CN107318157A - 基于前导序列的定时误差估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于前导序列的定时误差估计方法，包含以下步骤：1)、设置匹配抽取滤波器的抽取因子为M＝N‑1；2)、对匹配抽取滤波器的输出结果进行基于已知前导序列的滑动相关运算；3)、由峰值门限检测器对滑动相关运算的输出进行判决，标记峰值位置；4)、以标记的峰值位置为中心点，设定傅里叶变换窗口长度为覆盖4个T_symbol的时间长度，对窗口长度内的滑动相关运算的输出值进行傅里叶蝶形变换；5)、对傅里叶蝶形变换输出结果进行频域相位运算；6)、对频域相位运算进行映射输出，输出定时误差估计值。本发明使得定时同步调整步进在有效的范围内能够快速趋于收敛。

Description

基于前导序列的定时误差估计方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及航空航天飞行器的无线通信设备，是一种单载波系统中基于前导序列的定时误差估计的实现方法。

背景技术

随着通信业务量的高速增长，对无线通信系统的传输速率提出更高的要求。伴随着传输速率的提升，各种高阶调制方式得到应用，然而高阶调制解调门限的局限性导致系统靠各种物理手段来弥补能量损失，例如增大发射功率，以提升接收机的信噪比达到最佳接收，其衍生对功放的要求更加苛刻，同时由于高阶调制的幅度包络不恒定，导致功放效率降低，因此在现阶段进行高速信息传输时，一般采用OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，正交频分复用)和单载波QPSK两种方式，其中OFDM技术对载波同步比较敏感，而且PAPR(Peak-to-Average Power Ratio，峰均功率比)较大；而单载波QPSK技术相比不存在PAPR问题，而且不需要昂贵的显性功率放大器，对载波同步不是特别敏感，同时可以采用信道纠错编译码、频域均衡等方式来有效降低多径引起的数据干扰。同时单载波QPSK方式相对于OFDM、高阶调制等技术实现复杂度低，鲁棒性更高，系统更趋于稳健。

无线通信技术领域的核心问题之一即为同步，其包含定时同步和载波同步。一般地，定时同步分盲同步和基于训练的先验同步两种方式。基于训练的先验同步采用类扩频模式构建前导序列或训练序列，基于扩频码同步方式进行定时误差信号估计，及采用与符号相关的已知波形与接收信号进行匹配滤波，即滑动相关运算，就会在符号同步的位置出现前导序列的累积相关峰值，由于前导序列的相关性，其相关输出具有以最大相关峰值为中心的偶对称特性，即最大相关峰值一般处于该符号间隔的中点，两边的相关值对称逐渐降低，如果实际抽样位置偏离峰点位置，就可根据早-迟门同步估计器来进行定时误差信息估计，并通过反馈控制使得下次同步误差减小，约定迟抽样点相关值为p1，早抽样点相关值为p2，定时误差 经过归一化后取值为0、-1或1等三种状态，仅能识别定时调整的方向，而不能表征定时同步调整的步进范围和基于系统采样时钟的定时误差归一化偏移量。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种基于前导序列的定时误差估计方法，用以解决传统定时误差估计不能表征定时同步调整的步进范围和基于系统采样速率的定时误差归一化偏移量的难题，使得定时同步调整步进在有效的范围内能够快速趋于收敛。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于前导序列的定时误差估计方法，包含以下步骤：

步骤1)、设置匹配抽取滤波器的抽取因子为M＝N-1，将ADC采样后的输入数字信号经过匹配抽取滤波器降低采样速率，即滑动相关信号采样速率f_corr＝2^N-Mf_symbol，N为自然数，M为正整数N＞M，且N≥3，f_symbol为信号符号速率；

步骤2)、由前导序列滑动相关器对匹配抽取滤波器的输出结果进行基于已知前导序列的滑动相关运算；

步骤3)、对峰值门限检测器设定门限阀值，由峰值门限检测器对滑动相关运算的输出进行判决，输出相关峰值并标记峰值位置；

步骤4)、以标记的峰值位置为中心点，设定傅里叶变换窗口长度为覆盖4个T_symbol的时间长度，对窗口长度内的滑动相关运算的输出值进行傅里叶蝶形变换，其中T_symbol＝1/f_symbol；

步骤5)、对傅里叶蝶形变换输出结果进行频域相位运算其中R_imag为傅里叶蝶形变换输出的虚部，R_real傅里叶蝶形变换输出的实部，R_→0为极小值；

步骤6)、对频域相位运算进行映射输出，输出定时误差估计值映射关系为：其中取傅里叶蝶形变换输出的第一个值。

进一步，步骤6)还包含对频域相位运算进行归一化处理，输出定时误差归一化偏移量映射关系为：

本发明的有益效果在于：

1、本方法能依据定时误差估计值限定定时同步调整的步进范围，调整范围为且调整方向依据的正负进行选择，较传统算法只有归一化三个样本值有了进一步细化，缩小了步进范围，利于定时同步快速收敛。

2、基于系统采样速率的定时误差归一化偏移量能有效表征偏移定时最佳采样点的个数，特别地，在突发通信的定时同步开环设计中能在前导序列的持续时间结束后对有效的业务信息快速进行采样点调整，实现定时的粗同步，简化定时同步算法实现，且降低了定时同步的时间开销。

附图说明

图1为实施例中定时误差估计方法的流程框图；

图2为实施例中窗口设定及傅里叶蝶形变换时序示意图；

图3为实施例中频域相位运算示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本实施例一种基于前导序列的定时误差估计方法的流程如下：(1)匹配抽取滤波器

经过ADC采样后的输入数字信号，采样速率为f_sample，(f_sample＝2^Nf_symbol，f_symbol为信号符号速率，N为自然数)，由匹配抽取滤波器对输入数字信号进行降低采样速率(即滑动相关信号采样速率f_corr)。其中匹配抽取滤波器的抽取因子定义为M＝N-1，则N＞M，且N≥3。为简化傅里叶蝶形变换所需的资源量，设定匹配抽取后一个信号符号内有2个采样点，即N＝M+1。

(2)前导序列滑动相关器

前导序列滑动相关器对匹配抽取滤波器的输出结果进行基于已知前导序列的滑动相关运算，其中前导序列具有恒定幅值零自相关的特性，一般地，前导序列在m序列、CACAC序列、Frank序列或Chu序列中进行选择。

(3)峰值门限检测器

设定峰值门限检测器的门限阀值，由峰值门限检测器对前导序列滑动相关器输出的滑动相关运算进行判决，输出相关峰值并标记峰值位置。

(4)窗口设定及傅里叶蝶形变换

以标记的峰值位置为中心，设定傅里叶蝶形变换窗口长度，窗口长度需覆盖4个T_symbol(T_symbol＝1/f_symbol)的时间长度，则傅里叶变换点数为4×2^N-M，根据设定的N、M的关系则傅里叶变换点数为8，对窗口长度内的滑动相关值进行傅里叶蝶形变换并输出。时序相关示意图如附图2所示。

(5)频域相位运算

对傅里叶蝶形变换输出结果(R_real+jR_imag)进行数学运算。运算流程见附图3所示，由实部R_real累加极小值R_→0参与运算，可随机设定，输出频域相位运算且

(6)定时误差映射输出

对频域相位运算进行映射输出，输出定时误差估计值即为当前定时采样值与最佳定时采样值的偏移量，映射关系为：其中取傅里叶蝶形变换输出的第一个值。

或者对频域相位运算进行归一化处理，输出定时误差归一化偏移量映射关系为：为在采样速率为f_sample时定时误差的归一化偏移量，表征偏移定时最佳采样点的个数。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于前导序列的定时误差估计方法，包含以下步骤：

步骤1)、设置匹配抽取滤波器的抽取因子为M＝N-1，将ADC采样后的输入数字信号经过匹配抽取滤波器降低采样速率，即滑动相关信号采样速率f_corr＝2^N-Mf_symbol，N为自然数，M为正整数N＞M，且N≥3，f_symbol为信号符号速率；

步骤2)、由前导序列滑动相关器对匹配抽取滤波器的输出结果进行基于已知前导序列的滑动相关运算；

步骤3)、对峰值门限检测器设定门限阀值，由峰值门限检测器对滑动相关运算的输出进行判决，输出相关峰值并标记峰值位置；

步骤4)、以标记的峰值位置为中心点，设定傅里叶变换窗口长度为覆盖4个T_symbol的时间长度，对窗口长度内的滑动相关运算的输出值进行傅里叶蝶形变换，其中T_symbol＝1/f_symbol；

步骤5)、对傅里叶蝶形变换输出结果进行频域相位运算其中R_imag为傅里叶蝶形变换输出的虚部，R_real傅里叶蝶形变换输出的实部，R_→0为极小值；

步骤6)、对频域相位运算进行映射输出，输出定时误差估计值映射关系为：其中取傅里叶蝶形变换输出的第一个值。

2.根据权利要求1所述的一种基于前导序列的定时误差估计方法，其特征在于所述步骤6)包含对频域相位运算进行进一化处理，输出定时误差归一化偏移量映射关系为：