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

【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)的前饋定時恢復方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)接收機中，符號定時恢復是影響解調(diào)接收性能的關(guān)鍵因素。經(jīng)典的符號定時同步算法主要有反饋鎖相和前饋估計兩種方法。其中，反饋定時同步一般采用鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，需要耗用較長時間的數(shù)據(jù)對鎖相環(huán)進行收斂，不可避免地在每次捕獲過程中造成了傳輸幀開始部分數(shù)據(jù)的丟失，進而降低了系統(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]前饋定時同步的結(jié)構(gòu)比較簡單，一般由定時偏差估計器和插值濾波器組成。前饋定時估計算法適于突發(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)輔助前饋定時估計器一般需要每符號4個采樣點就能達到良好的性能，其估計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)的自動收斂結(jié)構(gòu)，在設(shè)計前饋定時恢復算法的實現(xiàn)時，要求準確恢復所有幀頭信息和載荷數(shù)據(jù)，從而需要正確識別所有完整幀的幀頭位置并恰當?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)中短時突發(fā)信號的接收解調(diào)的資料文獻中，一般研究定時偏差估計的算法改進與性能分析，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)的前饋定時同步工程實現(xiàn)，需要設(shè)計準確的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)復雜度，導致定時性能嚴重受到其他技術(shù)的影響。目前尚沒有基于前饋定時同步結(jié)構(gòu)解決此類幀頭和幀尾準確定時恢復問題的整體技術(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)的前饋定時恢復方法，該方法可確保進行連續(xù)、準確地恢復幀頭、幀尾數(shù)據(jù)，提高定時偏差估計準確度，有效減小定時偏差估計的計算量，不需要對信號頻偏進行估計，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)的前饋定時恢復方法，包括下列步驟:
[0008](I)利用ADC對接收信號進行過采樣和數(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)的前饋定時恢復方法，其特征在于包括下列步驟: (1)利用ADC對接收信號進行過采樣和數(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中包含由偽隨機序列生成的長度為Np的前導符號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的時間周期；M為一個數(shù)據(jù)符號周期內(nèi)的采樣點數(shù)，在衛(wèi)星數(shù)字接收機中M取值為4，即
，其中Ts SADC采樣時鐘周期；τ為信道定時偏差值，即信號時延與符號周期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)代表卷積計算；w(k)為經(jīng)過采樣、匹配濾波后的信道高斯白噪聲。 (2)計算定時偏差估計值.f，計算方法如下: 在數(shù)據(jù)信號x(k)中連續(xù)選取LM個采樣點數(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)中選取的采樣點數(shù)據(jù)，利用所述數(shù)據(jù)序列X中的數(shù)據(jù)分別進行累加計算得到M個累加值S1~SM，其中
L 為參與每次累加求和的數(shù)據(jù)個數(shù)，F(xiàn)[.]為對接收數(shù)據(jù)的函數(shù)計算；利用下式計算定時偏差估計值.r':
其中，arg{.}代表取相位運算； (3)計算插值基點m、相對定時偏差μ，計算方法如下: 根據(jù)所述步驟(2)計算得到的定時偏差估計值f，利用下式計算插值基點m、相對定時偏差μ:
(4)計算插值信號，計算方法如下:根據(jù)步驟(3)得到的插值基點m、相對定時偏差μ，采用立方插值方法進行如下計算，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)，進行發(fā)送數(shù)據(jù)幀幀頭檢測，首先進行如下相關(guān)計算:
其中，系數(shù)(c(h) = ah-1a* h ( h = 1, 2 ,...,Np -1);如果在 n = NF 時，|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)幀幀頭位置標記為Nf,其中Rt為系統(tǒng)設(shè)定的判決門限值； (6)在第η個信號恢復時，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)所述的定時偏差估計值計算方法，利用數(shù)據(jù)序列I計算得到定時偏差估計值中0，并利用步驟(3)所述方法計算得到插值基點m(n)和相對定時偏差μ (n)，再利用步驟(4)所述方法計算得到輸出信號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)進行數(shù)據(jù)幀幀頭位置檢測，如果n = Nf時，檢測到數(shù)據(jù)幀幀頭，則將幀頭位置標記為Nf ； (9)采用步驟(2)所述的定時偏差估計值計算方法，利用數(shù)據(jù)序列2計算得到定時偏差估計值--，并利用步驟(3)所述方法計算得到插值基點m' (η)和相對定時偏差μ ; (η)，再利用步驟(4)所述方法計算得到輸出信號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)進行數(shù)據(jù)幀幀頭位置檢測，如果n = N/時，檢測到數(shù)據(jù)幀幀頭，則將幀頭位置標記為N/ ； (11)在η=I~Nf的情況下，重復步驟(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，即檢測到數(shù)據(jù)幀幀頭位置時，停止數(shù)據(jù)幀幀頭位置檢測； 在η = Nf+1?Nf+N-Np-L時，重復步驟(6)?(7)，得到輸出信號y (η)； 在n = NF+N-Np-L+1?N時,重復步驟(6),利用n = NF+N-Np-L時計算得到定時偏差估計值印I+#-插值基點m(NF+N-Np-L)和相對定時偏差μ (NF+N-Np-L)作為已知量輸入，通過步驟(4)的計算方法得到輸出信號y(η)； (12)在η= I?N/的情況下，重復步驟(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，即檢測到數(shù)據(jù)幀幀頭位置時，停止數(shù)據(jù)幀幀頭位置檢測； 在n = N/ +1?N/ +N-Np-L時，重復步驟(6)、(9)，得到輸出信號y' (η)； 在n = N/ +N-Np-L+1?N時，重復步驟(6)，利用n = N/ +N-Np-L時計算得到定時偏差估計值尸(馬+#-O、插值基點m' (Nf+N-Np-L)和相對定時偏差μ ' (Nf+N-Np-L)作為已知量輸入，通過步驟⑷的計算方法得到輸出信號太(η)； (13)在步驟(11)和步驟(12)的計算過程中，對第η次和第η+1次計算得到的插值基點 m(n)、m(n+l)進行比較,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個定時恢復信號并輸出，否則選取y (η)作為第η個定時恢復信號并輸出。
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)的前饋定時恢復方法，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)的前饋定時恢復方法，其特征在于:所述步驟(2)中，函數(shù)計算F[.]的具體計算方法為取模計算或平方率計算，其中取模計算為F[x] = |x|，平方率計算為F[x] = |x|2，，其中I.I代表取模值運算。
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)的前饋定時恢復方法，其特征在于:步驟(5)進行數(shù)據(jù)幀幀頭位置檢測時，判決門限Rt根據(jù)數(shù)字接收機的靈敏度、漏警概率和虛警概率進行設(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)的前饋定時恢復方法，其特征在于:采用滑動累加方法實現(xiàn)步驟(2)計算，即采用FIFO (先進先出)緩存存儲器存儲LM個采樣點數(shù)據(jù)W1, β2，…，30(]，計算得到1個累加值31、32、…、SM，累加計算完成后，讀取新輸入的M個數(shù)據(jù)Clpd2、…、dM，并同時輸出M個數(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