[发明专利]一种抵抗单频干扰的帧同步方法

说明书

技术领域

本发明属于数字通信技术领域，具体涉及一种采用低阶的归一化LMS（Least Mean Square，最小均方误差）自适应滤波器的帧同步方法，该方法在接收信号中存在较大单频干扰时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，接收端为了准确获得物理层帧的传输时间，需要利用接收信号中的部分信息对接收到的物理层帧的起始时刻进行估计，该过程既为物理层帧的同步过程。采用相关的方法进行同步是大多数通信系统的方法，它的基本做法是在传输的信号中附加一些特定的序列，在接收端通过对这些序列进行相关运算，进行相关后得到与相关窗位置对应的一系列相关值，组成相关序列（相关窗是通用术语，指参加相关运算的信号样点范围）；通过把相关序列与预先设定好的阈值进行比较，可以确定物理层帧的起始位置。

相关的方法分自相关与互相关两种，自相关的方法中进行相关运算的两部分序列均取自接收信号，互相关的方法中进行相关运算的则是接收信号与本地序列。采用自相关和互相关进行同步的方法各有优缺点。采用自相关同步法，优点在于对载波频率偏差等干扰具有较强的抵抗能力，而主要缺点在于相关序列随着相关窗位置的变化而线性变化，峰值附近的相关结果在有随机噪声情况下很有可能超过峰值，造成估计误差；采用互相关同步法，优点在于相关峰值突出，对抗随机噪声能力较强，而主要缺点在于对载波频率偏差等干扰的抵抗能力较弱。

然而，在传统的通信系统中，无论采用自相关还是互相关的同步方法，当接收信号中存在强单频干扰时，由于单频干扰的功率远大于有用信号，因此有用信号被淹没在干扰中，对接收信号做相关所得到的相关峰值与随机噪声的相关值差别不大，相关峰值远远无法达到正常设定的阈值，因而无法进行同步。在多载波通信系统中，常用的方法是对单频干扰的位置进行检测，并在同步模块前对接收信号做FFT（Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换），把受到单频干扰的载波及其邻近载波进行屏蔽或者限波，再通过IFFT（Inverse Fast Fourier Transform，快速傅里叶逆变换）把接收信号变换到时域，最后才进行同步。这种方法需要额外的FFT和IFFT开销，并且会引入较大的时延。

发明内容

本发明的目的是提出一种利用低阶的归一化LMS自适应滤波器的帧同步方法，该方法在存在较大的单频干扰的情况下，仍能准确地估计出帧起始位置。

本发明的帧同步方法的技术方案如下：

一种抵抗单频干扰的帧同步方法，其步骤包括：

（1）在数据符号流的物理层帧头插入帧同步序列组成完整的发送信号发送到接收端，并在所述接收端设定一阈值；

（2）接收端将原始接收信号输入减去低阶滤波器的输出得到修正后的接收信号；

（3）将所述修正后的接收信号与本地序列做归一化互相关计算，得到归一化相关结果；

（4）将所述归一化相关结果与所述设定阈值比较，找出帧的起始位置，完成帧同步。

更进一步，所述低阶滤波器是低阶归一化自适应滤波器，所述滤波器的输出是原始接收信号通过一个低阶归一化LMS自适应滤波器得到。

更进一步，归一化LMS自适应滤波器满足如下条件：

第n次迭代时目标响应标量与实际输出标量之差：

其中，表示第n次迭代时的滤波器系数向量，表示第n次迭代时的输入向量，d(n)表示第n次迭代时的目标响应标量，运算符号^H表示共轭转置。

更进一步，归一化LMS自适应滤波器第n+1次迭代时的滤波器系数向量满足递归表达式为：

其中，

为一正的实数因子，||||表示欧氏范数，*表示复共轭。

更进一步，所述低阶归一化LMS自适应滤波器的的阶数为3。

更进一步，归一化互相关计算为能量归一化的互相计算：

（1）接收端存储的本地序列S_t={s_t(1),s_t(2),…,s_t(L)}，L为序列长度，则接收端的相关窗长度也为L，接收端相关窗内信号样点序列为R_t={r_t(1),r_t(2),…,r_t(L)}；

（2）通过能量归一化互相关按照如下公式计算：