[发明专利]一种改进的时间同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及在无线通信领域中的时间同步问题。

背景技术

在通信系统中时间同步模块用来找出有用信号的起始位置，是系统可靠运行的首要步骤。无线信道的信道质量相对较差，不仅存在着严重的多径衰落现象还有较大的噪声干扰，典型的如短波通信信道，信噪比可以低到-3dB。另外由于发射机和接收机的载波频率以及信号的采样率不可能完全一致，导致变频后的信号中还存在一定程度的频率偏移。在利用本地序列同步时，频率偏移对同步性能的影响很大。

常用的时间同步方法主要有两类：

(1)利用接收信号自身的相关性进行同步。在发送信号前先发送两段重复或者相关性很强的序列作为训练序列，接收端对输入信号作前后相关，寻找相关峰。比如OFDM系统，可以利用OFDM符号的循环前缀和符号本身的重复性做同步。这类同步算法由于利用了信号自身前后的相关性，抵消了固定频偏对相关性的影响。但是由于参与相关运算的两段信号本身都经过了信道，叠加了大量的噪声，所以在信道质量较差的情况下，特别是在远距离无线信道中，同步的性能比较差。而且由于部分相关的存在，这种方法求得的相关性曲线是缓慢变化的，给寻找准确的相关峰带来难度。

(2)利用接收信号和存储在本地的信号的相关性进行同步。在发送信号前先发送一段特定的训练序列，并将序列存储在本地，接收端将接收信号和本地存储的训练序列作相关运算，求出相关峰的位置。这种方法由于本地序列没有叠加噪声，所以即使在低信噪比的情况下，也能取得较大的相关峰。但此方法对固定频偏非常敏感。频偏会使接收信号和本地序列的相位差随着时间逐渐变大，从而导致同步头整体的相关性急剧下降，当相位差的变化范围达到2π时，相关性基本消失。

发明内容

本发明针对第2类方法的优缺点，提出了一种改进的时间同步算法，并针对该算法的运算量做了优化。

同步头部分将原来一段同步序列分割成N个等长的小段。接收端实现同步的原理是将接收信号分别和N段短本地序列作相关然后找到共同的相关峰从而确定同步位置。由于是和本地序列作相关运算，所以仍然可以克服较大的噪声干扰对同步性能的影响。同时每段的本地序列长度都很短，所以固定频偏在每段中引起的相位偏差的变化范围不会很大，只要变化范围小于π，每段数据和本地序列仍能保持较大的相关性。

但如果直接按照这种方法实施，接收信号要和本地序列作N次相关，运算量会相当大。考虑到与N段本地序列作相关的都为同一接收序列，于是采用简化算法。做法如下：

首先在接收端存储本地序列的频域数据和每段数据的能量值。分别将N段长度为M的本地序列取共轭再反转，然后补零作FFT后保存。其中反转是为了将相关运算等效成卷积运算，补零是为了满足用圆周卷积代替线性卷积对序列长度的要求。然后求出每段本地序列的能量值，存储在接收端，用来参与归一化运算。这些工作可以事先完成，所以不需要消耗系统运行时的计算量。

接收端接收到信号后，先将信号按L点分段。按照重叠保留法的思想，将每一段的L点数据和前一段末尾的M点数据一起做L+M点FFT(保证L+M是2的幂，第1段数据在前面补M个零)。将FFT的结果分别和本地的N段频域数据相乘，最后将相乘结果再作IFFT，舍弃前面M个点，就得到了N段长为L的相关值。

然后求输入数据各点的平方，用递推的方法求出每个相关点对应输入数据的能量值，将输入数据能量和本地序列能量求几何平均，得出用来归一化的能量值。用前面求得的相关值除以能量，就得到归一化的相关值。

再求N段归一化相关值的平均值，由于N段同步序列是依次发送的，所以和每一段本地序列作相关时峰值也是依次出现的，于是将每一段相关值延时不同的点数，第1段相关值延时M*(N-1)点，第2段延时M*(N-2)点，依次类推，将延时后的相关值相加后求平均，就能得到最后的相关值。

最后设定门限，对相关值进行峰值检测，找出峰值的位置，进而求出同步头的起始位置，完成时间同步。

本发明的优点在于：1，本同步算法将本地序列设计成很多长度较短的小段，既保留了和本地序列作相关可以抗噪声的优点，又解决了因频偏引的整体相关值急剧下降的问题。2，对于输入信号和N段数据的相关运算部分，本发明将其转化为1次FFT运算和N次IFFT运算，这样就可以利用统一的FFT模块来大大提高系统的同步效率。对于相关值的归一化运算，本发明先计算好输入数据各点的平方，然后利用递推的方法计算每个相关点对应滑动窗内的能量，可以避免对能量值的重复计算

附图说明