一种突发信号测试的定时同步方法及装置

技术领域

本发明涉及数字信号处理技术领域，尤其涉及一种突发信号测试的定时同步方法及装置。

背景技术

卫星通信系统多采样突发方式通信，其前返向信号以突发为单位进行收发。突发信号通信具有两个特点，一是信号发送采用突发结构进行信号传输，为了保证性能，突发结构中包含已知的独特字作为辅助数据；二是网络中为不同用户分配不同的发送时隙和接收时隙。上述两个特点对于用户终端来说，其所接收到的信号是不连续的，这要求用户终端能够准确的判断其接收信号的准确突发位置，也就是需要定时同步。突发信号的定时同步技术主要实现突发信号的捕获，从噪声中确定突发信号的起始位置，为后续的信号处理截取出所需的有效突发信号。

对于突发信号的测试而言，同样需要考虑定时同步问题。如突发信号的射频指标测试，在射频指标计算前需要在突发信号到达时刻未知的情况下，准确地获取有效突发信号。目前，突发信号的定时同步多基于突发信号中独特字的相关性进行滑动相关，利用相关峰来确定定时不同位置。该方法为了不丢失有效突发信号，需要长时间的对采样数据进行滑动相关，直到找到突发位置。当独特字较长时，滑动相关运算的时间复杂度较高，定时同步的时延增大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种突发信号测试的定时同步方法及装置，采用功率触发、功率抽样和突发同步三步的定时同步方案，降低定时同步的处理时间，有效降低突发捕获阶段的运算复杂度，降低定时同步时延。

为了解决上述技术问题，本发明实施例第一方面公开了一种突发信号测试的定时同步方法，所述方法包括：

S1，获取空口信号数据信息；

S2，对所述空口信号数据信息进行功率触发，得到有效突发信号；

S3，对所述有效突发信号进行功率抽样，得到准确突发信号；

S4，对所述准确突发信号进行突发同步处理，得到突发信号的定时同步信息。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述对所述空口信号数据信息进行功率触发，得到有效突发信号，包括：

S21，对所述空口信号数据信息进行采样，得到采样数据信息；

S22，对所述采样数据信息进行滤波处理，得到基带IQ信号；

S23，对所述基带IQ信号进行功率计算，得到有效突发信号。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述基带IQ信号x(n)为：

x(n)＝I(n)+jQ(n)

式中，n为基带IQ采样点的计数，空口信号数据信息符号长度为N，信号采样倍率为M，一个完整的基带IQ信号x(n)采样点个数为N×M。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述对所述基带IQ信号进行功率计算，得到有效突发信号，包括：

S231，对所述基带IQ信号的任意一个采样点进行功率计算，得到任意一个采样点功率值；

S232，将所述任意一个采样点功率值与预设的功率触发门限值进行比较，得到该采样点的功率触发信息；

所述功率触发信息为：

当满足P(n)≥P且P(n-1)＜P时，该采样点功率触发成功，功率触发信息为1，否则触发失败，功率触发信息为0，P(n)为第n个采样点的功率值，P(n-1)为第n-1个采样点的功率值，P为预设的功率触发门限值；

S233，记录所述基带IQ信号每一个采样点的功率触发信息，得到有效突发信号。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述对所述有效突发信号进行功率抽样，得到准确突发信号，包括：

S31，以所述有效突发信号的功率触发信息为1的第1个采样点为起始，截取N×M个采样点，得到截断突发信号；

S32，以L为间隔，对所述截断突发信号进行采样点抽样，得到重采样突发信号，所述重采样突发信号包括(N×M)/L个抽样点，L为正整数，N为空口信号数据信息符号长度，M为信号采样倍率；

S33，计算所述重采样突发信号所有抽样点的功率值，并判断各抽样点的功率值是否都大于功率触发门限值P，满足则抽样检测成功，所述有效突发信号为准确突发信号。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述对所述准确突发信号进行突发同步处理，得到突发信号的定时同步信息，包括：

S41，对所述准确突发信号进行滑动相关处理，得到滑动相关信号；

S42，对所述滑动相关信号进行最大值检测，得到定时同步信息。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述滑动相关信号为：

式中，Corr

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述对所述滑动相关信号进行最大值检测，得到突发信号的定时同步信息，包括：

S421，利用滑动相关信号检测模型，对所述滑动相关信号进行最大值检测，得到定时同步最佳时间信息；

所述滑动相关信号检测模型为：

式中，

S422，对所述定时同步最佳时间信息进行采样点位置提取，得到突发信号的定时同步信息。

本发明实施例第二方面公开了一种突发信号测试的定时同步装置，所述装置包括：

信号获取模块，用于获取空口信号数据信息；

功率触发模块，用于对所述空口信号数据信息进行功率触发，得到有效突发信号；

功率抽样模块，用于对所述有效突发信号进行功率抽样，得到准确突发信号；

定时同步模块，用于对所述准确突发信号进行突发同步处理，得到突发信号的定时同步信息。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述对所述空口信号数据信息进行功率触发，得到有效突发信号，包括：

S21，对所述空口信号数据信息进行采样，得到采样数据信息；

S22，对所述采样数据信息进行滤波处理，得到基带IQ信号；

S23，对所述基带IQ信号进行功率计算，得到有效突发信号。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述基带IQ信号x(n)为：

x(n)＝I(n)+jQ(n)

式中，n为基带IQ采样点的计数，空口信号数据信息符号长度为N，信号采样倍率为M，一个完整的基带IQ信号x(n)采样点个数为N×M。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述对所述基带IQ信号进行功率计算，得到有效突发信号，包括：

S231，对所述基带IQ信号的任意一个采样点进行功率计算，得到任意一个采样点功率值；

S232，将所述任意一个采样点功率值与预设的功率触发门限值进行比较，得到该采样点的功率触发信息；

所述功率触发信息为：

当满足P(n)≥P且P(n-1)＜P时，该采样点功率触发成功，功率触发信息为1，否则触发失败，功率触发信息为0，P(n)为第n个采样点的功率值，P(n-1)为第n-1个采样点的功率值，P为预设的功率触发门限值；

S233，记录所述基带IQ信号每一个采样点的功率触发信息，得到有效突发信号。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述对所述有效突发信号进行功率抽样，得到准确突发信号，包括：

S31，以所述有效突发信号的功率触发信息为1的第1个采样点为起始，截取N×M个采样点，得到截断突发信号；

S32，以L为间隔，对所述截断突发信号进行采样点抽样，得到重采样突发信号，所述重采样突发信号包括(N×M)/L个抽样点，L为正整数，N为空口信号数据信息符号长度，M为信号采样倍率；

S33，计算所述重采样突发信号所有抽样点的功率值，并判断各抽样点的功率值是否都大于功率触发门限值P，满足则抽样检测成功，所述有效突发信号为准确突发信号。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述对所述准确突发信号进行突发同步处理，得到突发信号的定时同步信息，包括：

S41，对所述准确突发信号进行滑动相关处理，得到滑动相关信号；

S42，对所述滑动相关信号进行最大值检测，得到定时同步信息。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述滑动相关信号为：

式中，Corr

作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述对所述滑动相关信号进行最大值检测，得到突发信号的定时同步信息，包括：

S421，利用滑动相关信号检测模型，对所述滑动相关信号进行最大值检测，得到定时同步最佳时间信息；

所述滑动相关信号检测模型为：

式中，

S422，对所述定时同步最佳时间信息进行采样点位置提取，得到突发信号的定时同步信息。

本发明第三方面公开了另一种突发信号测试的定时同步装置，所述装置包括：

存储有可执行程序代码的存储器；

与所述存储器耦合的处理器；

所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行本发明实施例第一方面公开的突发信号测试的定时同步方法中的部分或全部步骤。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明提出了一种突发信号测试的定时同步方法及装置，包含突发信号功率触发、功率抽样和突发同步三个功能模块，基于突发信号功率上升沿实现功率触发，并设计了功率抽样，以规避可能的功率误触发。突发信号检测完毕后截取包含有效信号的一段采样数据，并利用信号独特字的相关性进行滑动相关，获取突发信号的准确起始位置，完成定时同步。本发明方法较之通用的直接滑动相关法有更低的检测时延，突发信号检测阶段的功率检测和功率抽样处理的计算复杂度较之滑动相关运算计算复杂度更低，在完成突发信号检测后再滑动相关，可以保证定时准确性的同时避免了长时间的相关运算，从而有效降低了同步时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例公开的一种突发信号测试的定时同步方法的流程示意图；

图2是本发明实施例公开的另一种突发信号测试的定时同步方法的流程示意图；

图3是本发明实施例公开的发射信号突发分布示意图；

图4是本发明实施例公开的发射信号功率仿真图；

图5是本发明实施例公开的突发定时同步相关峰仿真图；

图6是本发明实施例公开的突发信号星座图；

图7是本发明实施例公开的一种突发信号测试的定时同步装置的结构示意图；

图8是本发明实施例公开的另一种突发信号测试的定时同步装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明公开了一种突发信号测试的定时同步方法及装置，该方法包括：获取空口信号数据信息；对所述空口信号数据信息进行功率触发，得到有效突发信号；对所述有效突发信号进行功率抽样，得到准确突发信号；对所述准确突发信号进行突发同步处理，得到突发信号的定时同步信息。本发明方法能够降低定时同步的处理时间，有效降低突发捕获阶段的运算复杂度，降低定时同步时延。以下分别进行详细说明。

实施例一

请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种突发信号测试的定时同步方法的流程示意图。其中，图1所描述的突发信号测试的定时同步方法应用于数字信号处理技术领域，用于进行突发信号测试中的测量数据定时同步，本发明实施例不做限定。如图1所示，该无人机信号频段检测方法可以包括以下操作：

S1，获取空口信号数据信息；

S2，对所述空口信号数据信息进行功率触发，得到有效突发信号；

S3，对所述有效突发信号进行功率抽样，得到准确突发信号；

S4，对所述准确突发信号进行突发同步处理，得到突发信号的定时同步信息。

可选的，所述对所述空口信号数据信息进行功率触发，得到有效突发信号，包括：

S21，对所述空口信号数据信息进行采样，得到采样数据信息；

S22，对所述采样数据信息进行滤波处理，得到基带IQ信号；

基带IQ信号即为I通道和Q通道信号，是本领域的常用表示方法。

S23，对所述基带IQ信号进行功率计算，得到有效突发信号。

可选的，所述基带IQ信号x(n)为：

x(n)＝I(n)+jQ(n)

式中，n为基带IQ采样点的计数，空口信号数据信息符号长度为N，信号采样倍率为M，一个完整的基带IQ信号x(n)采样点个数为N×M。

可选的，所述对所述基带IQ信号进行功率计算，得到有效突发信号，包括：

S231，对所述基带IQ信号的任意一个采样点进行功率计算，得到任意一个采样点功率值；

S232，将所述任意一个采样点功率值与预设的功率触发门限值进行比较，得到该采样点的功率触发信息；

所述功率触发信息为：

当满足P(n)≥P且P(n-1)＜P时，该采样点功率触发成功，功率触发信息为1，否则触发失败，功率触发信息为0，P(n)为第n个采样点的功率值，P(n-1)为第n-1个采样点的功率值，P为预设的功率触发门限值；

S233，记录所述基带IQ信号每一个采样点的功率触发信息，得到有效突发信号。

可选的，所述对所述有效突发信号进行功率抽样，得到准确突发信号，包括：

S31，以所述有效突发信号的功率触发信息为1的第1个采样点为起始，截取N×M个采样点，得到截断突发信号；

S32，以L为间隔，对所述截断突发信号进行采样点抽样，得到重采样突发信号，所述重采样突发信号包括(N×M)/L个抽样点，L为正整数，N为空口信号数据信息符号长度，M为信号采样倍率；

S33，计算所述重采样突发信号所有抽样点的功率值，并判断各抽样点的功率值是否都大于功率触发门限值P，满足则抽样检测成功，所述有效突发信号为准确突发信号。

可选的，所述对所述准确突发信号进行突发同步处理，得到突发信号的定时同步信息，包括：

S41，对所述准确突发信号进行滑动相关处理，得到滑动相关信号；

S42，对所述滑动相关信号进行最大值检测，得到定时同步信息。

可选的，所述滑动相关信号为：

式中，Corr

可选的，所述对所述滑动相关信号进行最大值检测，得到突发信号的定时同步信息，包括：

S421，利用滑动相关信号检测模型，对所述滑动相关信号进行最大值检测，得到定时同步最佳时间信息；

所述滑动相关信号检测模型为：

式中，

S422，对所述定时同步最佳时间信息进行采样点位置提取，得到突发信号的定时同步信息。

可见，本发明方法较之通用的直接滑动相关法有更低的检测时延，突发信号检测阶段的功率检测和功率抽样处理的计算复杂度较之滑动相关运算计算复杂度更低，在完成突发信号检测后再滑动相关，可以保证定时准确性的同时避免了长时间的相关运算，从而有效降低了同步时间。

实施例二

请参阅图2，图2是本发明实施例公开的另一种突发信号测试的定时同步方法的流程示意图。其中，图2所描述的突发信号测试的定时同步方法应用于数字信号处理技术领域，用于进行突发信号测试中的测量数据定时同步，本发明实施例不做限定。

如图2，本实施例定时同步分为三个步骤，包括功率触发、功率抽样和突发同步。其中功率触发粗略的确定突发信号的大致到达时刻，将有效突发从混合噪声的空口信号中截取出来；功率抽样是为了避免触发门限较低或瞬时噪声采样点功率较大导致的误触发，根据有效突发的帧长度，对完成功率触发的数据进行功率抽样，来判断是否误触发；突发同步在完成功率触发和功率抽样后进行，主要利用突发信号中已知的独特字相关性，滑动相关后确定相关峰值，根据相关峰的位置确定有效突发准确的定时同步位置。

1.功率触发

测试信号经过采样、低通滤波后达到定时同步模块时为基带IQ信号，其复基带信号表达式如下：

x(n)＝I(n)+jQ(n)

其中n为基带IQ采样点的计数。假设突发信号符号长度为N，信号采样倍率为M，则可知一个完整的突发信号采样点个数为N*M，I(n)为I通道信号，Q(n)为Q通道信号。

对每个采样点x(n)计算功率：

P(n)＝I(n)×I(n)+Q(n)×Q(n)

设定功率触发门限P，当满足P(n)≥P并且P(n-1)

2.功率抽样

功率抽样是为了规避底噪信号瞬时的大功率或者其它杂波引起的误触发。在功率触发成功后，以满足触发功率门限的第1个采样点为起始，对长度为N*M个采样点，以L为间隔进行采样点抽样，共计N*M/L个抽样点。计算所有抽样点的功率值，并判断各抽样点的功率值是否都大于功率触发门限值P，满足则抽样检测成功；否则重复功率触发步骤。

3.突发同步

利用本地预存的独特字，对通过功率抽样的N*M个采样点进行滑动相关，通过相关峰来确定突发信号的准确位置，从而完成定时同步，推导如下：

设计一个滑动窗，滑动窗长度为突发信号独特字的长度N

其中，n的取值范围为n＝1～(N×M-N

利用互相关最大的最值点可以估计出定时同步最佳时刻，表达式为：

式中n值所对应的采样点位置，即为独特字的同步位置，可根据独特字在整个突发中的相对位置，计算出突发的起始位置，完成突发信号的定时同步。

本实施例假定某通信系统发射机符号速率为16ksym/s，采用QPSK调制，每个突发持续时间为200个符号，其中独特字符号数为40，随机生成数据符号数为150，突发前后保护符号数分别为5，采用根升余弦滚降滤波器成型，滚降系数a＝0.35，单个突发的时间长度12.5ms。发射机按50％占空比发射突发信号，即突发信号和噪声按12.5ms周期交替，其中突发信号平均功率约10dBm，噪声功率-50dBm。测试仪表接收机以4倍采样速率对信号进行采样，采样速率为64kHz。以下对各阶段的仿真结果进行说明：

根据仿真条件，发射机生成的125ms信号突发分布示意如图3所示，仿真信号的功率迹线如图4，后续的定时同步需要将125ms中的5个突发信号提取出来。

测试仪表接收机设定触发功率-10dBm，根据本方案，满足触发条件的采样点位置和实际各突发信号起始的采样点位置如表1。

表1采样点位置

由表1数据可以看出，功率触发能够较为准确的将突发信号从发射信号中定位出来。

功率触发完成后，以各突发信号功率触发成功的采样点位置为起始，突发长度800sym为突发长度，截取出5个突发信号。对各突发信号按照80个采样点为间隔进行抽样并计算功率，抽样功率为相邻的4个采样点的平均功率，功率记录如表2所示。

表2功率记录

以上5个突发信号的抽样点功率均大于触发功率，可以确定上述5个突发信号，不存在误触发。

利用突发信号独特字部分，分别对上述5个突发信号进行滑动相关，确定各符号的定时同步位置，滑动相关后的相关峰如图5所示，定时同步后的突发信号星座图如图6所示。根据本方案，相关峰所确定的独特字起始位置以及根据此确定突发信号起始位置记录如表3，同时记录了各突发信号实际的信号起始位置。

表3突发信号起始位置

可见，本发明方法较之通用的直接滑动相关法有更低的检测时延，突发信号检测阶段的功率检测和功率抽样处理的计算复杂度较之滑动相关运算计算复杂度更低，在完成突发信号检测后再滑动相关，可以保证定时准确性的同时避免了长时间的相关运算，从而有效降低了同步时间。

实施例三

请参阅图7，图7是本发明实施例公开的一种突发信号测试的定时同步装置的结构示意图。其中，图7所描述的突发信号测试的定时同步装置应用于数字信号处理技术领域，用于进行突发信号测试中的测量数据定时同步，本发明实施例不做限定。如图7所示，该无人机信号频段检测装置可以包括以下操作：

S301，信号获取模块，用于获取空口信号数据信息；

S302，功率触发模块，用于对所述空口信号数据信息进行功率触发，得到有效突发信号；

S303，功率抽样模块，用于对所述有效突发信号进行功率抽样，得到准确突发信号；

S304，定时同步模块，用于对所述准确突发信号进行突发同步处理，得到突发信号的定时同步信息。

实施例四

请参阅图8，图8是本发明实施例公开的另一种突发信号测试的定时同步装置的结构示意图。其中，图8所描述的突发信号测试的定时同步装置应用于数字信号处理技术领域，用于进行突发信号测试中的测量数据定时同步，本发明实施例不做限定。如图8所示，该无人机信号频段检测装置可以包括以下操作：存储有可执行程序代码的存储器401；

与存储器401耦合的处理器402；

处理器402调用存储器401中存储的可执行程序代码，用于执行实施例一、实施例二所描述的突发信号测试的定时同步方法中的步骤。

以上所描述的装置实施例仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施例的具体描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,存储介质包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-timeProgrammable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。

最后应说明的是：本发明实施例公开的一种突发信号测试的定时同步方法及装置所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。