一种基于采样率数据的SISO均衡方法及其均衡器技术

本发明专利技术公开了一种基于采样率数据的SISO均衡方法，包含以下步骤：1）、对中频模拟数据采样，并对采样数据进行低通滤波及匹配滤波，得到均衡处理的采样率数据输入均衡器；2）、均衡器根据采样率数据进行均衡器滤波抽头系数计算；3）、根据均衡器滤波抽头系数进行线性横向滤波，构建多径衰落信道的“逆信道”，完成信道均衡；4）、均衡器将均衡结果输出至载波同步环路完成载波跟踪。本发明专利技术将均衡器从接收机数字基带处理中独立出来，使其更接近数字接收处理前端，使均衡处理不受同步性能影响，解决信道均衡与定时同步以及载波恢复之间相互制约的矛盾。

SISO equalization method based on sampling rate data and equalizer thereof

The invention discloses a SISO equalization method based on sampling rate data, which comprises the following steps: 1), sampling of the analog data, and the sampling data were low-pass filtering and matched filtering, equalization processing sampling rate data input equalizer; 2), according to the calculation of the equalizer equalizer filter tap coefficient data sampling rate 3);, linear transversal filter based on equalizer filter tap coefficients, construct the multipath fading channel \inverse channel\, complete channel equalization; 4), the equilibrium results of equalizer output to the carrier synchronization loop to realize the carrier tracking. The equalizer from the receiver digital baseband processing is independent, to make it more close to the digital signal processing front-end, the balance is not affected by the influence of the synchronization performance, solve the contradiction of channel equalization and timing synchronization and carrier recovery between mutual restriction.

【技术实现步骤摘要】
一种基于采样率数据的SISO均衡方法及其均衡器
本专利技术属于航空电子信息的无线数字接收技术，是一种针对航空无线衰落信道的采样率数据SISO自适应均衡的实现方法，应用于航空无线通信数据链领域。技术背景数字信号经过信道的传输到达接收端，而实际上信道是一个特性复杂的函数而且还是时变的。因此接收到的信号已经发生了严重的畸变从而产生码间干扰，自适应均衡器能够补偿信道所产生的畸变，并且根据接收信号的变化自动调节均衡器的抽头系数，以跟踪信道的时变特性。在无人飞行器无线通信数据链基带数字接收系统中，针对多径衰落信道的自适应均衡处理占有重要的地位，它是数据链有效性和可靠性的重要保证。随着国家在以无人机为代表的无人飞行器上的大力投入，发展具有自主知识产权的无线通信数据链领域中的各项技术成为目前和未来数年中国内各相关研究机构的重要任务。在无线通信数据链领域中，基带数字信号处理是关键一环，抗恶劣信道环境高可靠性数字接收技术更是有助于提高整个无线通信系统的效能。针对恶劣信道环境的自适应均衡技术可通过对信道的实时跟踪生成等效“逆信道”滤波器来消除由多径传输引起的码间干扰，降低接收误码，对于确保无线通信数据链的可靠性和准确性起到重要作用。为适应实际应用需求，可靠性和实时性是行业内对于该项技术的两个核心要求，前者要求本技术所采用的核心算法具有良好的鲁棒性（robust）和收敛性（convergence），后者则对算法及处理流程的优化提出了很高要求。目前，国内针对航空无线通信数据链的自适应均衡
的研究和应用还远未成熟。而国外相关领域的研究和应用目前主要集中在码率以及分数阶时域或频域的相关算法上，虽然能够达到较好的收敛特性和较小的残余方差，但运算复杂度较高，其算法实现过程中对定时同步和载波恢复质量要求很高。同步性能与均衡器性能相互制约无疑会降低算法实际应用的可靠性。近年来国家在发展无人飞行器的大力投入与目前我国在该领域很多技术还相对落后，是国内相关研究机构迫切需要解决的矛盾之一。而如何打破国外在该领域技术上的垄断，通过自主创新，提升我国在航空无线通信领域的综合实力，是促使我们进行研究的主要激励。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提供一种基于采样率数据的SISO均衡方法，解决信道均衡与定时同步以及载波恢复之间相互制约矛盾、提高均衡器性能、降低算法复杂度、通过自适应功率控制提高均衡器稳定性。本专利技术的专利技术目的通过以下技术方案来实现：一种基于采样率数据的SISO均衡方法，包含以下步骤：1）、对中频模拟数据采样，并对采样数据进行低通滤波及匹配滤波，得到均衡处理的采样率数据输入均衡器；2）、均衡器根据采样率数据基于Zadoff-Chu序列进行均衡器滤波抽头系数计算；3）、根据均衡器滤波抽头系数进行线性横向滤波，构建多径衰落信道的“逆信道”，完成信道均衡；4）、均衡器将均衡后的采样率数据输出至载波同步环路完成载波跟踪。进一步，所述步骤1）中还包含对经匹配滤波后的采样率数据，采用滑窗递归模式进行信号功率估计，由功率估计结果自适应调整输入信号强度。进一步，所述步骤2）中进行均衡器滤波抽头系数计算包含以下步骤：根据采样率数据对信道环境进行评估，缓变信道环境的采用采样率数据频域均衡模式，快变信道环境采用基于采样率数据周期校准时域自适应均衡模式；所述采样率数据频域均衡模式具体包括以下步骤：2.1.1)本地端Zadoff-Chu序列与含Zadoff-Chu序列接收信号作卷积运算；2.1.2）由卷积运算的相关峰值门限判决结果完成帧检测和信道冲击响应hk估计；2.1.3）两帧之间的信道响应以连续两次信道估计结果的高斯内插完成近似；;2.1.4）信道冲击响应hk经FFT可得频域信道响应Hk；2.1.5）由频域信道响应Hk计算均衡器滤波抽头系数Wk：其中：为噪声功率，Ps为信号功率；2.1.6）根据相关峰值门限判决结果提供的码元周期信息，进行均衡器滤波抽头系数Wk更新；所述时域自适应均衡模式具体包括以下步骤：2.2.1）本地端Zadoff-Chu序列与含Zadoff-Chu序列接收信号作卷积运算；2.2.2）依据卷积运算的相关峰值门限判决结果完成以帧为周期的信道冲击响应hk估计；2.2.3两帧之间的信道响应以连续两次信道估计结果的高斯内插完成近似；2.2.4信道冲击响应hk经FFT可得频域信道响应Hk；2.2.5由频域信道响应Hk计算均衡器滤波抽头系数Wk；2.2.6两次训练间均衡器依据LMS准则以及MCMA算法进行代价函数计算，根据相关峰值门限判决结果提供的码元周期信息完成均衡器抽头系数Wk的自适应调整；2.2.7根据码元周期信息进行均衡器滤波抽头系数Wk更新；其中，所述的代价函数为:其中：代价函数J(n)，R2i和R2r均为实数，下标r表示信号实部，下标i表示信号虚部，E表示求期望，y表示接收信号，s表示理想信号，n表示采样序列号，代价函数中无输入信号瞬时值，最小化问题的解由w=argminJ(n)给出，这是无约束最优化问题，取共轭梯度向量使用“最陡下降法”迭代计算：由上式可得出均衡器抽头系数递推公式和误差函数公式:均衡器抽头系数递推w(n+1)＝w(n)-μe*(n)x(n)误差函数e(n)＝yr(n)(|yr(n)2-R2r)+jyi(n)(|yi(n)|2-R2i。进一步，所述步骤3）中包含对输入信号载波频偏进行比较，如果输入信号载波频偏较小，则直接输出码率数据，否则输出采样率数据进入载波同步环路完成载波跟踪再输出码率数据。本专利技术的另一目的在于提供一种基于采样率数据的SISO均衡器，包含信道估计模块、滤波系数更新模块、线性横向滤波模块、均衡输出接口模块，其中：所述线性横向滤波模块对经过低通滤波及匹配滤波的采样率数据根据均衡器滤波抽头系数更新模块输出的均衡器滤波抽头系数进行构建多径衰落信道的“逆信道”，完成信道均衡，输出滤波后的采样率数据；所述信道估计模块根据线性横向滤波模块输出的滤波后的采样率数据，采用基于采样率Zadoff-Chu序列完成对信道估计以及对均衡器滤波抽头系数的调整周期计算；所述滤波系数更新模块根据信道估计模块提供的调整周期进行均衡器滤波抽头系数更新并输出到线性横向滤波模块；所述均衡输出接口模块将线性横向滤波模块输出的滤波后的采样率数据输出至载波同步环路完成载波跟踪。优选地，SISO均衡器还包含自适应功率控制模块，用于对经匹配滤波后采样率数据，采用滑窗递归模式进行信号功率估计，由功率估计结果自适应调整输入信号强度。优选地，SISO均衡器还包含代价函数计算模块，所述信道估计模块根据对信道环境进行评估，缓变信道环境的采用采样率数据频域均衡模式，快变信道环境采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于采样率数据的SISO均衡方法，包含以下步骤：1)、对中频模拟数据采样，并对采样数据进行低通滤波及匹配滤波，得到均衡处理的采样率数据输入均衡器；对经匹配滤波后的采样率数据，采用滑窗递归模式进行信号功率估计，由功率估计结果自适应调整输入信号强度2)、均衡器根据采样率数据基于Zadoff‑Chu序列进行均衡器滤波抽头系数计算；3)、根据均衡器滤波抽头系数进行线性横向滤波，构建多径衰落信道的“逆信道”，完成信道均衡；4)、均衡器将均衡后的采样率数据输出至载波同步环路完成载波跟踪。

【技术特征摘要】
1.一种基于采样率数据的SISO均衡方法，包含以下步骤：1)、对中频模拟数据采样，并对采样数据进行低通滤波及匹配滤波，得到均衡处理的采样率数据输入均衡器；对经匹配滤波后的采样率数据，采用滑窗递归模式进行信号功率估计，由功率估计结果自适应调整输入信号强度2)、均衡器根据采样率数据基于Zadoff-Chu序列进行均衡器滤波抽头系数计算；3)、根据均衡器滤波抽头系数进行线性横向滤波，构建多径衰落信道的“逆信道”，完成信道均衡；4)、均衡器将均衡后的采样率数据输出至载波同步环路完成载波跟踪。2.根据权利要求1所述的一种基于采样率数据的SISO均衡方法，其特征在于所述步骤2)中进行均衡器滤波抽头系数计算包含以下步骤：根据采样率数据对信道环境进行评估，缓变信道环境的采用采样率数据频域均衡模式，快变信道环境采用基于采样率数据周期校准时域自适应均衡模式；所述采样率数据频域均衡模式具体包括以下步骤：2.1.1)本地端Zadoff-Chu序列与含Zadoff-Chu序列接收信号作卷积运算；2.1.2)由卷积运算的相关峰值门限判决结果完成帧检测和信道冲击响应hk估计；2.1.3)两帧之间的信道响应以连续两次信道估计结果的高斯内插完成近似；；2.1.4)信道冲击响应hk经FFT可得频域信道响应Hk；2.1.5)由频域信道响应Hk计算均衡器滤波抽头系数Wk：其中：为噪声功率，Ps为信号功率；2.1.6)根据相关峰值门限判决结果提供的码元周期信息，进行均衡器滤波抽头系数Wk更新；所述时域自适应均衡模式具体包括以下步骤：2.2.1)本地端Zadoff-Chu序列与含Zadoff-Chu序列接收信号作卷积运算；2.2.2)依据卷积运算的相关峰值门限判决结果完成以帧为周期的信道冲击响应hk估计；2.2.3两帧之间的信道响应以连续两次信道估计结果的高斯内插完成近似；2.2.4信道冲击响应hk经FFT可得频域信道响应Hk；2.2.5由频域信道响应Hk计算均衡器滤波抽头系数Wk：其中：为噪声功率，Ps为信号功率；2.2.6两次训练间均衡器依据LMS准则以及MCMA算法进行代价函数计算，根据相关峰值门限判决结果提供的码元周期信息完成均衡器抽头系数Wk的自适应调整；2.2.7根据码元周期信息进行均衡器滤波抽头系数Wk更新；其中，所述的代价函数为:其中：代价函数J(n)，R2i和R2r均为实数，下标r表示信号实部，下标i表示信号虚部，E表示求期望，y表示接收信号，s表示理想信号，n表示采样序列号，代价函数中无输入信号瞬时值，最小化问题的解由w＝argminJ(n)给出，这是无约束最优化问题，取共轭梯度向量使用“最陡下降法”迭代计算：

【专利技术属性】
技术研发人员：仇启明，方正，邹星，金哲仕，王白云，彭文攀，
申请(专利权)人：中国航空无线电电子研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31