CN115664621A - 一种时间同步算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时间同步算法，包括如下步骤：(1)将本地前导序列与接收到的前导序列逐点相乘得到向量γ；(2)将向量γ等分为P个子段；(3)各子段内的元素分别累加后取绝对值，再将P个绝对值累加，得到同步度量函数Γ(n)；(4)根据同步度量函数Γ(n)的最大值获得时间同步位置。本发明将前导序列划分为P(其中P≥2)个长度相同的子段，每个子段独立计算互相关，然后将每一子段的互相关先求绝对值再累加起来，以累加结果作为判断时间是否同步的依据，在频偏范围大的场景下仍能有效地获得时间同步，鲁棒性及误警率均由于传统方案。

Description

一种时间同步算法

技术领域

本发明属于通信领域，具体涉及一种时间同步算法。

背景技术

在通信接收机中，获取时间同步是实现可靠接收的前提。传统方案采用直接自相关算法获取时间同步，这种算法随着频偏增大性能快速下降。频偏是客观存在的，它与载波频率、晶振归一化偏差、相对移动速率呈正相关，现实中不宜假定频偏“很小”。因此，研究在大频偏条件下高效地实现可靠的时间同步具有现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，与现有技术中将前导序列看作一个整体不同，而是将前导序列划分为P(其中P≥2)个长度相同的子段，每个子段独立计算互相关，然后将每一子段的自相关先求绝对值再累加起来，以累加结果作为判断时间是否同步的依据，在频偏范围大的场景下仍能有效地获得时间同步，鲁棒性及误警率均由于传统方案。

为实现上述发明目的，第一方面，本发明提供一种时间同步算法，包括如下步骤：(1)将本地前导序列与接收到的前导序列逐点相乘得到向量γ；(2)将向量γ等分为P个子段；(3)各子段内的元素分别累加后取绝对值，再将P个绝对值累加，得到同步度量函数Γ(n)；(4)根据同步度量函数Γ(n)的最大值获得时间同步位置。

进一步地，步骤(4)所述最大值的计算方法为：

其中n＝0,1,2,…，表示时间序列索引，n_opt表示最优的n取值，max{.}表示取最大值。

进一步地，所述同步度量函数Γ(n)定义为：

其中N为前导序列长度，P为前导序列子段个数，N能被P整除，|·|表示取绝对值，γ_n(m)为接收符号r(n+m)与s^*(m)的乘积。

进一步地，所述γ_n(m)＝s^*(m)r(n+m)，其中{s(m),m＝0,1,...,N-1}表示长度为N的前导序列，r(n+m)表示索引(n+m)对应的接收信号，*为向量操作符共轭转置。

进一步地，所述P为整数，其取值范围为：

N为前导序列长度，

表示向下取整。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

与现有技术中将前导序列看作一个整体不同，而是将前导序列划分为P(其中P≥2)个长度相同的子段，每个子段独立计算互相关，然后将每一子段的自相关先求绝对值再累加起来，以累加结果作为判断时间是否同步的依据，在频偏范围大的场景下仍能有效地获得时间同步，鲁棒性及误警率均由于传统方案。

附图说明

图1为本发明一个实施例的流程图；

图2为本发明一个实施例中误警率随信噪比的变化趋势图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。

如图1所示，本发明时间同步算法的一个实施例，包括如下步骤：(1)将本地前导序列与接收到的前导序列逐点相乘得到向量γ；(2)将向量γ等分为P个子段；(3)各子段内的元素分别累加后取绝对值，再将P个绝对值累加，得到同步度量函数Γ(n)；(4)根据同步度量函数Γ(n)的最大值获得时间同步位置。

本实施例中，与现有技术中将前导序列看作一个整体不同，而是将前导序列划分为P(其中P≥2)个长度相同的子段，每个子段独立计算互相关，然后将每一子段的自相关先求绝对值再累加起来，以累加结果作为判断时间是否同步的依据，在频偏范围大的场景下仍能有效地获得时间同步，鲁棒性及误警率均由于传统方案。

本实施例中，步骤(3)可改为“各子段内的元素分别累加后求功率值，再将P个功率值累加，得到同步度量函数Γ(n)”，可达到类似的同步效果。

在一个实施例中，步骤(4)所述最大值的计算方法为：

其中n＝0,1,2,…，表示时间序列索引，n_opt表示最优的n取值，max{.}表示取最大值。

在一个实施例中，所述同步度量函数Γ(n)定义为：

其中N为前导序列长度，P为前导序列子段个数，N能被P整除，|·|表示取绝对值，γ_n(m)为接收符号r(n+m)与s^*(m)的乘积。

本实施例中，式(2)是将向量γ＝[γ(0),γ(1),...,γ(N-1)]的P个子段取绝对值累加，这样做的理由是：每个子段范围内由于频偏引起的相位线性增量相对于传统方法小，即使存在大频偏，子段内的数据仍然呈现出较大的相关性，这意味着本方案具有更强的抗频偏性能。需要说明的是，传统方案只采用自相关的平方作为度量函数，并无分多段求取绝对值的操作，即

此外，本方案相对于传统方案，复杂度增加不多，只增加了P个绝对值操作，即以较小运算量的代价获得抗频偏性能的较大提升，可在大频率偏差场景下，以较低的代价实现可靠的时间同步。

在一个实施例中，所述γ_n(m)＝s^*(m)r(n+m)，其中{s(m),m＝0,1,...,N-1}表示长度为N的前导序列，r(n+m)表示索引(n+m)对应的接收信号，*为向量操作符共轭转置。

在一个实施例中，所述P为整数，其取值范围为：

N为前导序列长度，

表示向下取整。

为更直观地理解本发明实施例中的公式的含义，以下通过具体参数进行演算举例：

本实例采用参数：AWGN信道模型，前导序列长度N＝128，前导序列划分为P＝2个子段。在信道带宽2MHz，子载波间隔Δ_f＝15kHz的OFDM系统评估本发明算法的性能。频率偏差选择高达3个子载波间隔，即3Δ_f＝45kHz。

本实例的演算过程如下：

·前导序列定义

其中z(m)＝e^{j2πm(m+1)/113},m＝0,1,...,N-1,N＝128。

·接收序列与前导序列相关

γ_n(m)＝s^*(m)r(n+m),n＝0,1,2,...，其中r(m)表示接收信号序列(发送信号序列叠加频偏和噪声后得到)。发送信号序列周期性地插入一个前导序列。发送序列中的数据序列与前导序列长度之比为99：1。

·计算度量函数

·计算同步位置

时间同步偏差不超过1个采样间隔认为同步成功，否则认为失败。图2为时间同步的误警率随信噪比的变化曲线，由图2可见，在给定的大频偏条件下，本发明实施例的误警率比传统算法优1dB以上。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种时间同步算法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将本地前导序列与接收到的前导序列逐点相乘得到向量γ；

(2)将向量γ等分为P个子段；

(3)各子段内的元素分别累加后取绝对值，再将P个绝对值累加，得到同步度量函数Γ(n)；

(4)根据同步度量函数Γ(n)的最大值获得时间同步位置。

2.根据权利要求1所述的时间同步算法，其特征在于，步骤(4)所述最大值的计算方法为：

其中n＝0,1,2,…，表示时间序列索引，n_opt表示最优的n取值，max{.}表示取最大值。

3.根据权利要求1或2所述的时间同步算法，其特征在于，所述同步度量函数Γ(n)定义为：

其中N为前导序列长度，P为前导序列子段个数，N能被P整除，|.|表示取绝对值，γ_n(m)为接收符号r(n+m)与s^*(m)的乘积。

4.根据权利要求3所述的时间同步算法，其特征在于，所述γ_n(m)＝s^*(m)r(n+m)，其中{s(m),m＝0,1,...,N-1}表示长度为N的前导序列，r(n+m)表示索引(n+m)对应的接收信号，*为向量操作符共轭转置。

5.根据权利要求1所述的时间同步算法，其特征在于，所述P为整数，其取值范围为：

N为前导序列长度，

表示向下取整。

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