基於前導序列的定時誤差估計方法與流程
2023-04-26 05:56:51 1
本發明涉及無線通信領域，尤其涉及航空航天飛行器的無線通信設備，是一種單載波系統中基於前導序列的定時誤差估計的實現方法。
背景技術：
隨著通信業務量的高速增長，對無線通信系統的傳輸速率提出更高的要求。伴隨著傳輸速率的提升，各種高階調製方式得到應用，然而高階調製解調門限的局限性導致系統靠各種物理手段來彌補能量損失，例如增大發射功率，以提升接收機的信噪比達到最佳接收，其衍生對功放的要求更加苛刻，同時由於高階調製的幅度包絡不恆定，導致功放效率降低，因此在現階段進行高速信息傳輸時，一般採用ofdm(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，正交頻分復用)和單載波qpsk兩種方式，其中ofdm技術對載波同步比較敏感，而且papr(peak-to-averagepowerratio，峰均功率比)較大；而單載波qpsk技術相比不存在papr問題，而且不需要昂貴的顯性功率放大器，對載波同步不是特別敏感，同時可以採用信道糾錯編解碼、頻域均衡等方式來有效降低多徑引起的數據幹擾。同時單載波qpsk方式相對於ofdm、高階調製等技術實現複雜度低，魯棒性更高，系統更趨於穩健。
無線通信技術領域的核心問題之一即為同步，其包含定時同步和載波同步。一般地，定時同步分盲同步和基於訓練的先驗同步兩種方式。基於訓練的先驗同步採用類擴頻模式構建前導序列或訓練序列，基於擴頻碼同步方式進行定時誤差信號估計，及採用與符號相關的已知波形與接收信號進行匹配濾波，即滑動相關運算，就會在符號同步的位置出現前導序列的累積相關峰值，由於前導序列的相關性，其相關輸出具有以最大相關峰值為中心的偶對稱特性，即最大相關峰值一般處於該符號間隔的中點，兩邊的相關值對稱逐漸降低，如果實際抽樣位置偏離峰點位置，就可根據早-遲門同步估計器來進行定時誤差信息估計，並通過反饋控制使得下次同步誤差減小，約定遲抽樣點相關值為p1，早抽樣點相關值為p2，定時誤差經過歸一化後取值為0、-1或1等三種狀態，僅能識別定時調整的方向，而不能表徵定時同步調整的步進範圍和基於系統採樣時鐘的定時誤差歸一化偏移量。
技術實現要素：
本發明的發明目的在於提供一種基於前導序列的定時誤差估計方法，用以解決傳統定時誤差估計不能表徵定時同步調整的步進範圍和基於系統採樣速率的定時誤差歸一化偏移量的難題，使得定時同步調整步進在有效的範圍內能夠快速趨於收斂。
本發明的發明目的通過以下技術方案實現：
一種基於前導序列的定時誤差估計方法，包含以下步驟：
步驟1)、設置匹配抽取濾波器的抽取因子為m＝n-1，將adc採樣後的輸入數位訊號經過匹配抽取濾波器降低採樣速率，即滑動相關信號採樣速率fcorr＝2n-mfsymbol，n為自然數，m為正整數n＞m，且n≥3，fsymbol為信號符號速率；
步驟2)、由前導序列滑動相關器對匹配抽取濾波器的輸出結果進行基於已知前導序列的滑動相關運算；
步驟3)、對峰值門限檢測器設定門限閥值，由峰值門限檢測器對滑動相關運算的輸出進行判決，輸出相關峰值並標記峰值位置；
步驟4)、以標記的峰值位置為中心點，設定傅立葉變換窗口長度為覆蓋4個tsymbol的時間長度，對窗口長度內的滑動相關運算的輸出值進行傅立葉蝶形變換，其中tsymbol＝1/fsymbol；
步驟5)、對傅立葉蝶形變換輸出結果進行頻域相位運算其中rimag為傅立葉蝶形變換輸出的虛部，rreal傅立葉蝶形變換輸出的實部，r→0為極小值；
步驟6)、對頻域相位運算進行映射輸出，輸出定時誤差估計值映射關係為：其中取傅立葉蝶形變換輸出的第一個值。
進一步，步驟6)還包含對頻域相位運算進行歸一化處理，輸出定時誤差歸一化偏移量映射關係為：
本發明的有益效果在於：
1、本方法能依據定時誤差估計值限定定時同步調整的步進範圍，調整範圍為且調整方向依據的正負進行選擇，較傳統算法只有歸一化三個樣本值有了進一步細化，縮小了步進範圍，利於定時同步快速收斂。
2、基於系統採樣速率的定時誤差歸一化偏移量能有效表徵偏移定時最佳採樣點的個數，特別地，在突發通信的定時同步開環設計中能在前導序列的持續時間結束後對有效的業務信息快速進行採樣點調整，實現定時的粗同步，簡化定時同步算法實現，且降低了定時同步的時間開銷。
附圖說明
圖1為實施例中定時誤差估計方法的流程框圖；
圖2為實施例中窗口設定及傅立葉蝶形變換時序示意圖；
圖3為實施例中頻域相位運算示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
如圖1所示，本實施例一種基於前導序列的定時誤差估計方法的流程如下：(1)匹配抽取濾波器
經過adc採樣後的輸入數位訊號，採樣速率為fsample，(fsample＝2nfsymbol，fsymbol為信號符號速率，n為自然數)，由匹配抽取濾波器對輸入數位訊號進行降低採樣速率(即滑動相關信號採樣速率fcorr)。其中匹配抽取濾波器的抽取因子定義為m＝n-1，則n＞m，且n≥3。為簡化傅立葉蝶形變換所需的資源量，設定匹配抽取後一個信號符號內有2個採樣點，即n＝m+1。
(2)前導序列滑動相關器
前導序列滑動相關器對匹配抽取濾波器的輸出結果進行基於已知前導序列的滑動相關運算，其中前導序列具有恆定幅值零自相關的特性，一般地，前導序列在m序列、cacac序列、frank序列或chu序列中進行選擇。
(3)峰值門限檢測器
設定峰值門限檢測器的門限閥值，由峰值門限檢測器對前導序列滑動相關器輸出的滑動相關運算進行判決，輸出相關峰值並標記峰值位置。
(4)窗口設定及傅立葉蝶形變換
以標記的峰值位置為中心，設定傅立葉蝶形變換窗口長度，窗口長度需覆蓋4個tsymbol(tsymbol＝1/fsymbol)的時間長度，則傅立葉變換點數為4×2n-m，根據設定的n、m的關係則傅立葉變換點數為8，對窗口長度內的滑動相關值進行傅立葉蝶形變換並輸出。時序相關示意圖如附圖2所示。
(5)頻域相位運算
對傅立葉蝶形變換輸出結果(rreal+jrimag)進行數學運算。運算流程見附圖3所示，由實部rreal累加極小值r→0參與運算，可隨機設定，輸出頻域相位運算且
(6)定時誤差映射輸出
對頻域相位運算進行映射輸出，輸出定時誤差估計值即為當前定時採樣值與最佳定時採樣值的偏移量，映射關係為：其中取傅立葉蝶形變換輸出的第一個值。
或者對頻域相位運算進行歸一化處理，輸出定時誤差歸一化偏移量映射關係為：為在採樣速率為fsample時定時誤差的歸一化偏移量，表徵偏移定時最佳採樣點的個數。
可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。