CN114095071A - 一种dvb-rcs2系统的符号同步方法、可读介质及计算装置 - Google Patents

一种dvb-rcs2系统的符号同步方法、可读介质及计算装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种DVB‑RCS2系统的符号同步方法、可读介质及计算装置，所述方法包括：步骤101：在接收到采样波形后计算采样波形中各个采样点的功率；步骤102：将各个采样点的功率进行相位旋转；步骤103：对相位旋转后的各个采样点的功率进行矢量相加，得到所有采样点的功率的矢量和；步骤104：对所有采样点的功率的矢量和求解相位，得到最佳采样相位误差；步骤105：将最佳采样相位误差归一化，得到最佳采样相位误差占比；步骤106：将最佳采样相位误差占比与步骤101接收的采样波形通过三阶插值得到一个新的序列，该新的序列即为符号同步后的序列。本发明具有开销小，且收敛速度快的特点，并且在低信噪比时性能优越。

Description

一种DVB-RCS2系统的符号同步方法、可读介质及计算装置
技术领域
本发明涉及DVB-RCS2系统技术领域，具体而言，涉及一种DVB-RCS2系统的符号同步方法、可读介质及计算装置。
背景技术
低轨道(LEO)卫星相比于高轨道(GEO)卫星的轨道高度低，使得传输延时短。路径损耗小，多个卫星组成的星座可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效。但是由于低轨道卫星绕地球旋转的时间快于地球本身的自转，而且地面站又只能在短距离范围内才能和卫星通信，所以卫星绕地球一周内通信的时间很短，卫星形成的覆盖地区在地球表面上很快移动，因此DVB-RCS2都采用短包通信。
在同步数字通讯系统中，定时恢复是接收机所要完成的关键功能之一，接收机不仅要使恢复时钟与收到数字信号的时钟频率一致，而且还要确定在每个符号间隔内的何处进行采样，这与恢复时钟的相位有关，把信号间隔Ts内所选择的采样瞬时称为定时相位。最佳时相位选择在符号间隔内眼图睁开的最大处。在实际数字通讯中，接收端和发送段之间存在频率漂移，为此，接收机的恢复时钟必须实时地调整其时钟频率及定时相位来弥补此频率漂移，以保证对解调输出信号采样瞬时的最佳化。由于DVB-RCS2采用短包通信，所以需要一种开销小，性能高的符号同步方法来完成DVB-RCS2短包通信的采样定时。
发明内容
本发明旨在提供一种DVB-RCS2系统的符号同步方法、可读介质及计算装置，以解决上述存在的问题。
本发明提供的一种DVB-RCS2系统的符号同步方法，包括如下步骤：
步骤101：在接收到采样波形后计算采样波形中各个采样点的功率；
步骤102：将各个采样点的功率进行相位旋转；
步骤103：对相位旋转后的各个采样点的功率进行矢量相加，得到所有采样点的功率的矢量和；
步骤104：对所有采样点的功率的矢量和求解相位，得到最佳采样相位误差；
步骤105：将最佳采样相位误差归一化，得到最佳采样相位误差占比；
步骤106：将最佳采样相位误差占比与步骤101接收的采样波形通过三阶插值得到一个新的序列，该新的序列即为符号同步后的序列。
进一步的，步骤101中接收到的采样波形是通过过采样得到的采样波形。
进一步的，步骤102中将各个采样点的功率进行相位旋转的方法为：将各个采样点的功率依次乘以一个固定相位进行相位旋转。
进一步的，当过采样的倍数为4倍时，则将各个采样点的功率依次乘以0、-π/2、-π和-π3/2进行相位旋转。
本发明还提供一种计算机终端可读介质，存储有计算机终端可执行指令，所述计算机终端可执行指令用于执行上述的DVB-RCS2系统的符号同步方法。
本发明还提供一种计算装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的DVB-RCS2系统的符号同步方法。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的DVB-RCS2系统的符号同步方法估计最佳采样相位误差占比时无需辅助符号，无反馈环路，所以本发明的DVB-RCS2系统的符号同步方法具有开销小，且收敛速度快的特点。其次对原始接收的采样波型根据最佳采样相位误差占比进行三阶插值，所以在低信噪比时性能优越。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例的DVB-RCS2系统的符号同步方法的流程图。
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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本实施例提出一种DVB-RCS2系统的符号同步方法，包括如下步骤：
步骤101：在接收到采样波形后计算采样波形中各个采样点的功率，各个采样点的功率表示为
Figure BDA0003348583890000031
其中，接收到的采样波形是通过过采样得到的采样波形，N则表示过采样倍数；
步骤102：将各个采样点的功率进行相位旋转，相位旋转后的各个采样点的功率表示为
Figure BDA0003348583890000041
其中，将各个采样点的功率进行相位旋转的方法为：将各个采样点的功率依次乘以一个固定相位进行相位旋转。如果过采样的倍数N＝4倍时，则将各个采样点的功率依次乘以0、-π/2、-π和-π3/2进行相位旋转。
步骤103：对相位旋转后的各个采样点的功率进行矢量相加，得到所有采样点的功率的矢量和，表示为：
Figure BDA0003348583890000042
步骤104：对所有采样点的功率的矢量和求解相位，得到最佳采样相位误差，表示为
Figure BDA0003348583890000043
步骤105：将最佳采样相位误差归一化，得到最佳采样相位误差占比，表示为：
Figure BDA0003348583890000044
步骤106：将最佳采样相位误差占比与步骤101接收的采样波形通过三阶插值得到一个新的序列，该新的序列即为符号同步后的序列。
上述的DVB-RCS2系统的符号同步方法主要是针对PSK调试的无辅助数据的符号同步方法，这种符号同步方法拥有前馈结构，可以很容易地通过FPGA(可编程逻辑器件)实现。以下对上述的DVB-RCS2系统的符号同步方法进行验证：
接收的采样波形建模为：
Figure BDA0003348583890000045
其中，θ是载波相位，τ是起始位置r(t)与最佳采样相位的误差，ω(t)是复高斯白噪声，g(t)是成型脉冲，i为符号下标，j为
Figure BDA0003348583890000046
T为1/符号率，c为码字。
令起始位置r(t)通过匹配滤波器后得到x(t)。
Figure BDA0003348583890000051
其中，z为积分变量。
将式(1)代入式(2)得：
Figure BDA0003348583890000052
因为
Figure BDA0003348583890000053
为升余弦单位脉冲响应，令
Figure BDA0003348583890000054
由于高斯随机变量的线性变化仍为高斯随机变量，所以
Figure BDA0003348583890000055
且
Figure BDA0003348583890000056
与ω(t)功率相同。所以有：
Figure BDA0003348583890000057
假设
Figure BDA0003348583890000058
Figure BDA0003348583890000059
Figure BDA00033485838900000510
那么x(t)的最佳采样位置为
Figure BDA00033485838900000511
TLO为x(t)信号长度。则最佳采样点为：
Figure BDA00033485838900000512
其中h(0)＝1。由于
Figure BDA00033485838900000513
为N(0,Nω)的复高斯变量，将其代入复高斯噪声概率密度函数得：
Figure BDA00033485838900000514
其中，Nω为噪声方差。
将式(6)展开得：
Figure BDA00033485838900000515
由于各个符号相互独立所以：
Figure BDA0003348583890000061
其中，LO为符号长度。
所以有：
Figure BDA0003348583890000062
当符号长度LO够大时，
Figure BDA0003348583890000063
可看作常数，所以最大似然函数得：
Figure BDA0003348583890000064
将
Figure BDA0003348583890000065
平均在各个符号域上得：
Figure BDA0003348583890000066
其中，M为成型倍数。
将式(11)用泰勒级数展开
Figure BDA0003348583890000067
近似于：
Figure BDA0003348583890000068
对
Figure BDA0003348583890000069
取对数再回调
Figure BDA00033485838900000610
得：
Figure BDA00033485838900000611
其中，ES为信号功率，N0为噪声功率谱密度。
因为在低信噪比时ln(1+x)≈x，所以有：
Figure BDA0003348583890000071
同时对
Figure BDA0003348583890000072
进行傅里叶级数展开得：
Figure BDA0003348583890000073
其中，
Figure BDA0003348583890000074
m为傅里叶级数下标。
因为
Figure BDA0003348583890000075
可以非常精准的接近于
Figure BDA0003348583890000076
所以有：
Figure BDA0003348583890000077
当
Figure BDA0003348583890000078
时
Figure BDA0003348583890000079
取到最大值。将C1离散化后得：
Figure BDA00033485838900000710
将式(17)与式(14)代入
Figure BDA00033485838900000711
后得：
Figure BDA00033485838900000712
得到最佳采样相位误差占比
Figure BDA00033485838900000713
后，再对原始接收的采样波形进行三阶插值得到一个新的序列，该新的序列即为符号同步后的序列，至此完成符号同步。
由式(18)可以看出本发明的DVB-RCS2系统的符号同步方法估计最佳采样相位误差占比时无需辅助符号，无反馈环路，所以本发明的DVB-RCS2系统的符号同步方法具有开销小，且收敛速度快的特点。其次对原始接收的采样波型根据最佳采样相位误差占比进行三阶插值，所以在低信噪比时性能优越。
此外，在一些实施例中，提出一种计算机终端可读介质，存储有计算机终端可执行指令，其特征在于，所述计算机终端可执行指令用于执行如前文实施例所述的DVB-RCS2系统的符号同步方法。计算机可读介质的示例包括磁性存储介质(例如，软盘、硬盘等)、光学记录介质(例如，CD-ROM、DVD等)或存储器，如存储卡、ROM或RAM等。计算机可读介质也可以分布在网络连接的计算机系统上，例如是应用程序的商店。
此外，在一些实施例中，提出一种计算装置，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如前文实施例所述的DVB-RCS2系统的符号同步方法。计算装置的示例包括PC机、平板电脑、智能手机或PDA等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种DVB-RCS2系统的符号同步方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤101：在接收到采样波形后计算采样波形中各个采样点的功率；
步骤102：将各个采样点的功率进行相位旋转；
步骤103：对相位旋转后的各个采样点的功率进行矢量相加，得到所有采样点的功率的矢量和；
步骤104：对所有采样点的功率的矢量和求解相位，得到最佳采样相位误差；
步骤105：将最佳采样相位误差归一化，得到最佳采样相位误差占比；
步骤106：将最佳采样相位误差占比与步骤101接收的采样波形通过三阶插值得到一个新的序列，该新的序列即为符号同步后的序列。
2.根据权利要求1所述的DVB-RCS2系统的符号同步方法，其特征在于，步骤101中接收到的采样波形是通过过采样得到的采样波形。
3.根据权利要求2所述的DVB-RCS2系统的符号同步方法，其特征在于，步骤102中将各个采样点的功率进行相位旋转的方法为：将各个采样点的功率依次乘以一个固定相位进行相位旋转。
4.根据权利要求3所述的DVB-RCS2系统的符号同步方法，其特征在于，当过采样的倍数为4倍时，则将各个采样点的功率依次乘以0、-π/2、-π和-π3/2进行相位旋转。
5.一种计算机终端可读介质，存储有计算机终端可执行指令，其特征在于，所述计算机终端可执行指令用于执行如权利要求1-4中任一权利要求所述的DVB-RCS2系统的符号同步方法。
6.一种计算装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-4中任一权利要求所述的DVB-RCS2系统的符号同步方法。
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