CN114039827B - 基于多级pn序列的连续相位调制的同步方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于多级PN序列的连续相位调制的同步方法和装置。其中，一种基于多级PN序列的连续相位调制的同步方法，包括：在连续相位调制信号中加入满足预设要求的前导信号，前导信号包括低级PN序列以及高级PN序列；根据前导信号内的低级PN序列对接收信号进行块级的定时同步；根据前导信号内的高级PN序列对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频精同步。采用上述方案的本申请通过充分利用PN序列的自相关特性，满足强干扰和高动态环境下的信号捕获和同步需求，且具有低复杂度的优点。

Description

基于多级PN序列的连续相位调制的同步方法和装置

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于多级PN序列的连续相位调制的同步方法和装置。

背景技术

现代通信中，信号能够传输的距离以及信号的功率利用率已经成为衡量通信方式的标准之一。信号能量是影响远距离通信的重要影响因素之一，因此工程中一般采用非线性的高效功率放大器来提高功率利用效率。但是，非恒包络调制的信号在功率放大器非线性区域会出现信号失真使得频谱扩散，从而导致性能迅速恶化。因此受非线性放大器影响小的恒包络调制方式受到了人们广泛的关注。

连续相位调制(CPM)信号以其独特优势受到重视：首先，CPM信号是恒包络信号，不敏感功率放大器的非线性特性，其次，CPM信号具有相位连续的特点，因此其频谱能量集中，带外辐射小，旁瓣衰减快，功率谱性能优越，对相邻频段信号干扰小。

对每一种性能优越的调制解调方法，都要求收发系统精确的同步，否则调制解调算法的优越性就得不到保证，其先进性也得不到发挥。信号的同步是信号可以正确解调的必要条件，表现为收发信号在时间和频率上保持一致。现代数字通信同步类型可以分为：载波频率同步、载波相位同步以及定时同步。同步方法主要分为非数据辅助法和数据辅助法。非数据辅助法以高运算量为代价换取更高的传输效率；数据辅助法则以低传输效率为代价换取较小的运算量。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种基于多级PN序列的连续相位调制的同步方法，以解决传统连续相位调制同步方法计算复杂度高的技术问题。

本申请的第二个目的在于提出一种基于多级PN序列的连续相位调制的同步装置。

为达到上述目的，本申请第一方面实施例提出的一种基于多级PN序列的连续相位调制的同步方法，包括：

在连续相位调制信号中加入满足预设要求的前导信号，所述前导信号包括低级PN序列以及高级PN序列；

根据所述前导信号内的低级PN序列对接收信号进行块级的定时同步；

根据所述前导信号内的高级PN序列对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频精同步。

可选地，在本申请的一个实施例中，在所述在连续相位调制信号中加入满足预设要求的前导信号之前，还包括：

确定低级PN序列以及高级PN序列；

对所述低级PN序列进行连续相位调制后得到调制后的低级PN序列，

根据高级PN序列对所述调制后的低级PN序列进行二次调制得到二次调制后的低级PN序列；

在二次调制后的低级PN序列中相邻的字段之间插入相位修正字段，从而得到满足预设要求的前导信号。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述确定低级PN序列以及高级PN序列，包括：

所述低级PN序列为由数量相等的“0”和“1”构成的特定长度的具有自相关特性的序列；

所述高级PN序列为由数量相等的“-1”和“+1”构成的特定长度的具有自相关特性的序列。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述低级PN序列为由数量相等的“0”和“1”构成的特定长度的序列，包括：

根据多普勒频偏确定低级PN序列的长度，根据下式确定低级PN序列的长度：

其中，L为低级PN序列的长度，f_sym为符号率，f_e为最大多普勒频偏频率。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述根据所述前导信号内的低级PN 序列对接收信号进行块级的定时同步；根据所述前导信号内的高级PN序列对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频精同步，包括：

取低级PN序列对应的数据作为第一本地同步信号，将接收信号与第一本地同步信号做滑动匹配，对接收信号进行块级时域搜索，从而得到块级的定时同步结果；

根据块级的定时同步结果对所述接收信号进行初步定时补偿，从而得到进行块级的定时同步后的接收信号；

取高级PN序列对应的数据作为第二本地同步信号，将进行块级的定时同步后的接收信号与第二本地同步信号做滑动匹配，对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频二维搜索，从而得到时频精同步结果；

根据所述时频精同步结果，对所述接收信号进行频率补偿以及定时补偿，从而得到定时偏移以及频率偏移小于预设值的接收信号。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述将接收信号与第一本地同步信号做滑动匹配，对接收信号进行块级时域搜索，从而得到块级的定时同步结果，包括：

确定估计窗口的长度以及位于估计窗口内部的搜索窗口的长度，令所述搜素窗口在所述估计窗口内从估计窗口的起始位置开始滑动搜索；

当所述搜索窗口在所述估计窗口内从估计窗口的起始位置开始滑动搜索时，实时确定所述搜索窗口的第一相关值，根据所述第一相关值确定第一阈值；

若所述搜索窗口的第一相关值大于第一阈值，则说明检测到信号，并结束滑动搜索，同时取出所述搜索窗口的第一相关值峰值对应的时槽的起始点作为定时同步的结果。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述实时确定所述搜索窗口的相关值，包括：

将所述搜索窗口等分为预定数量的子窗口；

根据任一子窗口内的数据与本地参考信号确定任一子窗口的第一相关值，并对所有子窗口的第一相关值进行非相干累加得到搜索窗口的第一相关值；

根据所述搜索窗口内所有子窗口的第一相关值中最大的第一相关值确定所述搜索窗口的第一相关值峰值。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述将进行块级的定时同步后的接收信号与第二本地同步信号做滑动匹配，对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频二维搜索，从而得到时频精同步结果，包括：

确定估计窗口的长度以及位于估计窗口内部的搜索窗口的长度，令所述搜素窗口在所述估计窗口内从估计窗口的起始位置开始滑动搜索；

当所述搜索窗口在所述估计窗口内从估计窗口的起始位置开始滑动搜索时，确定所述搜索窗口的第二相关值以及最大第二相关值，根据所述第二相关值确定第二阈值；

比较第二相关值与第二阈值的大小，若所述第二相关值大于第二阈值，则得到时频精同步结果；

若所述第二相关值不于第二阈值，则搜索窗口在估计窗口内部以设定步进长度进行滑动，根据滑动后的搜索窗口进行时频二维搜索，直至第二相关值大于第二阈值。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述确定所述搜索窗口的第二相关值，包括：

确定搜索窗口内的频槽数量，生成与频槽数量相同个数的单载波，将所述单载波与第二本地同步信号进行混频，得到与频槽数量相同个数的混频信号；

根据混频信号以及第二本地同步信号确定所有第二相关值以及最大第二相关值。

综上，本申请第一方面实施例提出的方法，通过在连续相位调制信号中加入满足预设要求的前导信号，所述前导信号包括低级PN序列以及高级PN序列；根据所述前导信号内的低级PN序列对接收信号进行块级的定时同步；根据所述前导信号内的高级PN序列对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频精同步。本申请充分利用了PN序列的自相关特性，满足强干扰和高动态环境下的信号捕获和同步需求，且具有低复杂度的优点。

为达到上述目的，本申请第二方面实施例提出的一种基于多级PN序列的连续相位调制的同步装置，包括：

预同步模块，用于在连续相位调制信号中加入满足预设要求的前导信号，所述前导信号包括低级PN序列以及高级PN序列；

块级定时同步模块，用于根据所述前导信号内的低级PN序列对接收信号进行块级的定时同步；

时频精同步模块，用于根据所述前导信号内的高级PN序列对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频精同步。

综上，本申请第二方面实施例提出的装置，通过预同步模块在连续相位调制信号中加入满足预设要求的前导信号，所述前导信号包括低级PN序列以及高级PN序列；块级定时同步模块根据所述前导信号内的低级PN序列对接收信号进行块级的定时同步；时频精同步模块根据所述前导信号内的高级PN序列对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频精同步。本申请充分利用了PN序列的自相关特性，满足强干扰和高动态环境下的信号捕获和同步需求，且具有低复杂度的优点。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例所提供的一种基于多级PN序列的连续相位调制的同步方法的流程图；

图2为本申请实施例所提供的多级序列为基础的前导信号的结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的基于多级PN序列的连续相位调制的同步方法的流程示意图；

图4为本申请实施例所提供的估计窗口结构示意图；

图5为本申请实施例所提供的块级的定时同步流程示意图；

图6为本申请实施例所提供的时频精同步流程示意图；

图7为本申请实施例所提供的前导信号的频谱图；

图8为本申请实施例所提供的块级的定时同步相关值仿真示意图；

图9为本申请实施例所提供的时频搜索仿真结果示意图；

图10为本申请实施例所提供的一种基于多级PN序列的连续相位调制的同步装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

传统的连续相位调制CPM同步方法有以下两个特点：

第一个特点，CPM信号在工程中载频同步要基于定时同步得出的定时信息，而非数据辅助的同步方法复杂段太高；

第二个特点，CPM信号恒包络与连续相位所引入的非线性调制，导致非数据辅助定时估计方法中对定时信息的提取难度较大，因此实际应用的系统一般单独传输码钟信号，但是这样降低了功率和资源利用率，且设备较复杂。

因此，传统的连续相位调制CPM同步方法计算复杂度高。

实施例1

图1为本申请实施例所提供的一种基于多级PN序列的连续相位调制的同步方法的流程图。

如图1所示，本申请实施例提供的一种基于多级PN序列的连续相位调制的同步方法，包括以下步骤：

步骤110，在连续相位调制信号中加入满足预设要求的前导信号，前导信号包括低级PN序列以及高级PN序列；

步骤120，根据前导信号内的低级PN序列对接收信号进行块级的定时同步；

步骤130，根据前导信号内的高级PN序列对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频精同步。

具体地，满足预设要求的前导信号为由伪随机序列经过连续相位调制而来的前导信号，伪随机序列由两级短PN序列构成，根据构成结构分别定义为低级 PN序列以及高级PN序列。

在本申请实施例中，在连续相位调制信号中加入满足预设要求的前导信号之前，还包括：

确定低级PN序列以及高级PN序列；

对低级PN序列进行连续相位调制后得到调制后的低级PN序列，

根据高级PN序列对调制后的低级PN序列进行二次调制得到二次调制后的低级PN序列；

在二次调制后的低级PN序列中相邻的字段之间插入相位修正字段，从而得到具有连续相位特性的前导信号。

具体地，满足预设要求的前导信号为具有连续相位特性的前导信号。

具体地，调制后的低级PN序列为恒包络信号，在二次调制后的低级PN序列中相邻的字段之间插入相位修正字段，使得经过二次调制后的前导信号的能量相对集中在特定频点上且具有相位连续的特性。

具体地，相位修正字段为1个符号长度，无需进行连续相位调制，且满足具备恒包络特性的字段，可修正低级PN序列中相邻的字段之间相位跳变的问题。

进一步地，由于满足预设要求的前导信号由相同调制阶数CPM调制以及恒包络相位修正字段构成，所以满足预设要求的前导信号有恒包络特性以及较低的峰均比，对频率选择性衰落的抵抗能力强。

需要说明的是，考虑到信号接收灵敏度要求和信号动态范围，需要设计合适的低级PN序列以及高级PN序列。

在本申请实施例中，确定低级PN序列以及高级PN序列，包括：

低级PN序列为由数量相等的“0”和“1”构成的特定长度的具有自相关特性的序列；

高级PN序列为由数量相等的“-1”和“+1”构成的特定长度的具有自相关特性的序列。

具体地，低级PN序列中共计L1个符号，总长度为2n；高级PN序列中共计L2个符号，总长度为2n；n为正整数，如图2所示。

在本申请实施例中，低级PN序列为由数量相等的“0”和“1”构成的特定长度的序列，包括：

根据多普勒频偏确定低级PN序列的长度，根据下式确定低级PN序列的长度：

其中，L为低级PN序列的长度，f_sym为符号率，f_e为最大多普勒频偏频率。

需要说明的是，低级PN序列的长度与多普勒频偏的容限有关，若相关时间为T_coh，则最大多普勒频偏频率为

相当于3dB的相干积分损耗。

具体地，由于定时同步需要符号级的定时精度，本申请实施例采用低级PN 序列的长度较短的低级PN序列，大大降低了计算复杂度。

在本申请实施例中，根据前导信号内的低级PN序列对接收信号进行块级的定时同步；根据前导信号内的高级PN序列对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频精同步，包括：

取低级PN序列对应的数据作为第一本地同步信号，将接收信号与第一本地同步信号做滑动匹配，对接收信号进行块级时域搜索，从而得到块级的定时同步结果；

根据块级的定时同步结果对接收信号进行初步定时补偿，从而得到进行块级的定时同步后的接收信号；

取高级PN序列对应的数据作为第二本地同步信号，将进行块级的定时同步后的接收信号与第二本地同步信号做滑动匹配，对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频二维搜索，从而得到时频精同步结果；

根据时频精同步结果，对接收信号进行频率补偿以及定时补偿，从而得到定时偏移以及频率偏移小于预设值的接收信号。

具体地，接收信号根据块级的定时同步得到块级的定时同步结果，对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频精同步得到频率精估计结果以及定时精估计结果，根据频率精估计结果以及定时精估计结果对接收信号进行频率补偿以及定时补偿，从而得到定时偏移以及频率偏移小于预设值的接收信号，如图 3所示。

需要说明的是，由伪随机序列调制而来的信号是确定且已知的，故可以将由伪随机序列调制而来的信号存储在本地，并称之为本地同步信号。

在本申请实施例中，将接收信号与第一本地同步信号做滑动匹配，对接收信号进行块级时域搜索，从而得到块级的定时同步结果，包括：

确定估计窗口的长度以及位于估计窗口内部的搜索窗口的长度，令搜索窗口在估计窗口内从估计窗口的起始位置开始滑动搜索；

当搜索窗口在估计窗口内从估计窗口的起始位置开始滑动搜索时，实时确定搜索窗口的第一相关值，根据第一相关值确定第一阈值；

若搜索窗口的第一相关值大于第一阈值，则说明检测到信号，并结束滑动搜索，同时取出搜索窗口的第一相关值峰值对应的时槽的起始点作为定时同步的结果。

在本申请实施例中，实时确定搜索窗口的相关值，包括：

将搜索窗口等分为预定数量的子窗口；

根据任一子窗口内的数据与本地参考信号确定任一子窗口的第一相关值，并对所有子窗口的第一相关值进行非相干累加得到搜索窗口的第一相关值；

根据搜索窗口内所有子窗口的第一相关值中最大的第一相关值确定搜索窗口的第一相关值峰值。

具体地，估计窗口结构如图4所示，其中，搜索窗口在估计窗口内滑动步进，使搜索窗口能覆盖整个估计窗口，同时，将搜索窗口等分为N个子窗口。

需要说明的是，将接收信号与第一本地同步信号做滑动匹配的过程中，无需考虑频率对第一相关值峰值的影响，因此，只需在每一个短时间的估计窗口中，利用低级PN序列的自相关特性，对输入信号进行块级时域搜索。

具体地，根据定时同步的原理，定时越准确，则第一相关值越大；比较每个搜索窗口的第一相关值，若第一相关值大于所设置门限，则表明检测到信号，并取出第一相关值峰值对应的时槽的起始点作为定时同步的结果。由于将接收信号与第一本地同步信号做滑动匹配的过程中使用多个搜索窗口的非相干累加值，因此得出的定时同步结果为接收信号中低级PN序列的位置时刻即每个低级 PN序列块的起始位置，而非接收信号的起始位置。

具体地，块级的定时同步流程如图5所示，其中，具体包括以下步骤：

步骤510，确定搜索窗口初始位置为START_POS，符号率为f_sym，从预设的搜索窗口初始位置的采样点开始计算，取出低级PN序列字段块对应的数据，并将其作为第一本地参考信号。

步骤520，确定搜索窗口长度为N个低级PN序列字段块以及N个相位修正字段对应的数据数量的采样点数，并将其等分为N个子窗口；

步骤530，利用相关器，将每个子窗口内的数据与第一本地参考信号进行相关计算，并将各个子窗口相关计算结果的模值进行累加得到非相干累加值；

步骤540，每次搜索窗口滑动步进一个采样点，将搜索窗口初始位置加一，将滑动步进到当前搜索窗口的过程中，得到的所有搜索窗口的非相干累加值取平均值并乘以设定倍率得到当前搜索窗口的第一阈值；

步骤550，利用判决器比较当前搜索窗口的非相干累加值与第一阈值的大小，若非相干累加值大于第一阈值则表示检测到信号，且当前搜索窗口的起始位置为低级PN序列的起始位置；

若非相干累加值不大于第一阈值则表示没有检测到信号或者当前位置并非低级PN序列的起始位置，重复步骤510-550。

在本申请实施例中，将进行块级的定时同步后的接收信号与第二本地同步信号做滑动匹配，对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频二维搜索，从而得到时频精同步结果，包括：

确定估计窗口的长度以及位于估计窗口内部的搜索窗口的长度，令搜索窗口在估计窗口内从估计窗口的起始位置开始滑动搜索；

当搜索窗口在估计窗口内从估计窗口的起始位置开始滑动搜索时，确定搜素窗口的第二相关值以及最大第二相关值，根据第二相关值确定第二阈值；

比较第二相关值与第二阈值的大小，若第二相关值大于第二阈值，则得到时频精同步结果；

若第二相关值不于第二阈值，则搜索窗口在估计窗口内部以设定步进长度进行滑动，根据滑动后的搜索窗口进行时频二维搜索，直至第二相关值大于第二阈值。

在本申请实施例中，确定搜索窗口的第二相关值，包括：

确定搜索窗口内的频槽数量，生成与频槽数量相同个数的单载波，将单载波与第二本地同步信号进行混频，得到与频槽数量相同个数的混频信号；

根据混频信号以及第二本地同步信号确定所有第二相关值以及最大第二相关值。

需要说明的是，进行块级的定时同步后的接收信号，在没有载波多普勒影响的情况下，进行块级的定时同步后的接收信号的频谱是确定且已知的，因此，根据高级PN序列的自相关特性，将信号搬移到零频，在基带得到无多普勒频谱影响的信号；考虑到接收信号中前导位置的不确定性以及载波多普勒的影响，利用特定频点能量检测的方式，对进行块级的定时同步后的接收信号进行快速时频二维搜索。

具体地，在时域上，记录当前搜索窗口所有时槽对应的第二相关值；在频域上，以能量集中的频点作为中心频率，使用对信号混频的方式进行分频槽搜索，记录当前搜索窗口所有频槽对应的第二相关值；根据时槽对应的第二相关值以及频槽对应的第二相关值得到当前搜索窗口所对应的第二相关值以及最大第二相关值；

具体地，根据定时以及频率同步的原理，定时越准确、频偏越小，则计算得出的相关值越大；统计每个时槽、频槽组合的相关值，若相关值大于第二阈值，则表明信号在此该组合处定时精确且频率残差小。

具体地，时频精同步流程如图6所示，其中，具体包括以下步骤：

步骤610，以块级的定时同步结果作为起始点，信号携带最大载波多普勒频偏为±F_dop，取出长度为前导信号长度的信号；确定搜索窗口初始位置并从预设的搜索窗口初始位置的采样点开始计算，取出高级PN序列字段块对应的数据，并将其作为第二本地参考信号；

步骤620，确定搜索频槽数量为a个，步进长度为Fdop_STEP，生成a个频率分别为F_i＝i*Fdop_STEP-F_dop的单载波，其中，i＝1、2、…、a–1、a，分别将这些单载波与本地参考信号进行混频，得到混频后的a个信号；

步骤630，利用a个相关器对混频后的a个信号分别与本地参考进行相关计算，得到a个第二相关值，通过比较得出最大第二相关值，并记录最大第二相关值所对应的频率值；

步骤640，每次搜索窗口滑动步进一个采样点，将搜索窗口初始位置加一，将滑动步进到当前搜索窗口的过程中，得到的所有搜索窗口中每个频点的第二相关值取平均值并乘以权重因子得到当前搜索窗口的第二阈值；

步骤650，利用判决器比较最大第二相关值与第二阈值，若最大第二相关值大于第二阈值，则表示信号在此时槽、频槽组合处定时精确且频率残差小；

若最大第二相关值不大于第二阈值，则令搜索窗口根据预设步进长度滑动，其中，步进长度为低级PN序列字段块以及相位修正字段对应数据数量的采样点数；重复步骤610-650直至搜寻到最大第二相关值大于第二阈值的时槽、频槽组合。

以一种场景举例，设定搜索窗口开始位置为START_POS符号率为1.75MHz，信号携带最大载波多普勒频偏为±96KHz，具体同步步骤如下：

步骤710，在连续相位调制信号中加入前导信号，前导信号的频谱图如图7 所示，其中，调制阶数为2、符号率为1.75MHz、调制指数为0.5；前导信号中的低级PN序列为共8个符号的由数量相等的“0”和“1”构成的具有自相关特性的序列，前导信号中的高级PN序列为共16个符号的由数量相等的“-1”和“+1”构成的具有自相关特性的序列。

步骤721，根据帧结构，取出低级PN序列字段块对应的数据作为第一本地参考信号；设计搜索窗口长度为16个低级PN序列字段块以及16个相位修正字段对应的数据数量的采样点数，并将搜索窗口等分为16个子窗口；

步骤722，以搜索窗口开始位置的第1个采样点开始计算，将每个子窗口内的数据与第一本地参考信号进行相关计算，并将各个子窗口相关计算结果的模值进行累加得到非相干累加值；

步骤723，搜索窗口每滑动1个采样点，将搜索窗口开始位置加1；最终依次得到8个搜索窗口，将这8个搜索窗口的非相干累加值取平均数并乘以1.6 倍率得到第一阈值；

步骤724，比较当前搜索窗口的非相干累加值与第一阈值的大小，若非相干累加值大于第一阈值则表示检测到信号，且当前搜索窗口的起始位置为低级 PN序列的起始位置，后续搜索窗口的第一阈值直接被置为0，以此来表示结束块的定时同步；反之则表示没有检测到信号或当前搜索窗口的起始位置并非低级PN序列的起始位置，重复步骤721-724，直至检测到信号。块级的定时同步相关值仿真如图8所示，其中，块级的定时同步结果为873。

步骤731，以搜索窗口开始位置的第1个采样点开始计算，根据帧结构，取出高级PN序列字段块对应的数据作为第二本地参考信号；设计搜索窗口长度为整段导频长度；搜索频槽数量为32个，每个频槽步进为6KHz，生成32个频率分别为F_i＝i*6KHz-96KHz的单载波，其中，i＝1、2、…、31、32，分别将这些单载波与第二本地参考信号进行混频，得到混频后的32个信号；

步骤732，将混频后的32个信号分别与第二本地参考进行相关计算得到32 个第二相关值，通过比较得出最大第二相关值，并记录最大第二相关值所对应的频率值；

步骤733，将当前搜索窗口中每个频点得到的第二相关值与先前搜索窗口中得到的所有第二相关值进行累加并获取平均值，之后乘以权重因子1.8得到当前搜索窗口的第二阈值；

步骤734，比较当前搜索窗口的最大第二相关值与第二阈值的大小，若最大第二相关值大于第二阈值则表示信号在此时槽、频槽组合处定时精确且频率残差小；若最大第二相关值不大于第二阈值，则令搜索窗口根据预设步进长度滑动，最终令搜索窗口滑动1152个采样点，将搜索起始位置加1152，其中 SHIFT_SIZE为低级PN序列字段块以及FIX字段对应数据数量的采样点数，重复步骤731-734直至搜寻到最大第二相关值大于第二阈值的时槽、频槽组合；时频搜索仿真结果如图9所示，其中，时频精同步的频率精估计值为0Hz，定时精估计值为第17个窗口。

综上，本申请实施例提出的方法，通过在连续相位调制信号中加入满足预设要求的前导信号，前导信号包括低级PN序列以及高级PN序列；根据前导信号内的低级PN序列对接收信号进行块级的定时同步；根据前导信号内的高级 PN序列对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频精同步。本申请时频精同步在频率搜索时不需要符号级的定时精度，缩小了搜索空间，使得时频二维搜索的运算量以及复杂度降低，同时充分利用了PN序列的自相关特性，满足强干扰和高动态环境下的信号捕获和同步需求，且复杂度低。

为了实现上述实施例，本申请还提出一种基于多级PN序列的连续相位调制的同步装置。

图10为本申请实施例提供的一种基于多级PN序列的连续相位调制的同步装置的结构示意图。

如图10所示，一种基于多级PN序列的连续相位调制的同步装置，包括：

预同步模块101，用于在连续相位调制信号中加入满足预设要求的前导信号，前导信号包括低级PN序列以及高级PN序列；

块级定时同步模块102，用于根据前导信号内的低级PN序列对接收信号进行块级的定时同步；

时频精同步模块103，用于根据前导信号内的高级PN序列对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频精同步。

综上，本申请实施例提出的装置，通过预同步模块在连续相位调制信号中加入满足预设要求的前导信号，前导信号包括低级PN序列以及高级PN序列；块级定时同步模块根据前导信号内的低级PN序列对接收信号进行块级的定时同步；时频精同步模块根据前导信号内的高级PN序列对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频精同步。本申请充分利用了PN序列的自相关特性，满足强干扰和高动态环境下的信号捕获和同步需求，且具有低复杂度的优点。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA) 等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种基于多级PN序列的连续相位调制的同步方法，其特征在于，所述方法包括：

在连续相位调制信号中加入满足预设要求的前导信号，所述前导信号包括低级PN序列以及高级PN序列；

根据所述前导信号内的低级PN序列对接收信号进行块级的定时同步；

根据所述前导信号内的高级PN序列对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频精同步；

所述在连续相位调制信号中加入满足预设要求的前导信号之前，包括：

确定低级PN序列以及高级PN序列，所述低级PN序列和所述高级PN序列的长度均为2n，n为正整数，其中，根据多普勒频偏确定低级PN序列的长度，确定所述低级PN序列的长度的公式为：

其中，L为低级PN序列的长度，f_sym为符号率，f_e为最大多普勒频偏频率；

对所述低级PN序列进行连续相位调制后得到调制后的低级PN序列，根据高级PN序列对所述调制后的低级PN序列进行二次调制得到二次调制后的低级PN序列；以及

在二次调制后的低级PN序列中相邻的字段之间插入相位修正字段，从而得到满足预设要求的前导信号，所述满足预设要求的前导信号为具有连续相位特性的前导信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定低级PN序列以及高级PN序列，包括：

所述低级PN序列为由数量相等的“0”和“1”构成的特定长度的具有自相关特性的序列；

所述高级PN序列为由数量相等的“-1”和“+1”构成的特定长度的具有自相关特性的序列。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述前导信号内的低级PN序列对接收信号进行块级的定时同步；根据所述前导信号内的高级PN序列对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频精同步，包括：

取低级PN序列对应的数据作为第一本地同步信号，将接收信号与第一本地同步信号做滑动匹配，对接收信号进行块级时域搜索，从而得到块级的定时同步结果；

根据块级的定时同步结果对所述接收信号进行初步定时补偿，从而得到进行块级的定时同步后的接收信号；

取高级PN序列对应的数据作为第二本地同步信号，将进行块级的定时同步后的接收信号与第二本地同步信号做滑动匹配，对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频二维搜索，从而得到时频精同步结果；

根据所述时频精同步结果，对所述接收信号进行频率补偿以及定时补偿，从而得到定时偏移以及频率偏移小于预设值的接收信号。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将接收信号与第一本地同步信号做滑动匹配，对接收信号进行块级时域搜索，从而得到块级的定时同步结果，包括：

确定估计窗口的长度以及位于估计窗口内部的搜索窗口的长度，令所述搜索窗口在所述估计窗口内从估计窗口的起始位置开始滑动搜索；

当所述搜索窗口在所述估计窗口内从估计窗口的起始位置开始滑动搜索时，实时确定所述搜索窗口的第一相关值，根据所述第一相关值确定第一阈值；

若所述搜索窗口的第一相关值大于第一阈值，则说明检测到信号，并结束滑动搜索，同时取出所述搜索窗口的第一相关值峰值对应的时槽的起始点作为定时同步的结果。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述实时确定所述搜索窗口的相关值，包括：

将所述搜索窗口等分为预定数量的子窗口；

根据任一子窗口内的数据与本地参考信号确定任一子窗口的第一相关值，并对所有子窗口的第一相关值进行非相干累加得到搜索窗口的第一相关值；

根据所述搜索窗口内所有子窗口的第一相关值中最大的第一相关值确定所述搜索窗口的第一相关值峰值。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将进行块级的定时同步后的接收信号与第二本地同步信号做滑动匹配，对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频二维搜索，从而得到时频精同步结果，包括：

确定估计窗口的长度以及位于估计窗口内部的搜索窗口的长度，令所述搜索窗口在所述估计窗口内从估计窗口的起始位置开始滑动搜索；

当所述搜索窗口在所述估计窗口内从估计窗口的起始位置开始滑动搜索时，确定所述搜索窗口的第二相关值以及最大第二相关值，根据所述第二相关值确定第二阈值；

比较第二相关值与第二阈值的大小，若所述第二相关值大于第二阈值，则得到时频精同步结果；

若所述第二相关值不于第二阈值，则搜索窗口在估计窗口内部以设定步进长度进行滑动，根据滑动后的搜索窗口进行时频二维搜索，直至第二相关值大于第二阈值。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定所述搜索窗口的第二相关值，包括：

确定搜索窗口内的频槽数量，生成与频槽数量相同个数的单载波，将所述单载波与第二本地同步信号进行混频，得到与频槽数量相同个数的混频信号；

根据混频信号以及第二本地同步信号确定所有第二相关值以及最大第二相关值。

8.一种基于多级PN序列的连续相位调制的同步装置，其特征在于，所述装置包括：

预同步模块，用于在连续相位调制信号中加入满足预设要求的前导信号，所述前导信号包括低级PN序列以及高级PN序列；

块级定时同步模块，用于根据所述前导信号内的低级PN序列对接收信号进行块级的定时同步；

时频精同步模块，用于根据所述前导信号内的高级PN序列对进行块级的定时同步后的接收信号进行时频精同步；

所述在连续相位调制信号中加入满足预设要求的前导信号之前，所述预同步模块，还用于：

确定低级PN序列以及高级PN序列，所述低级PN序列和所述高级PN序列的长度均为2n，n为正整数，其中，根据多普勒频偏确定低级PN序列的长度，确定所述低级PN序列的长度的公式为：

其中，L为低级PN序列的长度，f_sym为符号率，f_e为最大多普勒频偏频率；

对所述低级PN序列进行连续相位调制后得到调制后的低级PN序列，根据高级PN序列对所述调制后的低级PN序列进行二次调制得到二次调制后的低级PN序列；以及

在二次调制后的低级PN序列中相邻的字段之间插入相位修正字段，从而得到满足预设要求的前导信号，所述满足预设要求的前导信号为具有连续相位特性的前导信号。

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