CN110071888B

CN110071888B - 一种高速数传中的快速时间同步方法

Info

Publication number: CN110071888B
Application number: CN201910154353.XA
Authority: CN
Inventors: 李小红; 张吉林; 沈亮; 李文军; 王维
Original assignee: Ksw Technologies Co ltd
Current assignee: Ksw Technologies Co ltd
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2020-06-12
Anticipated expiration: 2039-02-28
Also published as: CN111193681B; CN111193681A; CN110071888A

Abstract

本发明公开了一种高速数传中的快速时间同步方法，包括如下步骤：步骤一，产生N_s个长度为L根指数不同的ZC序列seq_ii=1…N_ｓ；步骤二，将这N_s个ZC序列首尾相连拼接成为一个长度为LN_s的序列seq；步骤三，将得到的序列seq进行子载波映射，然后变换到时域，进行N_s个不同偏移量的N_s倍抽取，得到N_s个不同的序列，将这些序列加和起来得到本地序列S_local；步骤四，对接收到的OFDM信号进行N_s倍抽取得到序列r，将序列r与本地序列S_local进行滑动相关计算检测，得到相关峰值；步骤五，根据相关峰的位置确定信号的帧头起始位置。通过本发明可以实现同步序列的相关性不受抽取偏移点的影响，并且可以大大的减少硬件实现需要的存储运算资源和处理时间。

Description

一种高速数传中的快速时间同步方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体是一种高速数传中的快速时间同步方法。

背景技术

在无线通信系统中，为了抵抗多径传输带来的干扰，一般采用OFDM(正交频分复用)或SC-FDE(单载波频域均衡)作为通信体制。尤其在现如今的遥测系统中，无人机的快速发展，使得机器的载荷能力越来越强，因此对通信速率的要求越高。

在突发通信系统中，一般采用数据辅助的方式对信号进行时间同步。通过寻找本地序列与接收信号的相关峰位置，确定OFDM信号的起始位置。OFDM高数据率传输系统的主要瓶颈在于，较高的传输数据率需要较大的带宽来实现。带宽直接决定了OFDM系统的可用子载波点数。如果可用子载波点数较大，时间同步做相关计算时对硬件的存储和运算资源需求很大，并且会带来不少的延迟。因此，国内正在积极开展传输速率在300Mbit/s以上的突发传输链路的研究工作。

对于点数较大的相关计算，一般采用两种思路，第一是对接收信号和本地序列分别取符号做相关；第二是对接收信号和本地序列分别抽取到可接受的范围做相关。取符号做相关的方法受系统频偏影响较大，因此本文主要基于抽取的快速时间同步方案。基于抽取的时间同步方案主要存在的问题是抽取偏移。接收端并不知道信号的到达时刻，也无法判断当前抽取点与里面抽取点的偏移是多少，因此，如果对接收信号和本地序列都做抽取的话，会破坏序列的相关性。本文基于该问题，提出一种新的时间同步方案。该方案同步序列的相关性不受抽取偏移点的影响，并且可以大大的减少硬件实现需要的存储运算资源和处理时间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高速数传中的快速时间同步方法，包括如下步骤：

步骤一，产生N_s个长度为L根指数不同的ZC序列seq_i,i＝1,..,N_s；

步骤二，将这N_s个ZC序列seq_i首尾相连拼接成为一个长度为LN_s的序列seq；

步骤三，将得到的序列seq进行子载波映射，然后变换到时域，进行N_s个不同偏移量的N_s倍抽取，得到N_s个不同的序列，将这些序列加和起来得到本地序列S_local；

步骤四，对接收到的OFDM信号进行N_s倍抽取得到序列r，将序列r与本地序列S_local进行滑动相关计算，得到相关峰值，确定相关峰的位置；

步骤五，根据相关峰的位置确定信号的帧头起始位置。

进一步的，所述的ZC序列的产生公式为：

式中L表示ZC序列的长度，R表示根指数，L与R是互质的整数。

进一步的，步骤三中所述的将得到的序列seq进行子载波映射是ZC序列排列在OFDM的正负子载波上，排列方式为，ZC序列的第1至N_s/2个元素排列在负子载波上，第N_s/2+1至N_s个元素排列在正子载波上。

进一步的，所述对步骤二的序列seq进行反傅里叶变换得到序列seq_time；设有N_s个序列的集合{s_i},i＝1…N_s；s_i是由seq_i补零之后得到的长度为LN_s的序列，其补零方式如式所示：

seq_time为：

进一步的，所述步骤三中的本地序列s_local为对seq_time进行N_s倍下采后，N_s个偏移量产生的序列相加得到的序列为s_local，其计算方式如下：

进一步的，所述步骤四中的滑动相关的具体实现方式为，取当前滑动窗口的点及其往后L个点作为一个序列，与本地序列s_local进行相关计算，相关计算的公式为：

其中x(i),i＝1,…,N，y(i),i＝1,…,N表示两个长度分别为N的复数序列；conj(A)表示对A取共轭，abs|A|表示对A取绝对值。

进一步的，所述步骤五中的相关峰的值是滑动窗口每滑动一次与s_local进行相关计算得到一个相关值，若相关值大于设定值，并且是所有相关值中最大的值，该相关值的滑动窗口所在的位置即为相关峰位置。

附图说明

图1为一种高速数传中的快速时间同步方法流程图；

图2为时间同步方案ZC序列子载波映射示意图；

图3为ZC序列拼接示意图；

图4新方案偏移量为0时相关图；

图5新方案偏移量为1时相关图；

图6新方案偏移量为2时相关图；

图7新方案偏移量为3时相关图；

图8新方案偏移量为4时相关图；

图9新方案偏移量为5时相关图；

图10新方案偏移量为6时相关图；

图11新方案偏移量为7时相关图；

图12新方案偏移量为8时相关图；

图13新方案偏移量为9时相关图；

图14新方案偏移量为10时相关图；

图15新方案偏移量为11时相关图；

图16新方案偏移量为12时相关图；

图17新方案偏移量为13时相关图；

图18新方案偏移量为14时相关图；

图19新方案偏移量为15时相关图。

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。

以300Mbps高速率数据传输OFDM系统为例。系统采用TDMA(时分多址)体制。系统的子载波间隔为15KHz，可用子载波数为12240个，FFT点数为16384点，CP(循环前缀)的长度为1152个点。采用16QAM 1/2码率的信道编码。一个物理层时隙的长度为1ms(毫秒)，包含了14个OFDM符号，其中第一个OFDM符号为同步头，用于实现时间同步。抽取的倍数为16。

同步头组帧流程如下：

根据公式(1)，产生16个长度为765，根指数分别为[1 7 11 13 19 23 29 31 3741 43 47 53 59 6167]的ZC序列，seq_i,i＝1,..,16。

seq₁(m+1)＝exp(-j*pi*m*(m+1)/765),m＝0,…,764

seq₂(m+1)＝exp(-j*pi*7*m*(m+1)/765),m＝0,…,764

seq₃(m+1)＝exp(-j*pi*11*m*(m+1)/765),m＝0,…,764

seq₄(m+1)＝exp(-j*pi*13*m*(m+1)/765),m＝0,…,764

seq₅(m+1)＝exp(-j*pi*19*m*(m+1)/765),m＝0,…,764

seq₆(m+1)＝exp(-j*pi*23*m*(m+1)/765),m＝0,…,764

seq₇(m+1)＝exp(-j*pi*29*m*(m+1)/765),m＝0,…,764

seq₈(m+1)＝exp(-j*pi*31*m*(m+1)/765),m＝0,…,764

seq₉(m+1)＝exp(-j*pi*37*m*(m+1)/765),m＝0,…,764

seq₁₀(m+1)＝exp(-j*pi*41*m*(m+1)/765),m＝0,…,764

seq₁₁(m+1)＝exp(-j*pi*43*m*(m+1)/765),m＝0,…,764

seq₁₂(m+1)＝exp(-j*pi*47*m*(m+1)/765),m＝0,…,764

seq₁₃(m+1)＝exp(-j*pi*53*m*(m+1)/765),m＝0,…,764

seq₁₄(m+1)＝exp(-j*pi*59*m*(m+1)/765),m＝0,…,764

seq₁₅(m+1)＝exp(-j*pi*61*m*(m+1)/765),m＝0,…,764

seq₁₆(m+1)＝exp(-j*pi*67*m*(m+1)/765),m＝0,…,764

将这16个长度为765的ZC序列seq_i,i＝1,..,16按照图3所示的方式首尾拼接成一个长度为12240的序列seq。

对进行子载波映射后的seq进行16384点的ifft得到的序列为16384点的时域序列seq_time。对seq_time进行16个不同偏移量的16倍抽取，可得到16个1024长的序列，seqD_i,i＝1,…,16，其中

偏移量为0对应的序列为：

seqD₁＝[seq_time(1)seq_time(17)seq_time(33)…seq_time(16369)]

偏移量为1对应的序列为：

seqD₂＝[seq_time(2)seq_time(18)seq_time(34)…seq_time(16370)]

偏移量为2对应的序列为：

seqD₃＝[seq_time(3)seq_time(19)seq_time(35)…seq_time(16371)]

偏移量为3对应的序列为：

seqD₄＝[seq_time(4)seq_time(20)seq_time(36)…seq_time(16372)]

偏移量为4对应的序列为：

seqD₅＝[seq_time(5)seq_time(21)seq_time(37)…seq_time(16373)]

偏移量为5对应的序列为：

seqD₆＝[seq_time(6)seq_time(22)seq_time(38)…seq_time(16374)]

偏移量为6对应的序列为：

seqD₇＝[seq_time(7)seq_time(23)seq_time(39)…seq_time(16375)]

偏移量为7对应的序列为：

seqD₈＝[seq_time(8)seq_time(24)seq_time(40)…seq_time(16376)]

偏移量为8对应的序列为：

seqD₉＝[seq_time(9)seq_time(25)seq_time(41)…seq_time(16377)]

偏移量为9对应的序列为：

seqD₁₀＝[seq_time(10)seq_time(26)seq_time(42)…seq_time(16378)]

偏移量为10对应的序列为：

seqD₁₁＝[seq_time(11)seq_time(27)seq_time(43)…seq_time(16379)]

偏移量为11对应的序列为：

seqD₁₂＝[seq_time(12)seq_time(28)seq_time(44)…seq_time(16380)]

偏移量为12对应的序列为：

seqD₁₃＝[seq_time(13)seq_time(29)seq_time(45)…seq_time(16381)]

偏移量为13对应的序列为：

seqD₁₄＝[seq_time(14)seq_time(30)seq_time(46)…seq_time(16382)]

偏移量为14对应的序列为：

seqD₁₅＝[seq_time(15)seq_time(31)seq_time(47)…seq_time(16383)]

偏移量为15对应的序列为：

seqD₁₆＝[seq_time(16)seq_time(32)seq_time(48)…seq_time(16384)]

将这16个序列累加在一起组合成本地序列

接收端的同步流程主要如下：

对接收序列进行16倍抽取得到序列rD与s_local进行滑动相关。滑动相关的具体实现方式即，取当前时刻及其往后1024个点作为一个序列，与本地序列s_local进行相关计算。也就是第一次取的索引为1到1024的点与s_local进行相关。第二次取索引为2到1025的点与s_local进行相关。以此类推。每滑动一次可得到一个相关值。相关值超过10，并且是所有相关值中最大的，该点记为相关峰值。因为本地序列的长度为1024，因此与抽s_local取后的接收序列做滑动相关时，峰值对应的点为1024，才实现了正确的时间同步。

在-3dB信噪比环境下，对接收序列进行16倍抽取，偏移量分别为[0 1 2 3 4 5 67 8 9 10 11 1213 14 15]，得到的16个下抽后的接收序列与本地序列s_local进行相关计算的结果如图4-19。从图中可以看出，每个相关峰的位置都位于第1024个点，因此16个不同偏移量对应的下抽序列均正确实现了时间同步。由此可得，本方案的本地序列与接收序列的相关性并没有被偏移量破坏。不同偏移量场景下，相关性依然很好。因此在实际的实现过程中，可根据系统的硬件资源，设计合理的抽取倍数。既能减少硬件存储资源、运算开销和信号同步时间，又可以获得较好的时间同步性能。

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。