水聲擴(kuò)頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時(shí)間同步方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種水聲擴(kuò)頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時(shí)間同步方法，其包括以下步驟：步驟S1，接收端參數(shù)初始化；步驟S2，接收端采集信號(hào)；步驟S3，第二處理信號(hào)塊變量與本地同步參考信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算；步驟S4，計(jì)算第二處理信號(hào)塊變量與本地同步參考信號(hào)相關(guān)運(yùn)算結(jié)果的峰值位置；步驟S5，判斷pos_1、pos_2差值是否小于一定偏差容許范圍；步驟S6，取第一處理信號(hào)塊變量中的一段信號(hào)s1(k)；步驟S7，s1(k)與本地解調(diào)參考信號(hào)的反轉(zhuǎn)序列sfliplr(k)進(jìn)行圓周卷積計(jì)算；步驟S8，判斷峰值位置離信號(hào)起始或結(jié)束位置一定偏差容許范圍。本發(fā)明不增加信號(hào)報(bào)頭，易于組網(wǎng)，對(duì)平臺(tái)計(jì)算能力要求不高，操作簡(jiǎn)便，不易產(chǎn)生虛觸發(fā)或漏觸發(fā)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】水聲擴(kuò)頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時(shí)間同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種時(shí)間同步方法，特別是涉及一種水聲擴(kuò)頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時(shí)間同步方法。
【背景技術(shù)】
[0002]擴(kuò)頻通信具有抗多徑、抗干擾、易組網(wǎng)等特點(diǎn)，在淺海信道條件下得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)由于擴(kuò)頻通信具有擴(kuò)頻增益，在低信噪比遠(yuǎn)程水聲遙控中也得到了應(yīng)用。時(shí)間同步是包括擴(kuò)頻通信在內(nèi)的通信系統(tǒng)接收端正確解碼的前提。同其他水聲通信系統(tǒng)一樣，擴(kuò)頻通信的時(shí)間同步的現(xiàn)有方法是采用外同步法，即在碼元信號(hào)前置一個(gè)輔助的同步頭信號(hào)，例如線性調(diào)頻信號(hào)，雙曲調(diào)頻信號(hào)等。接收端將信號(hào)逐點(diǎn)移位通過(guò)匹配濾波器，當(dāng)匹配濾波器輸出信號(hào)幅度超過(guò)設(shè)定的門(mén)限時(shí)，即認(rèn)為時(shí)間同步完成。這種方法的缺點(diǎn)是:一，采用輔助同步頭，降低了傳輸速度，同時(shí)在組網(wǎng)場(chǎng)合，尋找大量正交的同步頭信號(hào)也有一定的困難；二，采用逐點(diǎn)移位，每個(gè)采樣周期都要進(jìn)行一次匹配濾波運(yùn)算，這對(duì)平臺(tái)的計(jì)算能力提出了較高的要求以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性；三，采用幅度門(mén)限判決，需要提前發(fā)送一段訓(xùn)練的同步頭信號(hào)來(lái)獲取門(mén)限，當(dāng)改變海區(qū)、收發(fā)位置和距離或其他條件時(shí)，需要重新獲取門(mén)限，帶來(lái)了操作的復(fù)雜性，同時(shí)由于干擾信號(hào)的存在、水聲信道的時(shí)變性，容易產(chǎn)生時(shí)間同步的虛觸發(fā)或漏觸發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種水聲擴(kuò)頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時(shí)間同步方法，其不增加信號(hào)報(bào)頭，易于組網(wǎng)，對(duì)平臺(tái)計(jì)算能力要求不高，操作簡(jiǎn)便，不易產(chǎn)生虛觸發(fā)或漏觸發(fā)。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的:一種水聲擴(kuò)頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時(shí)間同步方法，其特征在于，其包括以下步驟:
[0005]步驟SI，接收端參數(shù)初始化，令第一處理信號(hào)塊變量rp_essjmv(k)和第二處理信號(hào)塊變量1^。。_(10為全O序列，采樣點(diǎn)數(shù)為2倍碼元時(shí)間采樣點(diǎn)數(shù)，第一位置變量pos_l初始值為0，第二位置變量pos_2初始值為O ;
[0006]步驟S2，接收端采集一個(gè)碼元時(shí)間寬度的信號(hào)，更新第一處理信號(hào)塊變量rpM_sprev(k)和第二處理信號(hào)塊變量1^。。_(10 ；
[0007]步驟S3，第二處理信號(hào)塊變量rpMC_(k)與本地同步參考信號(hào)sMf (k)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，可通SrpMC_(k)與本地同步參考信號(hào)的反轉(zhuǎn)序列sMf—fliplJk)的圓周卷積運(yùn)算得到；
[0008]步驟S4，計(jì)算圓周卷積運(yùn)算結(jié)果y(k)的峰值位置；將第二位置變量pos_2的值賦予第一位置變量pos_l ,將y (k)的峰值位置值賦予pos_2 ；
[0009]步驟S5，判斷pos_l和pos_2的差值是否小于一定偏差容許范圍，即判斷是否滿(mǎn)足以下條件:
[0010]條件一:I pos_l_pos_2 I〈Len/50 ；[0011 ]條件二: I I pos_l_pos_2 I _Len〈Len/50 ；
[0012]條件三:pos_l〈Len；
[0013]如果條件一或者條件二成立，并且條件三成立，則轉(zhuǎn)到步驟S6，進(jìn)行進(jìn)一步判決；否則轉(zhuǎn)到步驟S2 ；
[0014]步驟S6,取rpMeess_prev(k)中以pos_l為起點(diǎn)、長(zhǎng)度為L(zhǎng)en的一段信號(hào),記為第一碼兀信號(hào)sjk);取rprocess(k)中以pos_2為起點(diǎn)、長(zhǎng)度為L(zhǎng)en的一段信號(hào),記為第二碼兀信號(hào)s2(k)；
[0015]步驟S7，第一碼元信號(hào)S1 (k)與本地解調(diào)參考信號(hào)的反轉(zhuǎn)序列SfliplJk)進(jìn)行圓周卷積計(jì)算，計(jì)算第三位置變量pos_maX_l ;第二碼元信號(hào)S2 (k)與SfliplJk)進(jìn)行圓周卷積計(jì)算，計(jì)算第四位置變量pos_max_2 ；
[0016]步驟S8,判斷pos_max_l、pos_max_2離信號(hào)起始或結(jié)束位置一定偏差容許范圍。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟S2塊處理采用乒乓緩沖機(jī)制。
[0018]優(yōu)選地，所述步驟S3中的相關(guān)運(yùn)算采用任何形式的快速運(yùn)算算法。
[0019]優(yōu)選地，所述步驟S5包括以下三個(gè)判斷條件:
[0020]條件一:I pos_l-pos_2 I〈Len/50 ；
[0021]條件二: I I pos_l_pos_2 I _Len〈Len/50 ；
[0022]條件三:pos_l〈Len；
[0023]優(yōu)選地，所述步驟S8包括以下四個(gè)判斷條件:
[0024]條件四:pos_max_l〈Len/50 ；
[0025]條件五:ILen-Len/50 | <pos_max_l ；
[0026]條件六:Ipos_max_2 |〈Len/50 ；
[0027]條件七:ILen-Len/50 | <pos_max_2。
[0028]優(yōu)選地，所述步驟S5中的偏差容許范圍和步驟S8中的偏差容許范圍進(jìn)行改變。
[0029]優(yōu)選地，所述處理信號(hào)塊由前一個(gè)采集信號(hào)片斷和當(dāng)前采集信號(hào)片聯(lián)結(jié)而成，每個(gè)采集信號(hào)片斷的長(zhǎng)度等于碼元時(shí)間長(zhǎng)度。
[0030]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:(1)通過(guò)采用基于峰值位置信息的判決方法，解決了現(xiàn)有同步方法采用幅度門(mén)限判決，需要提前發(fā)送一段訓(xùn)練的同步頭信號(hào)來(lái)獲取門(mén)限，當(dāng)改變海區(qū)、收發(fā)位置和距離或其他條件時(shí)，需要重新獲取門(mén)限，操作復(fù)雜性的問(wèn)題，通過(guò)多個(gè)判決條件的限制，大大降低了同步虛觸發(fā)的概率，由于對(duì)峰值位置的判決具有一定范圍的允許偏差，降低了由于干擾信號(hào)的存在、水聲信道的時(shí)變性，產(chǎn)生的同步漏觸發(fā)。(2)通過(guò)采用自同步頭，解決了現(xiàn)有同步方法采用輔助同步頭，傳輸速度降低，同時(shí)在組網(wǎng)場(chǎng)合，尋找大量正交的同步頭信號(hào)具有一定的困難的問(wèn)題。(3)通過(guò)采用塊處理，解決了現(xiàn)有同步方法采用逐點(diǎn)移位，每個(gè)采樣周期都要進(jìn)行一次匹配濾波運(yùn)算，對(duì)平臺(tái)的計(jì)算能力具有較高要求的問(wèn)題；由于采用塊處理，可以采用乒乓(Ping-pong)緩沖機(jī)制，采樣數(shù)據(jù)可以采用DMA (Direct Memory Access,直接內(nèi)存存取)傳輸,進(jìn)一步降低了處理器負(fù)荷。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1為本發(fā)明水聲擴(kuò)頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時(shí)間同步方法的流程圖。
[0032]圖2為本發(fā)明各個(gè)處理信號(hào)塊的信號(hào)形式和其相關(guān)結(jié)果的相關(guān)峰位置示意圖。[0033]圖3為本發(fā)明處理信號(hào)塊中截取的信號(hào)的相關(guān)峰位置示意圖。
[0034]圖4為本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的時(shí)域波形。
[0035]圖5(a)為本發(fā)明具體實(shí)施例第4個(gè)處理塊的時(shí)域信號(hào)及其相關(guān)結(jié)果的示意圖(采樣點(diǎn))。
[0036]圖5(b)為本發(fā)明具體實(shí)施例第4個(gè)處理塊的時(shí)域信號(hào)及其相關(guān)結(jié)果的示意圖(延遲采樣點(diǎn))。
[0037]圖6(a)為本發(fā)明具體實(shí)施例第5個(gè)處理塊的時(shí)域信號(hào)及其相關(guān)結(jié)果的示意圖(采樣點(diǎn))。
[0038]圖6(b)為本發(fā)明具體實(shí)施例第5個(gè)處理塊的時(shí)域信號(hào)及其相關(guān)結(jié)果的示意圖(延遲采樣點(diǎn))。
[0039]圖7 (a)為本發(fā)明從第4個(gè)處理信號(hào)塊中截取的信號(hào)的時(shí)域波形(采樣點(diǎn))和相關(guān)結(jié)果的示意圖(采樣點(diǎn))。
[0040]圖7 (b)為本發(fā)明從第4個(gè)處理信號(hào)塊中截取的信號(hào)的時(shí)域波形和相關(guān)結(jié)果的示意圖(延遲采樣點(diǎn))。
[0041]圖8 (a)為本發(fā)明從第5個(gè)處理信號(hào)塊中截取的信號(hào)的時(shí)域波形和相關(guān)結(jié)果的示意圖(采樣點(diǎn))。
[0042]圖8 (b)為本發(fā)明從第5個(gè)處理信號(hào)塊中截取的信號(hào)的時(shí)域波形和相關(guān)結(jié)果的示意圖(延遲采樣點(diǎn))。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0044]假設(shè)擴(kuò)頻通信中碼元周期Tb等于擴(kuò)頻碼周期，本地解調(diào)參考信號(hào)為正相調(diào)制的碼元信號(hào)s (t)，0〈t≤Tb，S⑴的反轉(zhuǎn)序列為Sfliplr (t)。接收端采樣率為Fs，則S⑴和Sfliplr (t)的采樣點(diǎn)數(shù)為FsXTb (記該采樣點(diǎn)數(shù)為L(zhǎng)en)。sMf(k)為本地同步參考信號(hào)的采樣信號(hào)，通過(guò)本地解調(diào)參考信號(hào)s(t)的采樣信號(hào)s(kFs)補(bǔ)零得到，即公式(I):
【權(quán)利要求】
1.一種水聲擴(kuò)頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時(shí)間同步方法，其特征在于，其包括以下步驟: 步驟SI，接收端參數(shù)初始化，令第一處理信號(hào)塊變量p_(k)和第二處理信號(hào)塊變量rpMC_ (k)為全O序列，采樣點(diǎn)數(shù)為2倍碼元時(shí)間采樣點(diǎn)數(shù)，第一位置變量pos_l初始值為O，第二位置變量pos_2初始值為O ; 步驟S2，接收端采集一個(gè)碼元時(shí)間寬度的信號(hào)，更新第一處理信號(hào)塊變量rpMC_prev(k)和第二處理信號(hào)塊變量1^。。_(10 ； 步驟S3，第二處理信號(hào)塊變量rpM_s(k)與本地同步參考信號(hào)sMf (k)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，可通過(guò)rp_ss(k)與本地同步參考信號(hào)的反轉(zhuǎn)序列sMf—fl_(k)的圓周卷積運(yùn)算得到； 步驟S4，計(jì)算圓周卷積運(yùn)算結(jié)果y(k)的峰值位置；將第二位置變量pos_2的值賦予第一位置變量pos_l ,將Y (k)的峰值位置值賦予pos_2 ； 步驟S5，判斷pos_l和pos_2的差值是否小于一定偏差容許范圍，即判斷是否滿(mǎn)足以下條件:
條件一:I pos_l-pos_2 I〈Len/50 ；
條件二: I I pos_l-pos_2 1-Len |〈Len/50 ； 條件三:pos_l〈Len ； 如果條件一或者條件二成立，并且條件三成立，則轉(zhuǎn)到步驟S6，進(jìn)行進(jìn)一步判決；否則轉(zhuǎn)到步驟S2 ；` 步驟S6,取rpMeess_prev(k)中以pos_l為起點(diǎn)、長(zhǎng)度為L(zhǎng)en的一段信號(hào)，記為第一碼元信號(hào)sjk) ;IX rproceSS(k)中以pos_2為起點(diǎn)、長(zhǎng)度為L(zhǎng)en的一段信號(hào)，記為第二碼兀信號(hào)s2(k)； 步驟S7，第一碼元信號(hào)Sl(k)與本地解調(diào)參考信號(hào)的反轉(zhuǎn)序列SfliplJk)進(jìn)行圓周卷積計(jì)算，計(jì)算第三位置變量pos_maX_l ;第二碼元信號(hào)S2 (k)與SfliplJk)進(jìn)行圓周卷積計(jì)算，計(jì)算第四位置變量pos_max_2 ； 步驟S8,判斷pos_max_l、pos_max_2離信號(hào)起始或結(jié)束位置一定偏差容許范圍。
2.如權(quán)利要求1所述的水聲擴(kuò)頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時(shí)間同步方法，其特征在于，所述步驟S2塊處理采用乒乓緩沖機(jī)制。
3.如權(quán)利要求1所述的水聲擴(kuò)頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時(shí)間同步方法，其特征在于，所述步驟S3中的相關(guān)運(yùn)算采用任何形式的快速運(yùn)算算法。
4.如權(quán)利要求1所述的水聲擴(kuò)頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時(shí)間同步方法，其特征在于，所述步驟S5包括以下三個(gè)判斷條件:
條件一:I pos_l-pos_2 I〈Len/50 ；
條件二: I pos_l_pos_2 I _Len〈Len/50 ； 條件三:pos_l〈Len。
5.如權(quán)利要求1所述的水聲擴(kuò)頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時(shí)間同步方法，其特征在于，所述步驟S8包括以下四個(gè)判斷條件: 條件四:pos_max_l〈Len/50 ；
條件五:I Len-Len/50 | <pos_max_l ；
條件六:I pos_max_2 |〈Len/50 ；條件七:I Len-Len/50 | <pos_ _max_2 ο
6.如權(quán)利要求1所述的水聲擴(kuò)頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時(shí)間同步方法，其特征在于，所述步驟S5中的偏差容許范圍和步驟S8中的偏差容許范圍進(jìn)行改變。
7.如權(quán)利要求1所述的水聲擴(kuò)頻通信中的基于相關(guān)峰位置信息的時(shí)間同步方法，其特征在于，所述處理信號(hào)塊由前一個(gè)采集信號(hào)塊和當(dāng)前采集信號(hào)塊聯(lián)結(jié)而成，每個(gè)采集信號(hào)塊的長(zhǎng)度等于碼元時(shí)間長(zhǎng)度。
【文檔編號(hào)】H04B1/7073GK103701489SQ201310671506
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】張剛強(qiáng), 宋軍, 劉平香 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二六研究所