CN116614332A - 一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法，由接收端执行，包括：接收发射端反馈的包含信号同步关联帧和同步信息序列的数据包，将数据包引入随时间变化的频率误差解析生成接收序列；对接收序列以任意采样点进行截取，获得截取的接收序列；对截取的接收序列进行等长的分段；确定快速傅里叶变换后的序列中的幅值最大值；对分段幅值最大值进行求和，将求和后的值作为截取的接收序列的峰值；遍历所述接收序列Y的每个采样点，得到每个采样点对应的峰值，从而得到峰值曲线，选择峰值曲线中与同步关联帧的波形曲线拟合后的位置对应的采样点作为整个接收序列Y的同步信号起点。本发明解决了大信噪比范围的突发信号同步问题。

Description

一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法
技术领域
本发明涉及一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法，属于通信技术领域。
背景技术
信噪比通常被认为是用于评估无线电接收器接收的无线电信号解调后数据的可靠性以及用于估计无线电信号传输所使用的信道的质量的重要参数。因此，使用信噪比来确定无线电信号的处理策略，如声音减弱(英语也称为“soft mute(软静音)”)、搜索功能、以及针对模拟无线电信号(例如FM信号)的信号混合(英语也称为“blend(调和)”)、以及针对数字无线电信号(例如DAB、DRM和CDR信号)的透明(英语也称为“seamless(无缝)”)转变、隐藏(英语也称为“concealment(隐蔽)”)和跳频。这样可以改善无线电接收器接收的信号质量。
公开号为CN108270707A《一种信号同步的方法及装置》中，利用本地的差分序列与接收到的差分序列进行相关运算，而后进行快速傅里叶变换(Fast FourierTransform，FFT)，根据相关结果计算其中的频率偏移量，获得接收信号中的差分序列，从而确定同步位置。公开号为CN109818644A《信号同步方法、装置、计算机设备和存储介质》中，将获取的信号经不同滤波器后得到第一相关值和第二相关值，然后将第一相关值的最大值和第二相关值的最大值与预设门限进行比较，当比较结果匹配成功时对接收信号进行补偿同步。从以上看到，现有技术中均利用了序列的良好的自相关特性，利用本地序列与接收信号之间的相关，寻找到峰值从而确定接收信号中的同步起点。
然而，现有技术主要是在收发双方没有频偏或存在固定频偏的条件下进行的，缺少适应大信噪比范围的突发信号同步技术。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术存在的技术缺陷，解决上述技术问题，提出一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法。
本发明具体采用如下技术方案：一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法，由接收端执行，包括如下步骤：
步骤SS1：向发射端发送信号同步请求，发送信号同步关联帧给所述发射端，通过高斯信道接收所述发射端反馈的包含信号同步关联帧和同步信息序列X的数据包，将所述数据包引入随时间变化的频率误差f(t)解析生成接收序列Y；
步骤SS2：对所述接收序列Y以任意采样点进行截取，获得截取的接收序列；对所述截取的接收序列进行等长的分段，得到Q段接收序列Y＝(Y1，…，Yq，…，YQ)；其中，Q为分段数；
步骤SS3：根据所述Q段接收序列中的每一段接收序列Yq计算对应的快速傅里叶变换后的序列，确定所述快速傅里叶变换后的序列中的幅值最大值，从而得到Q段幅值最大值；
步骤SS4：对所述Q段幅值最大值进行求和，将求和后的值作为截取的接收序列的峰值；
步骤SS5：遍历所述接收序列Y的每个采样点，重复步骤SS2-SS4，得到每个采样点对应的峰值，从而得到峰值曲线，选择峰值曲线中与所述同步关联帧的波形曲线拟合后的位置对应的采样点作为整个接收序列Y的同步信号起点。
作为一种较佳的实施例，所述同步关联帧为正负峰值的数字信号序列R。
作为一种较佳的实施例，所述数字信号序列R为如下任一种：(R1，-R1，…，RN，-RN)，其中N>1；(R1，0，…，RN，0)，其中N>1；(0，-R1，…，0，-RN)，其中N>1。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS1具体为：所述同步信息序列X为X＝(x1，…，xn，…，xN)，xn＝±1；所述同步信息序列X和同步关联帧构成的数据包经高斯信道进行传输，则在接收端获得接收序列为Y＝(接收同步关联帧，y1，…，yn，…，yN)；其中：
其中，表示频偏对发送符号xn的影响；/>表示第n个符号附加相位的大小，两符号时间间隔为/>秒，Rsym为符号传输速率；φ0为序列的初始相位；i为虚数单位；wn表示噪声对发送符号xn的影响，wn为服从均值为0方差为σ2的正态分布的二维噪声采样值，接收同步关联帧为接收端实际接收到的信号同步关联帧。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3包括如下步骤：
步骤SS31，令索引变量i＝1；
步骤SS32，基于快速傅里叶的同步算法，得到第i段幅值最大值vi及vi对应的频偏fi；
步骤SS33，令索引变量i依次增加1，若i≤Q，则跳转入子步骤SS32，否则进入步骤SS4；
经步骤SS31、步骤SS32、步骤SS33后，得到Q段幅值最大值v1，…，vq，…vQ。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS32中，基于快速傅里叶的同步算法具体为：
根据接收序列Y＝(同步关联帧，y1，…，yn，…，yN)和同步信息序列X＝(x1，…，xn，…，xN)构造准正弦信号序列
其中，接收同步关联帧为接收端实际接收到的信号同步关联帧，/>对所述准正弦信号序列进行N点快速傅里叶变换，得快速傅里叶变换后的序列，从快速傅里叶变换后的序列中寻找幅值最大值及幅值最大值对应的频偏；同理求得Q段幅值最大值v1，…，vq，…vQ及对应的频偏f1，…，fq，…，fQ。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS4中，求和的公式为：将求和后的值vmax作为截取的接收序列的峰值；构造频偏向量f＝(f1，…，fq，…，fQ)。
本发明还提出一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法，由发射端执行，包括如下步骤：响应于接收端的信号同步请求，获取接收端发送的信号同步关联帧，通过高斯信道反馈包含信号同步关联帧和同步信息序列X的数据包给接收端。
作为一种较佳的实施例，所述信号同步关联帧为正负峰值的数字信号序列R。
作为一种较佳的实施例，所述数字信号序列R＝(R1，-R1，…，RN，-RN)，N>1。
本发明所达到的有益效果：第一，本发明旨在解决适应大信噪比范围的突发信号同步这一问题，通过接收端向发射端发送信号同步请求，发送信号同步关联帧给所述发射端，通过高斯信道接收所述发射端反馈的包含信号同步关联帧和同步信息序列X的数据包，将所述数据包引入随时间变化的频率误差f(t)解析生成接收序列Y；对所述接收序列Y以任意采样点进行截取，获得截取的接收序列；对所述截取的接收序列进行等长的分段，得到Q段接收序列Y＝(Y1，…，Yq，…，YQ)；其中，Q为分段数；根据所述Q段接收序列中的每一段接收序列Yq计算对应的快速傅里叶变换后的序列，确定所述快速傅里叶变换后的序列中的幅值最大值，从而得到Q段幅值最大值；对所述Q段幅值最大值进行求和，将求和后的值作为截取的接收序列的峰值；遍历所述接收序列Y的每个采样点，重复上述步骤，得到每个采样点对应的峰值，从而得到峰值曲线，选择峰值曲线中与所述同步关联帧的波形曲线拟合后的位置对应的采样点作为整个接收序列R的同步信号起点，从整体上解决了适应大信噪比范围的突发信号同步问题。第二，本发明基于电磁信号传输与接收过程中不可能每次都是完完整整的接收到全部的信号同步关联帧，存在信号同步关联帧部分数据没有接收到，正是基于此，信号同步关联帧承担同步时间以及同步数据通信的前缀功能，本发明的信号同步关联帧采用正负峰值的数字信号序列R，优选采用R＝(R1，-R1，…，RN，-RN)，其中N>1，就算有部分丢失，接收到的数据仍是正负峰值的波形数据，接收同步关联帧为接收端实际接收到的信号同步关联帧。
附图说明
图1是本发明的一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：如图1所示，本发明提出一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法，由接收端执行，包括如下步骤：
步骤SS1：向发射端发送信号同步请求，发送信号同步关联帧给所述发射端，通过高斯信道接收所述发射端反馈的包含信号同步关联帧和同步信息序列X的数据包，将所述数据包引入随时间变化的频率误差f(t)解析生成接收序列Y；
步骤SS2：对所述接收序列Y以任意采样点进行截取，获得截取的接收序列；对所述截取的接收序列进行等长的分段，得到Q段接收序列Y＝(Y1，…，Yq，…，YQ)；其中，Q为分段数；
步骤SS3：根据所述Q段接收序列中的每一段接收序列Yq计算对应的快速傅里叶变换后的序列，确定所述快速傅里叶变换后的序列中的幅值最大值，从而得到Q段幅值最大值；
步骤SS4：对所述Q段幅值最大值进行求和，将求和后的值作为截取的接收序列的峰值；
步骤SS5：遍历所述接收序列Y的每个采样点，重复步骤SS2-SS4，得到每个采样点对应的峰值，从而得到峰值曲线，选择峰值曲线中与所述同步关联帧的波形曲线拟合后的位置对应的采样点作为整个接收序列Y的同步信号起点。
作为一种较佳的实施例，所述同步关联帧为正负峰值的数字信号序列R。
作为一种较佳的实施例，所述数字信号序列R为如下任一种：(R1，-R1，…，RN，-RN)，其中N>1；(R1，0，…，RN，0)，其中N>1；(0，-R1，…，0，-RN)，其中N>1。
作为一种较佳的实施例，所述数字信号序列R为：(R1，-R1，…，RN，-RN)，其中N>1。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS1具体为：所述同步信息序列X为X＝(x1，…，xn，…，xN)，xn＝±1；所述同步信息序列X和同步关联帧构成的数据包经高斯信道进行传输，则在接收端获得接收序列为Y＝(接收同步关联帧，y1，…，yn，…，yN)；其中：
其中，表示频偏对发送符号xn的影响；/>表示第n个符号附加相位的大小，两符号时间间隔为/>秒，Rsym为符号传输速率；φ0为序列的初始相位；i为虚数单位；wn表示噪声对发送符号xn的影响，wn为服从均值为0方差为σ2的正态分布的二维噪声采样值，接收同步关联帧为接收端实际接收到的信号同步关联帧。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3包括如下步骤：
步骤SS31，令索引变量i＝1；
步骤SS32，基于快速傅里叶的同步算法，得到第i段幅值最大值vi及vi对应的频偏fi；
步骤SS33，令索引变量i依次增加1，若i≤Q，则跳转入子步骤SS32，否则进入步骤SS4；
经步骤SS31、步骤SS32、步骤SS33后，得到Q段幅值最大值v1，…，vq，…vQ。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS32中，基于快速傅里叶的同步算法具体为：
根据接收序列Y＝(同步关联帧，y1，…，yn，…，yN)和同步信息序列X＝(x1，…，xn，…，xN)构造准正弦信号序列
其中，电磁信号传输与接收过程中不可能每次都是完完整整的接收到全部的信号同步关联帧，存在信号同步关联帧部分数据没有接收到，正是基于此，信号同步关联帧承担同步时间以及同步数据通信的前缀功能，本发明的信号同步关联帧采用正负峰值的数字信号序列R，优选采用R＝(R1，-R1，…，RN，-RN)，其中N>1，就算有部分丢失，接收到的数据仍是正负峰值的波形数据，
接收同步关联帧为接收端实际接收到的信号同步关联帧，
对所述准正弦信号序列进行N点快速傅里叶变换，得快速傅里叶变换后的序列，从快速傅里叶变换后的序列中寻找幅值最大值及幅值最大值对应的频偏；同理求得Q段幅值最大值v1，…，vq，…vQ及对应的频偏f1，…，fq，…，fQ。
作为一种较佳的实施例，所述步骤SS4中，求和的公式为：将求和后的值vmax作为截取的接收序列的峰值；构造频偏向量f＝(f1，…，fq，…，fQ)。
本发明还提出一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法，由发射端执行，包括如下步骤：响应于接收端的信号同步请求，获取接收端发送的信号同步关联帧，通过高斯信道反馈包含信号同步关联帧和同步信息序列X的数据包给接收端。
作为一种较佳的实施例，所述信号同步关联帧为正负峰值的数字信号序列R。
作为一种较佳的实施例，所述数字信号序列R＝(R1，-R1，…，RN，-RN)，N>1。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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 (10)

1.一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法，由接收端执行，其特征在于，包括如下步骤：
步骤SS1：向发射端发送信号同步请求，发送信号同步关联帧给所述发射端，通过高斯信道接收所述发射端反馈的包含信号同步关联帧和同步信息序列X的数据包，将所述数据包引入随时间变化的频率误差f(t)解析生成接收序列Y；
步骤SS2：对所述接收序列Y以任意采样点进行截取，获得截取的接收序列；对所述截取的接收序列进行等长的分段，得到Q段接收序列Y＝(Y1，…，Yq，…，YQ)；其中，Q为分段数；
步骤SS3：根据所述Q段接收序列中的每一段接收序列Yq计算对应的快速傅里叶变换后的序列，确定所述快速傅里叶变换后的序列中的幅值最大值，从而得到Q段幅值最大值；
步骤SS4：对所述Q段幅值最大值进行求和，将求和后的值作为截取的接收序列的峰值；
步骤SS5：遍历所述接收序列Y的每个采样点，重复步骤SS2-SS4，得到每个采样点对应的峰值，从而得到峰值曲线，选择峰值曲线中与所述同步关联帧的波形曲线拟合后的位置对应的采样点作为整个接收序列Y的同步信号起点。
2.根据权利要求1所述的一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法，其特征在于，所述同步关联帧为正负峰值的数字信号序列R。
3.根据权利要求2所述的一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法，其特征在于，所述数字信号序列R为如下任一种：(R1，-R1，…，RN，-RN)，其中N>1；(R1，0，…，RN，0)，其中N>1；(0，-R1，…，0，-RN)，其中N>1。
4.根据权利要求1所述的一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法，其特征在于，所述步骤SS1具体为：所述同步信息序列X为X＝(x1，…，xn，…，xN)，xn＝±1；所述同步信息序列X和同步关联帧构成的数据包经高斯信道进行传输，则在接收端获得接收序列为Y＝(接收同步关联帧，y1，…，yn，…，yN)；其中：
其中，表示频偏对发送符号xn的影响；/>表示第n个符号附加相位的大小，两符号时间间隔为/>秒，Rsym为符号传输速率；φ0为序列的初始相位；i为虚数单位；wn表示噪声对发送符号xn的影响，wn为服从均值为0方差为σ2的正态分布的二维噪声采样值，接收同步关联帧为接收端实际接收到的信号同步关联帧。
5.根据权利要求1所述的一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法，其特征在于，所述步骤SS3包括如下步骤：
步骤SS31，令索引变量i＝1；
步骤SS32，基于快速傅里叶的同步算法，得到第i段幅值最大值vi及vi对应的频偏fi；
步骤SS33，令索引变量i依次增加1，若i≤Q，则跳转入子步骤SS32，否则进入步骤SS4；
经步骤SS31、步骤SS32、步骤SS33后，得到Q段幅值最大值v1，…，vq，…vQ。
6.根据权利要求5所述的一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法，其特征在于，所述步骤SS32中，基于快速傅里叶的同步算法具体为：
根据接收序列Y＝(同步关联帧，y1，…，yn，…，yN)和同步信息序列X＝(x1，…，xn，…，xN)构造准正弦信号序列
其中，接收同步关联帧为接收端实际接收到的信号同步关联帧，/>
对所述准正弦信号序列进行N点快速傅里叶变换，得快速傅里叶变换后的序列，从快速傅里叶变换后的序列中寻找幅值最大值及幅值最大值对应的频偏；同理求得Q段幅值最大值v1，…，vq，…vQ及对应的频偏f1，…，fq，…，fQ。
7.根据权利要求1所述的一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法，其特征在于，所述步骤SS4中，求和的公式为：将求和后的值vmax作为截取的接收序列的峰值；构造频偏向量f＝(f1，…，fq，…，fQ)。
8.一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法，由发射端执行，其特征在于，包括如下步骤：响应于接收端的信号同步请求，获取接收端发送的信号同步关联帧，通过高斯信道反馈包含信号同步关联帧和同步信息序列X的数据包给接收端。
9.根据权利要求8所述的一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法，其特征在于，所述信号同步关联帧为正负峰值的数字信号序列R。
10.根据权利要求9所述的一种适应大信噪比范围的突发信号同步方法，其特征在于，所述数字信号序列R＝(R1，-R1，…，RN，-RN)，N>1。
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