一种基于伪随机序列的无线通信帧同步方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于伪随机序列的无线通信帧同步方法和系统，所述方法包括：步骤A，同步帧形成，发射时，基于伪随机序列产生同步帧脉冲序列；步骤B，帧同步控制，接收时，周期性地进行天线切换，使机载上天线、下天线射频信号交替进入接收处理通道；步骤C，帧同步判决，对接收处理通道产生的相关峰序列进行处理，得出捕获的脉冲序列，并进行同步帧判决；步骤D，根据捕获到的脉冲序列还原出完整同步帧脉冲序列，完成帧同步。本发明专利技术通过采用同步帧设计算法，结合上、下天线合理切换机制，可有效降低对无线通信网络中跳频帧同步捕获的接收处理信道资源开销，设计灵活且容易实现，特别适合小型化、低功耗产品设计应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于伪随机序列的无线通信帧同步方法和系统
本专利技术涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于伪随机序列的无线通信帧同步方法系统。
技术介绍
同步是数字通信系统的信号处理的关键一环。在现有无线通信网络设计中，一组链路层通信帧格式通常包含同步帧和信息帧。同步帧一般不携带信息，采用双脉冲发射，通过采用扩频、跳频等手段而具有很强的抗干扰能力。同步帧主要起到对通信信号帧的同步捕获，并为信息帧正确解码起到精确定时同步指示作用。现有大部分无线通信帧的同步设计大都借鉴Link16的波形设计思想，帧同步采用的典型接收处理流程如图1所示。由于同步帧采用跳频、扩频方式，天线RF接收通道数直接由同步帧设计的跳频个数决定，即每个通道调谐在相应的频率上。但是由于机载平台采用上、下天线，则需要两套完整的RF接收通道硬件电路，以至于若跳频个数为fn，接收通道数量增加至2fn，带来对接收处理资源、功耗等较大需求，并且不利于产品小型化设计。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提出一种基于伪随机序列的无线通信帧同步方法，在保证一定的系统抗干扰能力情况下，解决机载上、下天线系统帧同步接收处理通道较多的技术问题。本专利技术提供的一种基于伪随机序列的无线通信帧同步方法，包括：步骤A，同步帧形成，发射时，基于伪随机序列产生同步帧脉冲序列；步骤B，帧同步控制，接收时，周期性地进行天线切换，使机载上天线、下天线射频信号交替进入接收处理通道；步骤C，帧同步判决，对接收处理通道产生的相关峰序列进行处理，得出捕获的脉冲序列，并进行同步帧判决；步骤D，根据捕获到的脉冲还原出完整同步帧脉冲序列，完成帧同步。进一步，所述同步帧脉冲序列由多组脉冲符号组成，每个符号对应频率参数f和伪码参数d，即二维参数(f，d)，所述步骤A包括：步骤A1，根据跳频个数fn＝2n设置2n个符号参数，其中，n为大于0的整数；步骤A2，将所述2n个符号参数分为n组，每组两个；步骤A3，根据所述伪随机序列的值依次在每组中进行符号参数选取，当最后一组选择完后从第一组重新开始选择。进一步，所述步骤A2包括：将2n个符号参数(f1，d1)、(f2，d2)……(f2n，d2n)分为(f10，d10)、(f11，d11)；(f20，d20)、(f21，d21)；(f30，d30)、(f31，d31)……(ft0，dt0)和(ft1，dt1)，其中，t为组的编号，且t＝n；所述步骤A3包括：当所述伪随机序列的值为0时，符号参数选为(fi0，di0)，当所述伪随机序列的值为1时，符号参数选为(fi1，di1)，其中，i为大于0的整数，且i≤t。进一步，在接收处理通道未检测到信号之前，所述周期Tp≤△tn/2；其中，△tn为同步帧序列中的脉冲间隔。进一步，在接收处理通道检测到信号之后，连续捕获长度为Ln的脉冲之后再切换天线，所述长度Ln≥dmin，且前一帧接收完成后，重新以Tp为周期进行上下天线切换，进入下一帧的处理；其中，dmin为具有唯一性的最小化长度，伪随机序列中不小于该长度的片段在原伪随机序列中有且仅有一段。进一步，在进行天线切换时，对上、下天线的信息进行本地化存储。进一步，帧同步判决电路根据天线切换的效果选择工作天线，所述天线切换的效果主要取决于天线切换后相关峰的质量。进一步，所述天线切换后相关峰的质量为信号幅度或者捕获概率。进一步，所述伪随机序列为M序列。本专利技术还提供了一种基于伪随机序列的无线通信帧同步系统，包括：同步帧形成装置，用于发射时，基于伪随机序列产生同步帧脉冲序列；帧同步控制装置，用于接收时，周期性地进行天线切换，使机载上天线、下天线射频信号交替进入接收处理通道；帧同步判决装置，用于对接收处理通道产生的相关峰进行处理，得出捕获的脉冲序列，并进行同步帧判决；帧同步装置，用于根据捕获到的脉冲还原出完整同步帧脉冲序列，完成帧同步。进一步，所述同步帧脉冲序列由多组脉冲符号组成，每个符号对应频率参数f和伪码参数d，即二维参数(f，d)，所述基于伪随机序列产生同步帧脉冲序列包括：步骤A1，根据跳频个数fn＝2n设置2n个符号参数，其中，n为大于0的整数；步骤A2，将所述2n个符号参数分为n组，每组两个；步骤A3，根据所述伪随机序列的值依次在每组中进行符号参数选取，当最后一组选择完后从第一组重新开始选择。进一步，所述步骤A2包括：将2n个符号参数(f1，d1)、(f2，d2)……(f2n，d2n)分为(f10，d10)、(f11，d11)；(f20，d20)、(f21，d21)；(f30，d30)、(f31，d31)……(ft0，dt0)和(ft1，dt1)，其中，t为组的编号，且t＝n；所述步骤A3包括：当所述伪随机序列的值为0时，符号参数选为(fi0，di0)，当所述伪随机序列的值为1时，符号参数选为(fi1，di1)，其中，i为大于0的整数，且i≤t。进一步，在接收处理通道未检测到信号之前，所述周期Tp≤△tn/2；其中，△tn为同步帧序列中的脉冲间隔。进一步，在接收处理通道检测到信号之后，连续捕获长度为Ln的脉冲之后再切换天线，所述长度Ln≥dmin，且前一帧接收完成后，重新以Tp为周期进行上下天线切换，进入下一帧的处理；其中，dmin为具有唯一性的最小化长度，伪随机序列中不小于该长度的片段在原伪随机序列中有且仅有一段。进一步，在进行天线切换时，帧同步判决装置对上、下天线的信息进行本地化存储。进一步，帧同步判决装置根据天线切换的效果选择工作天线，所述天线切换的效果主要取决于天线切换后相关峰的质量。进一步，所述天线切换后相关峰的质量为信号幅度或者捕获概率。进一步，所述伪随机序列为M序列。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：通过采用同步帧设计算法，结合上、下天线合理切换机制，可有效降低对无线通信网络中跳频帧同步捕获的接收处理信道资源开销，设计灵活且容易实现，特别适合小型化、低功耗产品设计应用。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是现有无线通信系统典型的帧同步接收处理示意图；图2是本专利技术的帧同步整体示意图；图3是同步帧脉冲序列符号形成示意图；图4是另一同步帧脉冲序列符号形成示意图；图5是接收端同步处理流程示意图；图6是完整相关峰序列处理示意图；图7是残缺相关峰序列处理示意图。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。如图2所示，基于伪随机序列的无线通信帧同步方法包括同步帧形成、帧同步判决和帧同步控制。同步帧形成是指同步帧脉冲序列发射过程的控制管理，是信号级描述行为，属于帧设计范畴；帧同步判决是在中频数字处理后所形成的相关峰信息(含幅度、相位等)基础上开展的工作，属于帧格式逻辑判定范畴；帧同步控制是面向上、下天线接收时必须的一种天线控制行为，辅助帧同步判决电路实现最终帧同步结果判定。发射时，同步帧脉冲序列由多组脉冲符号组成，符号个数可以为N＝2k(k为大于0的整数，比如N＝8、16、32……)；考虑到系统抗干扰能力，同步帧序本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于伪随机序列的无线通信帧同步方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A，同步帧形成，即发射时，基于伪随机序列产生同步帧脉冲序列；步骤B，帧同步控制，即接收时，周期性地进行天线切换，使机载上天线、下天线射频信号交替进入接收处理通道；步骤C，帧同步判决，即对接收处理通道产生的相关峰序列进行处理，得出捕获的脉冲序列，并进行同步帧判决；步骤D，根据捕获到的脉冲序列还原出完整同步帧脉冲序列，完成帧同步。

【技术特征摘要】
1.一种基于伪随机序列的无线通信帧同步方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A，同步帧形成，即发射时，基于伪随机序列产生同步帧脉冲序列；步骤B，帧同步控制，即接收时，周期性地进行天线切换，使机载上天线、下天线射频信号交替进入接收处理通道；步骤C，帧同步判决，即对接收处理通道产生的相关峰序列进行处理，得出捕获的脉冲序列，并进行同步帧判决；步骤D，根据捕获到的脉冲序列还原出完整同步帧脉冲序列，完成帧同步。2.根据权利要求1所述的一种基于伪随机序列的无线通信帧同步方法，其特征在于，所述同步帧脉冲序列由多组脉冲符号组成，每个符号对应频率参数f和伪码参数d，即二维参数(f，d)，所述步骤A包括：步骤A1，根据跳频个数fn＝2n设置2n个符号参数，其中，n为大于0的整数；步骤A2，将所述2n个符号参数分为n组，每组两个；步骤A3，根据所述伪随机序列的值依次在每组中进行符号参数选取，当最后一组选择完后从第一组重新开始选择。3.根据权利要求2所述的一种基于伪随机序列的无线通信帧同步方法，其特征在于，所述步骤A2包括：将2n个符号参数(f1，d1)、(f2，d2)……(f2n，d2n)分为(f10，d10)、(f11，d11)；(f20，d20)、(f21，d21)；(f30，d30)、(f31，d31)……(ft0，dt0)和(ft1，dt1)，其中，t为组的编号，且t＝n；所述步骤A3包括：当所述伪随机序列的值为0时，符号参数选为(fi0，di0)，当所述伪随机序列的值为1时，符号参数选为(fi1，di1)，其中，i为大于0的整数，且i≤t。4.根据权利要求1所述的一种基于伪随机序列的无线通信帧同步方法，其特征在于，在接收处理通道未检测到信号之前，所述周期Tp≤△tn/2，其中，△tn为同步帧序列中的脉冲间隔。5.根据权利要求4所述的一种基于伪随机序列的无线通信帧同步方法，其特征在于，在接收处理通道检测到信号之后，连续捕获长度为Ln的脉冲之后再切换天线，所述长度Ln≥dmin，其中，dmin为具有唯一性的最小化长度，伪随机序列中不小于该长度的片段在原伪随机序列中有且仅有一段。6.根据权利要求5所述的一种基于伪随机序列的无线通信帧同步方法，其特征在于，前一帧接收完成后，重新以Tp为周期进行上下天线切换，进入下一帧的处理。7.根据权利要求1所述的一种基于伪随机序列的无线通信帧同步方法，其特征在于，在进行天线切换时，对上、下天线的信息进行本地化存储。8.根据权利要求1所述的一种基于伪随机序列的无线通信帧同步方法，其特征在于，帧同步判决电路根据天线切换的效果选择工作天线，所述天线切换的效果主要取决于天线切换后相关峰的质量。9.根据权利要求8所述的一种基于伪随机序列的无线通信帧同步方法，其特征在于，所述天线切换后相关峰的质量为信号幅度或者捕获概率。10.根据权利要求1-9任一项所述的一种基于伪随机序列的无线通信帧同步方法，其特征在于，所述伪随机序列为M序列。11.一种基于伪随机序列的无线通...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨其聪，钟海，于常荣，
申请(专利权)人：四川九洲电器集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51