CN105871530B - 一种抗高动态频偏变化的定时跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗高动态频偏变化的定时跟踪方法，利用独特码非相干门限判决与盲估计定时相结合来实现帧定时跟踪，分组累积最大能量与预先通过接收信号平均功率与非相干能量之比求得的门限相比，从而判决出接收信号存在与否；再通过计算接收信号前N个符号的盲估计累积能量最大值，来确定最佳的帧起始点是超前、延后还是标准，若非相干最大能量值大于门限，则判定信号存在，最佳点为盲估计最大能量点；若非相干最大能量值小于门限，则判定信号不存在，最佳点为上一次跟踪的最佳点。本发明采用盲估计定时，配合独特码非相干门限判决信号是否被遮挡，其性能几乎不受动态频偏的影响，大大提高了对高动态和低信噪比的耐受性及帧定时同步的准确度。

Description

一种抗高动态频偏变化的定时跟踪方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统领域，特别是涉及一种抗高动态频偏变化的定时跟踪方法。

背景技术

在卫星移动通信系统的终端接收装置中，基于恶劣天气和相对运动等的影响，终端接收机必须要能在低信噪比和高动态频偏变化情况下正常通信，因此要获得好的解调性能，其前提是要快速准确地实现帧同步。帧同步分为帧头捕获和帧定时跟踪，在准确地捕获到帧头的前提下，为了克服高动态频偏和低信噪比的影响，准确地进行帧定时跟踪就显得尤为重要。对于由独特码、数据块组成的信道传输帧，在信噪比较高和静态频偏情况下已经有多种有效的帧定时跟踪算法，例如独特码符号相关法、锁相环跟踪法等，但这些算法在低信噪比和高动态频偏变化环境下的定时准确度均不理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用独特码非相干门限判决与盲估计定时相结合来实现帧定时跟踪的抗高动态频偏变化的定时跟踪方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种抗高动态频偏变化的定时跟踪方法，包括以下步骤：

S1：计算每帧输入信号的平均功率power_avg，并开始进行循环定时搜索，每次定时搜索分别进行独特码非相干能量计算和N点盲估计能量计算；

S2：独特码非相干能量计算得到非相干最大能量值，N点盲估计能量计算得到盲估计最大能量值；

S3：比较得到的多次定时搜索的非相干最大能量值，比较得到的多次定时搜索的盲估计最大能量值；

S4：计算比例系数ratio，以此得到判决信号存在与否的门限bound，将非相干最大能量值与门限bound进行比较，若非相干最大能量值大于门限bound，则判定信号存在，最佳点为盲估计最大能量点；若非相干最大能量值小于门限bound，则判定信号不存在，最佳点为上一次跟踪求得的最佳点；

S5：通过计算接收信号前N个符号的盲估计最大能量值，来确定最佳的帧起始点是超前、延后还是标准。

所述独特码非相干能量计算步骤包括：

SS1：将一帧内独特码分为n组，每组m个独特码符号；

SS2：分别将每组的m个已知独特码符号与从接收信号中提取出相对应的独特码符号求相关并累加；

SS3：分别将n组累加值求能量；

SS4：最后将各个能量值进行累加得到非相干能量值。

所述N点盲估计能量计算步骤包括：

SSS1：将前N个接收符号进行共轭相关计算；

SSS2：累加得到盲估计能量累加值。

比例系数ratio的计算方式为：通过仿真平均功率与独特码非相干最大能量值的比值，得出比例系数ratio的取值范围，从中选出一个合适值，门限bound等于power_avg/ratio。

本发明的有益效果是：

通过上述帧定时跟踪流程，即可实现卫星通信系统终端不同信道的精确帧同步，获得准确的各帧起始位置。传统帧定时跟踪通常利用独特码符号相关和锁相环路跟踪等方法，其性能非常容易受动态频偏变化和信噪比的影响，即其性能会随着归一化动态频偏的增大(或信噪比的降低)而急剧恶化。本发明采用盲估计定时，配合独特码非相干门限判决信号是否被遮挡，其性能几乎不受动态频偏的影响，大大提高了对高动态和低信噪比的耐受性及帧定时同步的准确度。

附图说明

图1为本发明定时跟踪方法流程图；

图2为独特码非相干工作流程图；

图3为盲估计工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

本发明基于独特码非相干法得到的分组累积最大能量，与预先通过接收信号平均功率与非相干能量之比求得的门限相比，从而判决出接收信号存在与否；再通过计算接收信号前N个符号的盲估计累积能量最大值，来确定最佳的帧起始点是超前、延后还是标准，具体结合方式为：若非相干最大能量值大于门限，则判定信号存在，最佳点为盲估计最大能量点；若非相干最大能量值小于门限，则判定信号不存在，最佳点为上一次跟踪的最佳点，由此根据最佳点即可抽取出最佳的接收信号序列。

卫星通信系统通常按帧传输，每帧数据由独特码(UW)、数据块组成，假定接收端采用D倍采样，这里以D＝8为例，由于在帧定时跟踪前均会进行帧头捕获，因此在帧头初始捕获的定时估计精度基础上，每n帧做一次定时跟踪，n根据不同应用情况可取不同值。以每一帧做一次跟踪为例，假定每一帧相对于前一帧最多超前或延后2个采样点，则每次定时跟踪需要搜索5个采样点，则独特码非相干门限判决与盲估计相结合的定时跟踪整体流程如图1所示。

根据帧定时跟踪流程，首先需要计算每帧输入信号的平均功率power_avg，并开始进行循环定时搜索，每次定时搜索分别进行独特码非相干能量计算和N点盲估计能量计算，独特码非相干的具体工作流程如图2所示，即首先将一帧内独特码分为n组，每组m个独特码符号，分别将每组的m个已知独特码符号与从接收信号中提取出相对应的独特码符号求相关(即共轭相乘)并累加，再分别将n组累加值求能量，最后将各个能量值进行累加即可得到非相干能量值。

以第一组的m个独特码符号为例，假定初始捕获后帧头最佳采样点为第4点，则跟踪需要从第二个采样点开始向右搜索5次，假定uw_map为已知的前m个独特码符号的QPSK映射点，uw_recv为从接收的8倍采样信号中提取出的独特码采样信号，则第一组独特码与接收独特码信号求相关并累加如下式所示：

其中j表示搜索次数，取值为[1,2,3,4,5]；uw_recv每隔8个采样点抽取出一个独特码有效点，每搜索一次，计算一次相关值并累加，5次搜索完毕即可得到5个相关累加值signal(j)_{j∈[1,2,3,4,5]}。再将这5个累加值分别求能量，可得到第一组独特码的5个相关能量值eng_uw(1,j)_{j∈[1,2,3,4,5]}，同理可得到其它n-1组独特码的5个相关能量值，依次将求得的能量值进行累加，如下式所示：

其中eng_uw(i,j)表示第i组独特码第j次搜索求得的非相干能量值。

N点盲估计能量计算的具体流程如图3所示，即将前N个接收符号进行共轭相关计算，然后再累加得到盲估计能量累加值，其计算公式如下所示：

其中sig_recv为接收到的8倍采样信号，5次搜索可得到5个盲估计能量值，能量最大值点即为求得的最佳采样点。

接下来需要计算出ratio，以此得到判决信号存在与否的门限bound，通过仿真平均功率与独特码非相干能量最大值的比值，可得出ratio的大概取值范围，再从中选出一个合适值，门限bound就等于power_avg/ratio。将非相干最大能量值与bound进行比较，若非相干最大能量值大于bound，则判定信号存在，最佳点为盲最大能量点；若非相干最大能量值小于bound，则判定信号不存在(存在遮挡或阴影)，最佳点为上一次跟踪求得的最佳点，这里的最佳点若为前两个采样点任意一点，表示信号超前一个点；若为后两个采样点任意一点，表示信号延后一个点；若刚好为中间点，表示信号不超前也不延后，由此根据得出的最佳点即可抽取出正确的接收序列。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种抗高动态频偏变化的定时跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：计算每帧输入信号的平均功率power_avg，并开始进行循环定时搜索，每次定时搜索分别进行独特码非相干能量计算和N点盲估计能量计算；

S2：独特码非相干能量计算得到非相干最大能量值，N点盲估计能量计算得到盲估计最大能量值；

S3：比较得到的多次定时搜索的非相干最大能量值，比较得到的多次定时搜索的盲估计最大能量值；

S4：计算比例系数ratio，以此得到判决信号存在与否的门限bound，将非相干最大能量值与门限bound进行比较，若非相干最大能量值大于门限bound，则判定信号存在，最佳点为盲估计最大能量点；若非相干最大能量值小于门限bound，则判定信号不存在，最佳点为上一次跟踪求得的最佳点；

S5：通过计算接收信号前N个符号的盲估计最大能量值，来确定最佳的帧起始点是超前、延后还是标准。

2.根据权利要求1所述的一种抗高动态频偏变化的定时跟踪方法，其特征在于：所述独特码非相干能量计算步骤包括：

SS1：将一帧内独特码分为n组，每组m个独特码符号；

SS2：分别将每组的m个已知独特码符号与从接收信号中提取出相对应的独特码符号求相关并累加；

SS3：分别将n组累加值求能量；

SS4：最后将各个能量值进行累加得到非相干能量值。

3.根据权利要求1所述的一种抗高动态频偏变化的定时跟踪方法，其特征在于：所述N点盲估计能量计算步骤包括：

SSS1：将前N个接收符号进行共轭相关计算；

SSS2：累加得到盲估计能量累加值。

4.根据权利要求1所述的一种抗高动态频偏变化的定时跟踪方法，其特征在于：比例系数ratio的计算方式为：通过仿真平均功率与独特码非相干最大能量值的比值，得出比例系数ratio的取值范围，从中选出一个合适值，门限bound等于power_avg/ratio。