一种基于dqpsk同步序列的帧同步方法及系统
阅读说明：本技术 一种基于dqpsk同步序列的帧同步方法及系统 (Frame synchronization method and system based on DQPSK synchronization sequence ) 是由 刘武 杨超 罗鸣 于 2021-10-26 设计创作，主要内容包括：一种基于DQPSK同步序列的帧同步方法,涉及通信领域,方法包括：接收数据序列R,所述数据序列R的导码包括两段重复的同步序列S,对数据序列R和同步序列S分别进行差分运算,得到第一序列R～(′)和第二序列S～(′)；在第一序列R～(′)中滑动窗口,截取连续两段与同步序列S等长的信号数据进行自相关运算,由运算后获得的峰值位置确定同步头预估区域；在同步头预估区域内,截取与第二序列S～(′)相同长度的信号数据,再与第二序列S～(′)进行相关运算,确定同步头具体位置；根据同步头具体位置实现帧同步。该方法可以求出数据帧起始位置,在大频偏低SNR条件下仍能稳定准确的实现帧同步。(A frame synchronization method based on DQPSK synchronization sequence relates to the communication field, the method comprises: receiving a data sequence R, wherein a guide code of the data sequence R comprises two repeated synchronous sequences S, and performing differential operation on the data sequence R and the synchronous sequences S respectively to obtain a first sequence R ′ And a second sequence S ′ (ii) a In the first sequence R ′ A middle sliding window intercepts two continuous sections of signal data with the same length as the synchronization sequence S to perform autocorrelation operation, and determines a synchronization head estimation area according to the peak position obtained after the operation; in the synchronous head pre-estimation area, the second sequence S is intercepted ′ Signal data of the same length, and then the second sequence S ′ Performing correlation operation to determine the specific position of the synchronous head; and realizing frame synchronization according to the specific position of the synchronization head. The method can calculate the initial position of the data frame, and can still stably and accurately realize frame synchronization under the condition of large frequency and low SNR.)
技术领域
本发明涉及通信领域，具体来讲涉及一种基于DQPSK(差分正交相移键控)同步序列的帧同步方法及系统。
背景技术
数据帧的时间同步是数字通信中的关键技术之一，即数据接收端确定发送端所发送的数据帧的时域起点，从而按照约定的帧结构确定数据帧中各个符号的位置。时域同步主要基于同步序列的方法，该方法同步精度高，且性能稳定，基于同步序列的帧同步方法主要分为互相关和自相关两类：互相关是把接收到的基带数据与本地存储的同步序列进行互相关；自相关是在发送端帧头中连续插入两段相同的同步序列，接收时从基带数据中截取两段紧接着的与同步序列等长的数据进行相关运算。相关运算后找到相关器输出值的峰值位置，即对应着同步序列所对应的帧起始位置。
帧同步算法是后续算法的基础，提取出同步头和有效数据是后续算法的基础，直接影响到系统的信号处理的性能，因此必须保证同步算法的精度和健壮性。同时，基于同步序列的算法占用一定长度的时隙，且相关运算需要较多的计算量，如何降低算法的复杂度，减少硬件资源的消耗，也是算法设计所必须考虑的重点问题。
研究发现，目前帧同步算法在接收信号存在大频偏以及信号SNR(信噪比)较低时，相关运算后找到的相关峰值较低，极端情况下难以确定相关峰准确位置，因此如何在大频偏低SNR条件下提高同步算法的健壮性成为一个需要持续改进的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于DQPSK同步序列的帧同步方法及系统，在接收信号存在大频偏以及信号SNR较低时，求出数据帧起始位置，稳定准确实现帧同步。
为达到以上目的，一方面，采取一种基于DQPSK同步序列的帧同步方法，包括：
接收数据序列R，所述数据序列R的导码包括两段重复的同步序列S，对数据序列R和同步序列S分别进行差分运算，得到第一序列R′和第二序列S′；
在第一序列R′中滑动窗口，截取连续两段与同步序列S等长的信号数据进行自相关运算，由运算后获得的峰值位置确定同步头预估区域；
在同步头预估区域内，截取与第二序列S′相同长度的信号数据，再与第二序列S′进行相关运算，确定同步头具体位置；
根据同步头具体位置实现帧同步。
优选的，所述数据序列R包括导码和载荷数据，所述同步序列采用DQPSK调制编码。
优选的，所述第一序列R′中的信号数据R′i为：
R′i＝Ri*conv(Ri+1)(i＝1，2，..L-1)
其中，i为序号，L为数据序列R的长度；
所述第二序列S′中的信号数据S′i为：
S′i＝Si*conv(Si+1)(i＝1，2，..N-1)
其中，i为序号，N为同步序列S的长度，且N＞256。
优选的，所述连续两段与同步序列S等长的信号数据为[Ri′ R′i+1...R′i+N-1]和[R′i+NR′i+N+1...R′i+2N-1]，自相关运算的值为：
其中k表示两段等长的信号数据中的索引，找到Wi的峰值位置，在峰值位置两侧各取一段与同步序列S等长的距离，共同作为同步头预估区域。
优选的，在同步头预估区域内，截取与第二序列S′相同长度的信号数据，再与第二序列S′进行相关运算的值W′i为：
其中Z表示同步头预估区域，找到W′i的峰值位置，峰值位置对应的i值即为同步头具体位置。
另一方面，提供一种基于DQPSK同步序列的帧同步系统，包括：
第一差分运算模块，用于对接收的数据序列R进行差分运算，得到第一序列R′，所述数据序列R的导码包括两段重复的同步序列S；
第二差分运算模块，用于对所述同步序列S进行差分运算，得到第二序列S′；
第一相关运算模块，用于在在第一序列R′中滑动窗口，截取连续两段与同步序列S等长的信号数据进行自相关运算，还用于由运算后获得的峰值位置确定同步头预估区域；
第二相关运算模块，用于在同步头预估区域内，截取与第二序列S′相同长度的信号数据，再与第二序列S′进行相关运算，确定同步头具体位置；
帧同步模块，用于根据同步头具体位置实现帧同步。
优选的，所述第一差分运算模块中，第一序列R′中的信号数据R′i为：
R′i＝Ri*conv(Ri+1)(i＝1，2，..L-1)
其中，i为序号，L为数据序列R的长度。
第二序列S′中的信号数据S′i为：
S′i＝Si*conv(Si+1)(i＝1，2，..N-1)
其中，i为序号，N为同步序列S的长度，且N＞256。
优选的，所述第一相关运算模块截取连续两段与同步序列S等长的信号数据为[R′i R′i+1...R′i+N-1]和[R′i+NR′i+N+1...R′i+2N-1]，自相关运算的值为：
其中k表示两段等长的信号数据中的索引，找到Wi的峰值位置，在峰值位置两侧各取一段与同步序列S等长的距离，共同作为同步头预估区域。
优选的，所述第二相关运算模块在同步头预估区域内，截取与第二序列S′相同长度的信号数据，再与第二序列S′进行相关运算的值W′i为：
其中Z表示同步头预估区域，找到W′i的峰值位置，峰值位置对应的i值即为同步头具体位置。
优选的，所述数据序列R包括导码和载荷数据，所述同步序列采用DQPSK调制编码。
上述技术方案中的一个具有如下有益效果：
本发明在发送数据中插入DQPSK同步序列，接收端通过差分运算去除频偏之后，再通过与已知DQPSK序列进行自相关运算和互相关运算，可以求出数据帧起始位置，因此在大频偏低SNR条件下仍能稳定准确的实现帧同步。
附图说明
图1为本发明实施例基于DQPSK同步序列的帧同步方法流程图；
图2为DQPSK同步序列的帧结构示意图；
图3为本发明实施例基于DQPSK同步序列的帧同步系统示意图。
附图标记：
1、第一差分运算模块；2、第二差分运算模块；3、第一相关运算模块；4、第二相关运算模；5、帧同步模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明提供一种基于DQPSK同步序列的帧同步方法的实施例，包括如下步骤：
S1、对接收的数据序列R和同步序列S分别进行差分运算，得到第一序列R′和第二序列S′。
如图2所示，接收的数据序列R包括导码和载荷数据，其中导码由两段重复的同步序列S拼接而成，同步序列S采用DQPSK调制编码。
S2、在第一序列R′中滑动窗口，截取连续两段与同步序列S等长的信号数据进行自相关运算，由运算后获得的峰值位置确定同步头预估区域。
S3、在同步头预估区域内，截取与第二序列S′相同长度的信号数据，再与第二序列S′进行相关运算，确定同步头具体位置。
S4、根据同步头具体位置实现帧同步。
上述步骤S1中，根据数据序列R进行差分运算得到第一序列R′，第一序列R′中的信号数据R′i为：
R′i＝Ri*conv(Ri+1)(i＝1，2，..L-1)，
其中，i为序号，L为数据序列R的长度。
同理，第二序列S′中的信号数据S′i为：
S′i＝Si*conv(Si+1)(i＝1，2，..N-1)
其中，i为序号，N为同步序列S的长度，且N＞256。
上述步骤S2中，截取到连续两段与同步序列S等长的信号数据为[R′iR′i+ 1...R′i+N-1]和[R′i+NR′i+N+1...R′i+2N-1]，进行自相关运算的值Wi为：
其中，k表示两段等长的信号数据中的索引，从0，1…N-1。找到Wi的峰值位置，在峰值位置的两侧各取一段与同步序列S等长的距离，两段距离总共作为同步头预估区域，同步头预估区域可以包括多个对应的i值。
上述步骤S3中，在同步头预估区域内，截取与第二序列S′相同长度的信号数据，再与第二序列S′进行相关运算的值W′i为：
其中Z表示同步头预估区域，找到W′i的峰值位置，峰值位置对应的i值即为同步头具体位置。
在上述步骤中，接收的数据序列R是接收端连续接收和处理的时域符号序列，在接收信号处理过程中，数据序列R已经经历采样、时钟同步等预处理步骤。
本实施例中，同步序列S的内容和长度可以在发送端和接收端约定好。
如图3所示，提供一个基于DQPSK同步序列的帧同步系统的实施例。系统包括第一差分运算模块1、第二差分运算模块2、第一相关运算模块3、第二相关运算模块4和帧同步模块5。
第一差分运算模块1，用来对接收的数据序列R进行差分运算，将前一个信号数据与后一个信号数据的共轭相乘后输出，得到第一序列R′。第一序列R′中的信号数据R′i为：
R′i＝Ri*conv(Ri+1)(i＝1，2，..L-1)
其中，i为序号，L为数据序列R的长度。
第二差分运算模块2，用于对同步序列S进行差分运算，得到第二序列S′。第二序列S′中的信号数据S′i为：
S′i＝Si*conv(Si+1)(i＝1，2，..N-1)
其中，i为序号，N为同步序列S的长度，且N＞256。
第一相关运算模块3，用于在在第一序列R′中滑动窗口，截取连续两段与同步序列S等长的信号数据进行自相关运算，对相关运算的结果求和之后取绝对值；还用于由运算后获得的峰值位置确定同步头预估区域。具体的，截取的连续两段与同步序列S等长的信号数据为[R′iR′i+1...R′i+N-1]和[R′i+NR′i+N+1...R′i+2N-1]，自相关运算的值为：
其中k表示两段等长的信号数据中的索引，比较不同的i值，找到Wi的峰值位置，在峰值位置的两侧各取一段与同步序列S等长的距离，两段距离总共作为同步头预估区域。
第二相关运算模块4，用于在同步头预估区域内，截取与第二序列S′相同长度的信号数据，再与第二序列S′进行相关运算，确定同步头具体位置。截取与第二序列S′相同长度的信号数据，再与第二序列S′进行相关运算的值W′i为：
其中Z表示同步头预估区域，找到W′i的峰值位置，W′i峰值位置对应的i值即为同步头具体位置。
帧同步模块5，用于根据同步头具体位置实现帧同步。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
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