一種適用于衛(wèi)星通信突發(fā)傳輸系統(tǒng)的前饋定時(shí)恢復(fù)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于衛(wèi)星通信突發(fā)傳輸系統(tǒng)的前饋定時(shí)恢復(fù)方法，該方法基于滑動(dòng)累加方法實(shí)現(xiàn)定時(shí)偏差估計(jì)，可提高估計(jì)準(zhǔn)確度，有效減小定時(shí)偏差估計(jì)的計(jì)算量，并實(shí)現(xiàn)突發(fā)傳輸數(shù)據(jù)的連續(xù)處理；該方法在定時(shí)偏差估計(jì)計(jì)算時(shí)，采用信號幅度進(jìn)行計(jì)算，并采用互相關(guān)運(yùn)算檢測幀頭，可避免信號頻偏對定時(shí)偏差估計(jì)的影響，即不需要對信號頻偏進(jìn)行估計(jì)，可應(yīng)用于信道環(huán)境惡劣條件下，數(shù)字接收機(jī)采樣時(shí)鐘周期設(shè)定為符號周期的四分之一，接收機(jī)工作頻率較低，易于工程實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】一種適用于衛(wèi)星通信突發(fā)傳輸系統(tǒng)的前饋定時(shí)恢復(fù)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字無線通信傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種適用于衛(wèi)星突發(fā)傳輸系統(tǒng)的前饋定時(shí)恢復(fù)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)接收機(jī)中，符號定時(shí)恢復(fù)是影響解調(diào)接收性能的關(guān)鍵因素。經(jīng)典的符號定時(shí)同步算法主要有反饋鎖相和前饋估計(jì)兩種方法。其中，反饋定時(shí)同步一般采用鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，需要耗用較長時(shí)間的數(shù)據(jù)對鎖相環(huán)進(jìn)行收斂，不可避免地在每次捕獲過程中造成了傳輸幀開始部分?jǐn)?shù)據(jù)的丟失，進(jìn)而降低了系統(tǒng)頻譜利用率。所以，它常用在連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用如廣播傳輸系統(tǒng)DVB-S2(第二代衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播)中，對較短突發(fā)數(shù)據(jù)的情況較難適應(yīng)。
[0003]前饋定時(shí)同步的結(jié)構(gòu)比較簡單，一般由定時(shí)偏差估計(jì)器和插值濾波器組成。前饋定時(shí)估計(jì)算法適于突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，如交互式衛(wèi)星通信系統(tǒng)DVB-RCS中。經(jīng)典的非數(shù)據(jù)輔助前饋定時(shí)估計(jì)器一般需要每符號4個(gè)采樣點(diǎn)就能達(dá)到良好的性能，其估計(jì)算法主要采用平方率、絕對值和對數(shù)等非線性操作。然而，相對于鎖相環(huán)的自動(dòng)收斂結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)前饋定時(shí)恢復(fù)算法的實(shí)現(xiàn)時(shí)，要求準(zhǔn)確恢復(fù)所有幀頭信息和載荷數(shù)據(jù)，從而需要正確識(shí)別所有完整幀的幀頭位置并恰當(dāng)?shù)靥幚砻恳粠膊康臄?shù)據(jù)。
[0004]現(xiàn)有的關(guān)于衛(wèi)星通信系統(tǒng)中短時(shí)突發(fā)信號的接收解調(diào)的資料文獻(xiàn)中，一般研究定時(shí)偏差估計(jì)的算法改進(jìn)與性能分析，僅限于理論研究；或研究聯(lián)合傅里葉變換(DFT)、傅里葉級數(shù)等技術(shù)的前饋定時(shí)同步工程實(shí)現(xiàn)，需要設(shè)計(jì)準(zhǔn)確的DFT窗口位置和長度，較長的DFT處理又極大地增加了接收系統(tǒng)復(fù)雜度，導(dǎo)致定時(shí)性能嚴(yán)重受到其他技術(shù)的影響。目前尚沒有基于前饋定時(shí)同步結(jié)構(gòu)解決此類幀頭和幀尾準(zhǔn)確定時(shí)恢復(fù)問題的整體技術(shù)方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于衛(wèi)星通信突發(fā)傳輸系統(tǒng)的前饋定時(shí)恢復(fù)方法，該方法可確保進(jìn)行連續(xù)、準(zhǔn)確地恢復(fù)幀頭、幀尾數(shù)據(jù)，提高定時(shí)偏差估計(jì)準(zhǔn)確度，有效減小定時(shí)偏差估計(jì)的計(jì)算量，不需要對信號頻偏進(jìn)行估計(jì)，可應(yīng)用于信道環(huán)境惡劣條件下。
[0006]本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種適用于衛(wèi)星通信突發(fā)傳輸系統(tǒng)的前饋定時(shí)恢復(fù)方法，包括下列步驟:
[0008](I)利用ADC對接收信號進(jìn)行過采樣和數(shù)字量化，并通過匹配濾波器得到數(shù)字信號 χ (k):

【權(quán)利要求】
1.一種適用于衛(wèi)星通信突發(fā)傳輸系統(tǒng)的前饋定時(shí)恢復(fù)方法，其特征在于包括下列步驟: (1)利用ADC對接收信號進(jìn)行過采樣和數(shù)字量化，并通過匹配濾波器得到數(shù)字信號x(k):
其中，N為衛(wèi)星通信突發(fā)傳輸系統(tǒng)發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)幀長度，所述數(shù)據(jù)幀為a =Ia1, a2,..., an,…aN} ；an, η = 1，2，…，N,為突發(fā)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號，所述數(shù)據(jù)符號米用線性調(diào)制且平均功率為I ;數(shù)據(jù)幀a中包含由偽隨機(jī)序列生成的長度為Np的前導(dǎo)符號a# ={αρο2,..u }和長度為N-Np的數(shù)據(jù)載荷a, ={αΛν+1,οΛν+2，...,αν}; T為所述數(shù)據(jù)符號an的時(shí)間周期；M為一個(gè)數(shù)據(jù)符號周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，在衛(wèi)星數(shù)字接收機(jī)中M取值為4，即
，其中Ts SADC采樣時(shí)鐘周期；τ為信道定時(shí)偏差值，即信號時(shí)延與符號周期T的比值，且-0.5 < τ ^0.5；g(t)為衛(wèi)星通信突發(fā)傳輸系統(tǒng)發(fā)送端成形濾波器和接收端匹配濾波器合成的沖擊響應(yīng)，即= &⑴?&⑴，其中，gT(t)為發(fā)送端成形濾波器沖擊響應(yīng)，gE(t)為接收端匹配濾波器沖擊響應(yīng)，《S)代表卷積計(jì)算；w(k)為經(jīng)過采樣、匹配濾波后的信道高斯白噪聲。 (2)計(jì)算定時(shí)偏差估計(jì)值.f，計(jì)算方法如下: 在數(shù)據(jù)信號x(k)中連續(xù)選取LM個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)序列X = [β1； β2，…，％]，其中= 1,2,-,LM)為從接收信號x(k)中選取的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用所述數(shù)據(jù)序列X中的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行累加計(jì)算得到M個(gè)累加值S1~SM，其中
L 為參與每次累加求和的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，F(xiàn)[.]為對接收數(shù)據(jù)的函數(shù)計(jì)算；利用下式計(jì)算定時(shí)偏差估計(jì)值.r':
其中，arg{.}代表取相位運(yùn)算； (3)計(jì)算插值基點(diǎn)m、相對定時(shí)偏差μ，計(jì)算方法如下: 根據(jù)所述步驟(2)計(jì)算得到的定時(shí)偏差估計(jì)值f，利用下式計(jì)算插值基點(diǎn)m、相對定時(shí)偏差μ:
(4)計(jì)算插值信號，計(jì)算方法如下:根據(jù)步驟(3)得到的插值基點(diǎn)m、相對定時(shí)偏差μ，采用立方插值方法進(jìn)行如下計(jì)算，得到輸出信號為:
其中，dq(q = -2，1-,0, 1)為插值系數(shù)，所述插值系數(shù)的計(jì)算公式如下:
(5)數(shù)據(jù)幀幀頭檢測，檢測方法如下: 利用步驟(4)得到的輸出信號y(n)，進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)幀幀頭檢測，首先進(jìn)行如下相關(guān)計(jì)算:
其中，系數(shù)(c(h) = ah-1a* h ( h = 1, 2 ,...,Np -1);如果在 n = NF 時(shí)，|R(n) |>RT，則判定 η為突發(fā)數(shù)據(jù)幀幀頭位置,并將所述數(shù)據(jù)幀幀頭位置標(biāo)記為Nf,其中Rt為系統(tǒng)設(shè)定的判決門限值； (6)在第η個(gè)信號恢復(fù)時(shí)，首先在數(shù)據(jù)信號x(k)(k = 1,2, -,MN)選取兩路數(shù)據(jù)長度為LM的數(shù)據(jù)序列:
數(shù)據(jù)序列 I J1 = [X ((n-1) Μ+1)，X ((η-1) Μ+2)，...，χ ((η-1) M+LM)]；
數(shù)據(jù)序列 2:Χ2 = [χ ((η-1) Μ+3)，χ ((η-1) Μ+4)，...，χ ((η-1) M+LM+2)]； (7)采用步驟(2)所述的定時(shí)偏差估計(jì)值計(jì)算方法，利用數(shù)據(jù)序列I計(jì)算得到定時(shí)偏差估計(jì)值中0，并利用步驟(3)所述方法計(jì)算得到插值基點(diǎn)m(n)和相對定時(shí)偏差μ (n)，再利用步驟(4)所述方法計(jì)算得到輸出信號y (η)； (8)采用步驟(5)所述數(shù)據(jù)幀幀頭位置檢測方法，對步驟(7)得到的輸出信號y(n)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀幀頭位置檢測，如果n = Nf時(shí)，檢測到數(shù)據(jù)幀幀頭，則將幀頭位置標(biāo)記為Nf ； (9)采用步驟(2)所述的定時(shí)偏差估計(jì)值計(jì)算方法，利用數(shù)據(jù)序列2計(jì)算得到定時(shí)偏差估計(jì)值--，并利用步驟(3)所述方法計(jì)算得到插值基點(diǎn)m' (η)和相對定時(shí)偏差μ ; (η)，再利用步驟(4)所述方法計(jì)算得到輸出信號y' (η)； (10)采用步驟(5)所述數(shù)據(jù)幀幀頭位置檢測方法，對步驟(9)得到的輸出信號y'(η)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀幀頭位置檢測，如果n = N/時(shí)，檢測到數(shù)據(jù)幀幀頭，則將幀頭位置標(biāo)記為N/ ； (11)在η=I~Nf的情況下，重復(fù)步驟(6)~(8)，得到輸出信號y(n)并檢測數(shù)據(jù)幀幀頭位置，在n = Nf時(shí)，即檢測到數(shù)據(jù)幀幀頭位置時(shí)，停止數(shù)據(jù)幀幀頭位置檢測； 在η = Nf+1?Nf+N-Np-L時(shí)，重復(fù)步驟(6)?(7)，得到輸出信號y (η)； 在n = NF+N-Np-L+1?N時(shí),重復(fù)步驟(6),利用n = NF+N-Np-L時(shí)計(jì)算得到定時(shí)偏差估計(jì)值印I+#-插值基點(diǎn)m(NF+N-Np-L)和相對定時(shí)偏差μ (NF+N-Np-L)作為已知量輸入，通過步驟(4)的計(jì)算方法得到輸出信號y(η)； (12)在η= I?N/的情況下，重復(fù)步驟(6)、(9)?(10)，得到輸出信號y' (η)并檢測數(shù)據(jù)幀幀頭位置，在n = N/時(shí)，即檢測到數(shù)據(jù)幀幀頭位置時(shí)，停止數(shù)據(jù)幀幀頭位置檢測； 在n = N/ +1?N/ +N-Np-L時(shí)，重復(fù)步驟(6)、(9)，得到輸出信號y' (η)； 在n = N/ +N-Np-L+1?N時(shí)，重復(fù)步驟(6)，利用n = N/ +N-Np-L時(shí)計(jì)算得到定時(shí)偏差估計(jì)值尸(馬+#-O、插值基點(diǎn)m' (Nf+N-Np-L)和相對定時(shí)偏差μ ' (Nf+N-Np-L)作為已知量輸入，通過步驟⑷的計(jì)算方法得到輸出信號太(η)； (13)在步驟(11)和步驟(12)的計(jì)算過程中，對第η次和第η+1次計(jì)算得到的插值基點(diǎn) m(n)、m(n+l)進(jìn)行比較,如果 m(n) =3 且 m(n+l) =0 或 m(n) =0 且 m(n+l) =3,則選取太(η)作為第η個(gè)定時(shí)恢復(fù)信號并輸出，否則選取y (η)作為第η個(gè)定時(shí)恢復(fù)信號并輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于衛(wèi)星通信突發(fā)傳輸系統(tǒng)的前饋定時(shí)恢復(fù)方法，其特征在于:所述步驟(2)中，參與每次累加求和的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)L為正整數(shù)，取值滿足L<N-NP。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于衛(wèi)星通信突發(fā)傳輸系統(tǒng)的前饋定時(shí)恢復(fù)方法，其特征在于:所述步驟(2)中，函數(shù)計(jì)算F[.]的具體計(jì)算方法為取模計(jì)算或平方率計(jì)算，其中取模計(jì)算為F[x] = |x|，平方率計(jì)算為F[x] = |x|2，，其中I.I代表取模值運(yùn)算。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于衛(wèi)星通信突發(fā)傳輸系統(tǒng)的前饋定時(shí)恢復(fù)方法，其特征在于:步驟(5)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀幀頭位置檢測時(shí)，判決門限Rt根據(jù)數(shù)字接收機(jī)的靈敏度、漏警概率和虛警概率進(jìn)行設(shè)定，其取值范圍為O?Np。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于衛(wèi)星通信突發(fā)傳輸系統(tǒng)的前饋定時(shí)恢復(fù)方法，其特征在于:采用滑動(dòng)累加方法實(shí)現(xiàn)步驟(2)計(jì)算，即采用FIFO (先進(jìn)先出)緩存存儲(chǔ)器存儲(chǔ)LM個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)W1, β2，…，30(]，計(jì)算得到1個(gè)累加值31、32、…、SM，累加計(jì)算完成后，讀取新輸入的M個(gè)數(shù)據(jù)Clpd2、…、dM，并同時(shí)輸出M個(gè)數(shù)據(jù)β P β2、…、βΜ，則更新后的累加值 S/ = S^d1-^ 1> S2; =S2+d2-32、...、S/ =SM+dM-3M。
【文檔編號】H04L25/02GK104135360SQ201410360807
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】閆朝星, 馬榮, 周三文, 盧滿宏 申請人:北京遙測技術(shù)研究所, 航天長征火箭技術(shù)有限公司