卫星通信中突发信号的定时同步方法和装置的制造方法

卫星通信中突发信号的定时同步方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星通信领域，具体而言，涉及一种卫星通信中突发信号的定时同步 方法和装置。
【背景技术】
[0002] 随着通信技术的发展，TDMA(TimeDivisionMultipleAccess，时分多址）也越来 越被广泛的使用，如第二代蜂窝系统中的GSM(GlobalSystemforMobileCommunication， 全球移动通信系统）制式和IS-136 (或称D-AMPS或ADC)制式中所用的多址技术。
[0003] 具体的，TDMA突发通信系统具有两个特点：第一，信号发送采用突发结构（其中， 突发结构是TDMA信道上的一个时隙中的消息格式），且网络为不同的用户分配不同的发送 时隙和接收时隙，TDMA突发通信系统的上述两个特点使得对于用户终端来说是不连续接收 信号的。要想使得用户终端能够连接接收信号，就要求用户的终端接收机能够准确判断其 接收的信号的突发位置，也就对终端的定时同步提出了要求，即在时间上同步是TDMA通信 系统正常工作的前提条件。
[0004] 实际中，对于采用了TDMA突发通信方式的卫星移动通信系统来说，存在两方面问 题：一方面由于终端自身的定时器件（如晶振）与网络侧发送定时器件不完全统一，这会导 致终端对接收信号采样时存在采样相偏，无法采到最佳样值点；另一方面由于终端自身的 定时器件具有一定不稳定性，这样，在终端处于高速运动时（如航空终端），即会导致采样 频偏的出现。以上两方面均会导致终端接收机解调性能恶化甚至失败，而如何解决上述两 方面的问题也是终端定时同步模块需要考虑的。
[0005] 通常来讲，TDMA突发通信方式的系统在设计突发结构时会在突发中加入唯一字或 同步头，这是一种具有高相关特性的序列，利用足够长度的唯一字或同步头以及其 自身的高相关特性便可解决寻找突发定时同步位置的问题。故为了解决上述接收机采样频 偏和采样相偏的问题，相关技术提供了一种利用唯一字相关性的定时同步方法，即利用定 时跟踪环路使得终端的定时器件与网络侧的发送定时器件相统一。
[0006] 发明人在研宄中发现，对于GMR-1(GE〇-MobileRadio,近地静止轨道移动无线通 信）系统来说，其突发类型中存在唯一字很短的突发（如NT3突发）甚至存在无唯一字的 突发（如DKAB突发），这就使得传统的利用唯一字相关性的定时同步方法不再适用。并且， 由于普通的定时跟踪环路存在跟踪速度慢且需要连续接收信号的特点，使得普通的定时跟 踪环路也不适用于突发结构的TDMA系统。

【发明内容】

[0007] 本发明的目的在于提供一种卫星通信中突发信号的定时同步方法和装置，以快 速、准确的实现突发信号的接收机定时同步。
[0008] 第一方面，本发明实施例提供了一种卫星通信中突发信号的定时同步方法，包 括：
[0009] 对接收的突发信号进行滑窗计算，获取计算结果中最大值的所在位置；
[0010] 对最大值的所在位置进行位置滤波，得到带分数位的滤波位置；
[0011] 利用滤波位置的整数位对突发信号进行取数，得到整突发内的所有样值点数据， 其中，滤波位置的整数位为取突发数据的起始位置；
[0012] 利用滤波位置的分数位对所有样值点数据进行插值滤波，得到突发信号中各样值 点在最佳采样点的重建数据；其中，滤波位置的分数位为插值位置的分数位置。
[0013] 结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，该 卫星通信中突发信号的定时同步方法还包括：
[0014] 对滤波位置进行四舍五入计算，获取计算结果中的同步头判定位置；其中，计算结 果的整数位即同步头判定位置；
[0015] 利用同步头判定位置接收下一个突发信号。
[0016] 结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，卫 星通信中突发信号的定时同步方法中，对接收的突发信号进行滑窗计算，获取计算结果中 最大值的所在位置包括：
[0017] 将每个滑窗内接收的突发信号对应的唯一字，分别与本地唯一字进行相关运算， 获取运算结果中最大相关值对应的滑窗标识；
[0018] 和 / 或，
[0019] 计算每个滑窗内接收的突发信号的功率和，获取计算结果中最大功率和对应的滑 窗标识。
[0020] 结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种 可能的实施方式，其中，该卫星通信中突发信号的定时同步方法中，将每个滑窗内接收的突 发信号对应的唯一字，分别与本地唯一字进行相关运算，包括：
[0021] 根据公式Corr_Value(i) = |r(startjndeXi:a:startjndeXi+l-l)uH | 计算每个 滑窗内接收的突发信号对应的唯一字与本地唯一字的相关值；其中，Corr_Value表示相关 值，u表示本地存储的唯一字序列，i表示滑动次数，1 =aXlength(u)，length(u)表示u 的长度，start_indeXi表示第i次滑动时的滑窗起始位置，r表示输入的接收信号a倍采样 序列，H表示共轭转置。
[0022] 结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种 可能的实施方式，其中，该卫星通信中突发信号的定时同步方法中，计算每个滑窗内接收的 突发信号的功率和包括：
[0023] 根据公5
计算每个滑窗 内接收的突发信号的功率和；
[0024] 其中，P〇wer_Value表示功率和；r表示输入的接收信号a倍采样序列；i表示滑动 次数;m表示，为第i次滑动时小窗 n的起始位置；1表示小窗窗长。
[0025] 结合第一方面的第三种可能的实施方式或者第四种可能的实施方式，本发明实施 例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，该卫星通信中突发信号的定时同步方 法中，对最大值的所在位置进行位置滤波包括：
[0026] 根据公式
（?最大值的所在位置进行位置滤波； 其中，Pjn)为位置滤波之后的滤波位置Tjn)为对第n个突发进行滑窗求最值时确定的 最大值位置；A为滤波系数；e(n)为当前输入到模块的最大值位置与前一次的输出位置的 位置误差。
[0027] 结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，该 卫星通信中突发信号的定时同步方法中，利用滤波位置的整数位对突发信号进行取数，包 括：
[0028] 在起始位置向前的预设位置以及突发信号的长度向后的预设位置，对突发信号进 行取数。
[0029] 结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种 可能的实施方式，其中，该卫星通信中突发信号的定时同步方法中，利用滤波位置的分数位 对所有样值点数据进行插值滤波，包括：
[0030] 根据公3
，对所有样值点数据进行插值滤波计算； 其中，X为突发信号；y为输出的最佳采样点重建数据；1；为原采样间隔；T 新采样间隔； mk为基点索引
（为初始插值位置的基点索引；y为 位置滤波输出的滤波位置分数位分数间隔，〇< U〈1 A为插值滤波器系数。
[0031] 第二方面，本发明实施例还提供了一种卫星通信中突发信号的定时同步装置，包 括：
[0032] 最值获取部件，用于对接收的突发信号进行滑窗计算，获取计算结果中最大值的 所在位置；
[0033] 第一位置滤波部件，用于对最值获取部件获取的最大值的所在位置进行位置滤 波，得到带分数位的滤波位置；
[0034] 突发数据获取部件，用于利用第一位置滤波部件得到的滤波位置的整数位对突发 信号进行取数，得到整突发内的所有样值点数据，其中，滤波位置的整数位为取突发数据的 起始位置；
[0035] 插值滤波部件，用于利用第一位置滤波部件得到的滤波位置的分数位对突发数据 获取部件获取的所有样值点数据进行插值滤波，得到突发信号中各样值点在最佳采样点的 重建数据；其中，滤波位置的分数位为插值位置的分数位置。
[003 6] 结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，该 卫星通信中突发信号的定时同步装置还包括：
[0037] 第二位置滤波部件，用于对第一位置滤波部件得到的滤波位置进行四舍五入计 算，获取计算结果中的同步头判定位置；其中计算结果的整数位即同步头判定位置；
[0038] 接收部件，用于利用第二位置滤波部件获取的同步头判定位置接收下一个突发信 号。
[0039] 本发明实施例提供的卫星通信中突发信号的定时同步方法和装置，采用以下方 案：对接收的突发信号进行滑窗计算，获取计算结果中最大值的所在位置；对获取的最大 值位置进行位置滤波，得到带分数位的滤波位置；将滤波位置的整数位作为起始位置对突 发信号进行取数，得到整突发内的所有样值点数据，利用滤波位置的分数位作为插值位置 的分数位置，对所有样值点数据进行插值滤波，得到突发信号中各样值点在最佳采样点的 重建数据；与现有技术中传统利用唯一字相关性的定时同步方法不再适用唯一字很短以及 无唯一字的突发信号相比，其能够带来如下效果：
[0040] 1、对接收的突发信号进行最值获取，位置滤波、取数以及插值滤波等处理，能够准 确的实现突发信号的接收机定时同步；
[0041] 2、能够在短唯一字或无唯一字的突发信号中，实现接收机与突发信号的定时同 步；
[0042] 3、对接收的突发信号进行如上述步骤的处理，还能够快速、准确的跟踪终端定时 器件不稳定以及终端高速移动造成的采样频偏。
[0043] 4、能够使得接收机和突发信号准确的同步，故使得接收机对接收的突发信号进行 正确的解调；
[0044] 5、能够适用于各种采用突发方式传输的通信系统的接收机的定时同步及定时跟 足示。
[0045] 进一步，本发明实施例提供的卫星通信中突发信号的定时同步方法和装置，还对 所滤波位置进行四舍五入计算，获取计算结果的整数位作为同步头判定位置，并利用该同 步头判定位置接收下一个突发信号，其可以快速实现突发信号的接收机定时同步并克服采 样频偏的问题，由于在同步头判定位置接收的突发信号不够准确，故在对突发信号进行取 数和插值滤波处理，从而使输出的重建数据为接收机与突发信号准确同步之后的输出数 据。
[0046] 为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合 所附附图，作详细说明如下。
【附图说明】
[0047] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附 图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对 范围的限定，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，还可以根据这 些附图获得其他相关的附图。
[0048]图1示出了本发明实施例所提供的一种卫星通信中突发信号的定时同步装置的 结构示意图；
[0049] 图2示出了本发明实施例所提供的一种的卫星通信中突发信号的定时同步方法 的流程图；
[0050] 图3示出了本发明实施例所提供的GMR-1系统中的NT3突发的突发结构；
[0051] 图4示出了本发明实施例所提供的GMR-1系统中的DKAB突发的突发结构；
[0052] 图5示出了本发明实施例所提供的对GMR-1系统中的DKAB进行滑窗时的窗型示 意图；
[0053]图6示出了本发明实施例所提供的插值滤波部件的结构示意图；
[0054] 图7示出了本发明实施例所提供的SNR= 5dB且存在T/16采样相偏时，NT3突发 采用传统相关法寻找同步头的成功次数的示意图；
[0055] 图8示出了本发明实施例所提供的当SNR= 5dB且存在T/16采样相偏时，NT3突 发采用本发明提供的卫星通信中突发信号的定时同步方法寻找同步头的成功次数的示意 图；
[0056]图9示出了本发明实施例所提供的存在T/16采样相偏时，NT3突发采用传统相关 法同步并假设同步完全准确的情况下的未编码解调BER性能与采用本发明提供的卫星通 信中突发信号的定时同步方法的未编码解调BER性能的对比示意图；
[0057] 图10示出了本发明实施例所提供的另一种卫星通信中突发信号的定时同步装置 的结构示意图。
[0058] 主要元件符号说明：
[0059] 11、最值获取部件；12、第一位置滤波部件；13、突发数据获取部件；14、插值滤波 部件；15、第二位置滤波部件；16、接收部件。
【具体实施方式】
[0060] 下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在 此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因 此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的 范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做 出创造性劳动的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。
[0061] 在对本发明提供的卫星通信中突发信号的定时同步方法和装置进行说明之前，先 介绍一下本发明所基于的一些名词、背景以及对卫星通信系统进行简单的介绍；
[0062]首先，关于TDMA(TimeDivisionMultipleAccess，时分多址）：
[0063]TDMA是把时间分割成周期性的帧（Frame)，每一个帧再分割成若干个时隙向基站 发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信 号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移 动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。
[0064] 具体的，TDMA系统的同步于定时，由于TDMA系统是以时间来分割来区分不同信 道，移动终端只允许在规定的时隙发送和接收信号，因此在时间上同步是TDMA通信系统正 常工作的前提条件，故这就要求移动终端包括定时同步模块，用以实现与地面站的同步。 [0065]实际中，对于采用了TDMA突发通信方式的卫星移动通信系统来说，存在两方面问 题：一方面由于终端自身的定时器件（如晶振）与网络侧发送定时器件不完全统一，这会导 致终端对接收信号采样时存在采样相偏，无法采到最佳样值点；另一方面由于终端自身的 定时器件具有一定不稳定性，这样，在终端处于高速运动时（如航空终端），即会导致采样 频偏的出现。以上两方面均会导致终端接收机解调性能恶化甚至失败，而如何解决上述两 方面的问题也是终端定时同步模块需要考虑的。
[0066] 本发明的突发信号是基于两种特殊的突发结构，即含有唯一字的突发（如NT3突 发）和不含有唯一字的突发（如DKAB突发），而这两种突发都是基于GMR-1系统的。
[0067] 具体的，GMR-1是由ETSI(欧洲电信标准协会）研宄制定的一种采用了TDMA突发 通信方式的卫星移动通信标准。通常来讲，TDMA突发通信方式的系统在设计突发结构时会 在突发中加入唯一字或同步头，这是一种具有高相关特性的序列，利用足够长度的 唯一字或同步头以及其高相关特性便可解决寻找突发定时同步位置的问题。
[0068]目前，解决接收机采样频偏和采样相偏的问题通常可以利用定时跟踪环路。但对 于GMR-1系统来说，其突发类型中存在唯一字很短的突发（如NT3突发）甚至存在无唯一 字的突发（如DKAB突发），这就使得传统的利用唯一字相关性的定时同步方法不再适用。 而且，由于普通的定时跟踪环路存在跟踪速度慢且需要连续接收信号的特点，使得普通的 定时跟踪环路也不适用于突发结构的TDMA系统。
[0069] 为了解决上述问题，本发明提供了一种适用于TDMA卫星移动通信突发信号的定 时同步方法，该方法主要由以下部件实现，如图1所示，包括：最值获取部件11、位置滤波部 件（具体包括第一位置滤波部件12和第二位置滤波部件15)、突发数据获取部件13以及插 值滤波部件14。
[0070] 基于上述部件，本发明提出的一种适用于TDMA卫星移动通信突发信号的定时同 步方法和装置， 具有以下特点：
[0071] 1、能够快速、准确的实现突发信号的接收机定时同步。
[0072] 2、解决短唯一字或无唯一字突发的定时同步问题。
[0073] 3、能够快速、准确跟踪终端定时器件不稳定以及终端高速移动造成的采样频偏。
[0074] 4、解决采样相偏及采样频偏存在时造成的接收机解调性能恶化问题。
[0075] 5、适用于各种采用突发方式传输的通信系统的接收机的定时同步及定时跟踪。
[0076] 本发明的【具体实施方式】如下：
[0077] 参考图2,本发明实施例提供了一种卫星通信中突发信号的定时同步方法，该方法 是由接收机（即接收终端）中定时同步模块实施的，具体包括：
[0078] 101、对接收的突发信号进行滑窗计算，获取计算结果中最大值的所在位置。
[0079] 具体的，对于TDMA突发通信系统来说，有些通信方式（如GMR-1)其突发类型中存 在唯一字很短的突发（如NT3突发）甚至存在无唯一字的突发（如DKAB突发）。
[0080] 在本实施例中，本步骤由最值获取部件11实现，该最值获取部件11对于存在唯一 字的突发结构，利用滑窗将接收的突发信号对应的唯一字与本地存储的唯一字进行相关运 算，然后从相关运算的计数结果中获取最大相关值的所在位置，以便后续继续对选出的最 大相关值位置进行滤波处理；
[0081] 最值获取部件，对于不存在唯一字的突发结构，利用滑窗对接收的突发信号求功 率和，获取滑窗过程中滑窗内功率和最大值所在位置，以便后续继续对选出的最大功率和 值位置进行滤波处理。
[0082] 102、对最大值的所在位置进行位置滤波，得到带分数位的滤波位置。
[0083] 本步骤中，由位置滤波部件对步骤101得到的最大相关值位置或者最大功率和位 置进行滤波，取得带分数位的滤波位置；并在得到的带分数位的滤波位置中，将滤波位置 的整数位作为取突发数据的起始位置，将滤波位置的分数位作为插值滤波的插值位置分数 位，以及将滤波位置进行四舍五入后获取同步头判定位置。
[0084] 103、利用滤波位置的整数位对突发信号进行取数，得到整突发内的所有样值点数 据，其中，滤波位置的整数位为取突发数据的起始位置。
[0085] 具体的，突发数据获取部件将步骤102中滤波得到的滤波位置的整数位作为取突 发数据的起始位置，并利用该取数起始位置对接收数据（即接收的突发信号）进行取数，取 出整突发内的所有样值点数据。
[0086] 在取数的过程中，由于每个突发信号的长度是已知的，故在确定的起始位置开始 对接收数据进行取数，直至取数长度与突发信号的长度相等截止，以而完成对突发信号的 取数。
[0087] 104、利用滤波位置的分数位对所有样值点数据进行插值滤波，得到突发信号中各 样值点在最佳采样点的重建数据；其中，滤波位置的分数位为插值位置的分数位置。
[0088] 具体的，插值滤波部件将步骤102中滤波得到的滤波位置的分数位作为插值位置 的分数位置，并利用该分数位置对步骤103中获取的整突发采样数据进行插值滤波，取得 突发信号中各符号在最佳采样点的重建数据，同时完成高倍采样信号的下采样。
[0089] 其中，对于一个样值序列间隔几个样值取样一次，这样得到新序列就是原序列的 下采样。具体的，本实施例中，接收的突发信号是高倍的采样序列，将该高倍的采用序列间 隔与该高倍倍数相等的样值再进行取样，得到的新的序列即单倍序列，该单倍序列即是高 倍采样信号的下采样。
[0090] 考虑到突发信号是基于两种特殊的突发结构，即含有唯一字的突发（如NT3突发） 和不含有唯一字的突发（如DKAB突发），步骤101中的对接收的突发信号进行滑窗计算，获 取计算结果中最大值的所在位置则包括两方面的计算，具体如下：
[0091] 对于存在唯一字的突发结构，将每个滑窗内接收的突发信号对应的唯一字，分别 与本地唯一字进行相关运算，获取运算结果中最大相关值对应的滑窗标识；
[0092]和 / 或，
[0093] 对于不存在唯一字的突发结构，计算每个滑窗内接收的突发信号的功率和，获取 计算结果中最大功率和对应的滑窗标识。
[0094] 具体的，在GMR-1系统中，NT3突发是用于话音信道的一种短突发，其突发结 构如图3所示。该突发中含有234个半符号，其中，只有12个半符号的唯一字，在采用 Jr/4-CQPSK(coherentquadriphaseshiftkeying，相干四相移相键控）调制后，其唯一字 只有6个QPSK(QuadraturePhaseShiftKeyin，QPSK正交相移键控）符号的长度。
[0095] 综上所述，NT3突发的特点是突发内只有一段唯一字，且唯一字长度很短。
[0096] 另外，在GMR-1系统中还存在另一种特殊的突发，即DKAB突发，其突发结构如图4 所示。DKAB突发存在于非连续发送情况下，当语音未激活时发送，用于传送舒适噪声以及功 率控制字等。
[0097] 综上所述，DKAB突发的特点是不含唯一字，且突发内有长段空闲信号，整个突发只 有20个半符号（即First(第一）KAB和Second(第二）KAB中的20个半符号）是有信号 发送的。
[0098] 具体的，在最值获取部件进行的最值获取的过程中，针对突发结构中是否含有唯 一字，最值获取分为两部分，分别是含唯一字突发的最大相关值获取以及不含唯一字突发 的最大功率值获取。具体方法如下：
[0099] 第一、对于含唯一字的突发来说，定义如下符号标示：
[0100] r表示输入的接收信号4倍采样序列（即定义a= 4);
[0101] U表示本地存储的唯一字序列；
[0102] i表示滑动次数，以采样点个数为单位，滑动步长为每次1个样值点。
[0103] 则，相关值Corr_Value的计算公式表示如下：
[0104] Corr_Value (i)=r (start_indexj:4:start_indeXi+l-l) uH
[0105]其中，对于4倍采样信号来说，1 = 4Xlength(u)，length(x)表示x的长度， startjndeXi表示第i次滑动时的滑窗起始位置。
[0106] 在突发信号进行经过i次滑窗之后，可以得到i个相关值，取其中的最大相关值的 所在位置作为输出，送入随后的位置滤波部件进行位置滤波。
[0107] 第二，对于不含唯一字的DKAB突发来说，由于其突发结构特殊，整个突发内只有 FirstKAB(第一KAB)和SecondKAB(第二KAB)这两部分各5个符号是有数据的，其余位 置都为空，因此滑窗相当于是整个突发内有两个小窗，两小窗作为一个整体同时滑动，窗型 示意图如图5所示；其中，FirstKAB和SecondKAB是通信中信号帧的表达方式，故在此不 再解释。
[0108] 另外，需要说明的是，本实施例中是将接收的突发信号以4倍的采样序列为例进 行说明的，而此处的接收信号只要是高倍即可，即取N>= 2。其中，一般n= 1称之为单 倍，则高倍是相对于单倍而言的，故为N>= 2 ;同理，下文均将接收的突发信号以4倍的采 样序列为例进行说明。
[0109] 具体的，对于DKAB突发定义如下符号标示：
[0110] r表不输入的接收信号4倍米样序列；
[0111] i表示滑动次数，以采样点个数为单位，滑动步长为每次1个样值点；
[0112] m表示对art-wrfexf，为第i次滑云力时小窗n的起始位置。
[0113] 贝I」，功率和值Power_Value的计算公式表示如下：
[0114]
[0115] 其中，1表示小窗窗长。
[0116] 在突发信号进行经过i次滑窗之后，可以得到i个功率和值，取其最大值所在位置 作为输出，送入随后的位置滤波部件进行位置滤波。
[0117] 为了快速、准确的实现突发信号与其接收终端的定时同步，该卫星通信中突发信 号的定时同步方法还包括：
[0 118] 对滤波位置进行四舍五入计算，获取计算结果中的同步头判定位置，并利用同步 头判定位置接收下一个突发信号；其中计算结果的整数位即同步头判定位置。
[0119] 具体的，在步骤102中对步骤101得到的最大相关值位置或者最大功率和位置进 行滤波，取得带分数位的滤波位置，并将滤波位置进行四舍五入后获取同步头判定位置。其 中，使得最值获取部件按照得到的该同步头位置接收下一次的突发信号，从而能够快速的 实现接收机与突发信号的定时同步，但是，由于使用该同步头判定位置能够快速的将接收 机与突发信号的定时器进行同步匹配，但是匹配的精确度可能在非整数上存在误差，故在 对突发信号进行非整数同步处理，即通过最值获取部件、位置滤波部件、突发数据获取部件 以及插值滤波部件等的处理，即可快速、准确的实现突发信号与其接收终端定时同步。
[0120] 进一步的，位置滤波部件进行位置滤波的具体步骤如下：
[0121] 将最值获取部件获取的最大值位置（包括最大相关值位置和最大功率和值位置） 送入位置滤波部件进行位置滤波，具体的，位置滤波部件即图6所示的滤波器件；
[0122] 此时，位置滤波部件的滤波输出为带有小数位的滤波位置，本实施例对位置滤波 过程的定义标示如下：
[0123] Pjn)为对第n个突发进行滑窗求最值时找到的最大值位置，即位置滤波的输入。
[0124] Pjn)为位置滤波之后的滤波位置，该值经过延时后反馈参与滤波计算，经延时反 馈后，该值称为参考位置。
[0125] 其中，初值PQ(0)为已知，其获取途径为：接收机经过FCCH(FrequencyCorrection Channel，频率校正信道）捕获之后可以得到帧头位置信息，由此便可以推算出接收定时已 经同步的情况下滑窗求最值时的最值所在位置，该位置即为匕(〇)。
[0126] 其中，接收机在开机后，通过FCCH的校正实现下行定时同步，此时，获取FCCH捕获 的帧头位置信息，确定该帧头位置信息为最值获取部件接收的突发信号的初始位置信息， 然后根据初始位置信息，可以推算出接收定时已经同步的情况下，最值获取部件利用滑窗 求最值时的最值所在位置，该位置即为匕(〇)。
[0127] 其中，e(n)为位置误差，定义为当前输入到定时同步模块（具体为定时同步模块 的最值获取部件）的最大值位置与参考位置之间的差，参考位置为前一次的定时同步模块 (具体为定时同步模块的插值滤波部件）的输出位置。
[0128] 入为滤波系数，本实施例中取值为入=0. 95。
[0129] 滤波位置Pjn)与输入的最值位置PT(n)之间的关系表示如下：
[0130]
[0131] 根据滤波位置Pjn)的值，得到本步骤的3个输出，分别为：
[0132] 1、同步头判定位置head_index，由于滤波位置P〇(n)为带有分数位的实数，而接收 机对于同步位置的判断无法分辨分数，因此在通过Pjn)推算同步头位置时，需对其进行四 舍五入操作：
[0133]
[0134] 其中，head_index(n)表示第n个突发的唯一字头位置（对于含唯一字的突发来 说）或者数据头位置（对于DKAB突发来说），floor(x)表示对x向下取整，ceil(x)表示 对x向上取整，frac(x)表示对x取小数位。
[0135] 2、滤波位置分数位，即frac(PQ (n))。
[0136] 3、突发取数起始位置：
[0137] 具体的，步骤103中，利用滤波位置的整数位对突发信号进行取数，包括：
[0138] 在起始位置向前的预设位置以及突发信号的长度向后的预设位置，对突发信号进 行取数。本实施例中的预设位置是以样值点为单位，向前表示在起始位置之前的位置，即起 始位置减去n的位置，其中，n可以为任何数，优选n>= 1，如n= 1，n= 2 ;同理，突发信 号的长度向后的预设位置，即从起始位置开始算起直至大于突发信号的长度为取数结束位 置，即突发末尾向后多取n个样值点，如n= 3。
[0139] 具体的，针对后续进行插值滤波插值方式特性，为保证整突发内无数据遗漏，需要 在取数时在突发头向前及向后多取几个样值点，如突发头位置向前多取1个样值点，突发 末尾向后多取3个样值点，即向前为突发取数起始位置为floor(匕(n)) -1。
[0140] 进一步的，为保证整突发内无数据遗漏，突发数据获取部件进行取数优选采用下 面的实现方式，具体如下：
[0141] 突发数据获取部件，利用位置滤波部件经过位置滤波输出的突发取数起始位置对 接收数据进行取数，取数长度根据不同突发而定。针对本实施例中插值滤波部件（优选为 Farrow滤波器）的插值方式特性，为保证整突发内无数据遗漏，需要在取数时在突发头向 前及向后多取几个样值点，如突发头位置向前多取1个样值点，突发末尾向后多取3个样值 点。
[0142] 进一步的，为了实现信号最佳采样点样值的重建，插值滤波部件进行插值滤波优 选采用下面的实现方式，具体如下：
[0143] 具体的，本实施例中所使用的插值滤波部件即为插值滤波器，该插值滤波器的作 用是，在实现4倍采样到单倍采样下采样的同时，实现信号最佳采样点样值的重建。
[0144] 优选的，插值滤波器采用分段抛物线插值的Farrow结构滤波器，取x为插值滤波 器输入的突发数据，y为插值滤波器输出的最佳采样点重建数据，则输入输出关系如下：
[0145]
[0146] 其中，上式中！；为原采样间隔，即4倍采样间隔；为新采样间隔即单倍采样间 隔；mk为基点index(即基点索引）；y为分数间隔，0彡y〈]
2, 3, 4,初始插值位置的基点index，本实施例中取m 2。
[0147] 本实施例中，对整个进行插值的突发信号来说，分数间隔y是定值，即位置滤波 输出的滤波位置分数位fradPjn));(；为插值滤波器系数，具体如下：
[0152]具体的，图7示出了SNR(Signal-to_noise Ratio,信噪比）=5dB时存在T/16采 样相偏时NT3突发采用传统相关法寻找同步头的成功次数的示意图；其中，总共进行1000 次寻找，位置6为正确同步位置。
[0153] 图8示出了SNR= 5dB时存在T/16采样相偏时NT3突发采用本发明提供的卫星 通信中突发信号的定时同步方法寻找同步头的成功次数的示意图；同样的，总共进行1000 次寻找，位置6为正确同步位置，由图7和图8的对比图可以得知，采用本发明的方法同步 成功率大大提升。
[0154] 图9示出了存在T/16采样相偏时NT3突发采用传统相关法同步并假设同步完全 准确的情况下的未编码解调BER性能与采用本发明的卫星通信中突发信号的定时同步方 法的未编码解调BER性能的对比图，由图9中可得知，本发明提供的卫星通信中突发信号的 定时同步系统能够重建最佳采样点的样值，补偿解调性能恶化。
[0155] 参考图10,本发明还提供了一种卫星通信中突发信号的定时同步装置，包括：
[0156] 最值获取部件11，用于对接收的突发信号进行滑窗计算，获取计算结果中最大值 的所在位置。
[0157] 第一位置滤波部件12,用于对最值获取部件11获取的最大值的所在位置进行位 置滤波，得到带分数位的滤波位置。
[0158] 突发数据获取部件13,用于利用第一位置滤波部件12得到的滤波位置的整数位 对突发信号进行取数，得到整突发内的所有样值点数据，其中，滤波位置的整数位为取突发 数据的起始位置。
[0159] 插值滤波部件14,用于利用第一位置滤波部件12得到的滤波位置的分数位对突 发数据获取部件13获取的所有样值点数据进行插值滤波，得到突发信号中各样值点在最 佳采样点的重建数据；其中，滤波位置的分数位为插值位置的分数位置。
[0160] 进一步的，该卫星通信中突发信号的定时同步装置还包括：
[0161] 第二位置滤波部件15,用于对第一位置滤波部件12得到的滤波位置进行四舍五 入计算，获取计算结果中的同步头判定位置；其中计算结果的整数位即同步头 判定位置。
[0162] 接收部件16,用于利用第二位置滤波部件15获取的同步头判定位置接收下一个 突发信号。
[0163] 本发明实施例提供的卫星通信中突发信号的定时同步方法和装置，采用以下方 案：对接收的突发信号进行滑窗计算，获取计算结果中最大值的所在位置；对获取的最大 值位置进行位置滤波，得到带分数位的滤波位置；将滤波位置的整数位作为起始位置对突 发信号进行取数，得到整突发内的所有样值点数据，利用滤波位置的分数位作为插值位置 的分数位置，对所有样值点数据进行插值滤波，得到突发信号中各样值点在最佳采样点的 重建数据；与现有技术中传统利用唯一字相关性的定时同步方法不再适用唯一字很短以及 无唯一字的突发信号相比，其能够带来如下效果：
[0164] 1、对接收的突发信号进行最值获取，位置滤波、取数以及插值滤波等处理，能够准 确的实现突发信号的接收机定时同步；
[0165] 2、能够在短唯一字或无唯一字的突发信号中，实现接收机与突发信号的定时同 步；
[0166] 3、对接收的突发信号进行如上述步骤的处理，还能够快速、准确的跟踪终端定时 器件不稳定以及终端高速移动造成的采样频偏。
[0167] 4、能够使得接收机和突发信号准确的同步，故使得接收机对接收的突发信号进行 正确的解调；
[0168] 5、能够适用于各种采用突发方式传输的通信系统的接收机的定时同步及定时跟 足示。
[0169] 进一步，本发明实施例提供的卫星通信中突发信号的定时同步方法和装置，还对 所滤波位置进行四舍五入计算，获取计算结果的整数位作为同步头判定位置，并利用该同 步头判定位置接收下一个突发信号，其可以快速实现突发信号的接收机定时同步并克服采 样频偏的问题，由于在同步头判定位置接收的突发信号不够准确，故在对突发信号进行取 数和插值滤波处理，从而使输出的重建数据为接收机与突发信号准确同步之后的输出数 据。
[0170] 以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种卫星通信中突发信号的定时同步方法，其特征在于，包括： 对接收的突发信号进行滑窗计算，获取计算结果中最大值的所在位置； 对所述最大值的所在位置进行位置滤波，得到带分数位的滤波位置； 利用所述滤波位置的整数位对所述突发信号进行取数，得到整突发内的所有样值点数 据，其中，所述滤波位置的整数位为取突发数据的起始位置； 利用所述滤波位置的分数位对所有所述样值点数据进行插值滤波，得到所述突发信号 中各样值点在最佳采样点的重建数据；其中，所述滤波位置的分数位为插值位置的分数位 置。2. 根据权利要求1所述的卫星通信中突发信号的定时同步方法，其特征在于，还包括： 对所述滤波位置进行四舍五入计算，获取计算结果中的同步头判定位置；其中，计算结 果的整数位即同步头判定位置； 利用所述同步头判定位置接收下一个所述突发信号。3. 根据权利要求1所述的卫星通信中突发信号的定时同步方法，其特征在于，所述对 接收的突发信号进行滑窗计算，获取计算结果中最大值的所在位置包括： 将每个滑窗内接收的所述突发信号对应的唯一字，分别与本地唯一字进行相关运算， 获取运算结果中最大相关值对应的滑窗标识； 和/或， 计算每个滑窗内接收的所述突发信号的功率和，获取计算结果中最大功率和对应的滑 窗标识。4. 根据权利要求3所述的卫星通信中突发信号的定时同步方法，其特征在于，所述将 每个滑窗内接收的所述突发信号对应的唯一字，分别与本地唯一字进行相关运算，包括： 根据公式 Corr_Value(i) = Ir(StartjndexiIa=StartjndexJl-I)UHI 计算每个滑窗 内接收的所述突发信号对应的唯一字与本地唯一字的相关值；其中，Corr_Value表示相关 值，u表示本地存储的唯一字序列，i表示滑动次数，I = aX length(u)，length(u)表示u 的长度，start_indeXi表示第i次滑动时的滑窗起始位置，r表示输入的接收信号a倍采样 序列，H表示共轭转置。5. 根据权利要求3所述的卫星通信中突发信号的定时同步方法，其特征在于，所述计 算每个滑窗内接收的所述突发信号的功率和包括： 根据公式hH'tr，计算每个滑窗内 接收的所述突发信号的功率和； 其中，Power_Value表示功率和；r表示输入的接收信号a倍采样序列；i表示滑动次 数;m表示，为第i次滑动时小窗n的起始位置；1表示小窗窗长。6. 根据权利要求4或5所述的卫星通信中突发信号的定时同步方法，其特征在于，所述 对所述最大值的所在位置进行位置滤波包括： 根据公式对所述最大值的所在位置进行位置滤波； 其中，PJn)为位置滤波之后的滤波位置T1(Ii)为对第η个突发进行滑窗求最值时确定的 最大值位置；λ为滤波系数；e (η)为当前输入到模块的最大值位置与前一次的输出位置的 位置误差。7. 根据权利要求1所述的卫星通信中突发信号的定时同步方法，其特征在于，所述利 用所述滤波位置的整数位对所述突发信号进行取数，包括： 在所述起始位置向前的预设位置以及所述突发信号的长度向后的预设位置，对所述突 发信号进行取数。8. 根据权利要求6所述的卫星通信中突发信号的定时同步方法，其特征在于，所述利 用所述滤波位置的分数位对所有所述样值点数据进行插值滤波，包括： 根据公式对所有所述样值点数据进行插值滤波计算； 其中，X为突发信号；y为输出的最佳采样点重建数据；1；为原采样间隔；T 新采样间隔； mk为基点索引，％ =岬+(H)f，k = 2, 3, 4,…，初始插值位置的基点索引；μ为 位置滤波输出的滤波位置分数位分数间隔，〇 < μ〈1 ;Ci为插值滤波器系数。9. 一种卫星通信中突发信号的定时同步装置，其特征在于，包括： 最值获取部件，用于对接收的突发信号进行滑窗计算，获取计算结果中最大值的所在 位置； 第一位置滤波部件，用于对所述最值获取部件获取的所述最大值的所在位置进行位置 滤波，得到带分数位的滤波位置； 突发数据获取部件，用于利用所述第一位置滤波部件得到的所述滤波位置的整数位对 所述突发信号进行取数，得到整突发内的所有样值点数据，其中，所述滤波位置的整数位为 取突发数据的起始位置； 插值滤波部件，用于利用所述第一位置滤波部件得到的所述滤波位置的分数位对所述 突发数据获取部件获取的所有样值点数据进行插值滤波，得到所述突发信号中各样值点在 最佳采样点的重建数据；其中，所述滤波位置的分数位为插值位置的分数位置。10. 根据权利要求9所述的卫星通信中突发信号的定时同步装置，其特征在于，还包 括： 第二位置滤波部件，用于对所述第一位置滤波部件得到的所述滤波位置进行四舍五入 计算，获取计算结果中的同步头判定位置；其中计算结果的整数位即同步头判定位置； 接收部件，用于利用所述第二位置滤波部件获取的所述同步头判定位置接收下一个所 述突发信号。
【专利摘要】本发明提供了一种卫星通信中突发信号的定时同步方法和装置，包括对接收的突发信号进行滑窗计算，获取计算结果中最大值位置；对获取的最大值位置进行位置滤波得到带分数位的滤波位置；将滤波位置的整数位作为起始位置对突发信号进行取数；将滤波位置的分数位作为插值位置的分数位置，对所有样值点数据进行插值滤波，得到各样值点在最佳采样点的重建数据；本发明对突发信号进行最值获取、位置滤波、取数以及插值滤波等处理，能够在短唯一字或无唯一字的突发信号中，快速准确的实现接收机与突发信号的定时同步，跟踪终端定时器件不稳定以及终端高速移动造成的采样频偏，且本发明适用于各种采用突发方式传输的通信系统的接收机的定时同步及定时跟踪。
【IPC分类】H04L27/26, H04W56/00, H04J3/06
【公开号】CN104883730
【申请号】CN201510201755
【发明人】刘解华, 刘斌彬, 张帅
【申请人】北京华力创通科技股份有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月24日