一种抵抗单频干扰的帧同步方法技术

本发明专利技术涉及一种抵抗单频干扰的帧同步方法，发送端，在物理层帧的帧头加入帧同步序列，接收端，设定一个阈值，用于判断是否检测到帧起始位置；其步骤包括：（1）将接收到的信号通过一个低阶的归一化LMS自适应滤波器，（2）将接收信号减去低阶的归一化LMS自适应滤波器的输出，得到修正后的接收信号；（3）将修正后的接收信号与本地序列做能量归一化的互相关计算，得到能量归一化相关结果；（4）将所得到的能量归一化相关结果与设定的阈值进行比较：得到物理层帧的起始位置。本发明专利技术能够在存在较大的单频干扰时仍能准确估计出物理层帧的起始位置。节省硬件资源开销，并且不会影响系统的实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种抵抗单频干扰的帧同步方法
本专利技术属于数字通信
，具体涉及一种采用低阶的归一化LMS（LeastMeanSquare，最小均方误差）自适应滤波器的帧同步方法，该方法在接收信号中存在较大单频干扰时仍然能够准确地估计出帧起始位置。
技术介绍
在突发式通信系统中，接收端为了准确获得物理层帧的传输时间，需要利用接收信号中的部分信息对接收到的物理层帧的起始时刻进行估计，该过程既为物理层帧的同步过程。采用相关的方法进行同步是大多数通信系统的方法，它的基本做法是在传输的信号中附加一些特定的序列，在接收端通过对这些序列进行相关运算，进行相关后得到与相关窗位置对应的一系列相关值，组成相关序列（相关窗是通用术语，指参加相关运算的信号样点范围）；通过把相关序列与预先设定好的阈值进行比较，可以确定物理层帧的起始位置。相关的方法分自相关与互相关两种，自相关的方法中进行相关运算的两部分序列均取自接收信号，互相关的方法中进行相关运算的则是接收信号与本地序列。采用自相关和互相关进行同步的方法各有优缺点。采用自相关同步法，优点在于对载波频率偏差等干扰具有较强的抵抗能力，而主要缺点在于相关序列随着相关窗位置的变化而线性变化，峰值附近的相关结果在有随机噪声情况下很有可能超过峰值，造成估计误差；采用互相关同步法，优点在于相关峰值突出，对抗随机噪声能力较强，而主要缺点在于对载波频率偏差等干扰的抵抗能力较弱。然而，在传统的通信系统中，无论采用自相关还是互相关的同步方法，当接收信号中存在强单频干扰时，由于单频干扰的功率远大于有用信号，因此有用信号被淹没在干扰中，对接收信号做相关所得到的相关峰值与随机噪声的相关值差别不大，相关峰值远远无法达到正常设定的阈值，因而无法进行同步。在多载波通信系统中，常用的方法是对单频干扰的位置进行检测，并在同步模块前对接收信号做FFT（FastFourierTransform，快速傅里叶变换），把受到单频干扰的载波及其邻近载波进行屏蔽或者限波，再通过IFFT（InverseFastFourierTransform，快速傅里叶逆变换）把接收信号变换到时域，最后才进行同步。这种方法需要额外的FFT和IFFT开销，并且会引入较大的时延。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种利用低阶的归一化LMS自适应滤波器的帧同步方法，该方法在存在较大的单频干扰的情况下，仍能准确地估计出帧起始位置。本专利技术的帧同步方法的技术方案如下：一种抵抗单频干扰的帧同步方法，其步骤包括：（1）在数据符号流的物理层帧头插入帧同步序列组成完整的发送信号发送到接收端，并在所述接收端设定一阈值；（2）接收端将原始接收信号输入减去低阶滤波器的输出得到修正后的接收信号；（3）将所述修正后的接收信号与本地序列做归一化互相关计算，得到归一化相关结果；（4）将所述归一化相关结果与所述设定阈值比较，找出帧的起始位置，完成帧同步。更进一步，所述低阶滤波器是低阶归一化自适应滤波器，所述滤波器的输出是原始接收信号通过一个低阶归一化LMS自适应滤波器得到。更进一步，归一化LMS自适应滤波器满足如下条件：第n次迭代时目标响应标量与实际输出标量之差：其中，表示第n次迭代时的滤波器系数向量，表示第n次迭代时的输入向量，d(n)表示第n次迭代时的目标响应标量，运算符号H表示共轭转置。更进一步，归一化LMS自适应滤波器第n+1次迭代时的滤波器系数向量满足递归表达式为：其中，为一正的实数因子，||||表示欧氏范数，*表示复共轭。更进一步，所述低阶归一化LMS自适应滤波器的的阶数为3。更进一步，归一化互相关计算为能量归一化的互相计算：（1）接收端存储的本地序列St={st(1),st(2),…,st(L)}，L为序列长度，则接收端的相关窗长度也为L，接收端相关窗内信号样点序列为Rt={rt(1),rt(2),…,rt(L)}；（2）通过能量归一化互相关按照如下公式计算：其中，i=1,2,…L。更进一步，所述rt(i)值随着相关窗的移动而改变，所述st(i)的值与的值固定不变且预先存储在接收端。更进一步，若归一化相关结果超过设定的阈值，则此时相关窗的起始位置减去（归一化LMS自适应滤波器的阶数-1），得到物理层帧的起始位置；否则，滑动相关窗，继续寻找超过阈值的相关窗位置。更进一步，所述帧同步序列任意选自M序列、ZC序列中的一种。更进一步，所述本地序列为帧同步序列。本专利技术的优点与技术效果在于：提出一种采用低阶的归一化LMS自适应滤波器的帧同步方法，在存在较大的单频干扰时仍能准确估计出物理层帧的起始位置。利用归一化LMS自适应滤波器对帧同步方法进行了改进，使得同步具有抗单频的特性，并且LMS自适应滤波器的阶数为低阶，与现有常用方法相比，该方法只需要一个低阶的滤波器，节省硬件资源开销，并且不会影响系统的实时性。附图说明图1是现有技术中数字通信系统流程示意图；图2是现有技术中数字通信系统同步流程示意图；图3是本专利技术提出的抗单频干扰的同步流程示意图；图4是现有技术中数字通信系统中不存在较强单频干扰情况下的能量归一化峰值分布示意图；图5是现有技术中数字通信系统中存在较强单频干扰情况下的能量归一化峰值分布示意图；图6是本专利技术提出的不存在较强单频干扰情况下的能量归一化峰值分布示意图；图7是本专利技术提出的存在较强单频干扰情况下的能量归一化峰值分布示意图。具体实施方式以下结合附图详细说明本专利技术所述的采用归一化LMS自适应滤波器的帧同步方法，但不构成对本专利技术的限制。现有通信系统的流程图如图1所示，工作流程如下：1.发送端，数据源产生二进制“0”“1”比特数据流；2.发送端，数字调制模块把二进制数据流调制成数据符号流ds(n)；3.发送端，帧同步序列插入模块在数据符号流ds(n)前插入帧同步序列st(n)，组成完整的发送信号s(n)；4.接收端，帧同步模块接收到信号r(n)，利用其中的st(n)进行相关运算，得出物理层帧的起始位置，从而得到数据符号流dr(n)；5.接收端，数字解调模块对dr(n)进行解调，得到接收端二进制数据流。现有系统中的同步模块工作流程图如图2所示：1.接收信号与本地序列做能量归一化互相关，或者信号进行自相关，得到相关序列；2.把相关序列与阈值比较，找出帧的起始位置。本专利技术提出一种采用最小均方误差自适应滤波器的帧同步方法，其步骤为：（a）发送端，在物理层帧的帧头加入长度为N的帧同步序列，该序列具有良好的自相关特性，相关峰的峰值突出，而与其他序列或者噪声做相关时保持较低的相关值；帧同步序列可以包括伪随机序列比如m序列，又或者Zadoff‐Chu(ZC)序列等，它们的特点是与自己做相关时有良好的、突出的相关峰，而与其他序列做相关时保持较低的相关峰值。加入帧同步序列的作用在于，接收机可以通过对接收序列做相关、通过找到一个突出的同步峰值获得准确的帧起始位置。（b）接收端，设定一个阈值，用于判断是否检测到帧起始位置；从时域上看，相关峰会呈现一个“升—降”的山峰状，最高峰的位置则是准确的同步位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抵抗单频干扰的帧同步方法，其步骤包括：（1）在数据符号流的物理层帧头插入帧同步序列组成完整的发送信号发送到接收端，并在所述接收端设定一阈值；（2）接收端将原始接收信号输入减去低阶滤波器的输出得到修正后的接收信号；（3）将所述修正后的接收信号与本地序列做归一化互相关计算，得到归一化相关结果；（4）将所述归一化相关结果与所述设定阈值比较，找出帧的起始位置，完成帧同步。

【技术特征摘要】
1.一种抵抗单频干扰的帧同步方法，其步骤包括：(1)在数据符号流的物理层帧头插入帧同步序列组成完整的发送信号发送到接收端，并在所述接收端设定一阈值；(2)接收端将原始接收信号输入减去低阶滤波器的输出得到修正后的接收信号；所述低阶滤波器是低阶归一化自适应滤波器，所述低阶归一化自适应滤波器的输出是原始接收信号通过一个低阶归一化LMS自适应滤波器得到；所述低阶归一化LMS自适应滤波器的阶数为3；(3)将所述修正后的接收信号与本地序列做归一化互相关计算，得到归一化相关结果；其中，所述归一化互相关计算为能量归一化的互相计算：(3-1)接收端存储的本地序列St＝{st(1),st(2),…,st(L)}，L为序列长度，则接收端的相关窗长度也为L，接收端相关窗内信号样点序列为Rt＝{rt(1),rt(2),…,rt(L)}；(3-2)通过能量归一化互相关按照如下公式计算：其中，i＝1,2,…L；(4)将所述归一化相关结果与所述设定阈值比较，找出帧的起始位置，完成帧同步。2.如权利要求1所述的抵抗单频干扰的帧同步方法，其特征在于，归一化LMS自适应滤波器满足...

【专利技术属性】
技术研发人员：费永强，赵辉，祁晓霞，赵玉萍，李斗，李红滨，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：