一种同步算法的简化方法及装置与流程

本申请涉及数字通讯技术领域，尤其涉及一种用于数字通讯系统中的同步算法的简化方法及装置。

背景技术

在数字通讯系统中，同步算法是实现数字接收机的基础，也是实现正确接收数据的先决条件。同步算法一般需要将接收的序列和本地已知同步参考序列进行互相关操作，然后通过互相关曲线直接寻找最大相关峰值，由最大相关峰值的相对位置来确定有效载荷的初始位置，从而得到有效信息。

同步算法的互相关操作对硬件资源的消耗很大，一是需要较大的存储电路来存储接收到的信息序列，二是这种操作算法需要大量的计算资源，虽然通过提高每个符号(symbol)的采样率可以实现更加精准的同步算法，进一步提高接收机的接收性能，但是，这样做带来的算法复杂度却相应地成比例增长。

因此，如何在较低的符号采样率下保证同步算法的准确度，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供了一种同步算法的简化方法及装置，可以在较低的符号采样率的基础上，保证同步算法的准确度，解决了同步算法的精准度和资源消耗之间的矛盾问题。

为实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：

一种同步算法的简化方法，包括：

对接收的输入数据进行多倍降采样，得到输入序列；

将所述输入序列和本地同步参考序列做互相关操作，得到互相关曲线；

将所述互相关曲线的峰值曲线近似为二次曲线；

根据所述二次曲线，利用二次曲线估计算法得到有效载荷的初始位置。

优选的，所述多倍降采样包括：2倍降采样。

优选的，所述根据所述二次曲线，利用二次曲线估计算法得到有效载荷的初始位置包括：

在所述二次曲线上选取峰值采样点，以及与所述峰值采样点左右相邻的第一采样点和第二采样点；

利用所述峰值采样点、所述第一采样点和所述第二采样点在所述二次曲线上的纵坐标值的大小关系，在所述二次曲线上确定出进行多倍降采样前的互相关曲线的峰值点对应的位置；

根据所述互相关曲线的峰值点的位置，确定有效载荷的初始位置。

优选的，所述利用所述峰值采样点、所述第一采样点和所述第二采样点在所述二次曲线上的纵坐标值的大小关系，在所述二次曲线上确定出进行多倍降采样前的互相关曲线的峰值点对应的位置包括：

若所述第一采样点的纵坐标值的3倍大于所述峰值点的纵坐标值的2倍与所述第二采样点的纵坐标值之和，则确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点为第三采样点；

若所述第二采样点的纵坐标值的3倍大于所述峰值点的纵坐标值的2倍与所述第一采样点的纵坐标值之和，则确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点为第四采样点；

否则，确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点为所述峰值采样点；

其中，所述第三采样点为进行多倍降采样前，所述峰值采样点和所述第一采样点之间的采样点；

所述第四采样点为进行多倍降采样前，所述峰值采样点和所述第二采样点之间的采样点。

一种同步算法的简化装置，包括：

降采样单元，用于对接收的输入数据进行多倍降采样，得到输入序列；

互相关单元，用于将所述输入序列和本地同步参考序列做互相关操作，得到互相关曲线；

近似单元，用于将所述互相关曲线的峰值曲线近似为二次曲线；

计算单元，用于根据所述二次曲线，利用二次曲线估计算法得到有效载荷的初始位置。

优选的，所述多倍降采样包括：2倍降采样。

优选的，所述计算单元包括：

选取单元，用于在所述二次曲线上选取峰值采样点，以及与所述峰值采样点左右相邻的第一采样点和第二采样点；

峰值点确定单元，用于利用所述峰值采样点、所述第一采样点和所述第二采样点在所述二次曲线上的纵坐标值的大小关系，在所述二次曲线上确定出进行多倍降采样前的互相关曲线的峰值点对应的位置；

初始位置确定单元，用于根据所述互相关曲线的峰值点的位置，确定有效载荷的初始位置。

优选的，所述峰值点确定单元包括；

第一判断单元，用于若所述第一采样点的纵坐标值的3倍大于所述峰值点的纵坐标值的2倍与所述第二采样点的纵坐标值之和，则确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点为第三采样点；

第二判断单元，用于若所述第二采样点的纵坐标值的3倍大于所述峰值点的纵坐标值的2倍与所述第一采样点的纵坐标值之和，则确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点为第四采样点；

第三判断单元，用于当所述第一判断单元确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点不是所述第三采样点，且当第二判断单元确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点不是所述第四采样点时，确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点为所述峰值采样点；

其中，所述第三采样点为进行多倍降采样前，所述峰值采样点和所述第一采样点之间的采样点；

所述第四采样点为进行多倍降采样前，所述峰值采样点和所述第二采样点之间的采样点。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种同步算法的简化方法及装置，可以利用较低的符号采样率来估算出较高符号采样率下峰值点的时刻值(即输入有效载荷的起始位置)；由于峰值曲线在数字电路中是一个离散曲线，因此并不需要估算出准确的连续域中的峰值点时刻值，而只需要通过较低的符号采样率的峰值曲线推导出较高符号采样率下峰值点的离散时刻值。该方法基于二次曲线的算法首先对接收的输入数据进行多倍的降采样，大大减小了所需要的存储单元和所需要的计算量，然后通过简单的二次曲线估计算法间接得到原采样率下有效载荷的初始位置，在较低的符号采样率的基础上，保证同步算法的准确度，解决了同步算法的精准度和资源消耗之间的矛盾问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的一种同步算法的简化方法的流程图；

图2为典型的互相关函数曲线的示意图；

图3为互相关曲线峰值位置的局部放大图；

图4为本申请实施例二提供的一种估算得到初始位置的流程图；

图5为本申请实施例二提供的一种二次曲线的示意图；

图6为本申请实施例三提供的一种同步算法的简化装置的结构示意图；

图7为本申请实施例四提供的一种计算单元的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

为实现在较低的符号采样率的基础上，保证同步算法的准确度，解决同步算法的精准度和资源消耗之间的矛盾问题，本申请提供了一种同步算法的简化方法及装置，具体方案如下所述：

实施例一

本申请实施例一提供了一种同步算法的简化方法，该方法应用于数字通讯系统中，如图1所示，图1为本申请实施例一提供的一种同步算法的简化方法的流程图。该方法包括：

s101：对接收的输入数据进行多倍降采样，得到输入序列；

在本申请中，降采样可以选择2倍降采样，或者3倍、4倍…降采样，在本申请中不做限制，实际应用中可根据需要选择。但是，由于过高的降采样一是得到的结果不可靠，二是预计得到的结论分支多，表达式也复杂，为了简单起见，本申请以2倍降采样为例进行说明。

假如同步互相关操作的必要采样率为每个符号symbol采样n点，那么采用二次曲线进行峰值点估计可以将每个符号的采样点数目降低为一半，即每个符号采样m＝n/2个点。

s102：将输入序列和本地同步参考序列做互相关操作，得到互相关曲线；

互相关操作需要一个移位寄存器来存储接收到的序列，同时，该序列和本地同步参考序列进行互相关操作，得到当前时刻的互相关值，该值和预先设定的阈值进行比对，如果相关值达到或者超过阈值，那么就认为当前移位寄存器中的输入序列为同步序列；具体的峰值由随后的几个时刻的相关值的最大值确定。一般充当同步序列的相关序列都具有良好的相关特性，即具有较高的峰值辨识度。

如图2所示，是典型的互相关函数曲线的示意图，图3是互相关曲线峰值位置的局部放大图；可以看出，由于符号采样率是符号率的n倍，那么得到的峰值附近的曲线也就是一个平滑的曲线，如果我们把这个曲线用一个二次函数来近似，那么，就可以利用较少的m点采样率来估算出n点采样率下峰值点的时刻值(即输入有效载荷的起始位置)；由于这个峰值曲线在数字电路中是一个离散曲线，因此我们并不需要估算出准确的连续域中的峰值点时刻值，而只需要通过m点离散值的峰值曲线推导出n点符号采样率下峰值点的离散时刻值。

s103：将互相关曲线的峰值曲线近似为二次曲线；

s104：根据二次曲线，利用二次曲线估计算法得到有效载荷的初始位置。

由以上技术方案可知，本申请实施例一提供的该同步算法的简化方法，可以利用较低的符号采样率来估算出较高符号采样率下峰值点的时刻值(即输入有效载荷的起始位置)；由于峰值曲线在数字电路中是一个离散曲线，因此并不需要估算出准确的连续域中的峰值点时刻值，而只需要通过较低的符号采样率的峰值曲线推导出较高符号采样率下峰值点的离散时刻值。该方法基于二次曲线的算法首先对接收的输入数据进行多倍的降采样，大大减小了所需要的存储单元和所需要的计算量，然后通过简单的二次曲线估计算法间接得到原采样率下有效载荷的初始位置。在较低的符号采样率的基础上，保证同步算法的准确度，解决了同步算法的精准度和资源消耗之间的矛盾问题。

实施例二

在实施例一的基础上，本申请实施例二提供了一种更具体的同步算法的简化方法，大体步骤仍参考图1所示。

具体的，根据所述二次曲线，利用二次曲线估计算法得到有效载荷的初始位置的过程如图4所示，包括：

s201：在二次曲线上选取峰值采样点，以及与峰值采样点左右相邻的第一采样点和第二采样点；

s202：利用峰值采样点、第一采样点和第二采样点在二次曲线上的纵坐标值的大小关系，在二次曲线上确定出进行多倍降采样前的互相关曲线的峰值点对应的位置；

s203：根据互相关曲线的峰值点的位置，确定有效载荷的初始位置。

具体的，若第一采样点的纵坐标值的3倍大于峰值点的纵坐标值的2倍与第二采样点的纵坐标值之和，则确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点为第三采样点；

若第二采样点的纵坐标值的3倍大于峰值点的纵坐标值的2倍与第一采样点的纵坐标值之和，则确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点为第四采样点；

否则，确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点为所述峰值采样点；

其中，第三采样点为进行多倍降采样前，峰值采样点和第一采样点之间的采样点；

第四采样点为进行多倍降采样前，峰值采样点和第二采样点之间的采样点。

具体的，如图5所示，图5为本申请实施例二提供的一种二次曲线的示意图。

其中，横轴为时间轴，纵轴为相关曲线值；p0到p7是采样率为n的互相关曲线上的点，其中，p0，p2，p4，p6四个点是采样率为m的互相关曲线上的点，图中用实心圆点表示；p1，p3，p5，p7采用实心三角形表示；二次曲线的实际顶点q采用实心菱形表示。在m点采样率下，得到的峰值采样点为p4(x1,y1)，我们使用p4点，以及在该采样率下得到的相关曲线左右各一点，即p2(x0,y0)和p6(x2,y2)点作为第一采样点和第二采样点，来估计在n点采样率下相关函数的峰值点位置，显然，这个峰值点的候选位置为p3，p4，p5三个点。

具体的，当3y0-2y1-y2＞0时，即，确定第一采样点p2的纵坐标值的3倍大于峰值点p4的纵坐标值的2倍与第二采样点p6的纵坐标值之和时，则确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点为第三采样点p3；

当3y2-2y1-y0＞0时，即确定第二采样点p6的纵坐标值的3倍大于峰值点p4的纵坐标值的2倍与第一采样点p2的纵坐标值之和，则确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点为第四采样点p5；

当上面两个不等式都不满足时，则确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点为峰值采样点p4。

为了便于理解，在本申请中，我们提供了上面两个不等式的得出过程：

我们使用m点采样率下，峰值曲线上的p2，p4和p6这三个点来估计二次曲线的相关参数，二次曲线的函数可以用y＝-a(x-xm)²+b来表示，(xm,b)是连续时间下二次曲线顶点q的坐标，a是二次曲线的参数，由p2，p4，p6三点是完全可以确定该二次曲线的函数。相关点的坐标分别设置如下：p2(x0,y0)，p3(xl,yl)，p4(x1,y1)，p5(xr,yr)，p6(x2,y2)，使用δ表示m点采样率下的时间间隔。

可以得到如下等式：

y0＝-a(x0-xm)²+b......(1)

y1＝-a(x1-xm)²+b......(2)

y2＝-a(x2-xm)²+b......(3)

2xl＝x0+x1......(4)

2xr＝x1+x2......(5)

x1-x0＝x2-x1＝xr-xl＝δ......(6)

从上面6个基本式子可以进一步得到下面三个等式：

y1-y0＝-a(x1-x0)(x0+x1-2xm)＝2aδ(xm-xl)

y1-y2＝-a(x1-x2)(x0+x2-2xm)＝2aδ(xr-xm)

2y1-y0-y2＝2aδ(xr-xl)＝2aδ²

如果p3点相关值大于p4点，那么p3点就是n点符号采样率下的相关曲线最大峰值点，也就是说p3点在时间轴上相较于p4点更接近q点，可以得到：

利用之前的等式继续推导：

3y0-2y1-y2＞0......(7)

因此，不等式(7)就是判定p3点为相关曲线最大峰值点的判决条件。

同理，如果p5点相关值大于p4点，那么p5点就是n点符号采样率下的相关曲线最大峰值点，也就是说p5点在时间轴上相较于p4点更接近q点，可以得到：

利用之前的等式继续推导：

3y2-2y1-y0＞0......(8)

因此，不等式(8)就是判定p5点为相关曲线最大峰值点的判决条件。

当p2，p4，p6点不满足判决(7)或者(8)的时候，p4点就是相关曲线的最大峰值点。

由以上技术方案可知，本申请实施例二提供的该同步算法的简化方法，该方法基于二次曲线的算法首先对接收的输入数据进行多倍的降采样，大大减小了所需要的存储单元和所需要的计算量，然后通过简单的二次曲线估计算法间接得到原采样率下有效载荷的初始位置。在较低的符号采样率的基础上，保证同步算法的准确度，解决了同步算法的精准度和资源消耗之间的矛盾问题。

实施例三

在实施例一的基础上，本申请实施例三提供了一种用于实现其简化方法的装置，应用于数字通讯系统中，如图6所示，图6为本申请实施例三提供的一种同步算法的简化装置的结构示意图。该简化装置包括：降采样单元101、互相关单元102、近似单元103和计算单元104，其中，

降采样单元101，用于对接收的输入数据进行多倍降采样，得到输入序列；

在本申请中，降采样可以选择2倍降采样，或者3倍、4倍…降采样，在本申请中不做限制。但是，由于过高的降采样一是得到的结果不可靠，二是预计得到的结论分支多，表达式也复杂，为了简单起见，本申请以2倍降采样为例进行说明。

假如同步互相关操作的必要采样率为每个符号symbol采样n点，那么采用二次曲线进行峰值点估计可以将每个符号的采样点数目降低为一半，即每个符号采样m＝n/2个点。

互相关单元102，用于将输入序列和本地同步参考序列做互相关操作，得到互相关曲线；

近似单元103，用于将互相关曲线的峰值曲线近似为二次曲线；

计算单元104，用于根据二次曲线，利用二次曲线估计算法得到有效载荷的初始位置。

需要说明的是，在实际应用中，近似单元可以是不存在的，即由计算单元直接将互相关曲线的峰值曲线近似为二次曲线，并估计出效载荷的初始位置，具体根据实际需要设置，在本申请中不做限定。

由以上技术方案可知，本申请实施例三提供的该同步算法的简化装置，可以利用较低的符号采样率来估算出较高符号采样率下峰值点的时刻值(即输入有效载荷的起始位置)；由于峰值曲线在数字电路中是一个离散曲线，因此并不需要估算出准确的连续域中的峰值点时刻值，而只需要通过较低的符号采样率的峰值曲线推导出较高符号采样率下峰值点的离散时刻值。该装置基于二次曲线的算法首先对接收的输入数据进行多倍的降采样，大大减小了所需要的存储单元和所需要的计算量，然后通过简单的二次曲线估计算法间接得到原采样率下有效载荷的初始位置。在较低的符号采样率的基础上，保证同步算法的准确度，解决了同步算法的精准度和资源消耗之间的矛盾问题。

实施例四

在实施例三的基础上，本申请实施例四提供了一种更具体的简化装置，该装置能够实现实施例二所述的简化方法。该简化装置整体结构如图6所示。具体的，计算单元的结构示意图如图7所示，包括：选取单元201、峰值点确定单元202和初始位置确定单元203，其中，

选取单元201，用于在二次曲线上选取峰值采样点，以及与峰值采样点左右相邻的第一采样点和第二采样点；

峰值点确定单元202，用于利用峰值采样点、第一采样点和第二采样点在二次曲线上的纵坐标值的大小关系，在二次曲线上确定出进行多倍降采样前的互相关曲线的峰值点对应的位置；

初始位置确定单元203，用于根据互相关曲线的峰值点的位置，确定有效载荷的初始位置。

具体的，峰值点确定单元包括；

第一判断单元，用于若第一采样点的纵坐标值的3倍大于峰值点的纵坐标值的2倍与第二采样点的纵坐标值之和，则确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点为第三采样点；

第二判断单元，用于若第二采样点的纵坐标值的3倍大于峰值点的纵坐标值的2倍与第一采样点的纵坐标值之和，则确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点为第四采样点；

第三判断单元，用于当第一判断单元确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点不是第三采样点，且当第二判断单元确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点不是第四采样点时，确定进行多倍降采样前互相关曲线的峰值点为峰值采样点；

其中，第三采样点为进行多倍降采样前，峰值采样点和第一采样点之间的采样点；

第四采样点为进行多倍降采样前，峰值采样点和第二采样点之间的采样点。

由以上技术方案可知，本申请实施例四提供的该同步算法的简化装置，可以利用较低的符号采样率来估算出较高符号采样率下峰值点的时刻值(即输入有效载荷的起始位置)；由于峰值曲线在数字电路中是一个离散曲线，因此并不需要估算出准确的连续域中的峰值点时刻值，而只需要通过较低的符号采样率的峰值曲线推导出较高符号采样率下峰值点的离散时刻值。该装置基于二次曲线的算法首先对接收的输入数据进行多倍的降采样，大大减小了所需要的存储单元和所需要的计算量，然后通过简单的二次曲线估计算法间接得到原采样率下有效载荷的初始位置。在较低的符号采样率的基础上，保证同步算法的准确度，解决了同步算法的精准度和资源消耗之间的矛盾问题。

具体的，各实施例之间相同或相似的部分可相互参考，在本申请中不再赘述。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。