一种非合作通信系统中存在符号率偏差的定时同步改进方法技术方案

本发明专利技术公开了一种非合作通信系统中存在符号率偏差的定时同步改进方法，克服了现有技术中非合作通信系统中符号率偏差需要定时同步的问题。该发明专利技术含有如下步骤：将MQAM信号串并转换为两路四倍采样信号，对两路信号分别采用立方插值滤波器和基多项式插值滤波器进行插值处理，对插值后的信号加权平均；送入定时误差检测器中进行定时误差检测并输出检测结果，结果加权平均；将定时误差检测器的输出结果输入环路滤波器，计算在环路稳定时的符号率偏差，得出偏差值的正负；将经过环路滤波器输出的定时误差信号作为数控振荡器NCO的输入信号，产生分数间隔的更新值，循环迭代完成定时同步。该技术的偏差控制范围可达符号速率的1％至10％。

An improved timing synchronization method with symbol rate deviation in non cooperative communication system

【技术实现步骤摘要】
一种非合作通信系统中存在符号率偏差的定时同步改进方法
本专利技术涉及通信
，特别是涉及一种非合作通信系统中存在符号率偏差的定时同步改进方法。
技术介绍
在数字通信系统中，为了在接收端恢复数据符号，需要对混频后的基带信号进行采样和判决，采样速率以符号速率为周期。在这个过程中由于接收端的时钟频率和相位和发送端相比较，往往存在偏差，而且信号在传输过程中，本身也会存在时延问题，所以，会导致接收端无法在最佳采样时刻进行采样操作，以至于会在系统中引入码间串扰，进而增加误码率，最终使整个系统的接收性能恶化。因此，在数字通信系统中，必须在接收端获取定时同步信号，这样才能保证抽样时刻在眼图睁开最大时刻，即最佳采样时刻。目前获取定时同步的方法主要有两种，外同步法和自同步法，外同步法需要在发送的基带信号的符号速率频点处插入导频信号，在接收端用中心频率为符号速率的窄带滤波器恢复该信号，此方法简单易行、容易实现，但是需要消耗一定的发射功率，而在自同步法中，发端不需要插入辅助导频信号，直接对接收端信号进行处理获取定时信息即可。近些年对于非合作的定时同步的研究还不太成熟，大多都是在合作通信系统中进行，而且对于符号率偏差的问题，现有研究可允许范围较小，对于存在较大的符号率偏差问题不能很好地解决，另外，由于合作通信系统中，接收端可以获取发端信号的符号速率，而在非合作数字通信系统中，接收端通常无法获取发送端的相关参数信息，比如调制方式、载波频率、符号速率等等，因此需要通过一定的算法来估计出接收端所需要的载波频率、符号速率等参数。<br>目前，对于大多数的数字通信系统，可根据发端信号特点、调制方式等多个方面的不同划分为不同的子通信系统，但是这些通信系统大都是基于合作模式的通信系统，即在接收端可以直接获取发送端的所有参数信息，但在科技迅速发展的今天，合作通信已经不能满足需求，非合作通信系统逐渐称为许多研究学者的研究领域，尤其在军事中的侦查，截获等方面，往往无法得知所得信号的参数信息，因此必须通过一定的算法来获取我们所需要的参数信息，就需要对参数进行估计，而近些年来，对于参数估计的精度要求越来越高，传统的方法已经无法满足需求，所以需要对现有算法进行改进。而且在单载波定时同步技术中，现有研究对于可允许的符号率偏差存在范围较小，不适用于较大符号率偏差的定时同步问题。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术中，非合作通信系统中符号率偏差需要定时同步的问题，提供一种非合作通信系统中存在符号率偏差的定时同步改进方法。本专利技术的技术解决方案是，提供一种具有以下步骤的非合作通信系统中存在符号率偏差的定时同步改进方法：含有如下步骤：步骤一：产生仿真用的发送端8倍过采样的MQAM信号；步骤二：接收经过下变频的信号，设置信号符号率的估计值，并将信号串并转换为两路四倍采样信号，然后对两路信号分别采用立方插值滤波器和基多项式插值滤波器进行插值处理，并对插值后的信号加权平均；步骤三：将进行插值处理后的两路信号分别送入定时误差检测器中进行定时误差检测并输出检测结果，然后对检测后的结果进行加权平均；步骤四：将定时误差检测器的输出结果输入环路滤波器，根据环路滤波器的输出以及环路滤波器和符号率偏差之间的关系式，计算在环路稳定时的符号率偏差，并和事先设定的符号率估计值进行对比，得出偏差值的正负；步骤五：将经过环路滤波器输出的定时误差信号作为数控振荡器NCO的输入信号，通过NCO进行计算产生分数间隔的更新值，进而改变插值基点的位置，形成一个闭环反馈跟踪环路，然后进行循环迭代，不断调整插值基点，得到最佳抽样时刻，完成定时同步的过程。优选地，所述步骤二中，仿真时直接设置带有偏差的符号率数值，来计算定时同步算法中环路滤波器以及定时误差检测器的输出长度；加权平均的权系数用q表示，代表立方插值滤波器所占的权重，然后，把基带信号在星座图的四个象限中的最佳判决点的位置作为中心点，再取不同的权系数q(0＜q＜1)值进行仿真，然后再计算每一个象限中星座图的收敛点与中心点距离的平均值，平均值越小则说明星座图的信号点收敛效果越好，那么该值即为立方插值滤波器所占权重的大小，然后用式1-q进行计算，得出基多项式插值滤波器的权重大小，对插值后的信号进行加权平均表示为y(kiT)＝q×y1(kiT)+(1-q)×y2(kiT)，其中y1(kiT)、y2(kiT)分别表示两个内插滤波器的输出序列。优选地，所述步骤三中，传统的Gardner定时同步算法中的误差检测器输出用e(n)表示，计算公式为分别把两个插值滤波器的输出序列作为两个定时误差检测器的输入，得到定时误差检测器的输出，表示为e(n)＝q×e1(n)+(1-q)×e2(n)，其中，q为加权系数，且0≤q≤1，e1(n)和e2(n)的计算式表示为：e1(n)＝y1I(k-1)×(y1I(k-1)-y1I(k-2))+y1Q(k-1)×(y1Q(k-1)-y1Q(k-2))e2(n)＝y2I(k-1)×(y2I(k-1)-y2I(k-2))+y2Q(k-1)×(y2Q(k-1)-y2Q(k-2))其中，y1I(k)、y1Q(k)、y2I(k)、y2Q(k)分别表示I路和Q路的定时输出序列。优选地，所述步骤四中经过Gardner定时同步算法后，在一个符号周期内，得到两个重采样点，假设符号周期为T，则插值周期Ti＝T/2，如果取基带信号的采样周期Ts＝T/M，M为正整数，则环路滤波器的控制字为w＝Ts/Ti＝2/M，如果存在符号率偏差，则得到Ts′＝T/(M+Δε)，得出环路滤波器控制字和符号率偏差之间的关系表达式：化简得符号率偏差为：如果取M为4，则：w根据符号率偏差的大小对应不同的值，如果符号率偏差为+10％，则计算出的w为0.4545，如果符号率偏差为-10％，则计算出的w值为0.5656，由于事先无法得知符号率偏差的正负，所以把0.5设置为没有符号率偏差时的w的初始值，即w(0)＝0.5，因此，根据环路滤波器的控制字，通过计算即可得出符号率估计值和期望值之间的偏差，进而计算得出所期望的发端的符号率的值。优选地，所述步骤五中，在基于同步采样的定时同步反馈环路中，由NCO形成A/D抽样的激励信号且NCO受控于时钟误差信号经环路滤波器后的结果，需要根据数控振荡器的过零时刻来决定插值时刻，环路滤波器的控制字w即代表了每次递减的步长，用差分公式可表示为η(m+1)＝[η(m)-w(m)]mod1，进而根据数控振荡器原理图中的相似原理，即可得到小数间隔μk的计算公式为根据闭环反馈跟踪环路，使得μk的值不断进行更新，不断调整插值的位置，以此更加逼近最佳抽样时刻，完成定时同步。与现有技术相比，本专利技术非合作通信系统中存在符号率偏差的定时同步改进方法具有以下优点：通过对传统的Gardner算法进行改进，结合立方插值滤波器和基多项式插值滤波器，另外结合推导出的环路滤波器控制字和符号速率偏差之间的关系，研究出适合非合作条件下带有符号率偏差的QA本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非合作通信系统中存在符号率偏差的定时同步改进方法，其特征在于：含有如下步骤：/n步骤一：产生仿真用的发送端8倍过采样的MQAM信号；/n步骤二：接收经过下变频的信号，设置信号符号率的估计值，并将信号串并转换为两路四倍采样信号，然后对两路信号分别采用立方插值滤波器和基多项式插值滤波器进行插值处理，并对插值后的信号加权平均；/n步骤三：将进行插值处理后的两路信号分别送入定时误差检测器中进行定时误差检测并输出检测结果，然后对检测后的结果进行加权平均；/n步骤四：将定时误差检测器的输出结果输入环路滤波器，根据环路滤波器的输出以及环路滤波器和符号率偏差之间的关系式，计算在环路稳定时的符号率偏差，并和事先设定的符号率估计值进行对比，得出偏差值的正负；/n步骤五：将经过环路滤波器输出的定时误差信号作为数控振荡器NCO的输入信号，通过NCO进行计算产生分数间隔的更新值，进而改变插值基点的位置，形成一个闭环反馈跟踪环路，然后进行循环迭代，不断调整插值基点，得到最佳抽样时刻，完成定时同步的过程。/n

【技术特征摘要】
1.一种非合作通信系统中存在符号率偏差的定时同步改进方法，其特征在于：含有如下步骤：
步骤一：产生仿真用的发送端8倍过采样的MQAM信号；
步骤二：接收经过下变频的信号，设置信号符号率的估计值，并将信号串并转换为两路四倍采样信号，然后对两路信号分别采用立方插值滤波器和基多项式插值滤波器进行插值处理，并对插值后的信号加权平均；
步骤三：将进行插值处理后的两路信号分别送入定时误差检测器中进行定时误差检测并输出检测结果，然后对检测后的结果进行加权平均；
步骤四：将定时误差检测器的输出结果输入环路滤波器，根据环路滤波器的输出以及环路滤波器和符号率偏差之间的关系式，计算在环路稳定时的符号率偏差，并和事先设定的符号率估计值进行对比，得出偏差值的正负；
步骤五：将经过环路滤波器输出的定时误差信号作为数控振荡器NCO的输入信号，通过NCO进行计算产生分数间隔的更新值，进而改变插值基点的位置，形成一个闭环反馈跟踪环路，然后进行循环迭代，不断调整插值基点，得到最佳抽样时刻，完成定时同步的过程。


2.根据权利要求1所述的非合作通信系统中存在符号率偏差的定时同步改进方法，其特征在于：所述步骤二中，仿真时直接设置带有偏差的符号率数值，来计算定时同步算法中环路滤波器以及定时误差检测器的输出长度；加权平均的权系数用q表示，代表立方插值滤波器所占的权重，然后，把基带信号在星座图的四个象限中的最佳判决点的位置作为中心点，再取不同的权系数q(0＜q＜1)值进行仿真，然后再计算每一个象限中星座图的收敛点与中心点距离的平均值，平均值越小则说明星座图的信号点收敛效果越好，那么该值即为立方插值滤波器所占权重的大小，然后用式1-q进行计算，得出基多项式插值滤波器的权重大小，对插值后的信号进行加权平均表示为y(kiT)＝q×y1(kiT)+(1-q)×y2(kiT)，其中y1(kiT)、y2(kiT)分别表示两个内插滤波器的输出序列。


3.根据权利要求1所述的非合作通信系统中存在符号率偏差的定时同步改进方法，其特征在于：所述步骤三中，传统的Gardner定时同步算法中的误差检测器输出用e(n)表示，计算公式为



分别把两个插值滤波器的输出序列作为两个定时误差检测器的输入，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兵兵，李洁，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61