一种窄带通信系统物理层同步方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种窄带通信系统物理层同步方法及系统，所述方法包括，首先，将物理帧划分为自动功率控制部分、第一同步码部分和信息序列部分，所述第一同步码部分设置在自动功率控制部分与信息序列部分之间；然后，在所述第一同步码部分引入线性调频信号序列；最后，在所述信息序列部分加入PN序列。性调频信号序列作为同步码不受干扰和噪声带来的个别位误码的影响，且由于也引入了PN码，对线性调频信号序列进行处理之后，即使存在一个或多个符号的同步误差，也可通过PN码进行纠正。

A physical layer synchronization method and system for narrowband communication system

【技术实现步骤摘要】
一种窄带通信系统物理层同步方法及系统
本专利技术属于铁路通信领域，特别涉及一种窄带通信系统物理层同步方法及系统。
技术介绍
各类通信系统中，帧（frame）同步的目的就是为了找到每一帧的起止时刻或者给出每个帧的开头和末尾时刻。当通信系统收到帧，只有在成功同步后才算是捕获到该帧，进而对其携带的信息进行解码。从而在帧发送之前，需要在帧中插入同步码，现有同步技术中，同步码插入的位置除了可在帧头以及在帧头和帧尾同时集中插入，也可以在信息码中的已知位置分散插入。在帧长固定的系统中，同步码呈周期性；在可变帧长的系统中，同步码呈非周期性，示例性的，如图1所示的集中插入方式，且为定长帧系统中的同步码，同步码呈周期性；如图2所示的集中插入方式，且为变长帧系统中的同步码，同步码呈非周期性；如图3所示的分散插入方式，且为定长帧系统中的同步码，同步码呈周期性。此外，通信系统在收到一组码元后，使用已知的同步码并采用预设的检测方法对收到的序列进行检测，现有的检测方式主要有：相关法，最大似然法和似然比检验等方法。但是在实际应用中，现有同步码的实现方式存在各类噪声、干扰以及多普勒频移等原因引起的误码，使同步码中个别位发生错误，从而导致通信系统接收端出现漏识或误识，如果信息码中含有和同步码相同的码元，通信系统中还可能出现假同步现象，其中，漏识、误识和假同步等都会造成解码失败。因此，帧同步码的同步方式越来越成为降低误帧率、保障系统可靠性的关键问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种窄带通信系统物理层同步方法及系统，降低了帧同步的误帧率、保障系统信息传输的可靠性。本专利技术的目的在于提供一种窄带通信系统物理层同步方法，所述方法包括，将物理帧划分为自动功率控制部分、第一同步码部分和信息序列部分，所述第一同步码部分设置在自动功率控制部分与信息序列部分之间；在所述第一同步码部分引入线性调频信号序列；在所述信息序列部分加入PN序列。进一步地，所述在所述第一同步码部分引入线性调频信号序列包括，设置线性调频信号s(t)：；设置线性调频信号的总时间长度L为n个符号宽度，其中，每个符号的宽度为T、过采样频率为m，j表示复数；基于所述总时间长度L，计算线性调频信号每个采样点的角度：；将所述采样点的角度代入线性调频信号s(t)中，输出线性调频信号序列。进一步地，所述线性调频信号序列中的符号数量K满足：K=n*m。进一步地，所述将物理帧划分为自动功率控制部分、第一同步码部分和信息序列部分还包括，将所述信息序列部分划分为一个或多个时隙；将每个所述时隙分成三部分，其中，两端分别为第一信息序列子部分和第二信息序列子部分，用于放置信息序列，中间为第二同步码部分，用于加入PN序列。进一步地，所述加入PN序列包括，设置PN序列；将所述PN序列变为复数的PN序列；将所述变为复数的PN序列插入至每个所述时隙的第二同步码部分。进一步地，所述方法还包括接收信号序列，并执行以下步骤:对所述线性调频信号序列进行粗同步；截取所述PN序列进行精同步。进一步地，对所述线性调频信号序列进行粗同步具体包括以下步骤：步骤S11、在接收到的信号序列中截取Q个符号，计算平均信号功率；其中，M代表信号序列中的总符号数，M1为信号序列中第倒数M1位，i为整数，且i＞0，x(i)代表截取的所述Q个符号中的第i个符号；步骤S12、从接收到的信号序列的第一位开始，设置起始位置pos为0；步骤S13、截取长度为K的一段序列C；步骤S14、将所述序列C分别与exp（j*ang（t））和exp（-j*ang（t））进行互相关运算；步骤S15、将互相关运算后的结果分别进行FFT变换，找出相关峰、峰值对应的位置分别为f1、f2；步骤S16、判断相关峰的幅值是否小于或等于预设阈值乘以平均信号功率，若是，则执行步骤S17；否则，执行步骤S18；步骤S17、起始位置pos=pos+K，判断pos+K是否小于收到的信号序列长度，若是，重复步骤S13-步骤S16，否则，认为同步失败；步骤S18、获取数字域的时延：td=round（（f1-f2）*P），P为窄带通信系统系数；步骤S19、将起始位置设为pos1=pos+td；步骤S110、以pos1为起始位置，执行步骤S13-步骤S19，得到时延td2，起始位置pos2=pos1+td2；步骤S111、以pos2为起始位置，执行重复步骤S13-步骤S19，得到时延td3，起始位置pos3=pos2+td3；步骤S112、以pos3为起始位置，计算收到的信号序列剩余的长度，并判断是否小于信息序列部分总长度-过采样倍数，若是，则认为收到信号序列过短，判定为接收错误；否则，截取所述PN序列进行精同步。进一步地，截取所述PN序列进行精同步具体包括以下步骤：步骤21、设置精同步的半窗口大小为win；步骤22、从所述粗同步的起始位置pos3开始，计算第一个时隙和第二个时隙中PN码的起始位置，记为PN_POS1和PN_POS2；步骤23、分别以PN_POS1-win和PN_POS2-win作为起始位置进行精同步计算；步骤24、以PN_POS1-win为起始位置，取PN_POS1-win+LENpn个符号，计算第一个时隙中的内积，以PN_POS2-win为起始位置，取PN_POS2-win+LENpn个符号计算第二个时隙中的内积，并对计算出的两个内积值求和并记录；步骤25、将起始位置+1，重复步骤24，直到起始位置为PN_POS1+win结束；步骤26、找到内积最大值的起始位置，作为精同步的位置。本专利技术的另一目的在于提供一种窄带通信系统物理层同步系统，所述系统包括，划分模块，用于将物理帧划分为自动功率控制部分、第一同步码部分和信息序列部分，所述第一同步码部分设置在自动功率控制部分与信息序列部分之间；第一同步模块，用于在所述第一同步码部分引入线性调频信号序列；第二同步模块，用于在所述信息序列部分加入PN序列。进一步地，所述第一同步模块还用于执行以下步骤：设置线性调频信号s(t)：；设置线性调频信号的总时间长度L为n个符号宽度，其中，每个符号的宽度为T、过采样频率为m，j表示复数；基于所述总时间长度L，计算线性调频信号每个采样点的角度：；将所述采样点的角度代入线性调频信号s(t)中，输出线性调频信号序列。进一步地，所述划分模块还用于：将所述信息序列部分划分为一个或多个时隙；将每个所述时隙分成三部分，其中，两端为第一信息序列子部分和第二信息序列子部分，用于放置信息序列，中间为第二同步码部分，用于加入PN序列。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种窄带通信系统物理层同步方法，其特征在于，所述方法包括，/n将物理帧划分为自动功率控制部分、第一同步码部分和信息序列部分，所述第一同步码部分设置在自动功率控制部分与信息序列部分之间；/n在所述第一同步码部分引入线性调频信号序列；/n在所述信息序列部分加入PN序列。/n

【技术特征摘要】
1.一种窄带通信系统物理层同步方法，其特征在于，所述方法包括，
将物理帧划分为自动功率控制部分、第一同步码部分和信息序列部分，所述第一同步码部分设置在自动功率控制部分与信息序列部分之间；
在所述第一同步码部分引入线性调频信号序列；
在所述信息序列部分加入PN序列。


2.根据权利要求1所述的窄带通信系统物理层同步方法，其特征在于，所述在所述第一同步码部分引入线性调频信号序列包括，
设置线性调频信号s(t)：

；
设置线性调频信号的总时间长度L为n个符号宽度，其中，每个符号的宽度为T、过采样频率为m，j表示复数；
基于所述总时间长度L，计算线性调频信号每个采样点的角度：

；
将所述采样点的角度代入线性调频信号s(t)中，输出线性调频信号序列。


3.根据权利要求2所述的窄带通信系统物理层同步方法，其特征在于，所述线性调频信号序列中的符号数量K满足：
K=n*m。


4.根据权利要求1所述的窄带通信系统物理层同步方法，其特征在于，所述将物理帧划分为自动功率控制部分、第一同步码部分和信息序列部分还包括，
将所述信息序列部分划分为一个或多个时隙；
将每个所述时隙分成三部分，其中，
两端分别为第一信息序列子部分和第二信息序列子部分，用于放置信息序列，
中间为第二同步码部分，用于加入PN序列。


5.根据权利要求4所述的窄带通信系统物理层同步方法，其特征在于，所述加入PN序列包括，
设置PN序列；
将所述PN序列变为复数的PN序列；
将所述变为复数的PN序列插入至每个所述时隙的第二同步码部分。


6.根据权利要求1-5任一所述的窄带通信系统物理层同步方法，其特征在于，所述方法还包括接收信号序列，并执行以下步骤:
对所述线性调频信号序列进行粗同步；
截取所述PN序列进行精同步。


7.根据权利要求6所述的窄带通信系统物理层同步方法，其特征在于，对所述线性调频信号序列进行粗同步具体包括以下步骤：
步骤S11、在接收到的信号序列中截取Q个符号，计算平均信号功率；



其中，M代表信号序列中的总符号数，M1为信号序列中第倒数M1位，i为整数，且i＞0，x(i)代表截取的所述Q个符号中的第i个符号；
步骤S12、从接收到的信号序列的第一位开始，设置起始位置pos为0；
步骤S13、截取长度为K的一段序列C；
步骤S14、将所述序列C分别与exp（j*ang（t））和exp（-j*ang（t））进行互相关运算；
步骤S15、将互相关运算后的结果分别进行FFT变换，找出相关峰、峰值对应的位置分别为f1、f2；
步骤S16、判断相关峰的幅值是否小于或等于预设阈值乘以平均信号功率，若是，则执行步骤S17；否则，执行步骤S18；
步骤S17、起始位置pos=pos+K，判断pos+K是否小于收到的信号序列长度，若是，重复步骤S13-步骤S16，否则，认为同步失败；
步骤S18、获取数字域的时延：td=round（（f1-f2）*P），P为窄带通信系统系数；
步骤S19、将起始位置设为pos1=pos+td；
步骤S1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亦伟，韦文，周宇晖，师进，
申请(专利权)人：北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11