一种适用于超高速无线通信的帧同步方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于超高速无线通信系统的帧同步方法，该方法针对帧到达检测、帧定界、频偏估计展开了系统性联合设计，设计了两个状态机同时控制系统流程，提供了保护机制以避免在数据传输发生异常的情况下进行错误的帧定界及频偏估计。采用本发明专利技术提出的帧同步方法，可以实现超高速无线通信系统中数据的可靠传输。靠传输。靠传输。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于超高速无线通信的帧同步方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，是一种适用于超高速无线通信的帧同步方法。

技术介绍

[0002]随着信息化时代的发展，无线通信技术在生产生活中都扮演着日益重要的作用，对无线通信的质量和速率都有着越来越高的要求。在通信系统中，数据以流的形式从发端传送到收端，数据流被分为若干个帧，通信系统的收端首先要判断一帧是否到达，并对标识字段进行准确定位即帧定界，才能对数据做后续的处理。
[0003]为了进行高效帧同步以及其他相关处理，数据帧的头部一般需插入一段已知序列，被称为帧前导(preamble)。对于超高速无线通信，相关的标准都定义了类似于如图1所示的帧前导结构，如IEEE Std 802.15.3d、IEEE 802.11ad、IEEE 802.11ay等。图1中帧前导包含了同步域、帧定界域、信道估计域，同步域用于帧检测，由数段相同的序列a组成，这些重复的序列同时用于频偏估计；帧定界域作为帧标识字段，一般是一段与同步域所用序列相反的序列；信道估计域用于信道估计。其中，与帧同步相关的是同步域和帧定界域。
[0004]现有多种帧同步方案，典型地，专利“一种帧同步方法及装置”中，对当前周期接收到的IQ数据进行并行的复乘运算，获得对应于当前周期的一组差分相关值，然后对当前周期获得的差分相关值进行并行的相关运算，以获得对应于当前周期的一组相关值，根据获得的两组或两组以上相关值，基于帧同步状态机进行帧同步处理；专利“超帧帧同步的方法及装置”中，利用多个状态机搜索满足帧头图案要求的位置作为候选帧头的位置，然后进行候选帧头的符合性判断，在搜索到帧头的情况下进行帧同步。
[0005]现有帧同步方案主要处理帧到达检测，缺乏系统性考虑。首先，帧前导同步域同时用于帧到达检测和频偏估计，二者密不可分，需联合设计，否则可能导致帧同步之后没有足够的同步域数据用于完成正确频偏估计等问题；其次，帧定界域与同步域关联性强，也需纳入帧同步的整体设计，否则可能导致帧定界错误而引起后续的数据接收出错。
[0006]对于超高速系统，除上述问题以外，还应该考虑帧同步方案是否适用于多路数据并行，在多路数据并行的情况下，帧同步过程需要给出充分的数据有效指示，还需要给出正确的使能信号控制各模块是否工作。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有技术方案系统性考虑不够充分的问题，改进帧同步实现方式，展开帧到达检测、频偏估计和帧定界的联合设计，实现在超高速系统多路数据并行情况下高效正确完成帧同步，并完善保护机制以应对数据传输异常，形成具有高鲁棒性的超高速无线系统帧同步方法。
[0008]本专利技术首先提供了一种适用于超高速无线通信的帧同步方法，其包括如下步骤：
[0009]频偏补偿模块根据输入数据、数据有效指示信号、频偏估计模块提供的频偏估计值和频偏估计值有效指示信号，进行频偏补偿，得到频偏补偿后的输出数据和输出数据有
效信号指示，其中，所述的输入数据为经过去直流、自动增益控制、定时同步之后的多路符号级并行数据；
[0010]相关器根据所述频偏补偿后的输出数据和输出数据有效信号指示计算帧前导同步域Golay序列a
L
及b
L
与频偏补偿后序列的滑动相关值，输出滑动相关值和相关值有效指示信号；
[0011]峰值检测模块对滑动相关值进行峰值检测，输出峰值标记、峰值位置索引和输出值有效指示信号；
[0012]利用状态机A监测相关峰值有无异常，即通过监测相关峰值之间的间隔判断接收的数据是否是连续的，以避免帧定界位置错误等问题，状态机A的状态在初始状态、帧到达检测状态、频偏估计及帧定界阶段峰值确认状态之间跳转；
[0013]状态机B控制对所接收的数据帧进行的操作，其状态在帧到达检测状态、频偏估计状态、帧定界状态、其他处理状态之间跳转，状态机B输出使能信号进行控制，使所接收的数据帧依次进行帧到达检测、频偏估计、帧定界、其他处理，状态机B的状态跳转受状态机A控制；
[0014]频偏估计模块进行频偏估计，得到频偏估计值和频偏估计值有效指示信号，并传输给频偏补偿模块。
[0015]作为本专利技术的优选方案，所述的频偏补偿模块首先根据数据有效指示信号判断输入数据是否有效，若输入数据无效，则不进行频偏补偿；
[0016]若输入数据有效，则进一步判断频偏估计值是否有效，若频偏估计值有效，则更新频偏补偿值和一个时钟周期频偏补偿值的改变量；若频偏估计值无效，则不更新；
[0017]将频偏补偿值和一个时钟周期频偏补偿值的改变量相加得到当前时钟的频偏补偿值，用当前时钟的频偏补偿值补偿输入数据，得到频偏补偿后的输出数据，更新输出数据有效指示信号为1。
[0018]作为本专利技术的优选方案，N表示系统的并行路数，θ
f
o_
est
表示频偏估计值，θ表示频偏补偿值，θ
Δ
表示一个时钟周期的频偏补偿值的改变量；当输入的频偏估计值有效时，频偏补偿值θ根据式(1)进行更新，θ
Δ
根据式(2)进行更新。当输入的并行数据有效时，对数据进行频偏补偿所用的当前补偿值由式(3)表示：
[0019]θ＝θ
‑
θ
fo_esf
·
[1，2，
…
，N]T
ꢀꢀꢀ
(1)
[0020]θ
Δ
＝θ
Δ
‑
θ
fo_est
·
N
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0021]θ＝θ+θ
Δ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)。
[0022]作为本专利技术的优选方案，所述的相关器为并行结构的高效Golay相关器。
[0023]作为本专利技术的优选方案，所述的峰值检测具体为：
[0024]峰值检测模块首先判断滑动相关值有效性，若无效，则峰值标记设定为0，不更新峰值位置索引，输出值有效指示信号更新为0；
[0025]若滑动相关值有效，则找出一组滑动相关值中的最大值，将最大值的相关值及其位置索引分别存入两个三位的移位寄存器，并判断移位寄存器中间位的相关值是否大于两侧的值且大于设定的门限值；
[0026]如果判断结果为是，则峰值标记设定为1，峰值位置索引更新为寄存器中间位存储的位置索引，输出值有效指示信号更新为1；
[0027]如果判断结果为否，则峰值标记设定为0，不更新峰值位置索引，输出值有效指示信号更新为1；
[0028]输出峰值标记、峰值外置索引和输出值有效指示信号。
[0029]作为本专利技术的优选方案，开始接收数据时，状态机A处于初始状态，当来自峰值检测模块的峰值标记显示检测到峰值后，其状态跳转至帧到达检测状态，如果峰值标记显示还未检测到峰值，状态机A保持在初始状态；
[0030]在帧到达检测状态下，状态机A计数检测到的峰值，当计数到P个峰值时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于超高速无线通信的帧同步方法，其特征在于包括如下步骤：频偏补偿模块根据输入数据、数据有效指示信号、频偏估计模块提供的频偏估计值和频偏估计值有效指示信号，进行频偏补偿，得到频偏补偿后的输出数据和输出数据有效信号指示，其中，所述的输入数据为经过去直流、自动增益控制、定时同步之后的多路符号级并行数据；相关器根据所述频偏补偿后的输出数据和输出数据有效信号指示计算帧前导同步域Golay序列a
L
及b
L
与频偏补偿后序列的滑动相关值，输出滑动相关值和相关值有效指示信号；峰值检测模块对滑动相关值进行峰值检测，输出峰值标记、峰值位置索引和输出值有效指示信号；利用状态机A监测相关峰值有无异常，即通过监测相关峰值之间的间隔判断接收的数据是否是连续的，以避免帧定界位置错误等问题，状态机A的状态在初始状态、帧到达检测状态、频偏估计及帧定界阶段峰值确认状态之间跳转；状态机B控制对所接收的数据帧进行的操作，其状态在帧到达检测状态、频偏估计状态、帧定界状态、其他处理状态之间跳转，状态机B输出使能信号进行控制，使所接收的数据帧依次进行帧到达检测、频偏估计、帧定界、其他处理，状态机B的状态跳转受状态机A控制；频偏估计模块进行频偏估计，得到频偏估计值和频偏估计值有效指示信号，并传输给频偏补偿模块。2.根据权利要求1所述的适用于超高速无线通信的帧同步方法，其特征在于，所述的频偏补偿模块首先根据数据有效指示信号判断输入数据是否有效，若输入数据无效，则不进行频偏补偿；若输入数据有效，则进一步判断频偏估计值是否有效，若频偏估计值有效，则更新频偏补偿值和一个时钟周期频偏补偿值的改变量；若频偏估计值无效，则不更新；将频偏补偿值和一个时钟周期频偏补偿值的改变量相加得到当前时钟的频偏补偿值，用当前时钟的频偏补偿值补偿输入数据，得到频偏补偿后的输出数据，更新输出数据有效指示信号为1。3.根据权利要求2所述的适用于超高速无线通信的帧同步方法，其特征在于，N表示系统的并行路数，θ
fo_est
表示频偏估计值，θ表示频偏补偿值，θ
Δ
表示一个时钟周期的频偏补偿值的改变量；当输入的频偏估计值有效时，频偏补偿值θ根据式(1)进行更新，θ
Δ
根据式(2)进行更新。当输入的并行数据有效时，对数据进行频偏补偿所用的当前补偿值由式(3)表示：θ＝θθ
fo_est
·
[1，2，
…
，N]
T
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(1)θ
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＝θ
Δ
‑
θ
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·
N
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(2)θ＝θ+θ
Δ
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(3)。4.根据权利要求1所述的适用于超高速无线通信的帧同步方法，其特征在于，所述的峰值检测具体为：峰值检测模块首先判断滑动相关值有效性，若无效，则峰值标记设定为0，不更新峰值位置索引，输出值有效指示信号更新为0；若滑动相关值有效，则找出一组滑动相关值中的最大值，将该最大值及其位置索引分
别存入两个三位的移位寄存器，并判断移位寄存器中间位的相关值是否大于两侧的值且大于设定的门限值；如果判断结果为是，则峰值标记设定为1，峰值位置索引更新为寄存器中间位存储的位置索引，输出值有效指示信号更新为1；如果判断结果为否，则峰值标记设定为0，不更新峰值位置索引，输出值有效指示信号更新为1；输出峰值标记、峰值外置索引和输出值有效指示信号。5.根据权利要求1所述的适用于超高速无线通信的帧同步方法，其特征在于，开始接收数据时，状态机A处于初始状态，当来自峰值检测模块的峰值标记显示检测到峰值后，其状态跳转至帧到达检测状态，如果峰值标记显示还未检测到峰值，状态机A保持在初始状态；在帧到达检测状态下，状态机A计数检测到的峰值，当计数到P个...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐雅洁，张昌明，余显斌，戴胜男，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：