CN111740933B - 一种抗强干扰的定时同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗强干扰的定时同步方法，针对现有基于训练序列的定时同步算法抗强干扰能力的不足。本发明的设计如下：首先构造发射端通信帧结构和同步序列的跳频图案，其次设计接收端本地载波的切换方式，接着构造接收端的本地同步序列，然后在接收端通过对零中频信号进行处理来捕捉相关峰，而后根据相关峰的特性及其频点信息确定接收到的数据信息的起始位置，最终完成信号同步。本发明可在强干扰环境下，可靠的完成通信信号的捕获同步，具备克服连续或突发大噪声、固定频点强干扰的特点，针对跳频干扰也具有较好的效果。

Description

一种抗强干扰的定时同步方法

技术领域

本发明属于猝发通信技术领域，具体涉及一种抗强干扰的定时同步方法。

背景技术

在通信技术的发展过程中，通信系统的抗干扰能力也逐步提升，与此相对的，敌方的干扰技术也相应加强。如何在强干扰环境下，保障传输数据的正确性和高效性，是保密通信技术领域中研究的重点。

猝发通信技术具有发送信息的突发性和发送时长极短的特性，使其成为抗强干扰技术的研究热点。目前，基于训练序列的定时同步方法在猝发通信领域中得到广泛应用。该类方法利用训练序列自相关函数尖锐特点，可以对数据进行精确同步，且训练序列易于实现，加上训练序列良好的伪随机特性使其抗宽带干扰的能力大大增加。但该序列构造简单，且仅以单频点的方式发送整体训练序列，检测到单频点的相关峰是同步判决的唯一标准，使得该方法在强窄带瞄准式干扰的环境下，训练序列原有的自相关特性将被干扰严重破坏，接收端同步成功概率显著下降，从而导致通信中断。

对上述传统基于训练序列的定时同步方法的不足，对于猝发通信系统，需设计一种易于实现、同步性能良好且能有效对抗通信中强干扰的同步方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种抗强干扰的定时同步方法。

本发明一种抗强干扰的定时同步方法，具体步骤如下：

步骤一、本通信系统所设计的通信帧结构序列S由前导序列，同步序列和数据帧组成，设通信帧结构总长为L_S；本通信系统所设计的同步序列长度为L_syn，其由3M个结构相同的子序列块组成，M为用于发送同步序列总共所需的频点数，每一子序列块由长度为L_switch的切换间隔序列、长度为L_phase的初始相位序列、长度为L_PN的训练序列和长度为L_guard的保护间隔序列依次组成；同步序列第1～M块的训练序列采用PN_a1，第(M+1)～2M块的训练序列采用PN_a2，同步序列第(2M+1)～3M块的训练序列采用PN_a3。PN_a1，PN_a2和PN_a3均由m₁(k)、m₂(k)，两组等长且不同的基带m序列组成。PN_a1，PN_a2和PN_a3的产生分别如式(1)，式(2)和式(3)所示。

PN_a1(k)＝m₁(k)+j×m₂(k) k＝1,2,...,L_PN 式(1)

PN_a2(k)＝j×m₁(k)-m₂(k) k＝1,2,...,L_PN 式(2)

PN_a3(k)＝-m₁(k)-j×m₂(k) k＝1,2,...,L_PN 式(3)

式(1)，(2)和(3)中，

L_PN为m序列的周期。

步骤二、设发射的频点集合为Φ:{f₁,f₂,…,f_M}，共计M个频点。发送频点之间的切换需要由频率切换信号进行控制。同步序列的跳频图案式(4)所示。

式(4)中，w表示子序列块在同步序列中的序号，其取值范围为1～3M，f_w表示接收到频率切换控制信号后同步序列第w块发射时的载波频率。

步骤三、在通信接收端工作之前，本地载波频率f_r的设置如式(5)所示。接收端本地载波的频点集合同发射端的载频集合一致，均为Φ:{f₁,f₂,…,f_M}，共计M个频点。

式(5)中，t为接收机工作时间。n为循环次数，在时段Mτ中依序使用频点集合Φ中的所有频点即意味着一次完整循环的结束。τ为每个载波频点的持续时间，其计算方法如式(6)所示。

式(6)中，F_S为系统输入符号速率。

步骤四、构造本地训练序列PN_I和PN_Q。分别如式(7)，式(8)所示。

PN_I(k)＝m₁(k) k＝1,2,...,L_PN 式(7)

PN_Q(k)＝-j×m₂(k) k＝1,2,...,L_PN 式(8)

步骤五、依据式(5)改变本地的载波频率f_r。假设在当前载波频点的持续时间τ内，频谱下变换后获得的零中频同相路和正交路信号序列分别为R^I和R^Q，长度均为(M+1)L_syn/3M。

步骤六、假设滑动变量为ε，ε的初始值为0。

步骤七、截取序列R^I在下标ε+1～ε+L_PN之间的数据，得到序列

且记ε+1的值为

为序列

的起始位置。截取序列R^Q在下标ε+1～ε+L_PN之间的数据，得到序列

步骤八、计算实部相关峰值P_real，虚部相关峰值P_im和总相关峰值P，分别如式(9)，式(10)和式(11)所示。

P＝(P_real)²+(P_im)² 式(11)

式(9)和式(10)中，“·”为内积运算。

步骤九、设定一阈值λ。若总相关峰值P≥λ，则t停止计时，将当前接收端的载波频率f_r中的r值记为α；把当前总相关峰值P所对应的实部数值P_real记为

当前总相关峰值P所对应的虚部数值P_im记为

执行步骤十一。否则，将ε增加1，执行步骤十。

步骤十、若ε+L_PN＞(M+1)L_syn/3M，执行步骤五。否则返回步骤七。

步骤十一、确定数据帧起始位置与

的距离y，如式(12)所示。

式(12)中，“||”为取模运算。

本发明具有的收益效果是：

本发明可在强干扰环境下，可靠的完成通信信号的捕获同步，具备克服连续或突发大噪声、固定频点强干扰的特点，针对跳频干扰也具有较好的效果。

附图说明

图1为本猝发通信系统的组帧方式示意图。

图2为同步序列第1块至第M块的结构示意图。

图3为同步序列第1+M块至第2M块的结构示意图。

图4为同步序列第1+2M块至第3M块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

步骤一、本通信系统所设计的通信帧结构序列S由前导序列，同步序列和数据帧组成，设通信帧结构总长为L_S，构成方式如图1所示。通信系统所设计的同步序列长度为L_syn，其由3M个结构相同的子序列块组成，M为用于发送同步序列总共所需的频点数，每一子序列块由长度为L_switch的切换间隔序列、长度为L_phase的初始相位序列、长度为L_PN的训练序列和长度为L_guard的保护间隔序列依次组成；如图2所示，同步序列第1～M块的训练序列采用PN_a1，如图3所示，第(M+1)～2M块的训练序列采用PN_a2，如图4所示，同步序列第(2M+1)～3M块的训练序列采用PN_a3。PN_a1，PN_a2和PN_a3均由m₁(k)、m₂(k)，两组等长且不同的基带m序列组成。PN_a1，PN_a2和PN_a3的产生分别如式(1)，式(2)和式(3)所示。

PN_a1(k)＝m₁(k)+j×m₂(k) k＝1,2,...,L_PN 式(1)

PN_a2(k)＝j×m₁(k)-m₂(k) k＝1,2,...,L_PN 式(2)

PN_a3(k)＝-m₁(k)-j×m₂(k) k＝1,2,...,L_PN 式(3)

式(1)，(2)和(3)中，

L_PN为m序列的周期。

步骤二、设发射的频点集合为Φ:{f₁,f₂,…,f_M}，共计M个频点。发送频点之间的切换需要由频率切换信号进行控制。同步序列的跳频图案式(4)所示。

式(4)中，w表示子序列块在同步序列中的序号，其取值范围为1～3M，f_w表示接收到频率切换控制信号后同步序列第w块发射时的载波频率。

步骤三、在通信接收端工作之前，本地载波频率f_r的设置如式(5)所示。接收端本地载波的频点集合同发射端的载频集合一致，均为Φ:{f₁,f₂,…,f_M}，共计M个频点。

式(5)中，t为接收机工作时间。n为循环次数，在时段Mτ中依序使用频点集合Φ中的所有频点即意味着一次完整循环的结束。τ为每个载波频点的持续时间，其计算方法如式(6)所示。

式(6)中，F_S为系统输入符号速率。

步骤四、构造本地训练序列PN_I和PN_Q。分别如式(7)，式(8)所示。

PN_I(k)＝m₁(k) k＝1,2,...,L_PN 式(7)

PN_Q(k)＝-j×m₂(k) k＝1,2,...,L_PN 式(8)

步骤五、依据式(5)改变本地的载波频率f_r。假设在当前载波频点的持续时间τ内，频谱下变换后获得的零中频同相路和正交路信号序列分别为R^I和R^Q，长度均为(M+1)L_syn/3M。

步骤六、假设滑动变量为ε，ε的初始值为0。

步骤七、截取序列R^I在下标ε+1～ε+L_PN之间的数据，得到序列

且记ε+1的值为

为序列

的起始位置。截取序列R^Q在下标ε+1～ε+L_PN之间的数据，得到序列

步骤八、计算实部相关峰值P_real，虚部相关峰值P_im和总相关峰值P，分别如式(9)，式(10)和式(11)所示。

P＝(P_real)²+(P_im)² 式(11)

式(9)和式(10)中，“·”为内积运算。

步骤九、设定一阈值λ。若总相关峰值P≥λ，则t停止计时，将当前接收端的载波频率f_r中的r值记为α；把当前总相关峰值P所对应的实部数值P_real记为

当前总相关峰值P所对应的虚部数值P_im记为

执行步骤十一。否则，将ε增加1，执行步骤十。

步骤十、若ε+L_PN＞(M+1)L_syn/3M，执行步骤五。否则返回步骤七。

步骤十一、确定数据帧起始位置与

的距离y，如式(12)所示。

式(12)中，“||”为取模运算。

Claims (1)

1.一种抗强干扰的定时同步方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

步骤一、设计通信帧结构序列S由前导序列，同步序列和数据帧组成，设通信帧结构总长为L_S；本通信系统所设计的同步序列长度为L_syn，其由3M个结构相同的子序列块组成，M为用于发送同步序列总共所需的频点数，每一子序列块由长度为L_switch的切换间隔序列、长度为L_phase的初始相位序列、长度为L_PN的训练序列和长度为L_guard的保护间隔序列依次组成；同步序列第1～M块的训练序列采用PN_a1，第(M+1)～2M块的训练序列采用PN_a2，同步序列第(2M+1)～3M块的训练序列采用PN_a3；PN_a1，PN_a2和PN_a3均由m₁(k)、m₂(k)，两组等长且不同的基带m序列组成；PN_a1，PN_a2和PN_a3的产生分别如式(1)，式(2)和式(3)所示；

PN_a1(k)＝m₁(k)+j×m₂(k) k＝1,2,...,L_PN 式(1)

PN_a2(k)＝j×m₁(k)-m₂(k) k＝1,2,...,L_PN 式(2)

PN_a3(k)＝-m₁(k)-j×m₂(k) k＝1,2,...,L_PN 式(3)

式(1)，(2)和(3)中，

L_PN为m序列的周期；

步骤二、设发射的频点集合为Φ:{f₁,f₂,…,f_M}，共计M个频点；发送频点之间的切换需要由频率切换信号进行控制；同步序列的跳频图案式(4)所示；

式(4)中，w表示子序列块在同步序列中的序号，其取值范围为1～3M，f_w表示接收到频率切换控制信号后同步序列第w块发射时的载波频率；

步骤三、在通信接收端工作之前，本地载波频率f_r的设置如式(5)所示；接收端本地载波的频点集合同发射端的载频集合一致，均为Φ:{f₁,f₂,…,f_M}，共计M个频点；

式(5)中，t为接收机工作时间；n为循环次数，在时段Mτ中依序使用频点集合Φ中的所有频点即意味着一次完整循环的结束；τ为每个载波频点的持续时间，其计算方法如式(6)所示；

式(6)中，F_S为系统输入符号速率；

步骤四、构造本地训练序列PN_I和PN_Q；分别如式(7)，式(8)所示；

PN_I(k)＝m₁(k) k＝1,2,...,L_PN 式(7)

PN_Q(k)＝-j×m₂(k) k＝1,2,...,L_PN 式(8)

步骤五、依据式(5)改变本地的载波频率f_r；假设在当前载波频点的持续时间τ内，频谱下变换后获得的零中频同相路和正交路信号序列分别为R^I和R^Q，长度均为(M+1)L_syn/3M；

步骤六、假设滑动变量为ε，ε的初始值为0；

步骤七、截取序列R^I在下标ε+1～ε+L_PN之间的数据，得到序列

且记ε+1的值为

为序列

的起始位置；截取序列R^Q在下标ε+1～ε+L_PN之间的数据，得到序列

步骤八、计算实部相关峰值P_real，虚部相关峰值P_im和总相关峰值P，分别如式(9)，式(10)和式(11)所示；

P＝(P_real)²+(P_im)² 式(11)

式(9)和式(10)中，“·”为内积运算；

步骤九、设定一阈值λ；若总相关峰值P≥λ，则t停止计时，将当前接收端的载波频率f_r中的r值记为α；把当前总相关峰值P所对应的实部数值P_real记为

当前总相关峰值P所对应的虚部数值P_im记为

执行步骤十一；否则，将ε增加1，执行步骤十；

步骤十、若ε+L_PN＞(M+1)L_syn/3M，执行步骤五；否则返回步骤七；

步骤十一、确定数据帧起始位置与

的距离y，如式(12)所示；

式(12)中，“| |”为取模运算。

Images