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专利号: 2016109755491
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种嵌套式循环PN序列的多载波同步方法,其特征是依次进行载波频偏估计步骤和频偏校正步骤;

所述的载波频偏估计步骤,对分离出的嵌套式循环PN序列进行处理;

所述的载波频偏校正步骤,对接收信号载波频偏进行校正。

2.如权利要求1所述嵌套式循环PN序列的多载波同步方法,其特征是:所述的载波频偏估计步骤:步骤1.1,构造嵌套式循环PN序列时域同步头V,长度为Ng,其线性结构是由五个数据块构成,且第一与第四数据块组成元素相同,第二与第五数据块组成元素相同,第三数据块位于结构中心;

步骤1.2,在接收端,将输入信号β(n),以N点为一组,执行长度为N点离散傅里叶逆变换处理,得到N点一组的数据块序列,且N为自然数;对该数据块序列,依次作N点离散傅里叶变换处理,形成一个长度为N数据帧C的序列;将步骤1.1所述的同步头V作为帧头,以数据帧C为帧体,共同构成新信号帧D;其中,D长度为W,且W为整数,并满足关系:W=Ng+N;

步骤1.3,采用低通滤波器,对输入信号帧D实现成型及匹配滤波;之后,将其输出数据信号帧D分离出同步头V与数据帧C,并将同步头V输入至定时同步单元;

步骤1.4,在步骤1.3中检测到符号定时同步成功后,对分离出的同步头V处理。

3.如权利要求2所述嵌套式循环PN序列的多载波同步方法,其特征是:步骤1.1,具体构造过程如下:PN序列生成器生成3种长度分别为q,k和m的不同PN序列;其中,q,k和m均为自然数,且满足以下关系:2m+2q+k=Ng;选取长度为q与及长度为m的PN序列段各两个及长度为k的PN序列一个,共5个PN序列段;同步头结构V由该5个PN序列段按照次序组成同步头V;

其中,次序为:长度为q的2个PN序列段分别位于同步头V的第一与第四部分,长度为k的PN序列段处于同步头V的中心;最后,第一、第二及第三数据块作为第一部分,第二、第三及第四数据块作为第二部分,第三、第四与第五数据块作为第三部分;其中,该三部分长度均为(m+q+k),则长度为k的PN序列为三部分间相互重叠嵌套数据块。

4.如权利要求2或3所述嵌套式循环PN序列的多载波同步方法,其特征是:步骤1.3,经成型及匹配滤波后,将输出数据信号帧D分离出帧头V与帧体C,即分离出同步头V与数据帧C;再采用双滑动窗口方法实现符号定时同步,且两个滑动窗口均以W个连续采样值组成,且W由步骤1.2得到;其中,双滑动窗口方法通过以下过程实现:当同步头V依次输入至2个滑动窗口,经计算得到2个窗口的信号功率x1(n)与x2(n),且其功率比值为y(n),即y(n)=x1(n)/x2(n);其中,同步头V刚输入窗口时的功率比为y(0),设其为预定阀值;当检测到功率比最大值y(n)max时,则得到最大值对应数据段的第一个数据,在整个输出数据序列中的位置r;

其中,r为自然数,表示数据段中数据序号;当y(n)max>y(0)时,则输出循环PN序列的起始位置序列号r和定时同步检测成功信号;当y(n)max

5.如权利要求3所述嵌套式循环PN序列的多载波同步方法,其特征是:步骤1.4,具体处理过程如下:首先,对同步头V序列r(n)延时(m+q+k)个单位时间;其次,对r(n)取复数共轭;

之后,将以上延时序列值与取共轭后序列值相乘,并对该(m+q)个相乘结果累加,得到相关计算结果η(n)为:

其中,rl(n)是经采样变频后直接接收的同步头V循环PN序列;sl(n)是发送端经N点IDFT后,得第l帧循环PN序列;其中,l为输入信号数据帧号;“exp(.)”是自然常数e为底的指数函数;上标“*”代表复数共轭;n是整数,表示帧内子载波序号;“∑”表示累加计算;“|.|”表示取模计算;最后,对结果η(n)取相位,并乘以系数ξ,得频偏估计值,其表达式为:Δf=ξ·arg[η(n)]    (2)

其中,“arg(.)”为取复信号相位运算;系数ξ由延时长度大小和数据帧C长度决定,可设置为:ξ=-N/[2π(k+m+q)],且N为步骤1.2中所定义。

6.如权利要求2或3或5所述嵌套式循环PN序列的多载波同步方法,其特征是:如权利要求1所述嵌套式循环PN序列的多载波同步方法,其特征是:所述的载波频偏校正方法,采取以下步骤:步骤2.1,载波频偏导致时域接收信号的相位旋转,表达式为:

β=exp(jα)=exp[2πj·Δf(lNs+Ng+n)/N]   (3)其中,α=2πΔf·(lNs+Ng+n)/N;Ng为步骤1.1中所述的同步头V长度;N为步骤1.2中所述的数据帧C长度;Ns为整数,表示每帧包括子载波信号的个数;n为帧内子载波序号;l为信号帧帧数;j为虚数单位,π为圆周率;之后,将α作为相位角,得到相位旋转因子exp(-jα);

步骤2.2,当未考虑噪声时,由步骤2.1所得相位旋转因子exp(-jα)后,将其输出结果送至相位旋转单元,并将其与存在载频频偏的时域接收信号β(n)相乘,即执行完成相位旋转功能,实现频偏校正。

7.如权利要求6所述嵌套式循环PN序列的多载波同步方法,其特征是:步骤2.2,相位旋转实现过程为:当出现载波频偏导致相位旋转,且其旋转exp(jα)时,则接收信号β(n)表示为:

其中,I与Q分别为发射信号的同相及正交分量;I′与Q′分别为接收信号的同相及正交分量;

通过接收信号β(n)与exp(-jα)相乘,实现相位补偿,恢复出原信号相位;即由式(4)带载波频偏接收信号经相位补偿后,恢复原接收信号为:

8.一种嵌套式循环PN序列的多载波同步系统,其特征在于:包括载波频偏估计模块、频偏校正模块;

其中,所述的载波频偏估计模块用于对分离出的嵌套式循环PN序列处理;

所述的载波频偏校正模块用于对接收信号载波频偏进行校正。

9.如权利要求8所述嵌套式循环PN序列的多载波同步系统,其特征在于:所述的载波频偏估计模块包括PN序列生成器、定时同步单元、分离器和载波频偏估计单元,其中,所述定时同步单元包括第一滑动窗口、第二滑动窗口、最大值判断器和比较器;

载波频偏估计单元包括第一乘法器、第二乘法器、延迟单元、取共轭单元、累加器和取相位器;

所述PN序列生成器,生成3种不同PN序列,组合成同步头V作为帧头,用于与输入信号数据块帧体组成信号帧;

所述第一滑动窗口及第二滑动窗口,均包括移位寄存器、存储器及累加器,对移位寄存器输出数据与存储器中同步头序列r(n)相关运算;

所述最大值判断器,在两个窗口连续滑动过程中,判断输出的两个窗口功率比最大值,得到最大值对应数据段的第一个数据在序列中的位置,并将其输出;

所述比较器,用于判断所述通过两个窗口信号比值是否大于预定门限,如果是,则定时同步成功,输出起始位置序号r和定时同步成功信号;如果否,则定时同步失败,输出数据重传信号,反馈给分离器;

所述分离器将序列按给定位置分离成2段子序列;

所述第一乘法器,用于将所述循环PN序列共轭值r*(n)与延迟(m+q+k)个单位时间后r(n-m-k-q)相乘;

所述第二乘法器,用于将所述取相位单元输出数据与对应存储器中系数(-N/[2π(m+q+k)])相乘,得频偏估计值Δf;

所述延迟单元,用于对所述的循环PN序列r(n)延迟(m+q+k)个单位时间得到:r(n-m-k-q);

所述取共轭单元,用于将所述的循环PN序列r(n)取共轭值得到:r*(n);

所述累加器,用于将所述第一乘法器的输出(m+q)个乘积结果累加;

所述取相位器,用于将所述累加器输出数据η(n)作取相位运算。

10.如权利要求8或9所述嵌套式循环PN序列的多载波同步系统,其特征在于:所述载波频偏校正模块包括数字累加器、延时器、取模器与相位旋转单元;

所述数字累加器,用于将由载频估计单元得到频偏估计值Δf与Ns,Ng,n,l累加,计算相位旋转因子exp(-jα);其中,具体实现过程及变量数值如步骤2.1所述;

所述延时器,用于计算子载波个数,完成多载波数据信号帧的累加;

所述取模器,用于以多载波信号数据长度N为单位取模值;

所述复信号分路器,用于将接收信号以同相分量和正交分量形式输出;

所述相位旋转单元,用于完成存在载波频偏的信号相位旋转,实现频偏校正。