CN113162715B - 基于dvb-s2标准的时间同步方法、装置、终端及介质 - Google Patents

基于dvb-s2标准的时间同步方法、装置、终端及介质 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于DVB‑S2标准的时间同步方法、装置、终端及介质。其中方法包括：获取待处理的帧信号；确定帧信号的软判决信息和硬判决信息；依据软判决信息和硬判决信息，确定帧信号的帧起始位置；基于帧起始位置，对帧信号进行符号同步处理。本申请通过确定帧信号的软判决和硬判决两种判决，来确定帧起始位置的方式，相比较依据单独一种判决确定的帧起始位置更为准确，提高了帧起始位置的检测准确性，从而进一步提高了符号同步的精度，使得插值滤波得到的同步信号与发送机发送的信号更接近。

Description

基于DVB-S2标准的时间同步方法、装置、终端及介质
技术领域
本申请涉及通信技术领域，具体涉及一种基于DVB-S2标准的时间同步方法、装置、终端及介质。
背景技术
DVB-S2(the 2nd Generation Digital Video Broadcasting-Satellite)是由欧洲电信标准协会(ETSI)于2005年3月在DVB-S基础上提出了第二代数字卫星通信标准，是当前最先进的卫星通信标准之一。由于卫星通信的特性，接收机一般工作在很低的信噪比环境中。卫星通信收发两端的工作时钟偏差和时间不同步、卫星运动导致的多普勒效应，导致接收端信号含有较大的载波频率偏差、相位噪声、随机值的采样偏差。因此，定时同步需要克服低信噪比和各种信道环境的影响，从接收的卫星信号中，进行突发检测和帧同步，获得物理层帧的起始位置，据此帧起始位置信息进行采样偏差估计和符号同步，拟合出没有采样偏差的一帧数据，用于后续的解调和解码处理。
相关技术中一般仅依赖一种判断结果来定位帧起始位置，因此，依赖这种方式确定帧起始位置后，对帧信号进行同步处理后得到输出信号与真实信号的差异仍较大。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供一种基于DVB-S2标准的时间同步方法、装置、终端及介质。
根据本申请的第一方面，提供了一种基于DVB-S2标准的时间同步方法，该方法包括：
获取待处理的帧信号；
确定所述帧信号的平均功率、帧头部分SOF和物理层信令码PLSC；
根据所述SOF得到硬判决信息；
根据所述平均功率、所述SOF和所述PLSC得到软判决信息；
依据软判决信息和硬判决信息，确定帧信号的帧起始位置；
基于帧起始位置，对帧信号进行符号同步处理。
根据本申请的第二方面，提供了一种基于DVB-S2标准的时间同步装置，该装置包括：
帧信号获取模块，用于获取待处理的帧信号；
信息获取模块，用于确定所述帧信号的平均功率、帧头部分SOF和物理层信令码PLSC；
双判决信息确定模块，用于根据所述SOF得到硬判决信息，根据所述平均功率、所述SOF和所述PLSC得到软判决信息；
帧起始位置确定模块，用于依据软判决信息和硬判决信息，确定帧信号的帧起始位置；
符号同步处理模块，用于基于帧起始位置，对帧信号进行符号同步处理。
根据本申请的第三方面，提供了一种终端，该终端包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时以实现上述基于DVB-S2标准的时间同步方法。
根据本申请的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，该介质存储有计算机可执行指令，处理器执行该计算机可执行指令以实现上述基于DVB-S2标准的时间同步方法。
本申请通过获取待处理的帧信号，确定帧信号的软判决信息和硬判决信息，从而依据软判决信息和硬判决信息，确定帧信号的帧起始位置，基于帧起始位置，对帧信号进行符号同步处理，这种通过确定帧信号的软判决和硬判决两种判决，来确定帧起始位置的方式，相比较依据单独一种判决确定的帧起始位置更为准确，提高了帧起始位置的检测准确性的效果，从而进一步提高了符号同步的精度，使得插值滤波得到的同步信号与发送机发送的信号更接近。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例提供的一种基于DVB-S2标准的时间同步方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的应用基于DVB-S2标准的时间同步方法的FPGA架构的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的应用基于DVB-S2标准的时间同步方法的FPGA架构的工作原理示意图；以及
图4为本申请实施例提供的应用基于DVB-S2标准的时间同步装置的框图结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。
首先对本申请涉及的几个名词进行介绍和解释：
在本申请实施例中，在实际数字通讯系统中，由于接收器本地振荡器所产生的时钟与发送端本地振荡器所产生的时钟是相互独立的，所以，两者在频率及相位上是有差异的，如果直接用收端本地振荡器所产生的周期性的钟脉冲序列对接收信号中提取时钟，使它与发来的数字信号的符号速率同步，就可以得到一准确的采样瞬时。通常，从接收信号中提取这样一时钟信号过程称为符号同步，或称为定时恢复，时钟恢复。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
根据本申请的一个实施例，提供了一种基于DVB-S2标准的时间同步方法，如图1所示，该方法包括步骤S101至步骤S104。
步骤S101：获取待处理的帧信号。
具体地，终端对预设的缓存进行读取，得到待处理的帧信号。
DVB-S2标准的数据发送和接收以物理层帧为单位。基于DVB-S2标准MF-TDMA系统的物理层帧结构如图2所示。物理层帧由帧头和数据部分组成。帧头包含帧起始段SOF和物理层信令编码PLSC两部分。SOF是长度26个的固定比特序列(0x18D2E82)，PLSC是7比特的编码信息经一阶RM编码得到的64个比特序列。帧头的90个符号采用π/2-BPSK方式调制，使相邻两个符号的相位相差90°。数据部分由90个符号组成一个时隙Slot，如果有导频的情况下，从第1个Slot开始，在连续的16个时隙后添加一个导频段Pilot。一个导频段包含36个值固定的数据符号。物理层帧的前后各有一定长度的保护间隔。
步骤S102：确定帧信号的软判决信息和硬判决信息。
步骤S103：依据软判决信息和硬判决信息，确定帧信号的帧起始位置。
在本申请实施例中，帧起始位置是指帧信号开始的符号位置。
具体地，可以通过将软判决信息、硬判决信息预设的门限值进行比较，从而得到帧信号的帧起始位置。
步骤S104：基于帧起始位置，对帧信号进行符号同步处理。
本申请实施例通过获取待处理的帧信号，确定帧信号的软判决信息和硬判决信息，从而依据软判决信息和硬判决信息，确定帧信号的帧起始位置，基于帧起始位置，对帧信号进行符号同步处理，这种通过确定帧信号的软判决和硬判决两种判决，来确定帧起始位置的方式，相比较依据单独一种判决确定的帧起始位置更为准确，提高了帧起始位置的检测准确性，从而进一步提高了符号同步的精度，使得插值滤波得到的同步信号与发送机发送的信号更接近。
在一些实施例中，步骤S102进一步包括：步骤S1021至步骤S1026(图中未示出)。
步骤S1021：确定帧信号的平均功率；
步骤S1022：确定帧信号的帧头部分SOF和物理层信令码PLSC；
步骤S1023：对SOF进行相关分集差分计算，得到第一计算结果；
步骤S1024：对PLSC进行差分相关计算，得到第二计算结果；
步骤S1025：对第一计算结果进行符号硬判决，得到硬判决信息；
步骤S1026：依据第一计算结果、第二计算结果和平均功率，确定软判决信息。
具体地，平均功率可以采用式1来进行计算：
Figure GDA0003804464270000051
式中，conjO是取共轭的计算，N是计算平均功率选取的数据长度，一般将N设置为64。
SOF段有26个数据，对当前索引位置开始的26个数据依次进行相关(式2)、分集(式3)、差分(式4)、求和(式5)、硬判决(式6)共5步计算得到硬判决信息。其中，相关是接收数据xk与SOF的调制信息mk进行共轭相乘，对接收数据进行去调制；分集是对相关计算的结果corr进行奇偶相邻数取平均的处理，可达到降低噪声对相关结果的影响的目的；差分是对分集结果mean的相邻两数据进行差分相乘处理，可去除频率偏差和相位偏差对相关结果的影响。求和是将差分结果diff实部数据进行累加，得到相关分集差分计算的结果RSOF。硬判决是对相关分集差分的结果进行符号硬判决，得到硬判决结果HSOF。
corrk＝xk*conj(mk)，k∈(1，26) (式2)；
meani＝(corri*2-1+corri*2)/2，i∈(1，13) (式3)；
diffj＝meanj+1*conj(meanj)，j∈(1，12) (式4)；
Figure GDA0003804464270000061
Figure GDA0003804464270000062
式中，realO是对复数取实部操作。
PLSC段有64个数据，对当前索引位置开始的第27至90的64个数据进行奇偶位相邻数据差分相关计算(式7)，得到PLSC段的差分相关计算的结果RPLSC。
Figure GDA0003804464270000063
式中，Ck是对PLSC段差分结果进行相关计算的系数。
由相关计算的结果和平均功率，可得相关差分峰均比软信息SPAPR。
SPAPR＝(RSOF+|RPLSC|)/PWRmean (式8)
式中，||是取绝度值操作。
在一些实施例中，步骤S1025包括：
将第一计算结果与第二计算结果的绝对值之和与平均功率的比值，确定为软判决信息。
在一些实施例中，步骤S103进一步包括：
若软判决信息大于预设的软判决门限值，且硬判决信息大于预设的硬判决门限值，则将当前位置确定为帧起始位置。
根据基于相关差分的双输出峰均比估计算法得到的峰均比软信息SPAPR和硬判决信息HSOF进行双阈值比较判决。判决规则为：当同时满足峰均比软信息SPAPR大于设定的软判决门限阈值Sthersh，且硬判决信息HSOF大于硬判决门限阈值Hthersh时，判定完成了一个突发的检测和帧同步，当前计算对应的索引位置即是该帧的起始位置PSOF。
在一些实施例中，步骤S104进一步包括：
基于帧起始位置，确定帧信号的采样偏差估计值；
依据帧信号的采样偏差估计值对帧信号进行内插滤波处理。
具体地，根据帧同步得到的帧起始位置PSOF，使用帧头的数据进行计算采样偏差。其中，采样偏差估计可以采用简化的频域非线性估计算法(AVN)计算采样偏差μ，公式见(式9)和(式10)。
Figure GDA0003804464270000071
Figure GDA0003804464270000072
式中，M是接收符号的过采样倍数，默认设4；L是采样偏差计算所取帧头的符号数，默认设64；exp()是指数运算，arg()是取复数的幅角计算。
具体地，内插滤波可以采用二阶分段抛物线内插算法，使用相邻的4个采样数据和估算的采样偏差μ进行内插计算，拟合出最佳采样值并输出。具体可以采用如下算法：
Figure GDA0003804464270000073
其中，Ts是采样时钟周期，Tn是内插的时钟周期，hIF(i)是内插滤波器的系数，x(mkTs)是内插滤波器的输入(即按固定采样间隔Ts的采样值)，y(kTn)是滤波器的输出，mk是内插的基点，μ是分数间隔(即采样偏差估计模块的输出)。其中，帧同步计算提供检测到的帧起始位置PSOF为内插基点mk赋初值，在每内插滤波输出一符号后，内插基点的值要加上过采样倍数值N，进行内插滤波并输出下一个符号值。
在一些实施例中，步骤S101进一步包括：
基于预配置的读取参数，获取待处理的帧信号。
具体地，接收机将实时接收到的信号存储到预设的数据缓存模块，以在需要执行本申请实施例提供的基于DVB-S2标准的时间同步方法的条件下，按照预配置的读取参数对数据缓存模块进行读取，以得到待处理的帧信号。
具体地，读取参数包括符号长度(即预定数量的符号)、读取频率等。应用时，每读取到预定数量的符号作为一个帧信号。
为了进一步说明本申请实施例提供的基于DVB-S2标准的时间同步方法，下面结合图2所示的FPGA架构进行详细说明。
图2所示的FPGA架构包括数据缓存(DBUF)、平均功率计算(CMP)、基于相关差分的双输出峰均比估计算法(DCDP)、同步判决(DSJ)、采样偏差估计(SOE)和内插滤波(IF)，其具体工作流程参照图3。
其中，数据缓存(DBUF)采用移位寄存器的方式实现，用于缓存接收到的数据，采用移位寄存器的方式存储能满足其他计算模块可以一次读取多位地址的数据进行运算。当输入数据的使能信号I_symb_en为1时，数据缓存模块接收数据存储。
平均功率计算(CMP)计算的符号数是L(为便于计算，一般设为2的整数次幂，默认取64)，M是过采样倍数。每次计算从数据缓存模块中读取最新的数据和间隔位置为L*M处的数据，进行功率计算的变化量POWadd，并按过采样倍数功率累加值存储为{POW1，POW2，…POWM}，每次只给对应的功率累加值更新功率的变化量，这样的方式大大减小了计算量。将当前索引对应的功率累加值右移6位(相当于除以64)即为所需的平均功率值POWmean。
双输出峰均比算法(DCDP)采用基于相关差分的峰均比估计算法，从数据缓存寄存器中读取数据进行计算，得到相关分集差分计算的结果RSOF、PLSC段的差分相关计算的结果RPLSC、硬判决结果HSOF，结合平均功率计算模块输出的平均功率值，根据式8可得相关差分峰均比软信息SPAPR。相关差分峰均比软信息SPAPR和硬判决结果HSOF作为本模块的双输出发送给同步判决模块。
同步判决(DSJ)由双输出峰均比算法模块得到的软信息和硬判决信息，分别与两个设定的阈值作比较，并根据判决规则进行判决，并输出同步状态FSymc和帧起始位置PSOF。
采样偏差估计(SOE)与平均功率计算模块类似，采样偏差估计所使用的符号数为L，每次计算从数据缓存模块中读取最新的数据和间隔位置为L*M处的数据根据式10计算得到中间变量的变化量Aadd。按过采样倍数功率累加值存储为{A1，A2，…AM}，每次只给对应的中间变量更新变化量。当接收到的同步状态值FSync为1时，根据式9计算采样偏差的计算，并输出偏差结果μ给内插滤波模块。
内插滤波(IF)在同步状态值FSync为1时，使用帧起始位置PSOF和采样偏差估计模块输出的采样偏差值μ，进行内插滤波计算，并输出内插计算的结果；同时，输出数据使能O_symb_en为1时，表明输出数据有效。
本申请的又一实施例提供了一种基于DVB-S2标准的时间同步装置，如图4所示，该装置40包括：帧信号获取模块401、双判决信息确定模块402、帧起始位置确定模块403以及符号同步处理模块404。
帧信号获取模块401，用于获取待处理的帧信号；
双判决信息确定模块402，用于确定帧信号的软判决信息和硬判决信息；
帧起始位置确定模块403，用于依据软判决信息和硬判决信息，确定帧信号的帧起始位置；
符号同步处理模块404，用于基于帧起始位置，对帧信号进行符号同步处理。
本申请实施例通过获取待处理的帧信号，确定帧信号的软判决信息和硬判决信息，从而依据软判决信息和硬判决信息，确定帧信号的帧起始位置，基于帧起始位置，对帧信号进行符号同步处理，这种通过确定帧信号的软判决和硬判决两种判决，来确定帧起始位置的方式，相比较依据单独一种判决确定的帧起始位置更为准确，提高了帧起始位置的检测准确性，从而进一步提高了符号同步的精度，使得插值滤波得到的同步信号与发送机发送的信号更接近。
进一步地，双判决信息确定模块包括：
平均功率确定子模块，用于确定帧信号的平均功率；
第一相关计算子模块，用于对SOF进行相关差分双判决计算，得到第一计算结果；
第二相关计算子模块，用于对PLSC进行差分相关计算，得到第二计算结果；
硬判决计算子模块，用于对第一计算结果进行符号硬判决，得到硬判决信息；
软判决计算子模块，用于依据第一计算结果、第二计算结果和平均功率，确定软判决信息。
进一步地，软判决计算子模块包括：
将第一计算结果与第二计算结果的绝对值之和与平均功率的比值，确定为软判决信息。
进一步地，帧起始位置确定模块包括：
双判决处理子模块，用于若软判决信息大于预设的软判决门限值，且硬判决信息大于预设的硬判决门限值，则将当前位置确定为帧起始位置。
进一步地，符号同步处理模块包括：
频偏估计子模块，用于估计帧信号的频偏；
滤波处理子模块，用于依据频偏对帧信号进行滤波处理。
进一步地，滤波处理子模块包括：
滤波处理单元，用于依据频偏对帧信号进行内插滤波处理。
进一步地，帧信号获取模块包括：
信号读取子模块，用于基于预配置的读取参数，获取待处理的帧信号。
本实施例的译码器可执行本申请实施例提供的基于DVB-S2标准的时间同步方法，其实现原理相类似，此处不再赘述。
本申请又一实施例提供了一种终端，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行计算机程序时以实现上述基于DVB-S2标准的时间同步方法。
具体地，处理器可以是CPU，通用处理器，DSP，ASIC，FPGA或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。
具体地，处理器通过总线与存储器连接，总线可包括一通路，以用于传送信息。总线可以是PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。
存储器可以是ROM或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，RAM或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。
可选的，存储器用于存储执行本申请方案的计算机程序的代码，并由处理器来控制执行。处理器用于执行存储器中存储的应用程序代码，以实现上述实施例提供的译码器的动作。
本申请又一实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令用于执行上述基于DVB-S2标准的时间同步方法。
以上所描述的装置实施例仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种基于DVB-S2标准的时间同步方法，其特征在于，包括：
获取待处理的帧信号；
确定所述帧信号的平均功率、帧头部分SOF和物理层信令码PLSC；
根据所述SOF得到硬判决信息；
根据所述平均功率、所述SOF和所述PLSC得到软判决信息；
依据所述软判决信息和所述硬判决信息，确定所述帧信号的帧起始位置；
基于所述帧起始位置，对所述帧信号进行符号同步处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述帧信号的软判决信息和硬判决信息的步骤，包括：
对所述SOF进行相关差分双判决计算，得到第一计算结果；
对所述PLSC进行差分相关计算，得到第二计算结果；
对所述第一计算结果进行符号硬判决，得到所述硬判决信息；
依据所述第一计算结果、所述第二计算结果和所述平均功率，确定所述软判决信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述依据所述第一计算结果、所述第二计算结果和所述平均功率，确定所述软判决信息的步骤，包括：
将所述第一计算结果与所述第二计算结果的绝对值之和与所述平均功率的比值，确定为所述软判决信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述软判决信息和所述硬判决信息，确定所述帧信号的帧起始位置的步骤，包括：
若所述软判决信息大于预设的软判决门限值，且所述硬判决信息大于预设的硬判决门限值，则将当前位置确定为所述帧起始位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述帧起始位置，对所述帧信号进行符号同步处理的步骤，包括：
基于所述帧起始位置，确定所述帧信号的采样偏差估计值；
依据所述帧信号的采样偏差估计值对所述帧信号进行内插滤波处理。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取待处理的帧信号的步骤，包括：
基于预配置的读取参数，获取待处理的所述帧信号。
7.一种基于DVB-S2标准的时间同步装置，其特征在于，包括：
帧信号获取模块，用于获取待处理的帧信号；
信息获取模块，用于确定所述帧信号的平均功率、帧头部分SOF和物理层信令码PLSC；
双判决信息确定模块，用于根据所述SOF得到硬判决信息，根据所述平均功率、所述SOF和所述PLSC得到软判决信息；
帧起始位置确定模块，用于依据所述软判决信息和所述硬判决信息，确定所述帧信号的帧起始位置；
符号同步处理模块，用于基于所述帧起始位置，对所述帧信号进行符号同步处理。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述双判决信息确定模块包括：
第一相关计算子模块，用于对所述SOF进行相关差分双判决计算，得到第一计算结果；
第二相关计算子模块，用于对所述PLSC进行差分相关计算，得到第二计算结果；
硬判决计算子模块，用于对所述第一计算结果进行符号硬判决，得到所述硬判决信息；
软判决计算子模块，用于依据所述第一计算结果、所述第二计算结果和所述平均功率，确定所述软判决信息。
9.一种终端，包括：存储器、处理器及存储在该存储器上并可在该处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1至6中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，处理器执行所述计算机可执行指令以实现权利要求1至6中任一项所述的方法。
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