一种适用于卫星通信突发传输系统的前馈定时恢复方法
【专利摘要】本发明涉及一种适用于卫星通信突发传输系统的前馈定时恢复方法，该方法基于滑动累加方法实现定时偏差估计，可提高估计准确度，有效减小定时偏差估计的计算量，并实现突发传输数据的连续处理；该方法在定时偏差估计计算时，采用信号幅度进行计算，并采用互相关运算检测帧头，可避免信号频偏对定时偏差估计的影响，即不需要对信号频偏进行估计，可应用于信道环境恶劣条件下，数字接收机采样时钟周期设定为符号周期的四分之一，接收机工作频率较低，易于工程实现。
【专利说明】一种适用于卫星通信突发传输系统的前馈定时恢复方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字无线通信传输【技术领域】，特别是涉及一种适用于卫星突发传输系统的前馈定时恢复方法。
【背景技术】
[0002]在宽带卫星通信系统接收机中，符号定时恢复是影响解调接收性能的关键因素。经典的符号定时同步算法主要有反馈锁相和前馈估计两种方法。其中，反馈定时同步一般采用锁相环结构，需要耗用较长时间的数据对锁相环进行收敛，不可避免地在每次捕获过程中造成了传输帧开始部分数据的丢失，进而降低了系统频谱利用率。所以，它常用在连续数据传输应用如广播传输系统DVB-S2(第二代卫星数字视频广播)中，对较短突发数据的情况较难适应。
[0003]前馈定时同步的结构比较简单，一般由定时偏差估计器和插值滤波器组成。前馈定时估计算法适于突发数据传输，如交互式卫星通信系统DVB-RCS中。经典的非数据辅助前馈定时估计器一般需要每符号4个采样点就能达到良好的性能，其估计算法主要采用平方率、绝对值和对数等非线性操作。然而，相对于锁相环的自动收敛结构，在设计前馈定时恢复算法的实现时，要求准确恢复所有帧头信息和载荷数据，从而需要正确识别所有完整帧的帧头位置并恰当地处理每一帧尾部的数据。
[0004]现有的关于卫星通信系统中短时突发信号的接收解调的资料文献中，一般研究定时偏差估计的算法改进与性能分析，仅限于理论研究；或研究联合傅里叶变换(DFT)、傅里叶级数等技术的前馈定时同步工程实现，需要设计准确的DFT窗口位置和长度，较长的DFT处理又极大地增加了接收系统复杂度，导致定时性能严重受到其他技术的影响。目前尚没有基于前馈定时同步结构解决此类帧头和帧尾准确定时恢复问题的整体技术方案。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于卫星通信突发传输系统的前馈定时恢复方法，该方法可确保进行连续、准确地恢复帧头、帧尾数据，提高定时偏差估计准确度，有效减小定时偏差估计的计算量，不需要对信号频偏进行估计，可应用于信道环境恶劣条件下。
[0006]本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的:
[0007]—种适用于卫星通信突发传输系统的前馈定时恢复方法，包括下列步骤:
[0008](I)利用ADC对接收信号进行过采样和数字量化，并通过匹配滤波器得到数字信号 χ (k):
【权利要求】
1.一种适用于卫星通信突发传输系统的前馈定时恢复方法，其特征在于包括下列步骤: (1)利用ADC对接收信号进行过采样和数字量化，并通过匹配滤波器得到数字信号x(k):
其中，N为卫星通信突发传输系统发送端发送的数据帧长度，所述数据帧为a =Ia1, a2,..., an,…aN} ；an, η = 1，2，…，N,为突发传输的数据符号，所述数据符号米用线性调制且平均功率为I ;数据帧a中包含由伪随机序列生成的长度为Np的前导符号a# ={αρο2,..u }和长度为N-Np的数据载荷a, ={αΛν+1,οΛν+2，...,αν}; T为所述数据符号an的时间周期；M为一个数据符号周期内的采样点数，在卫星数字接收机中M取值为4，即
，其中Ts SADC采样时钟周期；τ为信道定时偏差值，即信号时延与符号周期T的比值，且-0.5 < τ ^0.5；g(t)为卫星通信突发传输系统发送端成形滤波器和接收端匹配滤波器合成的冲击响应，即= &⑴?&⑴，其中，gT(t)为发送端成形滤波器冲击响应，gE(t)为接收端匹配滤波器冲击响应，《S)代表卷积计算；w(k)为经过采样、匹配滤波后的信道高斯白噪声。 (2)计算定时偏差估计值.f，计算方法如下: 在数据信号x(k)中连续选取LM个采样点数据组成数据序列X = [β1； β2，…，％]，其中= 1,2,-,LM)为从接收信号x(k)中选取的采样点数据，利用所述数据序列X中的数据分别进行累加计算得到M个累加值S1~SM，其中
L 为参与每次累加求和的数据个数，F[.]为对接收数据的函数计算；利用下式计算定时偏差估计值.r':
其中，arg{.}代表取相位运算； (3)计算插值基点m、相对定时偏差μ，计算方法如下: 根据所述步骤(2)计算得到的定时偏差估计值f，利用下式计算插值基点m、相对定时偏差μ:
(4)计算插值信号，计算方法如下:根据步骤(3)得到的插值基点m、相对定时偏差μ，采用立方插值方法进行如下计算，得到输出信号为:
其中，dq(q = -2，1-,0, 1)为插值系数，所述插值系数的计算公式如下:
(5)数据帧帧头检测，检测方法如下: 利用步骤(4)得到的输出信号y(n)，进行发送数据帧帧头检测，首先进行如下相关计算:
其中，系数(c(h) = ah-1a* h ( h = 1, 2 ,...,Np -1);如果在 n = NF 时，|R(n) |>RT，则判定 η为突发数据帧帧头位置,并将所述数据帧帧头位置标记为Nf,其中Rt为系统设定的判决门限值； (6)在第η个信号恢复时，首先在数据信号x(k)(k = 1,2, -,MN)选取两路数据长度为LM的数据序列:
数据序列 I J1 = [X ((n-1) Μ+1)，X ((η-1) Μ+2)，...，χ ((η-1) M+LM)]；
数据序列 2:Χ2 = [χ ((η-1) Μ+3)，χ ((η-1) Μ+4)，...，χ ((η-1) M+LM+2)]； (7)采用步骤(2)所述的定时偏差估计值计算方法，利用数据序列I计算得到定时偏差估计值中0，并利用步骤(3)所述方法计算得到插值基点m(n)和相对定时偏差μ (n)，再利用步骤(4)所述方法计算得到输出信号y (η)； (8)采用步骤(5)所述数据帧帧头位置检测方法，对步骤(7)得到的输出信号y(n)进行数据帧帧头位置检测，如果n = Nf时，检测到数据帧帧头，则将帧头位置标记为Nf ； (9)采用步骤(2)所述的定时偏差估计值计算方法，利用数据序列2计算得到定时偏差估计值--，并利用步骤(3)所述方法计算得到插值基点m' (η)和相对定时偏差μ ; (η)，再利用步骤(4)所述方法计算得到输出信号y' (η)； (10)采用步骤(5)所述数据帧帧头位置检测方法，对步骤(9)得到的输出信号y'(η)进行数据帧帧头位置检测，如果n = N/时，检测到数据帧帧头，则将帧头位置标记为N/ ； (11)在η=I~Nf的情况下，重复步骤(6)~(8)，得到输出信号y(n)并检测数据帧帧头位置，在n = Nf时，即检测到数据帧帧头位置时，停止数据帧帧头位置检测； 在η = Nf+1?Nf+N-Np-L时，重复步骤(6)?(7)，得到输出信号y (η)； 在n = NF+N-Np-L+1?N时,重复步骤(6),利用n = NF+N-Np-L时计算得到定时偏差估计值印I+#-插值基点m(NF+N-Np-L)和相对定时偏差μ (NF+N-Np-L)作为已知量输入，通过步骤(4)的计算方法得到输出信号y(η)； (12)在η= I?N/的情况下，重复步骤(6)、(9)?(10)，得到输出信号y' (η)并检测数据帧帧头位置，在n = N/时，即检测到数据帧帧头位置时，停止数据帧帧头位置检测； 在n = N/ +1?N/ +N-Np-L时，重复步骤(6)、(9)，得到输出信号y' (η)； 在n = N/ +N-Np-L+1?N时，重复步骤(6)，利用n = N/ +N-Np-L时计算得到定时偏差估计值尸(馬+#-O、插值基点m' (Nf+N-Np-L)和相对定时偏差μ ' (Nf+N-Np-L)作为已知量输入，通过步骤⑷的计算方法得到输出信号太(η)； (13)在步骤(11)和步骤(12)的计算过程中，对第η次和第η+1次计算得到的插值基点 m(n)、m(n+l)进行比较,如果 m(n) =3 且 m(n+l) =0 或 m(n) =0 且 m(n+l) =3,则选取太(η)作为第η个定时恢复信号并输出，否则选取y (η)作为第η个定时恢复信号并输出。
2.根据权利要求1所述的一种适用于卫星通信突发传输系统的前馈定时恢复方法，其特征在于:所述步骤(2)中，参与每次累加求和的数据个数L为正整数，取值满足L<N-NP。
3.根据权利要求1所述的一种适用于卫星通信突发传输系统的前馈定时恢复方法，其特征在于:所述步骤(2)中，函数计算F[.]的具体计算方法为取模计算或平方率计算，其中取模计算为F[x] = |x|，平方率计算为F[x] = |x|2，，其中I.I代表取模值运算。
4.根据权利要求1所述的一种适用于卫星通信突发传输系统的前馈定时恢复方法，其特征在于:步骤(5)进行数据帧帧头位置检测时，判决门限Rt根据数字接收机的灵敏度、漏警概率和虚警概率进行设定，其取值范围为O?Np。
5.根据权利要求1所述的一种适用于卫星通信突发传输系统的前馈定时恢复方法，其特征在于:采用滑动累加方法实现步骤(2)计算，即采用FIFO (先进先出)缓存存储器存储LM个采样点数据W1, β2，…，30(]，计算得到1个累加值31、32、…、SM，累加计算完成后，读取新输入的M个数据Clpd2、…、dM，并同时输出M个数据β P β2、…、βΜ，则更新后的累加值 S/ = S^d1-^ 1> S2; =S2+d2-32、...、S/ =SM+dM-3M。
【文档编号】H04L25/02GK104135360SQ201410360807
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】闫朝星, 马荣, 周三文, 卢满宏 申请人:北京遥测技术研究所, 航天长征火箭技术有限公司