字差分延時電路延時N個采樣周期Tc后得到信號r(k N)，作為后續(xù)能量運算器和相關運算器的輸入，其中2N＝Ts/Tc，Ts為符號周期；3)計算接收信號r(k)與其延時信號r(k N)之間的乘積，并利用滑動窗口和累加器對N個乘積結(jié)果進行滑動累加并取絕對值，得到滑動相關絕對值；4)對信號r(k)和r(k N)分別作平方之后，兩者相加并求平均，并利用滑動窗口和累加器對N個平均值進行滑動累加，得到滑動能量均值；5)將滑動能量均值與預設的定時測度門限值相乘，得到相關值門限值；6)將滑動相關絕對值與相關值門限值進行比較，若滑動相關絕對值大于門限值，則接著采取以下步驟，否則跳轉(zhuǎn)至步驟2)；7)在大于門限值的相關絕對值中，尋找局部最大值的時刻，并將該時刻作為本地時鐘的初始同步點，局部最大值的搜索范圍在(0，2N)內(nèi)可調(diào)；8)對初始同步點進行判斷其是否同步的起始點，若是同步的起始點，則產(chǎn)生一個計數(shù)器的使能信號；反之，則產(chǎn)生一個寬度為采樣周期的同步基準脈沖信號；9)產(chǎn)生本地同步時鐘，該時鐘頻率與符號速率保持一致，本地同步時鐘可以通過以下方法產(chǎn)生通過一個可預置數(shù)的計數(shù)器對本地高頻脈沖計數(shù)來產(chǎn)生，當計數(shù)值到達其設定的預置數(shù)時，進行電平翻轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生寬度為一個符號周期的時鐘信號，該計數(shù)器的使能信號來自于步驟8)，所輸入的本地高頻脈沖時鐘的頻率必須是采樣頻率的整數(shù)倍；10)比較本地同步時鐘與步驟8)的同步基準信號的相位，根據(jù)相位的超前與滯位關系產(chǎn)生相應的加/減脈沖控制信號，作為時鐘控制電路的輸入；11)計數(shù)器的預置數(shù)不變的情況下，時鐘控制電路通過增加或刪除輸入計數(shù)器的本地高頻脈沖對步驟9)產(chǎn)生的本地同步時鐘進行相位調(diào)整，時鐘控制電路的加/減脈沖控制信號由步驟10)產(chǎn)生。
全文摘要
一種用于差分混沌調(diào)制通信系統(tǒng)的盲估計位同步實現(xiàn)方法，涉及數(shù)字移動通信領域中基于混沌擴譜技術(shù)的位同步方法。提供一種用于差分混沌調(diào)制通信系統(tǒng)的盲估計位同步實現(xiàn)方法。盲估計位同步方法是利用差分混沌調(diào)制信號中參考和調(diào)制部分載波波形重復、能量恒定的特性，通過尋找大于同步門限的局部相關最大值作為本地時鐘的初始同步點，然后再利用數(shù)字鎖相環(huán)進行后續(xù)相關峰值跟蹤和同步調(diào)整，以兼顧位同步的建立速度和精度。
文檔編號H04L7/00GK101895380SQ20101014231
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者李曉潮, 林肖凡, 郭東輝 申請人:廈門大學