[发明专利]一种适用于卫星通信突发传输系统的前馈定时恢复方法

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。

主权项

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)：x(k)=Σn=1Nang(k-nM-τT)+w(k)k=1,2,...,MN]]>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＝{a1,a2,...,an,…aN}；an，n＝1,2,…,N，为突发传输的数据符号，所述数据符号采用线性调制且平均功率为1；数据帧a中包含由伪随机序列生成的长度为Np的前导符号和长度为N‑Np的数据载荷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为ADC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，即其中，gT(t)为发送端成形滤波器冲击响应，gR(t)为接收端匹配滤波器冲击响应，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，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,…,βLM]，其中βi(i＝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S1=Σl=0L-1F[βlM+1],S2=Σl=0L-1F[βlM+2],...,SM=Σl=0L-1F[βlM+M],]]>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τ^=-12πarg{Σp=1MSpe-j2πp-1M}]]>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，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：y(n)=Σq=-21dqx(nM+q+m)n=1,2,...,N]]>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：d-2=16μ3-16μ]]>d-1=-12μ3+12μ2+μ]]>d0=12μ3-μ2-12μ+1]]>d1=-16μ(n)3+12μ(n)2-13μ(n)]]>(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：R(n)=Σh=1Np(y(n+h-1))*y(n+h)c(h)]]>其中，系数如果在n＝NF时，|R(n)|>RT，则判定n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n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1：X1＝[x((n‑1)M+1),x((n‑1)M+2),...,x((n‑1)M+LM)]；数据序列2：X2＝[x((n‑1)M+3),x((n‑1)M+4),...,x((n‑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1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(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(n)；(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′(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′(n)；(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′(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′；(11)在n＝1～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n＝NF+1～NF+N‑Np‑L时，重复步骤(6)～(7)，得到输出信号y(n)；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(n)；(12)在n＝1～NF′的情况下，重复步骤(6)、(9)～(10),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n＝NF′+1～NF′+N‑Np‑L时，重复步骤(6)、(9)，得到输出信号y′(n)；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、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′(n)；(13)在步骤(11)和步骤(12)的计算过程中，对第n次和第n+1次计算得到的插值基点m(n)、m(n+1)进行比较，如果m(n)＝3且m(n+1)＝0或m(n)＝0且m(n+1)＝3，则选取y′(n)作为第n个定时恢复信号并输出，否则选取y(n)作为第n个定时恢复信号并输出。