CN113824524A - 一种tdma卫星通信系统的ncr同步方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种TDMA卫星通信系统的NCR同步方法及装置，方法包括接收主站的NCR，并将接收的主站NCR与接收时刻的本地NCR做减法，将差值输出；利用n阶滑窗对所述差值做滑动平均，将物理层算法引入的NCR跳变平滑掉，平滑输出NCR偏差；将前后两个NCR同步周期的NCR偏差做差分运算，若偏差变大，则上调挡位，步进为T，若偏差变小，则下调挡位，步进为T；根据挡位，查询对应的NCR下插周期；每隔NCR下插周期，对本地NCR计数进行修正，并将修正后的NCR计数值反馈到鉴相步骤，进行下一个周期的前向NCR同步。既能提升有效带宽利用率，又不用限制前向和反向带宽。

Description

一种TDMA卫星通信系统的NCR同步方法及装置
技术领域
本发明属于卫星通信技术领域，具体涉及一种TDMA卫星通信系统的NCR同步方法及装置。
背景技术
全网时钟同步技术是TDMA系统（时分多址）正常运行的前提，其主要实现系统网络中所有端站发射的突发到达主站时的时间偏差在较小范围内（小于保护间隔），防止由于定时误差发生突发冲突或者收不到突发等现象，导致无法正常通讯。
主站和远端站建立通讯的过程中，受独立时钟的影响，主站和端站的时钟计数器存在计数偏差（频率偏差），同时，由于卫星与端站相对运动位置的变化，卫星和端站的传输时延也在不断变化，因此，通过系统环路跟踪主站和端站的时间偏差，周期性矫正端站的发送时间，是现阶段常用的全网时钟同步方法。
系统环路跟踪时间偏差主要通过反向链路和前向链路配合完成。每个控制突发周期内，主站计算反向链路实际接收突发时刻与计划接收时刻的差值，将此时间差值通过前向链路信令发送至端站，端站将此差值累加到发送时刻，实现发送时刻矫正。
通过系统环路周期性矫正主站和端站的时间偏差，对保护间隔有较高的依赖。独立时钟的频率偏差和卫星相对运动端站的延迟引入的时间偏差，算上环路矫正的生效时间，主站和端站的时间偏差可以高达数十个NCR（与具体的硬件和场景相关）。在反向链路大带宽场景下，就必须增大保护间隔来吸收这部分时间偏差，代价就是降低了有效带宽利用率。
为了提升带宽利用率，可以通过前向NCR同步来减少对保护间隔的依赖，传统的方法是端站周期性得将接收到的主站NCR值刷新到本地NCR计数器中，但是由于物理层算法的原因，会引入1~2个样本点的NCR抖动 ，为了减小这种抖动带来的影响，必须要求前向带宽大于等于反向带宽。这就为实际应用带来了诸多限制。
发明内容
针对上述相关现有技术不足，本发明提供一种TDMA卫星通信系统的NCR同步方法及装置，既能提升有效带宽利用率，又不用限制前向和反向带宽。
为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：
一种TDMA卫星通信系统的NCR同步方法，应用于端站，包括步骤：
鉴相：接收主站的NCR，并将接收的主站NCR与接收时刻的本地NCR做减法，将差值输出；
平滑滤波：利用n阶滑窗对所述差值做滑动平均，将物理层算法引入的NCR跳变平滑掉，平滑输出用于反映独立时钟频率偏差和卫星与端站传输延迟引入的NCR偏差；
挡位调节：将前后两个NCR同步周期的NCR偏差做差分运算，若偏差变大，则上调挡位，步进为T，若偏差变小，则下调挡位，步进为T；其中，T为1个NCR挡位；
插值缓存：根据挡位，查询对应的NCR下插周期，其中，挡位为1~N，分别对应插值周期为每F/1个NCR下插~每F/N个NCR下插，NCR下插周期以NCR个数为单位，F为NCR计数时钟频率；
修正本地NCR：每隔NCR下插周期，对本地NCR计数进行修正，并将修正后的NCR计数值反馈到鉴相步骤，进行下一个周期的前向NCR同步。
进一步，对本地NCR计数进行修正，具体是：若NCR偏差的符号为正，则表明端站NCR计数比主站NCR计数超前，则令NCR=NCR，若NCR偏差的符号为负，则表明端站NCR计数比主站NCR计数滞后，则令NCR=NCR+2，其他情况，零NCR=NCR+1。
一种TDMA卫星通信系统的NCR同步装置，应用于端站，包括：
鉴相器单元，用于接收主站的NCR，并将接收的主站NCR与接收时刻的本地NCR做减法，将差值输出；
平滑滤波单元，用于利用n阶滑窗对所述差值做滑动平均，将物理层算法引入的NCR跳变平滑掉，平滑输出用于反映独立时钟频率偏差和卫星与端站传输延迟引入的NCR偏差；
挡位调节单元，用于将前后两个NCR同步周期的NCR偏差做差分运算，若偏差变大，则上调挡位，步进为T，若偏差变小，则下调挡位，步进为T；其中，T为1个NCR；
插值缓存单元，用于根据挡位，查询对应的NCR下插周期，其中，挡位为1~N，分别对应插值周期为每F/1个NCR下插~每F/N个NCR下插，NCR下插周期以NCR个数为单位，F为NCR计数时钟频率；
修正本地NCR单元，用于每隔NCR下插周期，对本地NCR计数进行修正，并将修正后的NCR计数值反馈到鉴相步骤，进行下一个周期的前向NCR同步。
本发明的有益效果在于：
1、能够大幅减少反向链路对保护间隔的依赖，显著提升反向链路带宽利用率；
2、不需要对前向和反向带宽做约束，扩展了系统的应用场景，提升了系统的环境适应能力。
附图说明
图1为本申请实施例的整体方法流程图。
图2为本申请实施例的平滑滤波示意图。
图3为本申请实施例的档位调节示意图。
图4为本申请实施例的插值缓存映射示意图。
图5为本申请实施例的装置结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本申请实施例的一个方面，提供一种TDMA卫星通信系统的NCR同步方法，应用于端站，如图1所示，端站收到主站的NCR后，进入前向NCR同步流程，包括如下详细步骤：
S1、鉴相：接收主站的NCR，并将接收的主站NCR与接收时刻的本地NCR做减法，将差值输出。
S2、平滑滤波：如图2所示，利用n阶滑窗对所述差值做滑动平均，将物理层算法引入的NCR跳变平滑掉，平滑输出用于反映独立时钟频率偏差和卫星与端站传输延迟引入的NCR偏差；n根据实测情况确定。
S3、挡位调节：如图3所示，将前后两个NCR同步周期的NCR偏差做差分运算，若偏差变大，则上调挡位，步进为T，若偏差变小，则下调挡位，步进为T；其中，T为1个NCR挡位。通过T可以调节前向NCR的同步速度和同步粒度。
S4、插值缓存：根据挡位，查询对应的NCR下插周期，其中，挡位为1~N，分别对应插值周期为每F/1个NCR下插~每F/N个NCR下插，NCR下插周期以NCR个数为单位，F为NCR计数时钟频率，如图4所示。
S5、修正本地NCR：每隔NCR下插周期，对本地NCR计数进行修正，并将修正后的NCR计数值反馈到S2的鉴相步骤，进行下一个周期的前向NCR同步。其中，对本地NCR计数进行修正，具体是：若NCR偏差的符号为正，则表明端站NCR计数比主站NCR计数超前，则令NCR=NCR，若NCR偏差的符号为负，则表明端站NCR计数比主站NCR计数滞后，则令NCR=NCR+2，其他情况，零NCR=NCR+1。
本申请实施例的另一个方面，提供一种TDMA卫星通信系统的NCR同步装置，应用于端站，如图5所示，依次经过鉴相器单元，平滑滤波单元，档位调节单元，插值缓存单元，修正本地NCR单元，反馈到鉴相器单元形成一阶环路，同时将修正后的NCR输出。
具体的：
鉴相器单元接收主站的NCR，并将接收的主站NCR与接收时刻的本地NCR做减法，将差值输出；
平滑滤波单元利用n阶滑窗对所述差值做滑动平均，将物理层算法引入的NCR跳变平滑掉，平滑输出用于反映独立时钟频率偏差和卫星与端站传输延迟引入的NCR偏差；
挡位调节单元将前后两个NCR同步周期的NCR偏差做差分运算，若偏差变大，则上调挡位，步进为T，若偏差变小，则下调挡位，步进为T；其中，T为1个NCR；
插值缓存单元根据挡位，查询对应的NCR下插周期，其中，挡位为1~N，分别对应插值周期为每F/1个NCR下插~每F/N个NCR下插，NCR下插周期以NCR个数为单位，F为NCR计数时钟频率；
修正本地NCR单元每隔NCR下插周期，对本地NCR计数进行修正，并将修正后的NCR计数值反馈到鉴相步骤，进行下一个周期的前向NCR同步。
下面举例说明本实例的详细流程：
1、主站上电初始化后，本地时钟计数器NCR开始计数，每隔NCR前向同步周期（可配置），将NCR封装在物理帧中传输至远端站，即端站。
2、端站上电初始化后，本地时钟计数器NCR开始计数，当接收到主站发来的NCR报文时，记录本地NCR计数值ncr_rev，同时从携带NCR的报文中解析出前向同步NCR报文ncr_sync。
3、对ncr_rev和ncr_sync做减法，计算出主站和端站的NCR偏差delta_ncr=ncr_rev-ncr_sync，偏差值delta_ncr的符号可正可负。
4、对delta_ncr取绝对值后，进行平滑滤波，滑窗长度取128，得到delta_ncr_avg(n)=( + delta_ncr(n+128) - delta_ncr(n))/128。
5、对滑窗滤波的输出delta_ncr_avg(n)做差分运算，diff_delta_ncr(n)=delta_ncr_avg(n)- delta_ncr_avg(n-1)。如果diff_delta_ncr(n)>0，档位ncr_adj输出+1，如果diff_delta_ncr(n)<0，档位ncr_adj输出-1，如果diff_delta_ncr(n)=0，档位ncr_adj输出不变。
6、根据输出的档位ncr_adj从差值缓存中查询出对应的差值周期prd_adj=F/ncr_adj。
7、每隔prd_adj周期，端站本地NCR计数器进行修正，如果delta_ncr的符号为正，说明端站NCR计数比主站NCR计数超前，则NCR=NCR；如果delta_ncr的符号为负，说明端站NCR计数比主站NCR计数滞后，则NCR=NCR+2；其它情况NCR=NCR+1。
8、经过前向NCR同步后，主站和端站的NCR偏差可以稳定在0~2个NCR以内。这就显著降低了反向链路对保护间隔的需求。
以上仅为本发明的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围情况下，对本发明进行的各种改变或同等替换，均属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种TDMA卫星通信系统的NCR同步方法，应用于端站，其特征在于，包括步骤：
鉴相：接收主站的NCR，并将接收的主站NCR与接收时刻的本地NCR做减法，将差值输出；
平滑滤波：利用n阶滑窗对所述差值做滑动平均，将物理层算法引入的NCR跳变平滑掉，平滑输出用于反映独立时钟频率偏差和卫星与端站传输延迟引入的NCR偏差；
挡位调节：将前后两个NCR同步周期的NCR偏差做差分运算，若偏差变大，则上调挡位，步进为T，若偏差变小，则下调挡位，步进为T；其中，T为1个NCR挡位；
插值缓存：根据挡位，查询对应的NCR下插周期，其中，挡位为1~N，分别对应插值周期为每F/1个NCR下插~每F/N个NCR下插，NCR下插周期以NCR个数为单位，F为NCR计数时钟频率；
修正本地NCR：每隔NCR下插周期，对本地NCR计数进行修正，并将修正后的NCR计数值反馈到鉴相步骤，进行下一个周期的前向NCR同步。
2.根据权利要求1所述的TDMA卫星通信系统的NCR同步方法，其特征在于，对本地NCR计数进行修正，具体是：若NCR偏差的符号为正，则表明端站NCR计数比主站NCR计数超前，则令NCR=NCR，若NCR偏差的符号为负，则表明端站NCR计数比主站NCR计数滞后，则令NCR=NCR+2，其他情况，零NCR=NCR+1。
3.一种TDMA卫星通信系统的NCR同步装置，应用于端站，其特征在于，包括：
鉴相器单元，用于接收主站的NCR，并将接收的主站NCR与接收时刻的本地NCR做减法，将差值输出；
平滑滤波单元，用于利用n阶滑窗对所述差值做滑动平均，将物理层算法引入的NCR跳变平滑掉，平滑输出用于反映独立时钟频率偏差和卫星与端站传输延迟引入的NCR偏差；
挡位调节单元，用于将前后两个NCR同步周期的NCR偏差做差分运算，若偏差变大，则上调挡位，步进为T，若偏差变小，则下调挡位，步进为T；其中，T为1个NCR；
插值缓存单元，用于根据挡位，查询对应的NCR下插周期，其中，挡位为1~N，分别对应插值周期为每F/1个NCR下插~每F/N个NCR下插，NCR下插周期以NCR个数为单位，F为NCR计数时钟频率；
修正本地NCR单元，用于每隔NCR下插周期，对本地NCR计数进行修正，并将修正后的NCR计数值反馈到鉴相步骤，进行下一个周期的前向NCR同步。
4.根据权利要求3所述的TDMA卫星通信系统的NCR同步装置，其特征在于，修正本地NCR单元对本地NCR计数进行修正时，若NCR偏差的符号为正，则表明端站NCR计数比主站NCR计数超前，则令NCR=NCR，若NCR偏差的符号为负，则表明端站NCR计数比主站NCR计数滞后，则令NCR=NCR+2，其他情况，零NCR=NCR+1。
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