基于多角度分數階相關協同的同步捕獲與跟蹤方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及無線通信領域。
【背景技術】
[0002] 同步是移動通信的關鍵技術之一，其目的是實現收發兩端的信號在時間上步調一 致，它直接影響著通信的質量。因此，如何實現穩定、可靠、準確的同步是通信系統中首要解 決的問題。在數字通信中，信息流往往是W-個或幾個碼元組成一帖來傳送。接收端必須 知道運些帖的起止時刻，否則無法正確恢復信息。同步的目的就是給出帖的開頭和結尾的 標記，在接收端根據運些標記來設別出運一帖。運些標記往往用一些特殊的碼組來表示，例 如己克碼、PN序列、Zadoff-化U序列等。
[0003] 現有同步方法通常基于傳統相關運算，實際工程應用中通常是利用設定檢測口限 的方法來尋找相關函數的峰值W獲取同步信息。為了提高檢測概率和降低虛警概率，往往 要求同步信號的相關函數具有精銳的特性。然而，在檢測過程中由于信道的影響，計算得到 的同步信號的相關函數并不是如預期的是一個尖銳的峰值，所W很難準確找到同步。此外， 若欲提高同步精度需要提高信號的采樣頻率，運樣會大大增加系統的計算開銷。
【發明內容】
[0004] 本發明是為了實現同步碼的快速同步捕獲和精確同步跟蹤，從而提供一種基于多 角度分數階相關協同的同步捕獲與跟蹤方法。 陽〇化]基于多角度分數階相關協同的同步捕獲與跟蹤方法，它由W下步驟實現：
[0006] 步驟一、接收端確定同步捕獲參數，所述捕獲參數包括分數階相關器的旋轉角度 a。。。、比較器的檢測口限Vth和相位捜索控制模塊輸出同步碼相位的變化量AT。。。；
[0007] 同時，接收端確定同步跟蹤參數，所述同步跟蹤參數包括分數階相關器的旋轉角 度atf。、相位捜索控制模塊輸出同步碼相位的變化量ATtt。和本地同步碼的超前和滯后量 T化3,且2Ttra《Te;Te為碼元寬度；
[0008] 同步捕獲過程：
[0009] 步驟二、采用捕獲參數控制模塊根據步驟一中所確定捕獲參數，將接收信號r(t) 與本地同步碼通過分數階相關器，計算出兩者在旋轉角度為a。。。的分數階相關函數峰值 Vacq;
[0010]步驟=、將步驟二中分數階相關器的輸出值V。。。送給口限比較器，并判斷分數階相 關器的輸出值V。。。是否小于檢測口限Vth; W11] 當V。。。小于檢測口限Vth時，則本地同步碼的相位和接收到的同步碼的相位不同， 口限比較器輸出一個信號給同步碼相位捜索控制模塊，在相位捜索控制模塊的控制下，本 地同步碼產生器改變輸出同步碼的相位狀態，同步碼相位的變化量為AT。。。;若改變后的 本地同步碼的相位狀態仍與接收同步碼的相位狀態不同，n限比較器繼續輸出一個信號給 相位捜索控制模塊，使相位捜索控制模塊再一次改變本地參考同步碼的相位；
[0012] 直至本地參考同步碼的相位狀態趨近于接收同步碼的相位狀態時，分數階相關器 的輸出V。。。超過檢測口限Vth，即完成同步碼的同步捕獲，轉入同步跟蹤過程；
[001引 同步跟蹤過程：
[0014] 步驟四、將接收信號分成=路，跟蹤參數控制模塊根據步驟一中所確定的跟 蹤參數，將其中兩路信號分別與本地參考同步碼的超前碼C(t-T'd+TtJ和滯后碼 C(t-T'd-Ttr。）進行旋轉角度為atr。的分數階相關運算；
[0015] 將另一路信號與本地參考同步碼C(t-T'd)進行旋轉角度為atf。的分數階相關 運算，其中T'd是對接收同步碼未知時延量Td的估計值，經包絡檢波后送給判決器用于 信息數據恢復；
[0016] 步驟五、將步驟四中超前和滯后相關支路的輸出經包絡檢波送給加法器，產生誤 差信號；并將該誤差信號經過一個低通濾波器進行濾波，W平滑噪聲對同步跟蹤的影響；
[0017] 并判斷該誤差信號是否為正，如判斷結果為是，則執行步驟五一；如果判斷結果為 否，則執行步驟五二；
[0018] 步驟五一、則本地同步碼的超前碼的相位狀態比滯后碼的相位狀態更趨近接收同 步碼的相位狀態，則在相位捜索控制模塊的控制下，使本地同步碼產生器輸出同步碼的相 位狀態進行超前調整，相位調整的變化量為AT tf。；
[0019] 若調整后誤差信號仍為正，相位捜索控制模塊再一次超前調整本地參考同步碼的 相位，直到本地參考同步碼的相位狀態趨近接收同步碼的相位狀態，則實現了同步碼的同 女^里艮臣宗；
[0020] 步驟五二、則本地同步碼的滯后碼的相位狀態比超前碼的相位狀態更接近接收同 步碼的相位狀態，相位捜索控制模塊將滯后調整本地參考同步碼的相位，直到本地參考同 步碼的相位狀態趨近接收同步碼的相位狀態，則實現了同步碼的同步跟蹤。
[0021] 本發明基于不同旋轉角度下分數階自相關函數的峰值相同、尖銳程度不同的特 點，根據系統信號參數和性能指標通過旋轉角度來選擇尖銳程度不同的分數階自相關函數 用于通信信號同步碼的同步捕獲和跟蹤，即通過旋轉角度選擇峰值相對較寬的分數階相關 函數進行同步碼的快速捕獲，然后再利用旋轉角度對應的峰值較尖銳的分數階相關函數來 實現同步碼的精確跟蹤。與傳統基于經典相關的同步方法相比，該方法時鐘抖動減小，對定 位等信號處理有貢獻。此外，對系統誤碼性能有一定的改善。
【附圖說明】
[0022] 圖1是不同旋轉角度下矩形脈沖信號的分數階自相關函數仿真示意圖；
[0023] 圖2是不同旋轉角度下己克碼的分數階自相關函數仿真示意圖；
[0024] 圖3是在k= -1，W。= 4的情況下，不同旋轉角度下線性調頻信號的分數階自相 關函數仿真示意圖；
[00巧]圖4是在q= 4,Nzc= 7, 1 = 0的情況下，不同旋轉角度下Zadoff-化U序列的分 數階自相關函數仿真示意圖；
[0026] 圖5是同步捕獲系統原理不意圖；
[0027] 圖6是同步跟蹤系統原理不意圖；
[0028] 圖7是基于經典相關和分數階相關同步方法的誤碼率比較仿真示意圖；
[0029] 圖8是基于分數階相關和經典相關的同步抖動比較仿真示意圖；
[0030] 圖9中基于分數階相關和經典相關的同步跟蹤抖動的方差比較仿真示意圖；
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0031] 一、基于多角度分數階相關協同的同步捕獲與跟蹤方法，它由W下 步驟實現：
[0032] 步驟一、接收端，根據系統性能指標及所選同步碼的參數確定同步捕獲過程中分 數階相關器的旋轉角度a。。。、比較器的檢測口限Vth和相位捜索控制模塊輸出同步碼相位 的變化量AT。。。;同時，確定同步跟蹤過程中分數階相關器的旋轉角度atf。、相位捜索控制 模塊輸出同步碼相位的變化量ATtf。和本地同步碼的超前和滯后量Ttf。，且2 1T。。
[0033] 步驟二、在捕獲參數控制模塊根據步驟一中所確定捕獲參數的作用下，將接收信 號r(t)與本地同步碼通過分數階相關器，計算出它們角度為a。。。的分數階相關函數峰值 VacqO
[0034] 步驟S、將步驟二中分數階相關器的輸出V。。。送給口限比較器。當V。。/]、于檢測 口限Vth時，說明本地同步碼的相位和接收到的同步碼的相位不同，n限比較器輸出一信號 給同步碼相位捜索控制模塊，在相位捜索控制模塊的作用下，本地同步碼產生器改變輸出 同步碼的相位狀態，相位的變化量為AI。。。。若改變后的本地同步碼的相位狀態仍與接收 同步碼的相位狀態不同，n限比較器繼續輸出一信號給相位捜索控制模塊，使它再一次改 變本地參考同步碼的相位，直到本地參考同步碼的相位狀態很接近接收同步碼的相位狀態 時，分數階相關器的輸出V。。。超過檢測口限Vth，即認為實現了同步碼的同步捕獲，從而轉入 同步跟蹤。
[0035] 步驟四、待步驟=完成同步捕獲后，將接收信號分成=路，在跟蹤參數控制模 塊根據步驟一中所確定跟蹤參數的作用下，其中兩路分別與本地參考同步碼的超前碼 C(t-T'd+TtJ和滯后碼C(t-T'廣TtJ進行atra角度的分數階相關運算；另一路與 本地參考同步碼C(t-T'd)進行角度為atf。的分數階相關運算，其中T'd是對接收同 步碼