一种面向短时突发信号的高精度同步方法技术

本发明专利技术提供一种面向短时突发信号的高精度同步方法。该方法包括：帧同步捕获阶段：利用独特码差分匹配的方式完成信号检测和帧同步捕获；频差估计阶段：根据通信双方约定的物理层帧结构，从捕获的突发信号中获取前导序列，利用所述前导序列进行频差估计，利用估计出的频差信息驱动NCO，对信号进行频差校正；符号与相位同步阶段：根据通信双方约定的物理层帧结构，从捕获的突发信号中获取独特码，利用所述独特码采取滑动相关的方式找到最大相关点，以获取信号的初始符号同步信息与初始相位同步信息；符号与相位同步跟踪阶段：利用锁相环进行符号同步跟踪与相位同步跟踪，以获取最佳采样与判决信息。样与判决信息。样与判决信息。

【技术实现步骤摘要】
一种面向短时突发信号的高精度同步方法


[0001]本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种面向短时突发信号的高精度同步方法。

技术介绍

[0002]突发信号广泛应用在无线通信系统中。由于收发终端相对运动和系统时钟不一致等因素，接收端信号会存在频率偏差和定时偏差，相应地需要进行载波同步和定时同步才能恢复出原始信息。
[0003]面向突发信号的同步算法主要解决的问题是：接收机接收到信号后，如何快速准确地实现信号检测、载波同步、定时同步和帧同步。
[0004]信号检测的一般方法有能量检测法、基于高阶累积量检测法和基于独特码自相关方法。载波同步、定时同步和相位同步的实现方法根据有无反馈回路可分为闭环和开环算法。闭环算法一般计算复杂度较低，在环路成功入锁之后，可以达到非常高的精度，但是动态捕获范围较窄，且需要较长的收敛时间适合应用于连续信号。开环算法精度相比闭环较低，且一般计算复杂度较高，但不需要收敛时间，适合应用于突发信号。帧同步一般有两种方法：一种是利用数据本身特性的信号自同步法，另一种是基于前导序列与接收信号的互相关检测法。
[0005]图1为现有的同步方案，如图1所示，各个模块通常会根据不同应用场景调整不同的实现顺序。从图1可以看出，信号检测、频差估计、符号同步、相位估计实现顺序相对固定，帧同步可以在信号检测之后实现也可以在完成符号同步之后实现。
[0006]在合作通信中，经常使用基于独特码自相关的信号检测方法。它的原理是将采样抽取后的数据与己知的独特码作相关运算，然后再经过模平方，将得出的结果与固定门限做比较，从而判决出是否有突发信号的到来。其基本原理如图2所示。但该方法有一定的局限性。首先，当接收信号存在较大频偏时，自相关峰值将会降低甚至消失；其次判决门限设定的大小直接影响系统的虚警和漏警率，若固定的判决门限会使系统适应性降低，若自适应动态门限会使系统复杂度提高。

技术实现思路

[0007]针对现有的同步方法存在的不适用于较大频偏场景、判决门限所带来的精度和复杂度不能兼容的问题，本专利技术提供一种面向短时突发信号的高精度同步方法。
[0008]本专利技术提供一种面向短时突发信号的高精度同步方法，包括：
[0009]帧同步捕获阶段：利用独特码差分匹配的方式完成信号检测和帧同步捕获；
[0010]频差估计阶段：根据通信双方约定的物理层帧结构，从捕获的突发信号中获取前导序列，利用所述前导序列进行频差估计，利用估计出的频差信息驱动NCO，对信号进行频差校正；
[0011]符号与相位同步阶段：根据通信双方约定的物理层帧结构，从捕获的突发信号中
获取独特码，利用所述独特码采取滑动相关的方式找到最大相关点，以获取信号的初始符号同步信息与初始相位同步信息；
[0012]符号与相位同步跟踪阶段：利用锁相环进行符号同步跟踪与相位同步跟踪，以获取最佳采样与判决信息。
[0013]进一步地，所述物理层帧结构包括由前向后依次顺序排列的保护间隔字段、前导序列字段、独特码字段和信息承载字段。
[0014]进一步地，所述帧同步捕获阶段包括：首先对接收信号进行符号间差分；然后获取符号间差分信号的实部，将所述实部与门限值0进行比较判决；最后将判决结果与独特码的差分序列进行匹配得到帧同步捕获信息。
[0015]进一步地，频差估计阶段中，利用所述前导序列进行频差估计包括：首先对前导序列进行积分周期为N的积分，然后对积分后的序列做符号间差分以获取相位差；最后对所述相位差在前导序列长度上做统计平均，得到频差信息。
[0016]进一步地，所述积分周期N的取值应满足：在一个积分周期N内，对积分后的序列做符号间差分所获取的相位差小于π/4。
[0017]进一步地，所述符号与相位同步阶段包括：
[0018]以独特码的第一个码元的不同时刻采样点为起点，以码元周期为采样间隔对所述独特码进行采样得到不同时刻采样点所对应的序列；
[0019]将不同时刻采样点所对应的序列分别与所述独特码进行共轭相乘再累积得到不同时刻采样点所对应的累积结果；
[0020]比较不同时刻采样点的累积结果的数值，将数值最大的累积结果所对应的时刻采样点作为最佳采样时刻；
[0021]计算数值最大的累积结果的幅角，根据所述幅角和所述独特码的长度计算得到初始相差。
[0022]进一步地，所述符号与相位同步跟踪阶段中，利用锁相环进行符号同步跟踪，具体为利用二阶锁相环进行符号同步跟踪，包括：
[0023]采用迟早门获取定时误差信息，将所述定时误差信息作为二阶锁相环的输入，根据二阶锁相环的输出，调整得到最佳采样点。
[0024]进一步地，所述符号与相位同步跟踪阶段中，利用锁相环进行相位同步跟踪，包括：首先对采样符号进行判决，得到标准星座点；然后计算实际采样输出与标准星座点之间的相差；最后将所述相差作为锁相环的输入，驱动锁相环对所述相差进行校正。
[0025]本专利技术的有益效果：
[0026]现有技术中，在合作通信中独特码仅用于突发信号的信号检测阶段。而专利技术人注意到独特码还可以用于帧同步和符号同步，基于此，本专利技术提供的面向短时突发信号的高精度同步方法，通过合理利用传输帧中的前导序列和独特码，综合考量了算法性能和复杂度，能够在高动态范围下实现精确的载波同步和符号同步。
[0027]本专利技术提供的帧同步捕获技术，通过采用独特码差分匹配方式，可以在较大频差情况下，实现帧同步捕获。
[0028]本专利技术提供的频差估计技术，基于前导序列的积分差分累积量，可以提高频差估计的精度。
附图说明
[0029]图1为现有技术提供的同步方案示意图；
[0030]图2为现有技术提供的基于独特码自相关的信号检测示意图；
[0031]图3为本专利技术实施例提供的发送方信息处理流程示意图；
[0032]图4为本专利技术实施例提供的接收方信息处理流程示意图；
[0033]图5为本专利技术实施例提供的一种面向短时突发信号的高精度同步方法的流程示意图；
[0034]图6为本专利技术实施例提供的物理层帧结构示意图；
[0035]图7为本专利技术实施例提供的帧同步捕获阶段示意图；
[0036]图8为本专利技术实施例提供的频差估计阶段示意图；
[0037]图9为本专利技术实施例提供的给定信噪比条件下不同前导符号对应的估计门限示意图；
[0038]图10为本专利技术实施例提供的符号与相位同步阶段(初始捕获阶段)示意图；
[0039]图11为本专利技术实施例提供的符号同步跟踪所采用的二阶锁相环结构示意图；
[0040]图12为本专利技术实施例提供的相位同步跟踪示意图；
[0041]图13为本专利技术实施例提供的系统接收端整体流程示意图。
具体实施方式
[0042]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向短时突发信号的高精度同步方法，其特征在于，包括：帧同步捕获阶段：利用独特码差分匹配的方式完成信号检测和帧同步捕获；频差估计阶段：根据通信双方约定的物理层帧结构，从捕获的突发信号中获取前导序列，利用所述前导序列进行频差估计，利用估计出的频差信息驱动NCO，对信号进行频差校正；符号与相位同步阶段：根据通信双方约定的物理层帧结构，从捕获的突发信号中获取独特码，利用所述独特码采取滑动相关的方式找到最大相关点，以获取信号的初始符号同步信息与初始相位同步信息；符号与相位同步跟踪阶段：利用锁相环进行符号同步跟踪与相位同步跟踪，以获取最佳采样与判决信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物理层帧结构包括由前向后依次顺序排列的保护间隔字段、前导序列字段、独特码字段和信息承载字段。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述帧同步捕获阶段包括：首先对接收信号进行符号间差分；然后获取符号间差分信号的实部，将所述实部与门限值0进行比较判决；最后将判决结果与独特码的差分序列进行匹配得到帧同步捕获信息。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，频差估计阶段中，利用所述前导序列进行频差估计包括：首先对前导序列进行积分周期为N的积分，然后对积分后的序列做符号间差分以获取相位差；最后对所述相位差在前导序列长度上做统计平均...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡泽明，万嘉骏，冀亚玮，高博，杨斌，董春宵，谢宗甫，刘金锦，徐志坚，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：