一种基于同步序列的无线通信高精度帧同步方法与流程

本发明涉及一种基于同步序列的无线通信高精度帧同步方法，属于无线通信技术。

背景技术：

在无线通信技术中，尤其是以正交频分复用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，ofdm)技术为代表的具有固定帧结构的调制方案，发射端和接收端必须在空口上进行无线帧在时间上的同步，即接收端确定发送端所发送的无线帧的起点位置，从而接收端能区分出整个无线帧各个不同传输符号的位置，为后续的解调做准备。帧同步主要有基于循环前缀和基于同步序列的两种方法，在基于同步序列的帧同步方法中：把接收到的基带数据与本地存储的同步序列进行互相关，找到互相关输出值的峰值即对应着同步序列所对应的位置，根据同步序列在整个无线帧中的位置，从而推出无线帧的起点。

为了与无线帧的结构相匹配，同步序列的长度一般较大；同时对于传输速率要求高的系统，采样率较高，那么系统的基带数据速率大。为了减少互相关算法的计算次数，降低复杂度，目前的帧同步算法多会对基带数据进行降采样，然后进行互相关。这样虽然降低了复杂度，却损失了帧同步的精度，给系统造成了一定的误差。

技术实现要素：

发明目的：为了解决上述降低采样率后做的帧同步(以下归为粗同步)带来的同步位置不精确的问题，同时尽量降低同步的复杂度，本发明提出了一种基于同步序列的无线通信高精度帧同步方法，相比于粗同步仅仅加入复杂度很低的模块即可在粗同步基础上，获得精确的帧同步位置。

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于同步序列的无线通信高精度帧同步方法，用于在无线通信系统中，对无线帧中的同步序列进行检测，高精度地确定无线帧起始位置，解决无线通信中无线帧时域上的精确定时同步问题，同时克服一般精同步所带了的资源消耗大的问题；具体包括如下步骤：

(1)对接收到的基带数据进行低通滤波，消除非同步序列信号的干扰；采用基于循环前缀或基于同步序列的帧同步方法进行粗同步，得到粗同步位置(即粗同步所定位到的同步序列在接收数据帧中的起点位置)，存储根据粗同步位置得到的原始同步序列，该原始同步序列的长度为l个点；

(2)将原始同步序列起点往前的第n个点开始的、长度为l+2n+1的数据作为基带数据，存储该基带数据；

(3)对l点的原始同步序列和l+2n+1点的基带数据进行互相关计算(进行2n+1互相关)，该互相关计算未对原始同步序列进行降采样，因此包含了原始同步序列的所有信息，提高了精确同步位置的精度；

(4)搜索互相关结果的峰值，并找到该峰值对应的位置，即得到对应的序号；互相关结果的序号从基带数据的起点算起，对应的序号为1～2n+1；将找到的峰值对应的位置转换成偏置，即在序号上减n，所以偏置的范围为(-n，n)；

(5)将粗同步位置与偏置相加，结果即为最终的精同步位置。

优选的，所述步骤(2)中，n为粗同步最大误差的绝对值，即粗同步最大误差为±n；因此，我们在定位基带数据时，只要在原始同步序列前后分别扩大n个点即可包含所有可能的同步序列，所以在做l点互相关计算时，必定能够找到峰值。

本发明中，首先，对基带数据的起始位置和长度做了一定要求，使得取出的基带数据能够完全覆原始同步序列的范围；其次，在进行互相关计算时，采用了完整的原始同步序列，使得互相关计算利用了原始同步序列的全部采样点信息，确保了精同步的精确度；另外，我们将偏置理解为精同步位置与粗同步位置的差距，将粗同步位置与偏置相加，即可得到精同步位置。

需要注意的是，本发明在系统的发送端，必须严格发送具有固定帧格式的无线信号，并且同步序列在帧格式中的位置不能变动

有益效果：本发明提供的基于同步序列的无线通信高精度帧同步方法，具有如下有点，本精同步算法在传统的粗同步的基础上，精确求出粗同步位置与实际同步位置之间的偏差，从而算出精同步点，与粗同步相比仅仅添加了2n+1次l点互相关，资源消耗极低，同步精度极高；本发明设计合理，同步效果明显，算法复杂度低。

附图说明

图1为本发明的实施流程图；

图2为本发明存储的基带数据的范围示意图。

具体实施方式

下面结合ltesiso系统对本发明作更进一步的说明。

ltesiso系统采用严格地帧格式，系统一个无线帧分为10ms，每个无线帧分为10个子帧，每个子帧分为2个时隙，每个时隙中包含7个ofdm符号，每个符号采用2048点ifft调制，加上循环前缀，一个无线帧共有307200个点，系统采样率为30.72msamples/s，同步序列加在无线帧的第一个ofdm符号上，长度l为2048，这里的同步序列选择pss序列，带宽为0.465mhz，发射机必须严格按照帧格式并持续发送带有pss序列的无线帧，接收机才能进行后续的精同步。

在接收端，经过下变频，由adc获取基带数据，首先应用低通滤波器滤除同步序列频带外的干扰信号，消除对后续同步算法的影响，经过低通滤波器的信号同时分给两个模块：粗同步模块和基带数据存储模块，粗同步模块的选择较多，目前主要基于降采样(可以选择降采样16倍)基带数据之后进行互相关得到粗同步位置，此时的互相关器的长度为l除以降采样倍数，这里为128，该算法会产生一定的误差；基带数据存储模块是根据粗同步位置，存储同步序列所在范围内的基带数据，但不知道同步序列的起点位于所存储基带数据的哪一点。

存储数据之后，进行l点的自相关，这里进行2n+1次互相关，在降采样16倍的情况下，最大误差为8，所以n＝8，共进行17次l点互相关。

互相关之后进行峰值的搜索，找到峰值对应的坐标，0～2n+1，转换成偏置，-n～n，再将粗同步位置与偏置相加，即可得到最终的精同步的位置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于同步序列的无线通信高精度帧同步方法，首先对基带信号进行低通滤波，之后分别进行粗同步和数据存储，粗同步输出带有一定误差的同步位置，数据存储是为了后续进行精同步做数据准备，精同步的要点是进行了非降采样下的互相关，利用了同步序列的所有信息，因而能够得到最精确的同步位置。本发明帧同步精度极高，适用于具有固定帧格式的无线通信系统。

技术研发人员：高君慧;黄志超;曹凡;姜培文;金石
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2017.03.09
技术公布日：2017.07.14