脉冲位置调制信号的自适应解调方法

摘要

脉冲位置调制信号的自适应解调方法，包括采样、判决，在记录采样点的时候采取每记录N次采样点脉冲时隙计数器就加1，然后将采样点计数器清零；具体步骤如下：采样、求sum、判断一次自适应范围L是否结束、开始自适应处理、位同步调整、进行下一次自适应处理。本发明是基于最大值比较的判决算法，在实现传统方法同样的功能时，本发明能够在不需要设定判决阈值和降低程序运行时间的情况下，有效的解调PPM信号，极大的提高了解调性能，理论上只要信号能量高于噪声能量，均能正确解码。

说明书

技术领域

 本发明涉及光通信或超宽带无线通信系统，具体是脉冲位置调制信号的解调。

背景技术

在目前采用PPM（脉冲位置调制）方案的通信系统中，其解调方法采用的是阈值判决法，即在接收端设定一个固定的信号判决阈值，只有接收到的采样信号能量大于这个阈值电平才能判为有信号，否则则判为无信号。这样为了避免误判，就对接收信号的阈值电平的要求很高，但是这种方法极易产生信号的漏判，并且当信道条件发生变化时，阈值判决解调法无法对已经设定的阈值电平进行自适应的调整，从而无法正确解调。

现有的基于阈值判决的PPM解调算法方案如下：设定一个判决阈值，对PPM信号进行采样，解调端每个时隙采n(n为大于3的奇数)个样点，若某个PPM信号时隙的n个采样点的采样电平之和大于该阈值，则判定该时隙上出现了一个脉冲，并记录该脉冲在信号帧中所在时隙位置，该时隙位置即为发射的信息数据。

具体为：

首先设置判决阈值sum1为一固定值；

a)  对PPM信号进行采样，每采一次样点，Pin=Pin+1，保存采样点值； 

b)  求sum，sum=x(0)+x(1)+......+x(n-1)；

c)  比较判决：若sum>= sum1，说明找到脉冲，进行步骤d)；否则跳回步骤a)；

 d)  根据当前Pin的值求Pk，M；

Pk=int[Pin/n]；当前时隙数等于当前采样数除以n后的商取整

M=mod[Pin/n]；当前时隙的位同步调整参量等于当前采样数除以n的余数。

e)  位同步调整，若M≤((n-1)/2),Pk=Pk+1;即M≤((n-1)/2)时，则当前时隙数加1，否则当前时隙数Pk不变。

f)  记录下Pk值，同时Pin， Pk，sum均清零，跳回步骤a)进行下一轮阈值判决。

这样，在经过一轮阈值判决后，若满足sum>=sum1，即认为找到一个脉冲，并经过步骤d)和e),便可以解码出所需要的信息。

现有技术存在的问题：

阈值判决存在一个最大的缺陷：阈值一旦设定则无法调整，如果在不正确的位置上所产生的采样电平之和大于该阈值，则会产生信息解调错误。实验中发现，阈值的设定取决于当前的通信条件，而事实上通信条件往往是不确定的，且随时间变化，这样就使得阈值的设定更加复杂，并具有很大的限制性。

发明内容

鉴于现有技术所存在的两个问题，本发明的目的在于提出一种自适应阈值判决PPM解调算法。该方法能够在不需要设定判决阈值的情况下，有效的解调PPM信号。

本发明的脉冲位置调制信号的自适应解调方法，包括采样、判决，在记录采样点的时候采取每记录N次采样点脉冲时隙计数器就加1，然后将采样点计数器清零；具体步骤如下：

a)  对脉冲位置调制信号进行采样，每采一次样点，Pin=Pin+1，当Pin=N时，则：

Pk=Pk+1；

temp_Pk= temp_Pk+1；

         Pin=0；

b) 求sum，sum=x(0)+x(1)+…+x(N-1)；

c)  判断一次自适应范围L是否结束，若temp_Pk<L，跳至步骤d)，进行自适应处理；否则跳至步骤e)；

d)  开始自适应处理，比较sum与temp_sum的大小，若sum>=temp_sum，则：sum=temp_sum，并记录下当前的Pk和Pin，a=Pk，M=Pin，继续跳至步骤a)；若temp_sum>sum，不做任何处理，跳至步骤a)；

e)：位同步调整，若M≤((N-1)/2)时Pk=Pk+1，即M≤((N-1)/2)时，则当前时隙数加1，否则，当前时隙数Pk保持不变； 

f)：记录下Pk，同时sum，temp_sum，temp_Pk清零，继续跳回步骤a)进行下一次自适应处理；

上述：

Pk：时隙计数器，初始值为0；

Pin：采样点计数器，初始值为0；

M：位同步调整参量，初始值为0；

N：每个时隙采样点数，取大于3的奇数；

a：即Pk的值；

x；当前采样数值，初始值为0；

sum：当前采样值和前N-1个采样值之和，即sum=x(0)+x(1)+…+x(N-1)； 

L：自适应范围，设为一固定整数，在L内只存在一个信号脉冲； 

temp_sum：存放前一时刻的sum值，初始值为0；

temp_Pk：自适应范围计数器。

具体实施时，根据PPM信号的帧结构来确定L。

在实际应用上，将a)至f)的步骤编成程序，写入脉冲位置调制信号接收板。

本发明是对一帧时间上所收集到的所有sum值进行比较，其中最大的一个sum值所对应的时隙位置表示这一帧上的信号位置。事实证明只要满足以下条件，本发明均能正确解调：

(a).信号能量大于噪声能量，一般情况下该条件均成立；

(b).设定一个固定的自适应范围L，而且在L中只存在一个信号脉冲，根据PPM信号的帧结构可确定L。

本发明相对于传统的阈值判决法具有如下优点：

本发明是在各位置sum值之间进行最大值比较，不需要设定固定的阈值，是产生最小解调错误概率的解码判决。

附图说明

图1  自适应的阈值判决PPM解调算法流程图；

图2  PPM调制解调系统框图；

图3  PPM信号脉冲电平为1.5 v时的接收波形图；

图4  PPM信号脉冲电平为1v时的接收波形图；

图5  PPM信号脉冲电平为0.5 v时的接收波形图；

图6  传统PPM解调算法的结果图；

图7  自适应PPM解调算法的结果图。

具体实施方式

基于自适应的阈值判决PPM解调算法流程见图1。具体步骤如下：

S1-1：设置一固定的自适应范围L；

S1-2：对PPM信号进行采样，每采一次样点，Pin=Pin+1，保存采样点值；

S1-3：判断Pin是否等于N-1，若等于，则进行步骤S1-4；否则，跳至步骤S1-5；

S1-4：Pk加1，temp_Pk加1，Pin清零；

S1-5：求sum，sum= sum=x(0)+x(1)+…+x(N-1)；

S1-6：判断自适应范围是否结束，若temp_Pk<L,则跳至步骤S1-7；否则跳至步骤S1-9；

S1-7：比较判决，若temp_sum小于或等于sum，则进行步骤S1-8；否则跳至步骤S1-2；

S1-8：保存sum与temp_sum中较大的值，即temp_sum=sum,同时记录下当前的Pk值和Pin值，a=Pk,M=Pin；

S1-9：位同步调整，若M=3或M=4,则进行步骤S1-10；否则跳至步骤S1-11；

S1-10：记录下a的值，即Pk的值；

S1-11：位同步调整，a加1，跳至步骤S1-10；

S1-12：sum,temp_sum,temp_Pk均清零，跳至步骤S1-2，进行下一轮自适应阈值判决算法。

一个完整的PPM调制解调系统如图2所示。PPM发送板用来产生PPM调制信号，然后通过激光器外调制，将电PPM信号转换成光PPM信号发射出去；光衰减器对接收到的光PPM信号强度进行衰减，通过调节光衰减器来获得不同强度的光PPM信号；光电检测器将接收到的光PPM信号重新转换成电PPM信号，送往PPM接收板进行解调；PPM接收板对光电检测器输出的电PPM信号进行解调，解调出来的字符通过串口送往PC机显示。其中PPM发送板发送字符串“hold”。

现在分别将两种方案的程序写入PPM接收板中，通过具体的PPM信号调制解调实例来比较上述两种方法。

   设传统PPM解调算法中，判决阈值sum1设为1v。

调节光衰减器使光电检测器输出的PPM信号脉冲电平为1.5 v,满足sum>=sum1。接收波形如图3所示。

调节光衰减器使光电检测器输出的PPM信号脉冲电1v,满足sum>=sum1。接收波形如图4所示。

调节光衰减器使光电检测器输出的PPM信号脉冲电平为0.5v,不满足sum>=sum1。接收波形如图5所示。上述两种方案的解调结果见图6、图7。图6中PC机显示传统PPM解调算法时PPM发送板发送字符串“hold”只有两个。证明传统PPM解调算法，只在输出的PPM信号脉冲电平为1.5 v和 1v的情况能正确解码。当输出的PPM信号脉冲电平为0.5v,不满足sum>=sum1的时候，不能解码。图7中PC机显示自适应PPM解调算法PPM发送板发送字符串“hold”有三个。证明而本发明的自适应PPM解调算法，则在上述三种情况下均能正确解码。

      由此可知，本发明的脉冲位置调制信号的自适应解调方法的解码性能明显优于传统PPM解调方法。