一种快速帧同步方法及帧同步装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种快速帧同步的方法及帧同步装置，所述的帧同步方法包括步骤：1)将接收的模拟电信号转换成并行数字信号；2)对所述并行数字信号进行缓存；3)对所述缓存数据进行移动归一化互相关系数计算；4)对所述移动归一化互相关系数进行比较，得出帧同步结果；其中步骤3)具体包括：3‑1)对所述缓存数据进行移动平均值计算；3‑2)对所述缓存数据利用移动平均值和增量更新进行移动归一化互相关系数计算。本发明专利技术的快速帧同步方法及帧同步接收装置可大大减少算法的运算量，并保持传统帧同步方法的优秀性能。

A fast frame synchronization method and frame synchronization device

The invention discloses a fast frame synchronization method and a frame synchronization device, the frame synchronization method comprises the steps of: 1) converting the received analog electrical signal into a parallel digital signal; 2) caching the parallel digital signal; 3) calculating the mobile normalization cross correlation coefficient of the cached data; 4) comparing the mobile normalization cross correlation coefficient to obtain the same frame Step 3) specifically includes: 3 \u2011 1) calculating the moving average value of the cache data; 3 \u2011 2) calculating the moving normalized cross correlation coefficient of the cache data by using the moving average value and the incremental update. The fast frame synchronization method and the frame synchronization receiving device of the invention can greatly reduce the calculation amount of the algorithm, and maintain the excellent performance of the traditional frame synchronization method.

【技术实现步骤摘要】
一种快速帧同步方法及帧同步装置
本专利技术涉及一种快速帧同步方法及帧同步装置。
技术介绍
无论在无线通信领域还是在光传感领域，帧同步都是接收机必不可少的工作项。帧同步指的是接收方能够从接收到的数据流中区分出帧的起始与终止，其可以通过接收数据流自相关或者接收数据流与本地信号进行互相关的匹配计算来实现。其中，自相关的同步方法是指对接收信号进行采样，采集足够数量的样点后的接收序列与其自身的延迟序列进行相关运算，根据所寻找到的最大相关峰即可确定帧的起始位置，该方法不需要预先保存相关序列，在通信领域和光传感领域都较为常用。利用保护间隔进行帧同步是常用的一种帧同步方法，该方法是通过复制预置的帧数据的一小段作为保护间隔，在接收端仅对保护间隔进行互相关运算，能够在保证精确度的同时大大减少计算量。例如，在我国自主推出的数字地面多媒体广播系统中，发射端采用的时域同步正交频分复用技术，正是利用了循环PN序列作为保护间隔，从而使接收端能够快速进行系统同步；在光传感领域，同样利用保护间隔来达到不同位置光学频率梳中帧区分的目的。利用保护间隔进行帧同步的方法，虽然较为成熟并且性能优秀，但在同步过程中，为了保证帧同步的正确性，保护间隔的长度需要很大。如图3所示，利用保护间隔进行帧同步的传统计算方法中，在接收机端，同步过程不断移动同步窗口，每一次窗口移动，都需要N次累加计算和3*N次乘法计算来得到归一化互相关系数，以找到与预设的保护间隔序列相关性最高的位置，达到帧同步的目的。这种传统的帧同步计算方法，过程中涉及巨大的运算量，消耗时间较长，限制了该帧同步方法在实时系统中的应用。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的，在于提供一种快速帧同步方法，在保持利用保护间隔进行帧同步的优秀性能的同时，降低归一化互相关系数计算的复杂程度，加快帧同步过程，提高帧同步的效率。本专利技术的第二个目的，就在于提供上述方法的帧同步装置。本专利技术的第一个目的采用的技术方案如下：一种快速帧同步方法，包括以下步骤：1)将接收的模拟电信号转换成并行数字信号；2)对所述并行数字信号进行缓存；3)对所述缓存数据进行移动归一化互相关系数计算；4)对所述移动归一化互相关系数进行比较，得出帧同步结果；步骤3)所述对缓存数据进行移动归一化互相关系数计算的过程具体包括：3-1)对所述缓存数据进行移动平均值计算；3-2)对所述缓存数据利用移动平均值和增量更新进行归一化互相关系数计算。进一步的，步骤3-2)对所述缓存数据利用移动平均值和增量更新进行归一化互相关系数计算的过程具体包括：3-21)对所述缓存数据根据预设的保护间隔相对位置取出相应数据序列A和数据序列B，即从缓存数据的起始位开始按顺序取出序列长度等于保护间隔长度的数据序列A，从缓存数据的第{1+帧有效序列长度+保护间隔长度}的位置按顺序取出序列长度等于保护间隔长度的数据序列B，该次取出的数据序列A和数据序列B记为窗口的第一次移动位置；3-22)对所述数据序列A和数据序列B计算第一次移动位置的归一化互相关系数；所用归一化互相关系数公式为NCC＝cov/(varA×varB)，cov为数据序列A和数据序列B的方差，varA和varB分别为数据序列A和数据序列B的标准差，所述方差计算公式为所述标准差计算公式为其中，A(j)为数据数列A第j位置数据的值，为本次取出数据序列A的平均值，B(j)为数据数列B第j位置数据的值，为本次取出数据序列B的平均值；3-23)对所述缓存数据进行窗口移位，取出下一位置的数据序列A和数据序列B；即在缓存数据中由所述窗口的第一次移动位置，向后移动一个数据，取出本次的数据序列A和数据序列B，记为窗口的第二次移动位置；3-24)对所述的下一位置的数据序列A和B利用增量更新处理，快速计算出该位置的归一化互相关系数；3-25)重复上述3-23)和3-24)步骤，即由窗口的第二次移动位置向后移动一个数据，取出第三次移动位置的数据序列A和数据序列B，依次类推，计算窗口第三次至第m次移动位置,数据序列A和数据序列B的归一化互相关系数，m＝{帧有效序列长度+保护间隔长度}，移动结束。进一步的，所用增量更新算式为NCC(i)＝[cov(i-1)+conv_diff(i-1)]^2)/([A_var(i-1)+A_var_diff(i-1)]×[B_var(i-1)+B_var_diff(i-1)])，其中NCC(i)为当前位置的归一化互相关系数，cov(i-1)为前一位置数据序列A和数据序列B的方差，A_var(i-1)和B_var(i-1)分别为前一位置的序列A和数据序列B的标准差，conv_diff(i-1)为前一位置数据序列A和数据序列B的方差与当前位置数据序列A和数据序列B方差的差值，A_var_diff(i-1)为前一位置的数据序列A的标准差与当前位置的数据序列A标准差的差值；B_var_diff(i-1)为前一位置的数据序列B的标准差与当前位置的数据序列B标准差的差值；本专利技术步骤3)采用了增量更新的处理过程来减少帧同步过程的计算量。传统的帧同步方法通过重复使用所述归一化互相关系数公式NCC＝cov/(varA×varB)来获取不同位置序列的相关性，从而达到帧同步目的。但传统的帧同步方法存在运算量大的问题，本专利技术为了减少帧同步过程的运算量，利用窗口移位前后，从所述缓存数据取出的序列仅有一位数据不同的特点，利用窗口移位前的归一化互相关系数，来计算窗口移位后的归一化互相关系数，避免了传统帧同步方法中的大量冗余计算，简化了运算步骤和减少了运算量。经试验证明，本专利技术提供的快速帧同步方法能实现
技术介绍
中所需的帧同步功能，同时，由于采用增量更新的处理过程，使帧同步过程计算复杂度远远低于传统的帧同步方法。进一步地，步骤1)所述将接收的模拟电信号转换成并行数字信号的过程具体包括：1-1)将所述模拟电信号进行模数转换，生成数字信号；1-2)对所述数字信号进行串并转换，生成并行数字信号。进一步地，步骤2)对所述并行数字信号进行缓存的过程具体包括：2-1)对所述并行数字信号进行存储；2-2)对所述并行数字信号进行读取。进一步，步骤4)对所述移动归一化互相关系数进行比较，得出帧同步结果的过程具体包括：4-1)对所述移动归一化互相关系数进行比较，找出最大值及最大值所在位置；4-2)输出所述最大值及最大值所在位置。本专利技术的第二个目的是提供一种帧同步装置，所述装置包括：模数转换单元，用于将所述模拟电信号转换为并行数字信号；缓存控制单元，用于对所述并行数字信号进行缓存；移动归一化互相关系数计算单元，用于对所述缓存数据进行移动归一化互相关系数计算；帧同步定位单元，用于对所述移动归一化互相关系数进行比较，得出帧同步结果。所述移动归一化互相关系数计算单元包括：移动平均值计算子单元，用于对所述缓存数据进行移动平均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速帧同步方法，包括以下步骤：/n1)将接收的模拟电信号转换成并行数字信号；/n2)对所述并行数字信号进行缓存；/n3)对所述缓存数据进行移动归一化互相关系数计算；/n4)对所述移动归一化互相关系数进行比较，得出帧同步结果；/n其特征在于，/n步骤3)所述对缓存数据进行移动归一化互相关系数计算的过程具体包括：/n3-1)对所述缓存数据进行移动平均值计算；/n3-2)对所述缓存数据利用移动平均值和增量更新进行归一化互相关系数计算。/n

【技术特征摘要】
20190605 CN 20191049005431.一种快速帧同步方法，包括以下步骤：
1)将接收的模拟电信号转换成并行数字信号；
2)对所述并行数字信号进行缓存；
3)对所述缓存数据进行移动归一化互相关系数计算；
4)对所述移动归一化互相关系数进行比较，得出帧同步结果；
其特征在于，
步骤3)所述对缓存数据进行移动归一化互相关系数计算的过程具体包括：
3-1)对所述缓存数据进行移动平均值计算；
3-2)对所述缓存数据利用移动平均值和增量更新进行归一化互相关系数计算。


2.根据权利要求1所述的快速帧同步方法，其特征在于，
步骤3-2)对所述缓存数据利用移动平均值和增量更新进行归一化互相关系数计算的过程具体包括：
3-21)对所述缓存数据根据预设的保护间隔相对位置取出相应数据序列A和数据序列B，该次取出的数据序列A和数据序列B记为窗口的第一次移动位置；
3-22)对所述数据序列A和数据序列B计算第一次移动位置的归一化互相关系数；
3-23)对所述缓存数据进行窗口移位，取出下一位置的数据序列A和数据序列B；即在缓存数据中由所述窗口的第一次移动位置，向后移动一个数据，取出本次的数据序列A和数据序列B，记为窗口的第二次移动位置；
3-24)对所述的下一位置的数据序列A和B利用增量更新处理，计算出该位置的归一化互相关系数；
3-25)重复上述3-23)和3-24)步骤，即由窗口的第二次移动位置向后移动一个数据，取出第三次移动位置的数据序列A和数据序列B，依次类推，计算窗口第三次至第m次移动位置数据序列A和数据序列B的归一化互相关系数，m＝{帧有效序列长度+保护间隔长度}，移动结束。


3.根据权利要求2所述的快速帧同步方法，其特征在于，
所用增量更新处理算式为NCC(i)＝[cov(i-1)+conv_diff(i-1)]^2)/([A_var(i-1)+A_var_diff(i-1)]×[B_var(i-1)+B_var_diff(i-1)])，其中NCC(i)为当前位置的归一化互相关系数，cov(i-1)为前一位置数据序列A和数据序列B的方差，A_var(i-1)和B_var(i-1)分别为前一位置的序列A和数据序列B的标准差，conv_diff(i-1)为前一位置数据序列A和数据序列B的方差与当前位置数据序列A和数据序列B方差的差值，A_var_diff(i-1)为前一位置的数据序列A的标准差与当前位置的数据序列A标准差的差值；B_var_diff(i-1)为前一位置的数据序列B的标准差与当前位置的数据序列B标准差的差值。


4.根据权利要求1所述的快速帧同步方法，其特征在于，步骤1)所述将接收的模拟电信号转换成并行数字信号的过程具体包括：
1-1)将所述模拟电信号进...

【专利技术属性】
技术研发人员：高社成，潘秋怡，黄新成，王驿钊，刘伟平，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44