本发明涉及一种用于突发通信的前馈定时同步方法及系统。
背景技术：
定时同步是通信链路中非常重要的一个模块。在信号传输过程中，接收信号与发送信号可能存在定时误差，这将导致信号实际采样偏离最佳采样位置，降低接收机的解调性能。定时同步模块可以纠正定时偏差，改善系统表现。
常用的定时同步算法有两类：反馈估计和前馈估计。反馈估计包含早迟门估计法、gardner估计法等，这两种方法每个符号只采样少量点，通过比较采样值得到反馈信号，接收结构简单，对采样倍数要求较低，定时估计准确度高，但这两者适用于小偏差场景，通常需要内插调整采样值，且反馈环路收敛速度慢，延时较大，并不适合对延时敏感的突发通信。
前馈估计有最大能量采样、延时相关采样等方法。其中最大能量采样法统计多路并行采样数据并比较功率，原理简单且易实现，但采样倍数要求较高，且定时估计不够准确。延时相关采样法采用数据辅助的形式，计算多路并行采样数据的相关值，但和最大能量采样法类似，存在纠偏不够精确的问题，且额外要求数据辅助。
技术实现要素：
本发明的目的是为解决现有技术的不足，提供了一种用于突发通信的前馈定时同步方法，所述同步方法包括以下步骤：
旋转量计算步骤：对采样的基带信号的模平方并乘以fft因子，得到旋转量；
累加步骤：设置累加器数目和累加器累加范围，将旋转量采用累加器进行累加计算，得到频偏信号；
均值计算步骤：将累加频偏信号进行1/n采样，并经过均值滤波器进行均值计算，得到相位曲线；
补偿步骤：将得到相位曲线使用平滑滤波器输出，当平滑滤波器输出值每次达到预设门限值时，控制当前采样点偏移到理想位置，补偿定时。
所述旋转量计算步骤中，以n倍采样率对基带信号进行采样。
所述旋转量计算步骤中，以n倍采样率对基带信号进行采样后，对基带信号预先采用匹配滤波器处理。
所述旋转量计算和累加步骤，完成了从时偏到频偏的变换。
所述累加步骤中，所述累加器的数目为2-5个。
所述累加步骤中，所述多个累加器的累加范围部分重叠。
一种用于突发通信的前馈定时同步系统，所述定时同步系统包括以下单元：
旋转量计算旋转量计算单元，所述的旋转量计算单元对采样的基带信号的模平方乘以fft因子，得到旋转量；
累加单元，设置累加器数目和累加器累加范围，将旋转量采用累加器进行累加计算，得到频偏信号；
均值计算单元，所述均值计算单元将累加频偏信号进行1/n采样，并经过均值滤波器进行均值计算，得到相位曲线；
补偿单元，所述补偿单元将得到相位曲线使用平滑滤波器输出，当平滑滤波器输出值每次达到预设门限值时，控制当前采样点偏移到理想位置，补偿定时。
本发明属于无数据辅助的平方前馈定时估计法。通过对时域信号的平方做分段fft，时域信号的偏移变换到频域。利用定时偏差与相位的变化量成正比这一性质，准确估计出定时偏差。特别的是，我们采用均值滤波和平滑滤波，对抗相位曲线波动，对低信噪比场景有良好的效果。补偿时，我们控制采样点偏移到理想位置，来实现最佳采样。
本发明同步速度快，估计精度高且范围大，且对低信噪比场景鲁棒性好，适用于突发系统。
参考以下详细说明更易于理解本申请的上述以及其他特征、方面和优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为累加器的累加示意图。图2为采用本发明方法优化前后的模拟结果，显示采用2个累加器，统计相位误差的绝对值，其中均值优化了16％，均方差优化了39％。图3为本发明技术方案具体实现方式流程图。
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的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。
本发明涉及一种用于突发通信的前馈定时同步方法，所述同步方法包括以下步骤：
旋转量计算步骤：对采样的基带信号的模平方并乘以fft因子，得到旋转量；
累加步骤：设置累加器数目和累加器累加范围，将旋转量采用累加器进行累加计算，得到频偏信号；
均值计算步骤：将累加频偏信号进行1/n采样，并经过均值滤波器进行均值计算，得到相位曲线；
补偿步骤：将得到相位曲线使用平滑滤波器输出，当平滑滤波器输出值每次达到预设门限值时，控制当前采样点偏移到理想位置，补偿定时。
本发明可以通过对时域信号的平方做分段fft，时域信号的偏移变换到频域，通过多个累加器以及累加器的累加范围部分重叠可以更加准确估计出定时偏差。作为一种优选的实施方式，所述累加步骤中，所述累加器的数目为2-5个。作为一种优选的实施方式，所述累加步骤中，所述多个累加器的累加范围部分重叠。
作为一种优选的实施方式，所述旋转量计算步骤中，对采样的基带信号的模平方并乘以fft因子，得到频偏基带信号。
均值计算步骤：将累加频偏信号进行1/n采样，并经过均值滤波器进行均值计算，得到相位曲线；我们采用均值滤波和平滑滤波，对抗相位曲线波动，对低信噪比场景有良好的效果。
补偿步骤：将得到相位曲线使用平滑滤波器输出，当平滑滤波器输出值每次达到预设门限值时，控制当前采样点偏移到理想位置，补偿定时。利用定时偏差与相位的变化量成正比这一性质，准确估计出定时偏差。
此外，本发明的信号需要经过匹配滤波器处理后(去掉带外噪声，对时域信号处理)，具体来说，本发明优选的实施方式为：所述旋转量计算步骤中，以n倍采样率对基带信号进行采样。所述旋转量计算步骤中，以n倍采样率对基带信号进行采样后，对基带信号预先采用匹配滤波器处理。
一种用于突发通信的前馈定时同步系统，所述定时同步系统包括以下单元：
旋转量计算旋转量计算单元，所述的旋转量计算单元对采样的基带信号的模平方乘以fft因子，得到旋转量；
累加单元，设置累加器数目和累加器累加范围，将旋转量采用累加器进行累加计算，得到频偏信号；
均值计算单元，所述均值计算单元将累加频偏信号进行1/n采样，并经过均值滤波器进行均值计算，得到相位曲线；
补偿单元，所述补偿单元将得到相位曲线使用平滑滤波器输出，当平滑滤波器输出值每次达到预设门限值时，控制当前采样点偏移到理想位置，补偿定时。
所述旋转量计算单元以n倍采样率对基带信号进行采样，对基带信号预先采用匹配滤波器处理加后，对采样的基带信号的模平方并乘以fft因子，得到频偏基带信号。所述累加器的数目为2-5个。所述多个累加器的累加范围部分重叠。
例如，基带信号为r(t)，以n倍采样率对基带信号进行采样，再经过匹配滤波器处理后，信号为x(kt/n),其中k为采样点序号。对x(kt/n)计算定时偏差，可以用公式表示为
其中τ为估计的定时偏差。arg函数用来求信号的相位。
如图3，本发明采用的技术方案具体实现方式为：
1、以n倍采样率对基带信号进行采样，信号经过匹配滤波器处理后，定时估计开始；
2、计算信号模平方乘以傅立叶变换因子exp(-j2πk/n)，k＝1,2,…,n，得到旋转值；
3、如图1所示设置合理的累加器数目m和累加器长度l，对旋转值求和。以2个累加器为例，累加器1从位置1开始累加到位置l，而累加器2从位置l/2 1累加到位置3l/2，累加器之间范围部分重叠；
4、对累加值做1/n采样，得到m路并行结果。从m路并行数据中筛选，筛选原则是距离累加器起始点最近的几路应当舍弃，避免累加值处于非线性区域；
5、数据筛选后经过滤波模块，处理异常累加值，得到校准值；
6、计算校准值对应的相位，并使用滤波模块，使相位曲线更加平滑，且数值趋势稳定；
7、相位曲线的值每次达到预设门限值时，控制当前采样点偏移到理想位置，补偿定时。
如图2所示，经过筛选和多次滤波后，以2个累加器为例，统计相位误差的绝对值，其中均值优化了16％，均方差优化了39％，估计的定时准确度明显提高，适合低信噪比场景。
本发明属于无数据辅助的平方前馈定时估计法。通过对时域信号的平方做分段fft，时域信号的偏移变换到频域。利用定时偏差与相位的变化量成正比这一性质，准确估计出定时偏差。特别的是，我们采用均值滤波和平滑滤波，对抗相位曲线波动，对低信噪比场景有良好的效果。补偿时，我们控制采样点偏移到理想位置，来实现最佳采样。
本发明同步速度快，估计精度高且范围大，且对低信噪比场景鲁棒性好，适用于突发系统。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这中叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
1.一种用于突发通信的前馈定时同步方法，其特征在于，所述同步方法包括以下步骤：
旋转量计算步骤：对采样的基带信号的模平方并乘以fft因子，得到旋转量；
累加步骤：设置累加器数目和累加器累加范围，将旋转量采用累加器进行累加计算，得到频偏信号；
均值计算步骤：将累加频偏信号进行1/n采样，并经过均值滤波器进行均值计算，得到相位曲线；
补偿步骤：将得到相位曲线使用平滑滤波器输出，当平滑滤波器输出值每次达到预设门限值时，控制当前采样点偏移到理想位置，补偿定时。
2.根据权利要求1所述的一种用于突发通信的前馈定时同步方法，其特征在于，所述旋转量计算步骤中，以n倍采样率对基带信号进行采样后，对基带信号预先采用匹配滤波器处理。
3.根据权利要求2所述的一种用于突发通信的前馈定时同步方法，其特征在于，所述旋转量计算和累加步骤，完成了从时偏到频偏的变换。
4.根据权利要求1所述的一种用于突发通信的前馈定时同步方法，其特征在于，所述累加步骤中，所述累加器的数目为2-5个。
5.根据权利要求1所述的一种用于突发通信的前馈定时同步方法，其特征在于，所述累加步骤中，所述多个累加器的累加范围部分重叠。
6.一种用于突发通信的前馈定时同步系统，其特征在于，所述定时同步系统包括以下单元：
旋转量计算单元，所述的旋转量计算单元对采样的基带信号的模平方乘以fft因子，得到旋转量；
累加单元，设置累加器数目和累加器累加范围，将旋转量采用累加器进行累加计算，得到频偏信号；
均值计算单元，所述均值计算单元将累加频偏信号进行1/n采样，并经过均值滤波器进行均值计算，得到相位曲线；
补偿单元，所述补偿单元将得到相位曲线使用平滑滤波器输出，当平滑滤波器输出值每次达到预设门限值时，控制当前采样点偏移到理想位置，补偿定时。
7.根据权利要求6所述的一种用于突发通信的前馈定时同步系统，其特征在于，所述旋转量计算单元以n倍采样率对基带信号进行采样。
8.根据权利要求6所述的一种用于突发通信的前馈定时同步系统，其特征在于，对基带信号预先采用匹配滤波器处理加后，对采样的基带信号的模平方并乘以fft因子，得到旋转量信号。
9.根据权利要求6所述的一种用于突发通信的前馈定时同步系统，其特征在于，所述累加器的数目为2-5个。
10.根据权利要求6所述的一种用于突发通信的前馈定时同步系统，其特征在于，所述多个累加器的累加范围部分重叠。
技术总结