專利名稱：一種基于粒子濾波的符號同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于粒子濾波的符號同步方法，尤其涉及一種基于粒子濾波的高速衛(wèi)星通信系統(tǒng)符號同步方法，屬于通信信號處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
同步一直是高速衛(wèi)星通信系統(tǒng)的研究主題和技術(shù)瓶頸，其中，尋找并跟蹤碼元符號最佳采樣時(shí)刻的過程即為符號同步。對于高速衛(wèi)星通信系統(tǒng)，由于調(diào)制的符號速率很高，受AD器件的限制，AD的采樣率相對于符號速率不能太高，需要能夠在相對于符號速率較低的采樣率下精確恢復(fù)出最佳采樣時(shí)刻的信號值。1986年5月Gardner在一篇名為“A BPSK/QPSK Timing-Error Detector forSampled Receivers” 的論文中提出了一種符號同步算法，簡稱Gardner算法。Gardner算法中每個(gè)符號只需兩個(gè)采樣點(diǎn)參與計(jì)算便可準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)定時(shí)恢復(fù)，并且對載波相位不敏感，可先于載波恢復(fù)完成定時(shí)恢復(fù)。但對于高階調(diào)制(例如16APSK),即使米用 2008年一篇名為“A Modified Gardner Detector for MultilevelPAM/QAM System”的論文中提出的修正方法,系統(tǒng)性能仍受Gardner算法本身的自噪聲影響較大。濾波器的適當(dāng)選取就變得尤其重要，以往的符號同步結(jié)構(gòu)中僅使用環(huán)路濾波器，2005年11 月一篇名為“Feedforward Symbol TimingRecovery Technique Using Two Samples PerSymbol”的論文將傳統(tǒng)符號同步算法與卡爾曼濾波器相結(jié)合，獲得了更優(yōu)的估計(jì)性能。而卡爾曼濾波器及擴(kuò)展的卡爾曼濾波器無法處理非高斯模型及濾波誤差和預(yù)測誤差較大的情況，相比之下，粒子濾波器的應(yīng)用范圍更廣，日漸成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。2003年9月一篇名為“Particle filtering”的論文簡要介紹了粒子濾波的工作原理及其在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。近年來，粒子濾波逐漸引起信號處理和通信領(lǐng)域的重視。盲均衡，多用戶檢測，衰落信道中的空時(shí)碼估計(jì)和檢測等諸多問題均可建模為粒子濾波問題。如2006年5月公開的專利“基于粒子濾波的信道估計(jì)方法 ”就將粒子濾波應(yīng)用于信道估計(jì)算法中。而本發(fā)明將粒子濾波方法應(yīng)用于符號同步系統(tǒng)以提高估計(jì)性能。2005年8月發(fā)表的一篇名為“A SequentialMonte Carlo Method forAdaptive Blind Timing Estimation and Data Detection”的論文，盡管采用了粒子濾波的方法估計(jì)定時(shí)誤差進(jìn)行符號同步，但是無法在低采樣率的條件下達(dá)到本發(fā)明的估計(jì)性能。已有的符號同步技術(shù)已經(jīng)有較好的估計(jì)性能，但對于低信噪比下的高階調(diào)制，其估計(jì)性能仍然不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為改善現(xiàn)有時(shí)域符號同步算法估計(jì)性能低的缺陷，提出一種基于粒子濾波的符號同步方法，在不增加采樣率和少量增加算法復(fù)雜度的前提下，實(shí)現(xiàn)高速衛(wèi)星通信的符號同步。一種基于粒子濾波的符號同步方法，其實(shí)現(xiàn)步驟如下步驟1、對輸入的一路或兩路模擬基帶信號，進(jìn)行采樣，得到數(shù)字信號；其中，采樣率為fs。其中，對于二進(jìn)制調(diào)制，輸入的一路模擬基帶信號為x (t)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換得到一路數(shù)字信號x(nTs);對于多進(jìn)制調(diào)制，輸入的基帶信號為兩路模擬信號X1 (t)和&(0，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到兩路信號X1 (nTs) xQ(nTs);采樣率為fs，采樣間隔為Ts1/f，n為采樣點(diǎn)的序號。
步驟2、產(chǎn)生粒子。按照設(shè)定的概率分布n ( ^通常選取一個(gè)均值為0,方差很大的Gaussian分布)，對每個(gè)符號(碼元)周期產(chǎn)生N個(gè)粒子樣本，N個(gè)粒子樣本對應(yīng)的定時(shí)偏差記為
權(quán)利要求
1.一種基于粒子濾波的符號同步方法，其特征在于實(shí)現(xiàn)步驟如下步驟1、對輸入的一路或兩路模擬基帶信號，進(jìn)行采樣，得到數(shù)字信號；其中，對于二進(jìn)制調(diào)制，輸入的一路模擬基帶信號為X (t)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換得到一路數(shù)字信號X(nTs);對于多進(jìn)制調(diào)制，輸入的基帶信號為兩路模擬信號X1 (t)和&(0，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后I得到兩路信號Xl(nTs)和xQ(nTs);采樣率為fs，采樣間隔為f =y，n為采樣點(diǎn)的序號；步驟2、產(chǎn)生粒子；按照設(shè)定的概率分布I對每個(gè)符號周期產(chǎn)生N個(gè)粒子樣本，N個(gè)粒子樣本對應(yīng)的定時(shí)偏差記為,上標(biāo)i表不樣本序號，i=l, 2,…，N,下標(biāo)r為符號周期序號，r=l, 2,…；步驟3、粒子濾波初始化；步驟3. 1，記r=l時(shí)產(chǎn)生的N個(gè)粒子樣本值為其中每一個(gè)粒子的重要性權(quán)值為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于粒子濾波的符號同步方法，其特征在于為Gaussian分布，O均值，大方差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于粒子濾波的符號同步方法，其特征在于
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于粒子濾波的符號同步方法，其特征在于若為多進(jìn)制調(diào)制，插值濾波器的輸出為X' JnTs)和X' Q(nTs),最佳采樣時(shí)刻的輸出值為X' i(rT)和X' Q(rT);第r個(gè)符號周期的測量定時(shí)誤差為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于粒子濾波的符號同步方法，尤其涉及一種基于粒子濾波的高速衛(wèi)星通信系統(tǒng)符號同步方法，屬于通信信號處理技術(shù)領(lǐng)域。輸入模擬基帶信號經(jīng)過AD采樣后，變?yōu)閿?shù)字信號，數(shù)字信號首先經(jīng)過一個(gè)插值濾波器，該濾波器根據(jù)輸入信號和由粒子濾波器提供的定時(shí)偏差估計(jì)值計(jì)算出最佳采樣時(shí)刻的值，插值濾波器的輸出送入定時(shí)誤差計(jì)算模塊，得到測量定時(shí)誤差，測量定時(shí)誤差經(jīng)粒子濾波即得定時(shí)偏差估計(jì)值再將送入插值濾波器以控制插值時(shí)刻，插值濾波器的輸出x′(rTs)中已包含了最佳采樣時(shí)刻的值x′(rT)，直接輸出即完成符號同步。本發(fā)明方法在不增加采樣率的前提下，提高了定時(shí)誤差估計(jì)精度；利用粒子濾波調(diào)整定時(shí)偏差，較傳統(tǒng)方案降低了自噪聲的影響。
文檔編號H04L7/00GK103036669SQ201210566909
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者劉策倫, 安建平, 田露, 卜祥元, 盧繼華, 王正歡, 黃彥東, 柯晟 申請人:北京理工大學(xué)