一种通信系统时域同步方法和系统与流程

1.本发明涉及的是通信系统领域，特别涉及一种通信系统时域同步方法和系统。


背景技术：

2.时域同步是无线通信系统中收发端可以建立连接的关键前提，当前常用的方法理论上是在发射信号中插入收端已知的同步信号，然后利用接收的重复发送的同步信号做自相关或者与本地存储的同步信号做互相关，然后搜索相关值过门限的峰值，峰值的位置即为信号的起始位置。
3.实际中常常需要能支持远距离传输的通信系统，然而，通信系统能够支持远距离传输面临的一个关键问题是不同传输距离下接收信号强弱不同，目前常用的通信基带时域同步算法都是利用相关运算来实现的，再根据相关结果判断相关峰的位置来确定时域信号的同步位置。具体实现方案有互相关同步和自相关同步两条方案。
4.互相关同步即接收信号与本地信号互相关运算，主要存在的问题是不同信噪比下相关峰值有大有小，兼容远距离和近距离传输时难以确定一个统一的门限值。自相关同步即接收信号做自相关运算，主要存在的问题是存在直流分量或干扰的情况下，自相关的结果很容易大于门限值，导致虚检，这种情况可能存在误同步导致信号帧的丢失。因此，亟需一种通信系统时域同步方法和系统。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种通信系统时域同步方法和系统。
6.为了解决上述技术问题，本技术实施例公开了如下技术方案：本发明公开了一种通信系统时域同步方法，包括：s100.对接收信号经过射频前端进行预处理；s200.将接收信号与本地同步信号的滑动互相关处理；s300.对滑动互相关处理结果进行平滑滤波处理；s400.对平滑滤波后的结果进行k斜率计算；s500.采用预设规则，对计算得k斜率进行筛选，确定峰值位置，实现信号的同步。
7.进一步地，具体包括：s201.接收信号从第j个起始点开始，做相关运算，得到第一个相关值；s202.对s201得到的相关值进行平方计算，得到第一个相关结果的模值平方值；s203.接收信号从第j+1个起始点开始，从按照s201-s202方法，得到第二个相关结果的模值平方值，依此类推，根据实际信号的长度确定滑动的长度。
8.进一步地，s201中，做相关运算，具体为计算接收信号的n个样点序列分别与本地长为n的样点序列对应共轭相乘再求均值，计算表达式为：
式中表示接收的样点序列，表示本地同步信号的样点序列，表示取值的起始点，上角标*表示取共轭。
9.进一步地，s300中，对滑动互相关处理结果进行平滑滤波，具体方法为：用一个幅值为1，指定窗宽的窗函数对相关结果进行滤波。
10.进一步地，s400中，对平滑滤波后的结果进行k斜率计算，具体方法为：分别获取相隔k个点的平滑滤波输出的第i个和第i+k个结果w(i)和w(i+k)，则k点斜率计算公式为：（w(i+k)-w(i)）/k。
11.进一步地，s500中，采用预设规则，对计算得k斜率进行筛选，筛选的预设规则为：设定k斜率的峰值判定门限为thr，根据定门限为thr，首先选取大于thr的一个峰值p，然后将p点前l1点、后l2点长度范围内的相关结果保存下来，保存的结果集合为p(i)，从集合p(i)中找出最大值p
max
和最大值的位置p
max_idx
，设定一个小于最大值p
max
一定比例集合p(i)中找出最大值的门限值thr1，作为判断同步信号起始点的门限值；从最大值的位置进行回溯，当某一点p（i0）满足回溯条件时，确定i0点即为同步信号的起始点。
12.进一步地，thr1的计算公式为：thr1=p
max
*w其中，p
max
为集合p(i)中最大值，w为比例系数。
13.进一步地，当某一点p（i0）满足的回溯条件为：其中，p（i0）表示i0点时的峰值，p（i
0-1）表示i
0-1
点时的峰值，thr1为最大值的门限值。
14.本发明还公开了一种通信系统时域同步系统，包括：接收信号预处理单元、滑动互相关处理单元、平滑滤波处理单元和k斜率计算单元；其中：接收信号预处理单元，用于对接收信号经过射频前端进行预处理；滑动互相关处理单元，用于将接收信号与本地同步信号的滑动互相关处理；平滑滤波处理单元，用于对滑动互相关处理结果进行平滑滤波处理k斜率计算单元，用于采用预设规则，对计算得k斜率进行筛选，确定峰值位置，实现信号的同步。
15.进一步地，k斜率计算单元，采用预设规则为：设定k斜率的峰值判定门限为thr，根据定门限为thr，首先选取大于thr的一个峰值p，然后将p点前l1点、后l2点长度范围内的相关结果保存下来，保存的结果集合为p(i)，从集合p(i)中找出最大值p
max
和最大值的位置p
max_idx
，设定一个小于最大值p
max
一定比例集合p(i)中找出最大值的门限值thr1，作为判断同步信号起始点的门限值；从最大值的位置进行回溯，当某一点p（i0）满足回溯条件时，确
定i0点即为同步信号的起始点。
16.本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：本发明公开的一种通信系统时域同步方法，包括：对接收信号经过射频前端进行预处理；将接收信号与本地同步信号的滑动互相关处理；对滑动互相关处理结果进行平滑滤波处理；对平滑滤波后的结果进行k斜率计算；采用预设规则，对计算得k斜率进行筛选，确定峰值位置，实现信号的同步。本发明解决了因实际接收信号强弱不同，利用接收信号与本地信号做互相关运算后，不同信噪比下相关峰值也有大有小，难以确定一个统一的门限值来进行同步位置判定的问题。本发明避免了对接收信号进行大量的本地存储，提高了接收信号处理的实时性。
17.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
18.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明实施例1中，本实施公开了一种通信系统时域同步方法的流程图；图2和图3分别为本发明实施例1中，信噪比为-2和15db下的相关结果峰值大小；图4和图5分别为本发明实施例1中，信噪比为-2和15db下对相关结果做k点斜率运算的结果；图6为本发明实施例1中，信噪比-2db下窗宽为32的矩形窗滤波后的结果；图7和图8分别为本发明实施例1中，信噪比为-2db和10db时k斜率的图。
具体实施方式
19.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
20.为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种通信系统时域同步方法和系统。
21.实施例1本实施公开了一种通信系统时域同步方法，如图1，包括：s100.对接收信号经过射频前端进行预处理；在本实施例中，射频前端预处理是在无线接收端常用的处理手段，具体实施过程与具体的通信参数有关，该步骤不是本专利的主要说明内容，在此不做详细描述，相关技术人员应可理解该步骤的处理过程。
22.s200.将接收信号与本地同步信号的滑动互相关处理；具体的，滑动互相关值的运算是截取与本地同步信号等长的信号与本地同步信号做共轭乘，再求均值的平方即完成一次相关运算。接收信号向后滑动一点，重复前述过程，可依次获得滑动互相关结果。在检测到信号到来时，相关值的幅度会明显变大。这里理论上可以检测信号的位置，但是实际实现中这个相关峰值是一个绝对值，会随信号强度的变化而变化，所以实际中难以通过门限来判断绝对峰值的位置。如图2和图3反应了信噪比为-2和15db下的相关结果峰值大小差异很
大。
23.具体的，本实施例s200中，将接收信号与本地同步信号的滑动互相关处理，具体包括：s201.接收信号从第j个起始点开始，做相关运算，得到第一个相关值；s202.对s201得到的相关值进行平方计算，得到第一个相关结果的模值平方值；s203.接收信号从第j+1个起始点开始，从按照s201-s202方法，得到第二个相关结果的模值平方值，依此类推，根据实际信号的长度确定滑动的长度。
24.在本实施例的s201中，做相关运算，具体为计算接收信号的n个样点序列分别与本地长为n的样点序列对应共轭相乘再求均值，计算表达式为：式中表示接收的样点序列，表示本地同步信号的样点序列，表示取值的起始点，上角标*表示取共轭。
25.s300.对滑动互相关处理结果进行平滑滤波处理；在本实施例中，采用指定窗宽的窗函数对相关结果进行滤波。平滑滤波的处理避免了直接对相关结果做k点斜率运算，因为噪声和干扰的存在直接对相关结果做k点斜率运算结果会是一个个不连续的值，类似一根根毛刺，毛刺幅度大小不一，也难以设定门限。如图4和图5反应了信噪比为-2和15db下对相关结果做k点斜率运算的结果，其中k=4。
26.采用一定宽度的矩形窗对相关结果做平滑滤波，可以将上述一根根毛刺变成一段不同起伏的曲线。优先选用一个幅值为1，指定窗宽的窗函数对相关结果进行滤波。
27.如图6所示为信噪比-2db下窗宽为32的矩形窗滤波后的结果。
28.s400.对平滑滤波后的结果进行k斜率计算；在本实施例s400中，对平滑滤波后的结果进行k斜率计算，具体方法为：分别获取相隔k个点的平滑滤波输出的第i个和第i+k个结果w(i)和w(i+k)，则k点斜率计算公式为：（w(i+k)-w(i)）/k。
29.观察图6可以发现经平滑滤波后的相关结果变成了一条具有不同波动幅度的曲线，并且可以看出在峰值位置曲线陡峭上升，相比于其他位置可以看出峰值位置处曲线的斜率发生了明显跳变。通过搜索k斜率的峰值可以很容易检索到信号的起始点，并且在不同信号强度下斜率值的大小是在一定范围内，可以通过设置合适的门限进行检索，当检索到峰值后，就可以停止同步信号检索运算，进入下一接收模块了，便于实际信号的实时处理。图7和图8反应了在信噪比为-2db和10db时k斜率的图，可以看出两图中都可以利用门限2或者3来判断峰值的到来。
30.s500.采用预设规则，对计算得k斜率进行筛选，确定峰值位置，实现信号的同步。
31.在本实施例s500中，采用预设规则，对计算得k斜率进行筛选，筛选的预设规则为：设定k斜率的峰值判定门限为thr，根据定门限为thr，首先选取大于thr的一个峰值p，然后将p点前l1点、后l2点长度范围内的相关结果保存下来，保存的结果集合为p(i)，从集合p(i)中找出最大值p
max
和最大值的位置p
max_idx
，设定一个小于最大值p
max
一定比例集合p(i)
中找出最大值的门限值thr1，作为判断同步信号起始点的门限值；从最大值的位置进行回溯，当某一点p（i0）满足回溯条件时，确定i0点即为同步信号的起始点。
32.具体的，thr1的计算公式为：thr1=p
max
*w其中，p
max
为集合p(i)中最大值，w为比例系数。
33.具体的，当某一点p（i0）满足的回溯条件为：其中，p（i0）表示i0点时的峰值，p（i
0-1）表示i
0-1
点时的峰值，thr1为最大值的门限值。
34.观察图6和图7中的纵坐标，以3为判断门限，图中峰值处大于门限的点数可能不止一点。这种情况首先根据大于门限值的条件确定一个点，该点的位置可以认为是在同步信号起始位置附近，鉴于过门限的峰值点不止一点，将该位置前后各一定长度范围内的相关结果保存下来，然后从这些相关结果中找出最大值和最大值的位置，设定一个小于最大值一定比例的门限值thr，作为判断同步信号起始点的门限值，从最大值的位置回溯一定长度的点，当某点的相关结果刚好大于门限值thr，且其前一点的相关结果小于门限值，则该点即为同步信号的起始点。到此，完成了通信系统收端的时域同步，确定了信号的起始点的位置。
35.本实施例还公开了本发明还公开了一种通信系统时域同步系统，包括：接收信号预处理单元、滑动互相关处理单元、平滑滤波处理单元和k斜率计算单元；其中：接收信号预处理单元，用于对接收信号经过射频前端进行预处理；滑动互相关处理单元，用于将接收信号与本地同步信号的滑动互相关处理；平滑滤波处理单元，用于对滑动互相关处理结果进行平滑滤波处理k斜率计算单元，用于采用预设规则，对计算得k斜率进行筛选，确定峰值位置，实现信号的同步。
36.进一步地，k斜率计算单元，采用预设规则为：设定k斜率的峰值判定门限为thr，根据定门限为thr，首先选取大于thr的一个峰值p，然后将p点前l1点、后l2点长度范围内的相关结果保存下来，保存的结果集合为p(i)，从集合p(i)中找出最大值p
max
和最大值的位置p
max_idx
，设定一个小于最大值p
max
一定比例集合p(i)中找出最大值的门限值thr1，作为判断同步信号起始点的门限值；从最大值的位置进行回溯，当某一点p（i0）满足回溯条件时，确定i0点即为同步信号的起始点。
37.本实施例公开的一种通信系统时域同步方法，包括：对接收信号经过射频前端进行预处理；将接收信号与本地同步信号的滑动互相关处理；对滑动互相关处理结果进行平滑滤波处理；对平滑滤波后的结果进行k斜率计算；采用预设规则，对计算得k斜率进行筛选，确定峰值位置，实现信号的同步。本发明解决了因实际接收信号强弱不同，利用接收信号与本地信号做互相关运算后，不同信噪比下相关峰值也有大有小，难以确定一个统一的门限值来进行同步位置判定的问题。本发明避免了对接收信号进行大量的本地存储，提高
了接收信号处理的实时性。
38.应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
39.在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
40.本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
41.结合本文的实施例所描述的方法或者算法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或其组合。软件模块可以位于ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、cd-rom或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质连接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于asic中。该asic可以位于用户终端中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。
42.对于软件实现，本技术中描述的技术可用执行本技术所述功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。这些软件代码可以存储在存储器单元并由处理器执行。存储器单元可以实现在处理器内，也可以实现在处理器外，在后一种情况下，它经由各种手段以通信方式耦合到处理器，这些都是本领域中所公知的。
43.上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。