CN104702400A - 一种快速获取频率和时间同步的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速获取频率和时间同步的通信方法，包括以下步骤：第一步，发射机发射同步信号，该同步信号由多个线性调频信号组成；第二步，接收机接收同步信号，并通过相关器计算该同步信号与已知信号的相关，寻找相关峰并根据相关峰位置的差值估计频率和时间误差值，本发明采用一维搜索同步方法，接收机能够根据接收信号和已知信号之间的相关峰的距离差来直接估计频率和时间误差值，相比典型接收机的二维搜索同步方法，搜索空间大小是频率搜索点数和时间搜索点数之积，一般在1000乘以1000的量级，而本发明将传统的二维搜索简化为一维搜索，将同步所需的运算复杂度降低1000倍左右，提高了工作效率。

Description

一种快速获取频率和时间同步的通信方法

技术领域

本发明涉及一种通信方法，尤其涉及一种快速获取频率和时间同步的通信方法。

背景技术

在各种无线通信系统中，接收机必须在时间和频率上与发射机保持同步，才能保证数据正常通信，同步获取就是接收机根据接收到的同步信号，正确估计出接收机和发射机之间存在的时间和频率误差，并补偿误差的过程。在一般的通信系统中，由于电子电路元器件的误差和环境变化，收发两端存在的初始频率误差可以达到100KHz左右，初始时间误差也完全是随机变量，可以达到几十毫秒，接收机必须通过同步获取过程，将初始频率误差和时间误差降低到正常数据通信能够容忍的范围(通常小于100Hz和小于1微秒)。典型的的同步方法是两维穷举搜寻方法，即收发机以一定的步长尝试所有可能的频率和时间误差值，从而找到正确的误差值，由于频率和时间上都存在误差，典型的同步方法是一个二维搜索，搜索空间大小是频率搜索点数和时间搜索点数之积，一般在1000乘1000的量级，因而需要大量的计算，为了能在一定的时间内完成同步，接收机需要强大的运算能力，从而增加了通信系统的硬件费用，而且需要较长的时间才能获取同步，例如在目前的GPS系统中，接收机在同步获取阶段需要尝试1000个左右可能的频率误差值和1000个时间误差值，即1百万个频率和时间误差组合，而每测试一个误差组合，接收机需要计算接收信号和发射信号之间的相关值，运算量是1000个乘法和加法，因此，同步过程总共的运算量是109个乘加，可见运算量很大，即使接收机具有强大的运算能力，也需要比较长的时间才能获取同步，工作效率较低。

发明内容

针对上述现有技术的现状，本发明所要解决的技术问题在于提供一种可降低同步运算复杂度的快速获取频率和时间同步的通信方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种快速获取频率和时间同步的通信方法，包括以下步骤：

第一步，发射机发射同步信号，该同步信号由多个线性调频信号组成；

第二步，接收机接收同步信号，并通过相关器计算该同步信号与已知信号的相关，寻找相关峰并根据相关峰位置的差值估计频率和时间误差值。

进一步地，所述同步信号由两个Zadoff-Chu序列组成，该Zadoff-Chu序列具有不同的根值。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用一维搜索同步方法，接收机能够根据接收信号和已知信号之间的相关峰的距离差来直接估计频率和时间误差值，相比典型接收机的二维搜索同步方法，搜索空间大小是频率搜索点数和时间搜索点数之积，一般在1000乘以1000的量级，而本发明将传统的二维搜索简化为一维搜索，将同步所需的运算复杂度降低1000倍左右，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明的发射同步信号图；

图2为本发明的接收机同步计算原理框图；

图3为本发明的相关器原理框图；

图4为本发明的相关峰值图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1-4所示，一种快速获取频率和时间同步的通信方法，包括以下步骤：

第一步，发射机发射同步信号，该同步信号由多个线性调频信号组成；

第二步，接收机接收同步信号，并通过相关器计算该同步信号与已知信号的相关，寻找相关峰并根据相关峰位置的差值估计频率和时间误差值。

在一个可能的实现中，所述发射机发射的同步信号由两个Zadoff-Chu序列组成，该Zadoff-Chu序列具有不同的根值s₁(n)、s₂(n)， $s_1\left(n\right)=\exp \left(\frac{j2\mathrm{\π}{u}_{1}n(n-1)}{N}\right),s_2\left(n\right)=\exp \left(\frac{j2\mathrm{\π}{u}_{2}n(n-1)}{N}\right),$ 接收机接收该同步信号，接收到的信号和发送的信号直接存在未知的频率误差Δf和时间误差τ，则接收到的信号y₁(n)＝s₁(n-τ)exp(j2πΔfn)，y₂(n)＝s₂(n-τ)exp(j2πΔfn)，其中，相关器1计算该同步信号s₁(n)与已知信号y₁(n)的相关r₁(n)＝∑s₁(n)y₁(n)，设m₁为r₁(n)相关信号的峰值位置，则相关器2计算该同步信号s₂(n)与已知信号y₂(n)的相关r₂(n)＝∑s₂(n)y₂(n)，设m₂为r₂(n)相关信号的峰值位置，则根据相关信号的峰值位置m₂、m₁的差值可以估算出频率误差Δf和时间误差τ，可知频率误差Δf＝(m₁-m₂)/(u₁-u₂)*F_s/N，时间误差τ＝m₁-Δf*u₁，由此可见，本发明可直接估算出频率和时间误差，相比典型接收机的二维搜索同步方法，搜索空间大小是频率搜索点数和时间搜索点数之积，一般在1000乘以1000的量级，而本发明将传统的二维搜索简化为一维搜索，将同步所需的运算复杂度降低1000倍左右，也大幅降低接收机所需的计算处理能力，缩短同步获取的时间，提高了工作效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。

Claims (2)

1.一种快速获取频率和时间同步的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，发射机发射同步信号，该同步信号由多个线性调频信号组成；

第二步，接收机接收同步信号，并通过相关器计算该同步信号与已知信号的相关，寻找相关峰并根据相关峰位置的差值估计频率和时间误差值。

2.根据权利要求1所述的一种快速获取频率和时间同步的通信方法，其特征在于，所述同步信号由两个Zadoff-Chu序列组成，该Zadoff-Chu序列具有不同的根值。