一种用于无线监控网络的同步头设计方法与流程

本发明涉及无线电中的信号同步方法，尤其涉及用于无线监控网络的同步头设计方法。

背景技术：

同步是进行信息传输的前提，同步性能的降低会直接导致通信系统性能的下降。正因为如此，为了保证信息的可靠传输，要求同步系统应有更高的可靠性。对于无线监控网络的同步问题，通过设计具有良好捕获性能的同步头是实现信号同步信号的有效解决方案。数据基于帧格式传输，同步头在同步时隙内发送。但无线信道的开放性不可避免地带来了脆弱性问题，使其容易受到窃取、攻击和利用。而现有的同步头设计方法中，只注重考虑同步头的捕获性能，而没有考虑同步的抗干扰性能和保密性能，使的现有无线监控网络的安全性存在很大隐患。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决无线监控网络同步头的抗干扰能力，使其具有抗突发干扰能力。本发明的另一个目的是无线监控网络同步头的设计采用加密方法处理，使其增加安全保密能力。本发明还有一个目的是通过采用循环正交码的循环移位方式来增加正交码的多样性，携带用户的地址编号，节约了用户地址编码字，提高了信息传输能力。

为了实现本发明的目的，提高同步头的抗突发干扰能力，本发明提供了一种基于dpss(discreteprolatespheroidalsequences，简称dpss)序列的同步头设计方法，包括第一级同步头和第二级同步头，其中，第一级同步头采用32位循环移位正交码01111100111010010000101011101100扩频调制dpss序列产生，dpss序列的持续时间占该循环正交码码片宽度的三分之一，其余三分之二码片宽度时间不传输信号；第二级同步头采用barker码扩频调制dpss序列产生，dpss序列的持续时间占barker码码片宽度的三分之一，其余三分之二码片宽度时间不传输信号，其中barker码的码片宽度与第一级同步头中的32位循环移位正交码相同；在发送端，第一级同步头与第二级同步头连续排列，并在同步头时隙内先后发送第一级同步头、第二级同步头；在收信端，采用滑动相关检测法则先捕获第一级同步头，滑动搜索区间大小为一个循环移位正交码的码片宽度，根据接收端本地模板信号与第一级同步头的相关值与判决门限的比较结果来判断信号的到达时刻，当大于判决门限时，将信号同步误差限定在一个码片时间内，完成第一级信号同步过程；然后采用相关检测法则捕获第二级同步头，通过细化搜索区间，进一步缩小信号同步误差，完成第二级信号同步过程，使接收机与发射机完成信号同步，为解调数据做准备。

进一步，为了实现本发明的目的，提高同步头安全保密能力，所述的第一级同步头中的32位循环移位正交码先与伪随机序列进行加密形成一个新的序列，然后再与dpss序列扩频调制产生第一级同步头；发送端和接收端事先约定采用哪种伪随机序列和加密算法。优选的，所述的第一级同步头中参与加密运算的伪随机序列为gold序列，加密算法为同或运算。

进一步，为了实现本发明的目的，提高信息传输效率，所述的第一级同步头中的32位循环移位正交码采用循环移位方式，每次循环右移一位，以此产生另外31个循环移位正交码，以此共得到32个不同排列顺序的循环移位正交码，然后再分别与dpss序列进行扩频调制产生第一级同步头，不同移位状态的循环移位正交码分别代表32个用户地址，具体编码如下：

循环右移0次：{a0,a1,a2,…,a29,a30,a31}代表用户地址0，

循环右移1次：{a31,a0,a1,a2,…,a29,a30}代表用户地址1，

循环右移2次：{a30,a31,a0,a1,a2,…,a29}代表用户地址2，

……，

循环右移31次：{a1,a2,…,a29,a30,a31,a0}代表用户地址31，

其中，循环右移0次的正交码{a0,a1,a2,…,a29,a30,a31}对应于01111100111010010000101011101100，在接收端，利用循环移位正交码的循环自相关特性来判断循环移位正交码的循环右移位数，从而区分发送信息的用户地址。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

①由于本发明采用dpss序列设计同步头，dpss序列在时频域具有较好的能量聚集特性，在相同时间带宽积条件下，与其它信号相比，其功率利用率最高，因此，将dpss序列用于同步头设计，可最大程度的提高同步头的能量聚集性，从而增强了同步头传输的信干比，提高了抗干扰能力。

②由于本发明采用32位循环移位正交码01111100111010010000101011101100和barker码扩频调制dpss序列产生同步头，同时dpss序列的持续时间占码片宽度的三分之一，其余三分之二码片宽度时间不传输信号，提高了同步头的扩频抗干扰能力。

③由于本发明采用循环移位正交码先与伪随机序列进行加密形成一个新的序列，然后再与dpss序列扩频调制产生第一级同步头，提高了同步头的保密能力。

④由于本发明采用循环移位正交码采用循环移位方式，以此得到32个不同排列顺序的循环移位正交码，然后再分别与dpss序列进行扩频调制产生第一级同步头，不同移位状态的循环移位正交码分别代表32个用户地址，节约用户地址字的传输，从而提高了信息传输的占用时间，提高了信息传输效率。

本发明的其它优点和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明同步头设计示意图。

图2是dpss序列加密示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明所公开的同步头，包括第一级同步头和第二级同步头，其中，第一级同步头采用32位循环移位正交码01111100111010010000101011101100扩频调制dpss序列产生，dpss序列的持续时间占该循环正交码码片宽度的三分之一，其余三分之二码片宽度时间不传输信号；第二级同步头采用barker码扩频调制dpss序列产生，dpss序列的持续时间占barker码码片宽度的三分之一，其余三分之二码片宽度时间不传输信号，其中barker码的码片宽度与第一级同步头中的32位循环移位正交码相同；在发送端，第一级同步头与第二级同步头连续排列，并在同步头时隙内先后发送第一级同步头、第二级同步头；在收信端，采用滑动相关检测法则先捕获第一级同步头，滑动搜索区间大小为一个循环移位正交码的码片宽度，根据接收端本地模板信号与第一级同步头的相关值与判决门限的比较结果来判断信号的到达时刻，当大于判决门限时，将信号同步误差限定在一个码片时间内，完成第一级信号同步过程；然后采用相关检测法则捕获第二级同步头，通过细化搜索区间，进一步缩小信号同步误差，完成第二级信号同步过程，使接收机与发射机完成信号同步，为解调数据做准备。其中，关于判决门限的设置，可根据现有技术中关于相关检测方法中的知识进行设置，判决门限值越大，则信号同步误差越小，反之，同步误差越大。

在第二级同步头的捕获中，可采用相关检测法则进行捕获。相干检测是根据本地模板信号与接收信号的相干检测值来捕获同步信号，主要包括串行捕获、并行捕获、串并混合捕获、max/tc算法等，其中，以max/tc算法捕获方案性能较为优异。因此，为了便于说明本发明的技术特征，这里仅以max/tc算法为例阐述同步捕获方法，对于本领域内的普通技术人员而言，关于其它一些众所周知的同步捕获方法，这里不再进行叙述。

在第二级同步头捕获过程中，将一个码片宽度划分为10个搜索子区间，然后再将每个搜索子区间划分为10个单元，在每个搜索子区间内，并列计算各个单元时间内所接收到的第二级同步头信号与本地模板信号的相关值，搜索该子区间中的最大值与判决门限值比较，如超过门限则认为已捕获信号，否则进入下一个子区间用相同的步骤进行搜索，直到某个子区间的最大值超过门限值为止。

在本发明中，第一级同步头和第二级同步头中，dpss序列的持续时间占码片宽度的三分之一，其余为空，这样设计的目的是使dpss序列具有脉冲特征，进一步增强了同步头的扩频抗干扰能力。

如图2所示，本发明为了提高同步头安全保密能力，所述的第一级同步头中的32位循环移位正交码先与伪随机序列进行加密形成一个新的序列，然后再与dpss序列扩频调制产生第一级同步头；发送端和接收端事先约定采用哪种伪随机序列和加密算法。优选的，所述的第一级同步头中参与加密运算的伪随机序列为gold序列，加密算法为同或运算。

进一步，为了提高信息传输效率，所述的第一级同步头中的32位循环移位正交码采用循环移位方式，每次循环右移一位，以此产生另外31个循环移位正交码，以此共得到的32个不同排列顺序的循环移位正交码，然后再分别与dpss序列进行扩频调制产生第一级同步头，不同移位状态的循环移位正交码分别代表32个用户地址，具体编码如下：

循环右移0次：{a0,a1,a2,…,a29,a30,a31}代表用户地址0，

循环右移1次：{a31,a0,a1,a2,…,a29,a30}代表用户地址1，

循环右移2次：{a30,a31,a0,a1,a2,…,a29}代表用户地址2，

……，

循环右移31次：{a1,a2,…,a29,a30,a31,a0}代表用户地址31，

其中，循环右移0次的正交码{a0,a1,a2,…,a29,a30,a31}对应于01111100111010010000101011101100，在接收端，利用循环移位正交码的循环自相关特性来判断循环移位正交码的循环右移位数，从而区分发送信息的用户地址。

通过循环移位正交码循环移位的方式，得到32种不同移位状态的循环移位正交码，分别代表不同用户的地址，从而节省了用户地址字的传输时间，提高了信息传输的信道利用率。

进一步，由dpss序列的性质可知，对于持续时间有限的dpss序列，在频域上可最大程度的集中在频域区间内。频域带限能量集中度最大的dpss序列的包络曲线具有单峰值特性，用于设计同步头时，这为设计具有单峰值自相关特征的同步头实现信号同步提供了一种有效手段，更便于接收端捕获同步信号。因此，在本发明中，所述的dpss序列，优选采用频域带限能量集中度最大的dpss序列进行同步头设计。

进一步，为了缩短第二级同步头的捕获时间，在本发明中，所述的用于第二级同步头的barker码为7位barker码，采用7位barker码进行第二级同步头设计，不仅使第二级同步头保持了抗突发干扰的能力，同时也缩短了第二级同步头的捕获时间，提高了信号同步效率。

本发明采用32位循环移位正交码和barker码扩频调制dpss序列设计同步头，提高了同步头的扩频抗干扰能力，且循环移位正交码可先与伪随机序列进行加密形成一个新的序列，然后再与dpss序列扩频调制产生第一级同步头，从而提高了同步头的保密能力，通过循环移位方式，用不同移位状态的循环移位正交码分别代表用户地址，节约用户地址字的传输，从而提高了信息传输的占用时间，提高了信息传输效率。

本发明所公开的同步头设计方法，不仅仅局限应用于无线监控网络，也可用于其它无线通信系统中。显而易见的是，本领域的技术人员可以从根据本发明的实施方式的各种方案中获得的各个实施方式尚未直接提到的各种效果。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列的运用方式。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。