[发明专利]一种跳频通信系统的快速同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种跳频通信系统的快速同步方法，属于电子通信领域。

背景技术

跳频通信系统本质上可以看作为一种同步通信系统，类似TDMA系统，需要一个基准站，用于发送“基准突发”信号，即系统时间基准，其余站被定义为非基准站，各非基准站接收基准站发送的“基准突发”信号，同步到基准站，从而实现跳频通信系统的同步。影响跳频通信系统同步除了基准时间之外，还有基准站与非基准站之间的跳频时钟误差、频率源误差、多普勒频率、发射信号功率等，为了实现系统的快速同步，需要准确快速的估计收发跳频时钟误差、频率差(频偏)和信号功率，特别是跳频时钟误差估计。另外，从系统资源开销上出发，为了降低同步时隙等公共资源的使用，在同步时隙、控制时隙等公共时隙采用ALOHA竞争方式实现。

现在跳频同步结构普遍采用1个独特码结构方式，由于在初始同步时，收发跳频时钟没有完全对齐，正确捕获独特码的概率很低，导致同步时间慢；同时，在多个用户同时同步时，容易造成相互间的碰撞，导致无法正确捕获独特码，从而影响同步，因此，为了提高系统的捕获概率和捕获速度成为了当下亟待解决的问题。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：克服现有跳频通信系统的同步捕获概率低和同步速度慢的问题，提供一种跳频通信系统的快速同步方法，该方法针对影响跳频通信系统同步的几个关键参数：跳频时钟误差、频偏、功率，从跳频通信系统的帧结构设计和实现两个方面解决跳频通信系统的快速同步和同步捕获概率的问题。

本发明的技术解决方案是：一种跳频通信系统的快速同步方法，该跳频通信系统包括一个基准站和多个非基准站，该方法步骤如下：

(1)、基准站向非基准站发送下行同步信号，所述下行同步信号包含时间基准信息；

(2)、非基准站捕获下行同步信号，捕获成功之后，对下行信号进行频偏估计，提取时间基准信息，估计链路延时；

(3)、非基准站根据接收的时间基准信息和链路延时估值校准本地时间，调整本地跳频时钟相位，使之与基准站跳频时钟完成初始同步，同时根据下行频偏估计结果修正上行载波频率；

(4)、非基准站按照发送上行同步信号给基准站，所述上行同步信号包括1个保护间隔、X个引导序列、X个独特码和X个站信息，同一个非基准站的X个站信息相同，X个独特码互不相同，不同非基准站之间对应的独特码相同，X>1；

(5)、基准站接收上行同步信号，对收到的整帧上行同步信号进行跳频时钟误差、功率、频偏估计以及解析非基准站的站信息，并进行跳频时钟误差有效性判断，当跳频时钟误差有效时，将估计所得的跳频时钟误差、功率值、频偏信息和非基准站的站信息插入下行状态时隙发送给非基准站，否则，将无效标识和非基准站的站信息插入下行状态时隙发送给非基准站；

(6)、非基准站从下行状态时隙中提取有效的上行跳频时钟相位误差、频偏、功率和站信息，修正跳频时钟相位、频率和功率；

(7)、循环执行步骤(4)-步骤(6)，直到跳频时钟相位误差、频偏和功率满足系统要求，完成跳频通信系统同步。

所述上行同步信号的帧格式如下表所示：

其中：

保护间隔，用于避免站间信号相互干扰，所占用的时间大于非基准站和基准站之间的最大链路延时估计误差，在保护间隔内，不发送任何信号；

引导序列，用于频偏估计，由一串“1”“0”交替排列字符组成；

独特码1～独特码X，用于跳频时钟误差估计，各独特码互不相同；

站信息，用于标识不同非基准站，同一个非基准站使用相同的站信息。

所述基准站接收上行同步信号，跳频时钟误差估计方法为：采用X个本地独特码与输入信号进行并行相关运算得到X个独特码相关值，当Y个独特码相关值大于预设门限时，Y≥1，认为捕获成功，从任一个独特码相关运算结果中提取跳频时钟误差作为该基准站的跳频时钟误差，否则认为捕获不成功，等待下一个下行同步信号帧到来时，重新进行跳频时钟误差估计。

所述基准站进行功率估计方法为：

(4a)、当上行同步信号的符号速率为f_c时，采用4×f_c的采样速率，得到对上行同步信号的采样值I_k和Q_k；

(4b)、对I_k和Q_k的平方相加得到信号能量值P_K，对连续4N个信号能量值累加，N为同步信号的符号数；