CN105162571A - 基于chirp信号进行同步的方法、接收端装置及通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于chirp信号进行同步的方法、接收端装置及通信系统，其中方法包括：在接收到发送端发送的第一实chirp信号之后，对第一实chirp信号进行匹配滤波处理，并产生与第一实chirp信号具有相同参数的复上下扫频信号，利用复上下扫频信号对匹配滤波处理后的信号进行滑动相关，确定出最佳采样点，基于最佳采样点对从接收端接收的实chirp信号进行抽取，得到第二实chirp信号，通过第二实chirp信号和复上下扫频信号计算频偏和时延。本发明提供的基于chirp信号进行同步的方法、接收端装置及通信系统结合时域相关的方法来进行最佳采样点的估计，结构简单，容易实现。

Description

基于chirp信号进行同步的方法、接收端装置及通信系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于chirp信号进行同步的方法、接收端装置及通信系统。

背景技术

在卫星移动通信系统中，频率同步和定时同步是终端入网的先决条件。一般情况下，窄带系统中的校频信道采用chirp信号，由此来获得处理增益，而且可使终端同时估计频率误差和定时误差。进行参数设计时应使其频率变化的范围覆盖系统初始的最大频差，并且应满足系统的定时精度要求和具有较大的处理增益。

现有技术中实现同步的方法为：在接收端产生参考信号，基于参考信号与接收端接收的信号估计时延和频偏。发明人在实现本发明创造的过程中发现：在接收端进行相关处理时，必须得到正确的接收chirp信号，即必须获得最佳同步点，然而，现有技术并未给出获得正确的接收chirp信号，即并未给出获得最佳同步点的方式。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于chirp信号进行同步的方法、接收端装置及通信系统，用以解决现有技术中并未给出获得正确的接收chirp信号，即并未给出获得最佳同步点的方式的问题，其技术方案如下:

一种基于chirp信号进行同步的方法，包括：

接收发送端发送的第一实chirp信号；

对所述第一实chirp信号进行匹配滤波处理，并产生与所述第一实chirp信号具有相同参数的复上下扫频信号；

利用所述复上下扫频信号对匹配滤波处理后的信号进行滑动相关，确定出最佳采样点；

基于所述最佳采样点对从所述接收端接收的实chirp信号进行抽取，得到第二实chirp信号，所述第二实chirp信号与所述第一实chirp信号长度相同；

通过所述第二实chirp信号和所述复上下扫频信号计算频偏和时延。

其中，利用所述复上下扫频信号对匹配滤波处理后的信号进行滑动相关，确定出最佳采样点，包括：

将匹配滤波处理后的信号的第一位作为数据抽取起始位，执行步骤a和步骤b：

步骤a：每隔预设间隔抽取一位，直到抽取的数据个数与所述复上下扫频信号的数据个数相同；

步骤b：将抽取出的数据与所述复上下扫频信号进行按位相乘，并求取相乘结果的绝对值之和；

将所述数据抽取起始位从所述第一位向后移一位，按照所述步骤a和步骤b进行处理，直至最后一次的抽取到达所述匹配滤波处理后的信号的数据末尾结束；

从所有的绝对值之和中找出最大值，将与所述最大值对应的数据抽取起始位确定为所述最佳采样点。

其中，通过所述第二实chirp信号和所述复上下扫频信号计算频偏和时延，包括：

将所述第二实chirp信号与所述复上下扫频信号的延迟共轭相关，得到峰值处对应的时间T1和T2，通过t＝(T1+T2)/2计算所述时延t；

将所述第二实chirp信号与所述复上下扫频信号点乘，进行FFT，得到峰值对应的频率值F1和F2，通过f＝(F1+F2)/2计算所述频偏f。

其中，将第二实chirp信号与所述复上下扫频信号的延迟共轭相关，得到峰值处对应的时间T1和T2，具体为：

将所述复上下扫频信号中的上扫频信号进行前后翻转使最后一位置成为第一位，第一位置成为最后一位；将所述上扫频信号翻转后得到的数据与所述第二实chirp信号进行卷积运算，得到峰值处对应的时间T1；

将所述复上下扫频信号中的下扫频信号进行前后翻转使最后一位置成为第一位，第一位置成为最后一位；将所述下扫频信号翻转后得到的数据与所述第二实chirp信号进行卷积运算，得到峰值处对应的时间T2。

一种通信系统中的接收端装置，包括：接收单元、处理单元、确定单元、数据抽取单元和计算单元；

所述接收单元，用于接收所述通信系统中发送端发送的第一实chirp信号；

所述处理单元，用于对所述接收单元接收的所述第一实chirp信号进行匹配滤波处理，并产生与所述第一实chirp信号具有相同参数的复上下扫频信号；

所述确定单元，用于利用所述复上下扫频信号对所述处理单元匹配滤波处理后的信号进行滑动相关，确定出最佳采样点；

所述数据抽取单元，用于基于所述确定单元确定出的所述最佳采样点对从所述接收端接收的实chirp信号进行抽取，得到第二实chirp信号，所述第二实chirp信号与所述第一实chirp信号长度相同；

所述计算单元，用于通过所述数据抽取单元抽取的所述第二实chirp信号和所述处理单元产生的所述复上下扫频信号计算频偏和时延。

其中，所述确定单元包括：数据抽取和计算子单元和最佳采样点确定子单元；

所述数据抽取和计算子单元，用于将匹配滤波处理后的信号的第一位作为数据抽取起始位，执行如下操作：步骤a：每隔预设间隔抽取一位，直到抽取的数据个数与所述复上下扫频信号的数据个数相同；步骤b：将抽取出的数据与所述复上下扫频信号进行按位相乘，并求取相乘结果的绝对值之和；将所述数据抽取起始位从所述第一位向后移一位，按照所述步骤a和步骤b进行处理，直至最后一次的抽取到达所述匹配滤波处理后的信号的数据末尾结束；

所述最佳采样点确定子单元，用于从所有的绝对值之和中找出最大值，将与所述最大值对应的数据抽取起始位确定为所述最佳采样点。

其中，所述计算单元包括：时延计算子单元和频偏计算子单元；

所述时延计算子单元，用于将所述第二实chirp信号与所述复上下扫频信号的延迟共轭相关，得到峰值处对应的时间T1和T2，通过t＝(T1+T2)/2计算所述时延t；

所述频偏计算子单元，用于将所述第二实chirp信号与所述复上下扫频信号点乘，进行FFT，得到峰值对应的频率值F1和F2，通过f＝(F1+F2)/2计算所述频偏f。

其中，所述时延计算子单元，包括：第一计算模块和第二计算模块；

所述第一计算模块，用于将所述复上下扫频信号中的上扫频信号进行前后翻转使最后一位置成为第一位，第一位置成为最后一位；将所述上扫频信号翻转后得到的数据与所述第二实chirp信号进行卷积运算，得到峰值处对应的时间T1；

所述第一计算模块，用于将所述复上下扫频信号中的下扫频信号进行前后翻转使最后一位置成为第一位，第一位置成为最后一位；将所述下扫频信号翻转后得到的数据与所述第二实chirp信号进行卷积运算，得到峰值处对应的时间T2。

一种通信系统，包括发送端装置和上述的接收端装置。

上述技术方案具有如下有益效果：

本发明提供的基于chirp信号进行同步的方法、接收端装置及通信系统，在接收到发送端发送的第一实chirp信号之后，能够对第一实chirp信号进行匹配滤波处理，并产生与第一实chirp信号具有相同参数的复上下扫频信号，并利用复上下扫频信号对匹配滤波处理后的信号进行滑动相关，确定出最佳采样点，该最佳采样点即为最佳同步点，基于该最佳同步点，能够进一步获得正确接收的chirp信号。本发明提供的基于chirp信号进行同步的方法、接收端装置及通信系统结合时域相关的方法来进行最佳采样点的估计，结构简单，容易实现。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于chirp信号进行同步的方法的流程示意图

图2为本发明实施例提供的一种基于chirp信号进行同步的方法中，利用复上下扫频信号对匹配滤波处理后的信号进行滑动相关，确定出最佳采样点的实现方式的一流程示意图；

图3为本发明实施例提供的数据抽取方式示意图；

图4为本发明实施例提供的基于抽取的k个数据与复上下扫频信号确定最佳采样点的示意图；

图5为本发明实施例提供的时延的求取过程示意图；

图6为本发明实施例提供的频偏的求取过程示意图；

图7为本发明实施例提供的通信系统中的接收端装置的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的通信系统中的接收端装置中确定单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，为本发明实施例提供的一种基于chirp信号进行同步的方法的流程示意图，该方法可以包括：

步骤S101：接收发送端发送的第一实chirp信号。

在本实施例中，发送端发送的数据可以为chirp信号和保护比特，保护比特的长度和chirp信号的长度相等，为全“0”。Chirp信号的具体数学形式为：

$x\left(t\right)=cos\[\frac{0.96}{120T^2}\mathrm{\π}{(t-\frac{120T}{2})}^2\]---\left(1\right)$

其中，T＝0.0015s，发送时间持续5T。

步骤S102：对第一实chirp信号进行匹配滤波处理，并产生与第一实chirp信号具有相同参数的复上下扫频信号。

本实施例中在对chirp信号进行匹配滤波处理时，使用的匹配滤波器系数与发送端成形滤波器系数相同。

步骤S103：利用复上下扫频信号对匹配滤波处理后的信号进行滑动相关，确定出最佳采样点。

步骤S104：基于最佳采样点对从接收端接收的实chirp信号进行抽取，得到第二实chirp信号。

其中，第二实chirp信号与第一实chirp信号长度相同。

步骤S105：通过第二实chirp信号和复上下扫频信号计算频偏和时延。

本发明实施例提供的基于chirp信号进行同步的方法，能够对第一实chirp信号进行匹配滤波处理，并产生与第一实chirp信号具有相同参数的复上下扫频信号，并利用复上下扫频信号对匹配滤波处理后的信号进行滑动相关，从而确定出最佳采样点，该最佳采样点即为最佳同步点，基于该最佳同步点，能够进一步获得正确接收的chirp信号。本发明实施例提供的基于chirp信号进行同步的方法结合时域相关的方法来进行最佳采样点的估计，实现过程容易、简单。

请参阅图2，示出了上述实施例中利用复上下扫频信号对匹配滤波处理后的信号进行滑动相关，确定出最佳采样点的实现方式的一流程示意图，实现过程可以包括：

步骤S201：将匹配滤波处理后的信号的第一位确定为数据抽取起始位，然后转入步骤S202。

步骤S202：每隔预设间隔抽取一位，直到抽取的数据个数与复上下扫频信号的数据个数相同。

假设数据速率是基带速率的N倍，则在一种可能的实现方式中，可将预设个设置为N进行数据的抽取。

请参阅图3和图4，图3示除了数据抽取方式示意图，图4示出了基于抽取的K个数据与复上下扫频信号确定最佳采样点的示意图。

步骤S203：将抽取出的数据与复上下扫频信号进行按位相乘，并求取相乘结果的绝对值之和。

步骤S204：判断抽取的最后一位数据是否位于匹配滤波处理后的信号的数据末尾，如果否，则转入步骤S205，如果是，则转入步骤。

步骤S205：将数据抽取起始位从第一位向后移一位，然后转入步骤S202。

步骤S206：从所有的绝对值之和中找出最大值，将与所述最大值对应的数据抽取起始位确定为最佳采样点。

在上述实施例中，通过所述第二实chirp信号和复上下扫频信号计算频偏和时延，包括：将第二实chirp信号与复上下扫频信号的延迟共轭相关，得到峰值处对应的时间T1和T2，通过t＝(T1+T2)/2计算时延t；将第二实chirp信号与复上下扫频信号点乘，进行FFT，得到峰值对应的频率值F1和F2，通过f＝(F1+F2)/2计算频偏f。请参阅图5和图6，图5为时延的求取过程示意图，图5中s*为接收端产生的chirp信号的共轭，上下扫频同时进行，过程相同。图6为频偏的求取过程示意图，上下扫频具体形式为：

$s\_up=\exp (j\mathrm{\π}\mathrm{\μ}{(t-\frac{120T}{2})}^2$ 和 $s\_down=\exp (-j\mathrm{\π}\mathrm{\μ}{(t-\frac{120T}{2})}^2,$ 其中μ＝0.96/120T²。

需要说明的是，本发明实施例不限定时延计算和频偏计算的先后顺序，即可先计算时延，再计算频偏，也可先计算频偏，再计算时延，还可同时计算时延和频偏。只要通过确定出的第二实chirp信号和复上下扫频信号计算频偏和时延都属于本发明保护的范围。

进一步的，将第二实chirp信号与复上下扫频信号的延迟共轭相关，得到峰值处对应的时间T1和T2，具体为：将复上下扫频信号中的上扫频信号进行前后翻转使最后一位置成为第一位，第一位置成为最后一位；将所述上扫频信号翻转后得到的数据与所述第二实chirp信号进行卷积运算，得到峰值处对应的时间T1；类似的，将所述复上下扫频信号中的下扫频信号进行前后翻转使最后一位置成为第一位，第一位置成为最后一位；将下扫频信号翻转后得到的数据与第二实chirp信号进行卷积运算，得到峰值处对应的时间T2。

与上述方法相对应，本发明实施例还提供了一种通信系统中的接收端装置，请参阅图7，示出了该装置的结构示意图，可以包括：接收单元701、处理单元702、确定单元703、数据抽取单元704和计算单元705。

接收单元701，用于接收所述通信系统中发送端发送的第一实chirp信号。

处理单元702，用于对接收单元701接收的第一实chirp信号进行匹配滤波处理，并产生与第一实chirp信号具有相同参数的复上下扫频信号。

确定单元703，用于利用复上下扫频信号对处理单元702匹配滤波处理后的信号进行滑动相关，确定出最佳采样点。

数据抽取单元704，用于基于所述确定单元703确定出的最佳采样点对从接收端接收的实chirp信号进行抽取，得到第二实chirp信号，第二实chirp信号与第一实chirp信号长度相同。

计算单元705，用于通过所述数据抽取单元704抽取的第二实chirp信号和处理单元702产生的复上下扫频信号计算频偏和时延。

本发明实施例提供的通信系统中的接收端装置，能够对第一实chirp信号进行匹配滤波处理，并产生与第一实chirp信号具有相同参数的复上下扫频信号，并利用复上下扫频信号对匹配滤波处理后的信号进行滑动相关，从而确定出最佳采样点，该最佳采样点即为最佳同步点，基于该最佳同步点，能够进一步获得正确接收的chirp信号。本发明实施例提供的通信系统中的接收端装置结合时域相关的方法来进行最佳采样点的估计，实现过程容易、简单。

请参阅图8，示出了上述实施例中确定单元703的一结构示意图，可以包括：数据抽取和计算子单元801和最佳采样点确定子单元802。

数据抽取和计算子单元801，用于将匹配滤波处理后的信号的第一位作为数据抽取起始位，执行如下操作：步骤a：每隔预设间隔抽取一位，直到抽取的数据个数与所述复上下扫频信号的数据个数相同；步骤b：将抽取出的数据与所述复上下扫频信号进行按位相乘，并求取相乘结果的绝对值之和；将所述数据抽取起始位从所述第一位向后移一位，按照所述步骤a和步骤b进行处理，直至最后一次的抽取到达所述匹配滤波处理后的信号的数据末尾结束；

最佳采样点确定子单元802，用于从所有的绝对值之和中找出最大值，将与所述最大值对应的数据抽取起始位确定为所述最佳采样点。

上述实施例中的计算单元705可以包括时延计算子单元和频偏计算子单元，其中：

时延计算子单元，用于将所述第二实chirp信号与所述复上下扫频信号的延迟共轭相关，得到峰值处对应的时间T1和T2，通过t＝(T1+T2)/2计算所述时延t。

频偏计算子单元，用于将所述第二实chirp信号与所述复上下扫频信号点乘，进行FFT，得到峰值对应的频率值F1和F2，通过f＝(F1+F2)/2计算所述频偏f。

进一步的，时延计算子单元，包括：第一计算模块和第二计算模块，其中：

第一计算模块，用于将所述复上下扫频信号中的上扫频信号进行前后翻转使最后一位置成为第一位，第一位置成为最后一位；将所述上扫频信号翻转后得到的数据与所述第二实chirp信号进行卷积运算，得到峰值处对应的时间T1；。

第二计算模块，用于将所述复上下扫频信号中的下扫频信号进行前后翻转使最后一位置成为第一位，第一位置成为最后一位；将所述下扫频信号翻转后得到的数据与所述第二实chirp信号进行卷积运算，得到峰值处对应的时间T2。

本发明实施例还提供了一种通信系统，该系统可以包括发送端装置和上述任一实施例提供的接收端装置。接收端装置的结构和功能可参见上述实施例，在此不作赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于chirp信号进行同步的方法，其特征在于，包括：

接收发送端发送的第一实chirp信号；

对所述第一实chirp信号进行匹配滤波处理，并产生与所述第一实chirp信号具有相同参数的复上下扫频信号；

利用所述复上下扫频信号对匹配滤波处理后的信号进行滑动相关，确定出最佳采样点；

基于所述最佳采样点对从所述接收端接收的实chirp信号进行抽取，得到第二实chirp信号，所述第二实chirp信号与所述第一实chirp信号长度相同；

通过所述第二实chirp信号和所述复上下扫频信号计算频偏和时延。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述复上下扫频信号对匹配滤波处理后的信号进行滑动相关，确定出最佳采样点，包括：

将匹配滤波处理后的信号的第一位作为数据抽取起始位，执行步骤a和步骤b：

步骤a：每隔预设间隔抽取一位，直到抽取的数据个数与所述复上下扫频信号的数据个数相同；

步骤b：将抽取出的数据与所述复上下扫频信号进行按位相乘，并求取相乘结果的绝对值之和；

将所述数据抽取起始位从所述第一位向后移一位，按照所述步骤a和步骤b进行处理，直至最后一次的抽取到达所述匹配滤波处理后的信号的数据末尾结束；

从所有的绝对值之和中找出最大值，将与所述最大值对应的数据抽取起始位确定为所述最佳采样点。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过所述第二实chirp信号和所述复上下扫频信号计算频偏和时延，包括：

将所述第二实chirp信号与所述复上下扫频信号的延迟共轭相关，得到峰值处对应的时间T1和T2，通过t＝(T1+T2)/2计算所述时延t；

将所述第二实chirp信号与所述复上下扫频信号点乘，进行FFT，得到峰值对应的频率值F1和F2，通过f＝(F1+F2)/2计算所述频偏f。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将第二实chirp信号与所述复上下扫频信号的延迟共轭相关，得到峰值处对应的时间T1和T2，具体为：

将所述复上下扫频信号中的上扫频信号进行前后翻转使最后一位置成为第一位，第一位置成为最后一位；将所述上扫频信号翻转后得到的数据与所述第二实chirp信号进行卷积运算，得到峰值处对应的时间T1；

将所述复上下扫频信号中的下扫频信号进行前后翻转使最后一位置成为第一位，第一位置成为最后一位；将所述下扫频信号翻转后得到的数据与所述第二实chirp信号进行卷积运算，得到峰值处对应的时间T2。

5.一种通信系统中的接收端装置，其特征在于，包括：接收单元、处理单元、确定单元、数据抽取单元和计算单元；

所述接收单元，用于接收所述通信系统中发送端发送的第一实chirp信号；

所述处理单元，用于对所述接收单元接收的所述第一实chirp信号进行匹配滤波处理，并产生与所述第一实chirp信号具有相同参数的复上下扫频信号；

所述确定单元，用于利用所述复上下扫频信号对所述处理单元匹配滤波处理后的信号进行滑动相关，确定出最佳采样点；

所述数据抽取单元，用于基于所述确定单元确定出的所述最佳采样点对从所述接收端接收的实chirp信号进行抽取，得到第二实chirp信号，所述第二实chirp信号与所述第一实chirp信号长度相同；

所述计算单元，用于通过所述数据抽取单元抽取的所述第二实chirp信号和所述处理单元产生的所述复上下扫频信号计算频偏和时延。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述确定单元包括：数据抽取和计算子单元和最佳采样点确定子单元；

所述数据抽取和计算子单元，用于将匹配滤波处理后的信号的第一位作为数据抽取起始位，执行如下操作：步骤a：每隔预设间隔抽取一位，直到抽取的数据个数与所述复上下扫频信号的数据个数相同；步骤b：将抽取出的数据与所述复上下扫频信号进行按位相乘，并求取相乘结果的绝对值之和；将所述数据抽取起始位从所述第一位向后移一位，按照所述步骤a和步骤b进行处理，直至最后一次的抽取到达所述匹配滤波处理后的信号的数据末尾结束；

所述最佳采样点确定子单元，用于从所有的绝对值之和中找出最大值，将与所述最大值对应的数据抽取起始位确定为所述最佳采样点。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述计算单元包括：时延计算子单元和频偏计算子单元；

所述时延计算子单元，用于将所述第二实chirp信号与所述复上下扫频信号的延迟共轭相关，得到峰值处对应的时间T1和T2，通过t＝(T1+T2)/2计算所述时延t；

所述频偏计算子单元，用于将所述第二实chirp信号与所述复上下扫频信号点乘，进行FFT，得到峰值对应的频率值F1和F2，通过f＝(F1+F2)/2计算所述频偏f。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述时延计算子单元，包括：第一计算模块和第二计算模块；

所述第一计算模块，用于将所述复上下扫频信号中的上扫频信号进行前后翻转使最后一位置成为第一位，第一位置成为最后一位；将所述上扫频信号翻转后得到的数据与所述第二实chirp信号进行卷积运算，得到峰值处对应的时间T1；

所述第一计算模块，用于将所述复上下扫频信号中的下扫频信号进行前后翻转使最后一位置成为第一位，第一位置成为最后一位；将所述下扫频信号翻转后得到的数据与所述第二实chirp信号进行卷积运算，得到峰值处对应的时间T2。

9.一种通信系统，其特征在于，包括发送端装置和如权利要求5-8中任意一项所述的接收端装置。