一种抗频偏的突发CPM信号帧同步方法技术

本发明专利技术公开了一种抗频偏的突发CPM信号帧同步方法，属于无线与移动通信技术领域。本发明专利技术首先计算接收基带I、Q信号的一比特、三比特以及五比特差分；再计算接收基带I、Q信号一比特、三比特以及五比特差分和本地基带I、Q信号的一比特、三比特以及五比特差分的互相关，然后对同一时刻的互相关值求模累加；最后，基于互相关值确定前导序列是否存在，并且确定前导序列的大概起始位置。本发明专利技术既能在低信噪比下达到不错的同步效果，也具有实现结果简单、运算量小，便于工程实现的技术效果。

A frame synchronization method for burst frequency CPM with anti frequency offset

The invention discloses a frame synchronization method of burst CPM signal against frequency offset, which belongs to the technical field of wireless and mobile communication. The invention first calculates the one-bit, three-bit and five-bit differences of the received baseband I and Q signals, and then calculates the cross-correlation of the received baseband I and Q signals, one-bit, three-bit and five-bit differences of the received baseband I and Q signals, and the one-bit, three-bit and five-bit differences of the local baseband I and Q signals. Finally, the existence of the preamble sequence is determined based on the cross-correlation value, and the approximate starting position of the preamble sequence is determined. The invention not only achieves good synchronization effect under low signal-to-noise ratio, but also has the technical effect of simple realization result, small calculation amount and convenient engineering realization.

【技术实现步骤摘要】
一种抗频偏的突发CPM信号帧同步方法
本专利技术属于无线与移动通信
，具体涉及一种抗频偏的突发CPM(ContinuousPhaseModulation)信号帧同步方法
技术介绍
对于正在通信的两个设备，如果在两者连线方向上存在较大的相对运动速度，那么则会在接收信号中产生较大的多普勒频移。多普勒频移会对通信接收机的后端处理部分造成极大的影响。为解决该影响，1972年，JamesL.Massey在论文“OptimumFrameSynchronization”中提出了加性高斯白噪声信道下PSK信号帧同步的最佳判决准则，该算法在低信噪比条件下能够取得不错的效果，但是在该算法中，假设了接收信号是连续且不存在定时偏差的，并且没有考虑接收信号中存在多普勒频移,这种假设在实际应用中是不成立的。2002年，ZaeYongChoi和YongH.Lee在论文“FrameSynchronizationinthePresenceofFrequencyOffset”中提出了一种适用于MPSK信号的帧同步算法，该算法具有极强的抗频偏能力，并且在低信噪比下也能取得不错的同步效果，但是在该算法中假设了接收信号中不存在定时偏差。2013年，EhsanHosseini和ErikPerrins在论文“Timing,Carrier,andFrameSynchronizationofBurst-ModeCPM”中提出了一种适用于突发CPM信号的帧同步算法，该算法具有较强的抗频偏能力，并且可以在存在定时偏差的情况下实现帧同步，且在低信噪比条件下同步效果较好。但是该算法实现结构复杂、运算量巨大，难以用于工程实现。传统的CPM帧同步方法是先通过差分解调将信号中携带的比特信息解调出来，然后再利用简单互相关方法进行帧同步，这种方式具有简单易实现的优点。但是仅适用于信噪比较高情况下的帧同步，当接收信号中的信噪比较低时，采用传统帧同步方法的同步效果会骤降。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，本专利技术提出了一种新的CPM信号帧同步方法，该方法具有实现结构简单、运算量小的优点，并且能够在极低信噪比下取得不错的同步效果。本专利技术的一种抗频偏的突发CPM信号帧同步方法包括下列步骤：根据采用的CPM调制方式，对接收报文的同步头进行信号调制，得到本地基带I、Q信号，再对本地基带I、Q信号分别进行一比特、三比特和五比特差分运算，得到本地基带I、Q信号的一比特、三比特以及五比特差分信号L1(t)、L3(t)和L5(t)，其中t表示采样时间；对接收基带I、Q信号的一比特、三比特以及五比特差分运算，得到接收基带I、Q信号的一比特、三比特以及五比特差分信号Δ1(t)、Δ3(t)和Δ5(t)；对本地与接收的差分信号进行互相关计算，得到一比特、三比特以及五比特的互相关结果值cor1(nT)、cor3(nT)和cor5(nT)：cor1(nT)＝|∫0(N-1)TL1(t)*Δ1(t)dt|cor3(nT)＝|∫0(N-3)TL3(t)*Δ3(t)dt|cor5(nT)＝|∫0(N-5)TL5(t)*Δ5(t)dt|其中N表示前导序列的长度，T为码元周期，n为大于等于1的整数，即nT表示采样时间；将同一时刻的三组互相关结果值累加得到nT时刻输出的双相关结果值cor(nT)：cor(nT)＝cor1(nT)+cor3(nT)+cor5(nT)；基于各时刻的双相关结果值cor(nT)，进行帧同步检测：按照采样时序排列局部脉冲峰值点，得到局部脉冲峰值序列，采用滑窗的方式对局部脉冲峰值序列进行帧同步检测：设置滑窗的大小为2k+1，步长为1，其中k为大于等于1的自然数；按照滑窗方向，依次将滑窗内的2k+1个局部脉冲峰值点位置的位置编号设置为0,1,2，…，2k，各位置的局部脉冲峰值定义为S0，S1，…，Sk，Sk+1，…，S2k；将位置编号为k的局部脉冲峰值Sk分别与其他2k个局部脉冲峰值进行比较判决，若则当前比较结果δi＝1，否则当前比较结果δi＝0，其中Thi表示位置编号为i的比较门限值，且Thi≥1，位置标识符i＝0,2,…,2k+1且i≠k；若满足判决结果则将当前滑窗所在的位置置为帧同步标识，得到帧同步检测结果。综上所述，由于采用了上述技术方案，本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本专利技术既能在低信噪比下达到不错的同步效果，也具有实现结果简单、运算量小，便于工程实现的技术效果。附图说明图1是本专利技术的总体框图。图2是差分运算的处理框图。图3是互相关的处理框图。图4是帧同步检测的处理框图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本专利技术作进一步地详细描述。参见图1，本专利技术的帧同步方法主要包括三个部分：对接收基带I、Q两路信号的差分运算处理、对差分运算的处理结果进行互相关处理，以及对互相关处理结果进行帧同步检测。其中，差分运算处理用于计算接收基带I、Q信号的一比特、三比特以及五比特差分；互相关处理用于计算接收基带I、Q信号一比特、三比特以及五比特差分和本地基带I、Q信号的一比特、三比特以及五比特差分的互相关，然后对同一时刻的互相关值求模累加；帧同步检测用于从互相关处理结构中确定前导序列是否存在，并且确定前导序列的大概起始位置。本专利技术的差分运算处理是为了同时获得接收基带I、Q信号的一比特、三比特以及五比特差分运算结果，如图2所示。对于CPM信号，接收基带I、Q信号(包含未知多普勒频移以及未知载波初相)的表达式为：其中，fd表示载波频率，表示载波相位，θ表示初始相位，t表示采样时刻。根据以上表达式，则求解nT时刻与(n+1)T时刻的一比特差分、nT时刻与(n+3)T时刻的三比特差分以及nT时刻与(n+5)T时刻的五比特差分运算表达式为：其中，T为码元周期，n为大于等于1的整数，Δ1(nT)、Δ3(nT)与Δ5(nT)分别为nT时刻的一比特、三比特以及五比特差分运算结果，为(n+1)T时刻与nT时刻的信息相位差，为(n+3)T时刻与nT时刻的信息相位差，为(n+5)T时刻与nT时刻的信息相位差。参见图3，本专利技术的互相关处理是为了完成接收基带I、Q信号的一比特、三比特和五比特差分信号与本地基带I、Q信号的一比特、三比特和五比特差分信号之间的互相关运算，分别将接收基带I、Q信号的一比特、三比特和五比特差分信号与本地基带I、Q信号的一比特、三比特、五比特差分信号进行互相关运算，计算公式分别如下所示：cor1(nT)＝|∫0(N-1)TL1(t)*Δ1(t)dt|cor3(nT)＝|∫0(N-3)TL3(t)*Δ3(t)dt|cor5(nT)＝|∫0(N-5)TL5(t)*Δ5(t)dt|其中cor1(nT)为nT时刻接收基带I、Q信号的一比特差分与本地基带I、Q信号的一比特差分的互相关结果值，cor3(nT)为nT时刻接收基带I、Q信号的三比特差分与本地基带I、Q信号的三比特差分的互相关结果值，cor5(nT)为nT时刻接收基带I、Q信号的五比特差分与本地基带I、Q信号的五比特差分的互相关结果值，L1(t)、L3(t)和L5(t)分别为本地基带I、Q信号的一比特、三比特以及五比特差分信号，其中L1(t)、L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗频偏的突发CPM信号帧同步方法，其特征在于，包括下列步骤：根据采用的CPM调制方式，对接收报文的同步头进行信号调制，得到本地基带I、Q信号，再对本地基带I、Q信号分别进行一比特、三比特和五比特差分运算，得到本地基带I、Q信号的一比特、三比特以及五比特差分信号L1(t)、L3(t)和L5(t)，其中t表示采样时间；对接收基带I、Q信号的一比特、三比特以及五比特差分运算，得到接收基带I、Q信号的一比特、三比特以及五比特差分信号Δ1(t)、Δ3(t)和Δ5(t)；对本地与接收的差分信号进行互相关计算，得到一比特、三比特以及五比特的互相关结果值cor1(nT)、cor3(nT)和cor5(nT)：

【技术特征摘要】
2018.05.14 CN 20181045601191.一种抗频偏的突发CPM信号帧同步方法，其特征在于，包括下列步骤：根据采用的CPM调制方式，对接收报文的同步头进行信号调制，得到本地基带I、Q信号，再对本地基带I、Q信号分别进行一比特、三比特和五比特差分运算，得到本地基带I、Q信号的一比特、三比特以及五比特差分信号L1(t)、L3(t)和L5(t)，其中t表示采样时间；对接收基带I、Q信号的一比特、三比特以及五比特差分运算，得到接收基带I、Q信号的一比特、三比特以及五比特差分信号Δ1(t)、Δ3(t)和Δ5(t)；对本地与接收的差分信号进行互相关计算，得到一比特、三比特以及五比特的互相关结果值cor1(nT)、cor3(nT)和cor5(nT)：其中N表示前导序列的长度，T为码元周期，n为大于等于1的整数；将同一时刻的三组互相关结果值累加得到nT时刻输出的双相关结果值cor(nT)：cor(nT)＝cor1(nT)+cor3(nT)+cor5(nT)；基于各时刻的双相关结果值cor(nT)，进行帧同步检测：按照采样时序排列局部脉冲峰值点，得到局部脉冲峰值序列，采用滑窗的方式对局部脉冲峰值序列进行帧同步检测：设置滑窗的大小为2k+1，步长为1，其中k为大于等于1的自然数；按照滑窗方向，依次将滑窗内的2k+1个...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐涛，李洪星，李桓，陶玉龙，徐贺明，王坚，杨錬，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51