一种基于动态平均的高精度位同步方法与流程

1.本发明属于信号位同步技术领域，涉及一种基于动态平均的高精度位同步方法。


背景技术：

2.信号的同步过程主要分为捕获、位同步及载波同步，其中，位同步作为连接捕获和载波同步的纽带，是接收机在正确解调发端信号前必不可少的准备阶段。位同步估计的准确与否，直接决定了载波估计模块和后续解调、译码模块的性能，位同步估计结果越精确，后续处理由于位同步带来的信噪比损失越小，最终接收机接收灵敏度也越好。
3.为了保证后续载波同步过程的快速稳定和系统高灵敏度，通常要求信号的位同步估计精度越高越好。但传统位同步估计精度的提升方法需要提高对信号的采样率，这将导致位同步过程中处理点数过多，复杂度上升，同时，在低信噪比下，单纯提高信号采样率并不能保证位同步精度的同步提升。


技术实现要素：

4.(一)发明目的
5.本发明的目的是：针对低信噪比的恶劣无线通信条件下，信号位同步估计精度无法满足后续载波同步及解调、译码需求的问题，提出一种基于动态平均的高精度位同步方法。
6.(二)技术方案
7.为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于动态平均的高精度位同步方法，包括以下步骤：
8.步骤一、接收机天线接收信号，再通过射频前端进行下变频及采样；
9.其中，下变频通过下变频单元实现，输出为带有数据调制的复信号；采样通过ad采样单元实现，采样率为fs，采样结果为带有数据调制的基带采样序列，可以用如下公式(1)表示：
[0010][0011]
其中，n为总体采样点数；ts＝1/fs为时域采样间隔，d(nts)代表nts采样时刻的调制数据，为二进制数据，n代表第n个采样点；c(nt
s-τ0)表示接收信号的伪码，τ0代表伪码初始相位，表示载波多普勒频率，其中，c为光速，v为相对运动速度，f
rf
为射频载波频率，ξ＝v/c，代表相对运动速度与光速的比值；exp代表以e为底的幂级数；j代表虚数单位；为射频载波初始相位；
[0012]
步骤二、本地伪码序列产生模块以和ad采样单元相同的采样率对其产生的一个周期伪码序列进行采样，再经过fft处理后存入存储器模块，具体为：
[0013]
步骤2.1本地伪码序列产生模块以和ad采样单元相同的采样率对其产生的一个周期伪码序列，即对本地伪码进行采样，得到采样输出；
[0014]
其中，所述的相同采样率为fs；采样输出记为其表达式为如下公式(2)：
[0015][0016]
其中，表示带有估计相位的本地伪码；为本地伪码的估计相位，nc＝tcfs是本地伪码一个伪码周期的采样点数，tc＝lt
cp
为本地伪码的伪码周期，t
cp
＝1/r
cp
为一个本地伪码的码片持续时间，r
cp
为本地伪码的码速率；
[0017]
步骤2.2fft处理对步骤2.1的采样输出进行fft变换并取共轭；
[0018]
其中，fft变换并取共轭得到其表达式为如下公式(3)：
[0019][0020]
其中，表示对本地伪码的采样输出进行fft变换，表示对fft变换后的结果取共轭，k表示本地伪码经过fft处理后变换到频域的点数；
[0021]
步骤2.3将步骤2.2所得的结果存入存储器模块；
[0022]
步骤三、并行频率搜索模块确定搜索频率，并进行载波多普勒剥离，具体为：
[0023]
步骤3.1并行频率搜索模块根据信道先验信息估计载波多普勒频偏范围；
[0024]
其中，所述的信道先验信息为可预知的最大载波多普勒频偏；所述的载波多普勒频偏范围，记为：(-f
d,max
,f
d,max
)，f
d,max
即最大载波多普勒频偏；
[0025]
步骤3.2将频偏范围按固定搜索步进划分成多个频率单元；
[0026]
其中，固定搜索步进，记为δfd，划分成l个频率单元，且第l个本地频率单元对应的搜索频率可以用如下公式(4)表示：
[0027]fl
＝-f
d,max
+lδfd,l＝0,1,2,...,l-1
ꢀꢀꢀ
(4)
[0028]
其中，其中，表示对2f
d,max
/δfd向上取整：
[0029]
步骤3.3并行频率搜索模块将本地载波与接收信号相乘完成载波多普勒剥离，具体为：
[0030]
所述的载波多普勒剥离可以用如下公式(5)表示：
[0031][0032]
其中，p
l
表示非相干积累模块中的累加次数；
[0033]
步骤四、伪码相关模块计算步骤3.3中载波多普勒频率剥离后的信号与本地伪码的循环相关结果，并取模值，具体为：
[0034]
步骤4.1先将第l条搜索通道的接收信号r
l
(n)以每行采样点长度为一个伪码周期nc，分为p
l
行，令i＝0,1,...,p
l-1，经过划分后的r
l
(n)可写为：
[0035]
[0036]
步骤4.2伪码相关模块对步骤4.1划分后的信号按行做fft，得到每行的fft结果如下公式(7)：
[0037]rl
′
(p
l
,k)＝fft[r
l
(p
l
,n)],k＝0,1,2,...,n
c-1
ꢀꢀꢀ
(7)
[0038]
步骤4.3伪码相关模块取步骤4.2的结果与步骤2.2的结果进行逐点相乘，并进行ifft变换，得到第l条频率搜索通道的p
l
次相关结果y
l
(p
l
,n)如下公式(8)：
[0039][0040]
其中，表示循环卷积，此时上式(8)可化简为：
[0041][0042]
步骤五、峰值检测模块对步骤四所得所有频率搜索通道内的相关积累结果进行幅值大小比较，设第l0条频率搜索通道内出现最大幅值，则选取其结果定义为p
max
；
[0043]
步骤六、相关积累存储模块存储峰值检测模块所检测得到的幅值最大结果p
max
，及其所处频率通道内左右相邻伪码相位的相关积累结果，具体为：
[0044]
步骤6.1相关积累存储模块存储峰值检测模块所检测得到的幅值最大结果p
max
，包括其对应的频率值f
max
和相位值
[0045]
步骤6.2相关积累存储模块同时存储第l0条频率搜索通道内与p
max
左右相邻各一码片的相关积累结果，即存储处的相关积累结果，记为其中，l
τ
＝1,2,...l
τ
，l
τ
＝fs/r
cp
×
2+1。
[0046]
步骤七、动态平均模块利用步骤六中存储的相关积累结果判断平均数量，求取精化后的位同步位置，具体为：
[0047]
步骤7.1对步骤六中存储的相关积累结果进行归一化处理，可表示为：
[0048][0049]
步骤7.2设定动态平均门限为k
th
，判断是否超过动态平均门限，将超过门限的位置记录并取平均，得到最终精化后的位同步位置。
[0050]
至此，从步骤一到步骤七完成了一种基于动态平均的高精度位同步方法。
[0051]
(三)有益效果
[0052]
上述技术方案所提供的基于动态平均的高精度位同步方法，具有如下有益效果：
[0053]
(1)本发明建立在传统码域并行搜索捕获结构的基础上，实现简单，无需加入额外的复杂结构，保证了捕获速度，在捕获时间受限的情况下能够快速、准确地完成位同步精估；
[0054]
(2)通过设定检测门限，动态调整位同步平均所需点数，保留置信度较大的位置用于动态平均，舍弃置信度较小的位置，避免其对位同步精估带来不利影响，取平均操作便于工程实现，且估计过程可依据信噪比变化动态调整，保证了信号在动态范围内均可实现位
同步精估。
附图说明
[0055]
图1为本发明的整体处理流程图；
[0056]
图2为本发明实施例1中利用动态平均获取位同步精化结果的过程示意图；
[0057]
图3为本发明实施例2的位同步精估仿真统计结果图。
具体实施方式
[0058]
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
[0059]
实施例1
[0060]
本实施例按照附图1所述的工作流程，仿真得到了执行本发明步骤一到七后位同步精估过程如图2所示。图2中，设定比特信噪比eb/n0＝2db，采样率为4倍码片速率，位同步准确位置为第100.4个码片位置，横坐标表示位同步估计值，纵坐标表示归一化相关幅值，门限设置为0.75，图中超过门限的位置为401和402，二者求平均为401.5，换算至位同步位置为100.375，与准确位置只相差0.025个码片，实现了有效的位同步精化。
[0061]
实施例2
[0062]
本实施例按照附图1所述的工作流程，仿真得到了执行本发明步骤一到七后位同步精估仿真统计结果如图3所示。图中，横坐标表示比特信噪比eb/n0，纵坐标表示位同步精估后的同步误差。仿真设定比特信噪比eb/n0范围为-5db～5db，仿真步进为1db，采样率为4倍码片速率，位同步准确位置为第100.4个码片位置，仿真过程中门限设置为0.75。由图中可以看出，随着比特信噪比eb/n0的提高，位同步精估后的同步误差由0.475个码片向0.025个码片逐渐缩小，当比特信噪比大于等于2db时，位同步估计误差基本稳定。
[0063]
由上述实施例可以看出，本发明针对低信噪比下信号位同步估计精度与计算量相矛盾的问题，利用接收端捕获模块获得的位同步粗估信息，依据设定门限在一定范围内对位同步估计进行动态平均，在不明显提升位同步模块复杂度的前提下，有效提高了位同步估计的精度。
[0064]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。