信號處理方法及裝置與流程
2023-09-20 08:07:15 1
本發明涉及信號處理領域，具體來說，涉及一種信號處理方法及裝置。
背景技術：
：同步是一切通信體制正常通信的前提，為了達到較好的時間同步性能，一般採用滑動相關的方法，計算接收序列與預存序列的相關值，然後求底噪，之後用相關值與底噪的比值和門限進行對比，如果大於門限，則認為檢測到了同步點，反之，則沒有。這種方法稱為全字長的時間同步方法，參見圖1為聯合相關數為N時候的時間同步模塊示意圖，圖1中D為一個突發在當前接收信號採樣率下的樣點數，N為聯合相關數目，時延0＝(N-1)D，時延1＝(N-2)D，…，時延N-1＝0。N組本地序列分別對應幀結構中突發#0、突發#1、突發#2、…突發#N-1使用的Midamble碼所生成的本地序列。接收信號首先與N組本地預存序列進行相關值的計算，之後對N組相關值平方結果進行疊加，進而把疊加結果送入底噪計算和檢測判決模塊，最後取得時間同步位置。圖中所示為單根接收天線的同步模塊，若為多根接收天線，則每根天線都經過圖中所示的相關結果計算模塊，最後把多根天線的相關疊加結果一起送入疊加模塊進行底噪計算和檢測判決模塊。符號位量化的同步方法是指對接收序列進行符號位量化，在實現中只需一位字長便可表示接收序列，符號位運算大大降低了開發複雜度。各通信體制通常採用的時間同步方案為全字長的時間同步方法，即直接計算接收訓練序列與預存序列的相關值，然後求底噪，之後用相關值與底噪的比值和門限進行比對，如果大於門限，則認為檢測到了同步點，反之，則沒有。此門限為通過仿真獲取，並與實際環境有關。但是，實際環境中會出現抖動劇烈的時域脈衝幹擾，在這種通信環境比較惡劣的時候，全字長的時間同步算法由於在計算過程中會因為抖動劇烈的幹擾 的存在，使得相關得到的功率值較大而超過門限，被誤判為同步點，使得誤判概率增大，從而惡化時間同步性能。由此，惡劣環境下的全字長時間同步算法失效，失效原因為接收序列的功率抖動。符號位量化的時間同步算法通過對接收序列進行符號位量化，使得相關結果不受接收序列功率抖動的影響，並且，在實現中只需一位字長便可表示接收序列，並大大降低了開發複雜度。仿真某數據在全字長和符號位兩種同步方法下的相關值對比結果，參見圖2和圖3。符號位量化的方法可以有效改善惡劣環境下的時間同步性能，但是相比於全字長方法，符號位量化方法在接收信號方面丟失了更多的幅度信息。因此，在無幹擾的情況下，符號位量化的方法會惡化時間同步的性能。也即，全字長的時間同步算法適用於無幹擾的環境，符號位量化的方法適用於抖動幹擾的環境。當突發脈衝幹擾、單音幹擾和寬帶幹擾同時存在的時候，單純的全字長方法或符號位量化方法都會惡化時間同步的性能。針對相關技術中的問題，目前尚未提出有效的解決方案。技術實現要素：針對相關技術中的問題，本發明提出一種信號處理方法及裝置，能夠適用於多種幹擾環境並存的情況下，可以有效提高系統的時間同步性。本發明的技術方案是這樣實現的：根據本發明的一個方面，提供了一種信號處理方法。該信號處理方法包括：檢測當前環境的幹擾類型；根據幹擾類型選擇與幹擾類型對應的抗幹擾處理方法。其中，檢測當前環境的幹擾類型包括：檢測當前環境是否存在時域脈衝幹擾。其中，根據幹擾類型選擇與幹擾類型對應的抗幹擾處理方法包括：噹噹前環境存在時域脈衝幹擾的情況下，通過符號位量化的方法進行抗幹 擾處理。其中，根據幹擾類型選擇與幹擾類型對應的抗幹擾處理方法進一步包括：噹噹前環境不存在時域脈衝幹擾的情況下，通過全字長同步方法進行抗幹擾處理。此外，檢測當前環境是否存在時域脈衝幹擾包括：將一個時隙長度的數據分為M個檢測窗，M≥0；計算每個檢測窗的平均功率值Pm；計算每個檢測窗的採樣點的功率值若當前檢測窗的則判定當前檢測窗存在時域脈衝幹擾，其中a為一預定門限值；若數據中存在時域脈衝幹擾的檢測窗的數量大於檢測窗總數的一半，則判定當前環境存在時域脈衝幹擾。根據本發明的另一方面，還提供了一種信號處理裝置，該裝置包括：檢測模塊，用於檢測當前環境的幹擾類型；選擇模塊，用於根據幹擾類型選擇與幹擾類型對應的抗幹擾處理方法。其中，檢測模塊進一步用於檢測當前環境是否存在時域脈衝幹擾。其中，選擇模塊包括：第一處理子模塊，用於噹噹前環境存在時域脈衝幹擾的情況下，通過符號位量化的方法進行抗幹擾處理。其中，選擇模塊進一步包括：第二處理子模塊，用於噹噹前環境不存在時域脈衝幹擾的情況下，通過全字長同步方法進行抗幹擾處理。此外，檢測模塊進一步包括：劃分子模塊，用於將一個時隙長度的數據分為M個檢測窗，M≥0；第一計算子模塊，用於計算每個檢測窗的平均功率值Pm；第二計算子模塊，用於計算每個檢測窗的採樣點的功率值第一判定模塊，用於若當前檢測窗的則判定當前檢測窗存在時域脈衝幹擾，其中a為一預定門限值；第二判定模塊，用於若數據中存在時域脈衝幹擾的檢測窗的數量大於檢測 窗總數的一半，則判定當前環境存在時域脈衝幹擾。本發明通過對幹擾類型進行判斷，依據判決的結果，選擇相應的同步方案，能夠有效改善突發脈衝幹擾、單音幹擾和寬帶幹擾條件下時間同步不準確或無法同步的問題，適用於突發脈衝幹擾、單音帶幹擾和寬帶幹擾並存的環境，大大提升了時間同步的性能，從而提升系統性能。附圖說明為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是現有技術中聯合相關數為N時候的時間同步模塊的示意圖；圖2是現有技術中某數據的全字長同步相關值的仿真示意圖；圖3是現有技術中某數據的符號位量化同步相關值的仿真示意圖；圖4是本發明實施例的信號處理方法的流程示意圖；圖5是根據本發明實施例的信號處理方法的流程圖；圖6是根據本發明實施例的添加脈衝幹擾後的時域接收信號波形示意圖；圖7是根據本發明實施例的在進行幹擾檢測並進行抗幹擾後的時域接收信號波形示意圖；圖8是根據本發明實施例的突髮結構的示意圖；圖9是根據本發明實施例的信號處理裝置的框圖。具體實施方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。基於現有技術中出現的問題，發明人發現由於兩種時間同步相關方法對於不同的幹擾形式有各自的優勢：對於突發抖動劇烈的脈衝幹擾，符號位量化方 法的抗幹擾效果比較好，對於其他諸如單音、寬帶等幹擾，由於符號位量化的方法使得幅度信息丟失，其性能要差於全字長同步方法。基於以上原因，可以提出一種解決方案即考慮在同步之前首先進行幹擾類型判斷，然後基於幹擾類型判決的結果進行相關模式選擇，當時域幹擾檢測完成之後，根據脈衝幹擾檢測的結果，如果檢測到脈衝幹擾，使用符號位量化法，如果沒有檢測到脈衝幹擾，使用全字長法，之後進行時間同步。其流程如圖4所示，對於時間同步抗幹擾方案圖4中的數據存儲部分，由於在沒有找到準確的同步點之前，如果按照每次一個突髮長度做幹擾檢測，無法保證選取的數據段內包含全部完整的同步序列，因此，每次將做完幹擾檢測後的數據放到緩衝區中存儲，進行滑動相關時，同步窗口依次滑過每個幹擾檢測後的數據塊，待同步窗口滑動出前面的數據時，可在該緩衝區中丟棄該數據塊。根據本發明的實施例，提供了一種信號處理方法。如圖5所示，根據本發明實施例的信號處理方法包括：步驟S501，檢測當前環境的幹擾類型；步驟S503，根據幹擾類型選擇與幹擾類型對應的抗幹擾處理方法。具體的，在檢測當前環境的幹擾類型時可以檢測當前環境是否存在時域脈衝幹擾。如果檢測到當前環境存在時域脈衝幹擾，則通過符號位量化的方法進行抗幹擾處理。如果檢測到當前環境不存在時域脈衝幹擾，則通過全字長同步方法進行抗幹擾處理。其中，在檢測當前環境是否存在時域脈衝幹擾時可以通過檢測算法實現，具體步驟如下：A：將一個時隙長度的數據分為M個檢測窗，M≥0；B：求出每個窗m(m＝0,1,…,M-1)的平均功率值Pm；C：求出每個窗內各採樣點的功率值D：對於每個窗m，對比與aPm(其中係數a通過仿真得到，門限值跟典型環境下的幹擾類型如個數、持續時間、強度等有直接關係，因此門限的選取還需要結合實際情況考慮)的大小；E：對於每個窗m，如果存在則認為本窗內檢測到時域脈衝幹擾，反之，則認為本窗內沒有檢測到時域脈衝幹擾；F：如果檢測到脈衝幹擾的窗的數目多於總窗數的一半，則認為有脈衝幹擾存在，反之，則無。然後，依據幹擾判斷結果進行後續處理，如果存在脈衝幹擾，則採用符號位量化的方法進行抗幹擾處理，如果沒有脈衝幹擾存在，則採用全字長同步方法進行抗幹擾處理。脈衝幹擾檢測算法效果見圖6和圖7。為表徵算法的效果，圖7將脈衝幹擾位置處做置零處理。另外，對檢測到脈衝幹擾位置還可以處有置零和不置零兩種處理方法，本發明不做置零操作，理論上來說置零會使得後續相關算法丟失一些幅度先驗信息，本發明也通過仿真驗證了不置零相對於置零有增益。但是應當知道，本發明也可以在適當的時候適當的選擇做置零或不置零處理。現有技術可以改善惡劣環境下的時間同步不準確的問題，但是對於無幹擾的環境的時間同步性能會有一定程度的惡化，這是因為符號位量化的方法相比於傳統的全字長同步方法損失了一些幅度信息。基於不同的時間同步方法對不同的幹擾類型有各自不同的優勢，本發明提出基於相關模式選擇的時間同步抗幹擾方法。具體方案為首先對環境中是否存在抖動劇烈的時域脈衝幹擾進行判斷，然後依據判決結果，如果存在脈衝幹擾，則採用符號位量化的時間同步方法，如果不存在時域脈衝幹擾，則採用全字長的時間同步方法。之後進行時間同步。相比於現有的技術方案，本發明適用於多種幹擾類型並存的環境，可以規避無幹擾環境下現有技術對於時間同步性能的惡化，達到對於不同幹擾不同處理的效果，適用於各種幹擾環境。仿真評估本發明的時間同步抗幹擾性能，其中仿真條件和假設如下：表1仿真條件和假設註：聯合相關數為參與同步相關運算中訓練序列的組數。此數值越大，同步性能越好。綜合現有技術方案和本發明在各幹擾條件下的時間同步門限，參見表2、表3、表4和表5。表2無幹擾下各方法的同步門限時域幹擾檢測算法OFFON相關方法符號位選擇同步門限Es/N0(dB)-9-9表3脈衝幹擾下各方法的同步門限相關方式選擇OFFONON幹擾位置置零OFFOFFON相關方法符號位選擇選擇同步門限Es/N0(dB)-8-8-7表4SIR＝-2dB單音幹擾下各方法下的同步門限時域幹擾檢測算法OFFON相關方法符號位選擇同步門限Es/N0(dB)0-5表5SIR＝-12.5dB寬帶幹擾下各方法下的同步門限時域幹擾檢測算法OFFON相關方法符號位選擇同步門限Es/N0(dB)137從表2、表3、表4、表5及仿真實驗可以得知：1)無幹擾下，相比於現有技術，本發明與現有技術方案有相同的時間同步性能；2)單音幹擾下，相比於現有技術方案，本發明有5個dB的增益；3)寬帶幹擾下，相比於現有技術方案，本發明有6個dB的增益；4)脈衝幹擾條件下，相比於現有方案，本發明有0.5個dB的惡化。由此，在脈衝幹擾條件下，由於本發明在時域脈衝幹擾檢測部分會有少許 的誤判或漏判，會帶來些許的性能損失，但是，對於其他白噪幹擾環境下的同步性能會有大大的改善。由此，本發明可以大大改善現有技術方案對於無幹擾環境下的時間同步性能，而不會惡化幹擾環境下的時間同步性能，適用於多種幹擾並存的環境。此外，本發明還對抗幹擾的處理方法及過程進行了優化，以下內容將詳細闡述本發明實施例在實現符號位量化的同步方法及全字長同步方法的抗幹擾過程。時間同步的目標是要找到定時參考點，進而定位幀頭及時隙結構中各數據段的位置。本發明中的突髮結構圖請參見圖8。本發明首先對環境中是否存在時域脈衝幹擾進行判斷，然後根據判定結果決定採用全字長同步方法還是符號位量化的方法。本發明的全字長同步方法如下：假設xi為發送信號，ni為高斯白噪聲，則接收到信號表達式如下式：ri＝xi+ni,i＝0,1,…L-1其中，L為接收信號長度。假設sk為本地預存序列，對接收序列和預存序列做相關運算，相關值表示為：Ci=|Σk=0N-1xi+ksk*+Σk=0N-1si+knk*|2=|1+2|2]]>其中，1=Σk=0N-1xi+ksk*,2=Σk=0N-1si+knk*.]]>在白噪無幹擾環境下，當xk≠sk時，由於sk的較小互相關性，ε1，ε2均為比較小的值，Ci值也較小，不會檢測為同步點。如果存在突發乾擾，則此時nk的功率會很大，使得ε2增大，當Ci值足夠大，便會誤檢為同步點。由上述推導過程可以得出，接收序列r的功率抖動是導致同步誤檢的原 因。由此，提出了符號位量化的同步方法。符號位量化的同步方法是指對序列進行符號位量化，在實現中只需一位字長便可表示序列，且符號位運算大大降低了開發複雜度。分別對接收序列以及本地預存序列進行符號位量化：rk=1,rk>=0-1,rksk=1,sk>=0-1,sk同步點檢測其他所有步驟不變。量化後的sk仍有很好的互相關性和自相關性，因此，無論rk的功率怎樣抖動，符號位量化後的相關功率值卻抖動很小，只有rk＝sk時才會出現較大相關值，從而可以大大提高了時間同步正檢概率，有效降低了誤檢。根據本發明實施例的另一方面，還提供了一種信號處理裝置，如圖9所示該裝置包括：檢測模塊91，用於檢測當前環境的幹擾類型；選擇模塊92，用於根據幹擾類型選擇與幹擾類型對應的抗幹擾處理方法。其中，檢測模塊91進一步用於檢測當前環境是否存在時域脈衝幹擾。其中，選擇模塊92進一步可以包括：第一處理子模塊(未示出)，用於噹噹前環境存在時域脈衝幹擾的情況下，通過符號位量化的方法進行抗幹擾處理。其中，選擇模塊92可以進一步包括：第二處理子模塊(未示出)，用於噹噹前環境不存在時域脈衝幹擾的情況下，通過全字長同步方法進行抗幹擾處理。此外，檢測模塊91還可以進一步包括：劃分子模塊(未示出)，用於將一個時隙長度的數據分為M個檢測窗，M≥0；第一計算子模塊(未示出)，用於計算每個檢測窗的平均功率值Pm；第二計算子模塊(未示出)，用於計算每個檢測窗的採樣點的功率值第一判定模塊(未示出)，用於若當前檢測窗的則判定當前檢測窗存在時域脈衝幹擾，其中a為一預定門限值；第二判定模塊(未示出)，用於若數據中存在時域脈衝幹擾的檢測窗的數量大於檢測窗總數的一半，則判定當前環境存在時域脈衝幹擾。綜上所述，藉助於本發明的上述技術方案，本發明通過對幹擾類型進行判斷，依據判決的結果，選擇相應的同步方案，能夠有效改善突發脈衝幹擾、單音幹擾和寬帶幹擾條件下時間同步不準確或無法同步的問題，適用於突發脈衝幹擾、單音帶幹擾和寬帶幹擾並存的環境，大大提升了時間同步的性能，從而提升系統性能。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。當前第1頁1 2 3