[发明专利]一种帧同步方法

说明书

技术领域：

本发明属于数字通信技术领域，具体涉及一种采用互相关运算的帧同步方法，该方法 在接收信号中存在较大载波频率偏差的情况下仍然能够准确地估计出帧起始位置。

背景技术：

在突发式通信系统中，由于接收端无法准确预知各物理层帧的传输时间，因而需要利 用接收信号中的部分信息对所接收的物理层帧的起始时刻进行估计。大多数通信系统均 采用相关的方法，对接收信号中的特定序列进行互相关或者自相关，并根据相关峰值的 位置确定物理层帧的起始时刻。例如，在IEEE 802.11(Wireless Local Area Network， WLAN)中，其前导序列中的短训练符号即可被用于采用相关的方法进行帧同步。采用相 关方法进行同步时，通常预先设定一个阈值，如果相关结果超过该阈值，则认为当前相 关窗的起始位置即为物理层帧的起始位置。

采用自相关的方法进行帧同步，能够有效克服载波频率偏差等干扰对相关结果的影 响。但是，帧同步序列的自相关曲线随相关窗位置的滑动呈线性变化，其相关峰值附近 的相关值大小与相关峰值非常接近。在存在各种随机噪声的情况下，难以准确的估计出 物理层帧的起始时刻。

与自相关方法相比，互相关方法所获得的接收到的帧同步序列与本地序列的互相关曲 线具有相关峰值突出的优点。当相关窗的起始位置滑动至帧同步序列的起始位置时，能 够获得较大的相关值；相关窗滑动至其它位置时，所获得的相关值远小于相关峰值。因 此，采用互相关方法进行帧同步，能够有效地克服各种随机噪声的影响，更准确地估计 出物理层帧的起始时刻。

如果采用互相关方法进行帧同步，则需要设计相应的方法以克服载波频率偏差的干 扰。当接收端初始接入到网络中时，由于此时尚未完成对载波频率偏差等参数的估计， 需要在接收信号存在较大载波频率偏差的情况下进行帧同步。载波频率偏差会使接收信 号的相位中存在一个随样点数线性增长的偏差。当载波频率偏差较大时，由其引起的相 位偏差在帧同步序列内的变化范围可接近甚至超过π，使得接收到的帧同步序列与本地 序列的互相关峰值大大降低。因此，未对载波频率偏差进行补偿时，由于互相关峰值随 载波频率偏差的大小变化剧烈，从而难以预先设定阈值以判断是否找到物理层帧的起始 位置。目前常用的方法是，预先设定载波频率偏差的变化范围，接收端在该频率范围内 按照一定的步距在不同频率点上对接收信号进行互相关运算，选择各频点中最大的相关 值与阈值进行比较和判断，从而实现帧同步。但这种搜索方法需要实现多路滑动相关器， 而且在完成对载波频率偏差的估计和补偿之后只需保留一路相关器用于帧同步，从而导 致硬件资源消耗较大且利用率低下。

发明内容：

本发明的目的是提出一种基于互相关的帧同步方法，该方法在存在较大载波频率偏差 的情况下的，能准确地估计出帧起始位置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于互相关的帧同步方法，其步骤为：

a)发送端，在物理层帧的帧头加入长度为N的帧同步序列，该序列的自相关曲线具 有峰值突出的特性；例如m序列；

b)接收端，设定一个阈值，用于判断是否检测到帧起始位置；

c)预先设定系统中存在的最大载波频率偏差Δf_max，根据Δf_max确定长度L_max；若帧 同步序列长度超过L_max则当载波频率偏差为Δf_max时，其在序列内引起的相位偏差的变 化范围将超过θ_max；

根据L_max确定一个满足条件L_b≤L_max的分段长度L_b；将发送端使用的帧同步序列作为 本地序列，并将本地序列划分为K段；其中K为大小不小于N/L_b的最小整数；

d)接收端，将接收到的信号样点序列与本地序列做分段互相关：将相关窗内的接收信 号样点序列划分为K段，每段分别与对应的本地序列分段进行互相关，将所有的分段相 关结果累加；其中相关窗是通用术语，指当前参与相关运算的所有信号样点的范围；

e)接收端，对上述步骤d)中求得的分段互相关结果进行能量归一化：将相关结果除以 相关窗内所有接收信号样点的总能量；