CN101867543A - 一种基于信噪比估计的帧到达检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信噪比估计的帧到达检测方法，所述方法包括以下步骤：设置信噪比寄存器初始值为SNR₁，计数器n＝0；令n＝n+1；根据信噪比估计值，进行第n帧的帧头检测；提取出第n帧的前导块中用于信噪比估计的数据，进行信道估计，得到第n帧的信噪比估计值SNR_n；将第n帧的信噪比估计值SNR_n作为进行第n+1帧的帧头检测的SNR_n+1，进行第n+1帧的帧头检测，直至对所有帧都检测完毕。本发明在帧头检测中引入信噪比估计值，很好的消除了信噪比对帧头检测的影响，特别是在信噪比很低的情况下，避免了深衰落下的虚警和漏警现象的发生，同时避免了帧头检测的门限值随信噪比的变化而变化。

Description

一种基于信噪比估计的帧到达检测方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术，特别是涉及一种基于信噪比估计的帧到达检测方法。

背景技术

在无线通信***中，除了受各种噪声的干扰，发射信号的多径传播也影响着数据传输。随着数据传输速率的提高，越来越高的传输带宽造成了严重的时间色散，接收信号中包含了经历衰减和时延的多径波，引起频率选择性衰落，从而导致严重的码间干扰和深衰落等问题。单载波频域均衡***(SC-FDE，Single Carrier Frequency Domain Equalization)，是宽带无线传输中一种有效对抗多径干扰的***，可以很好的解决上述问题。

SC-FDE技术需要***循环前缀并进行频域均衡，同时这种方法以分块结构发送信号，对接收端同步要求高，对同步偏差相当敏感。一般SC-FDE***的分块结构是以帧为单位的，如图1所示，每帧由n个数据块和1个前导块组成。

数字通信技术领域中的一个最核心问题就是同步问题，同步的首要问题就是帧到达检测，用于判定是否检测到信号。对于分块传输***，还需要检测每帧传输数据的起始位置——帧头，只有检测到每帧数据的帧头，才能判定接收到的是有效信号，才能进行后续的处理。帧头检测出现错误，将导致接收机无法正常的处理整帧数据，这直接影响了接收机的可靠性。

宽带无线移动传输信道，信道存在时变特性，因此必然存在深衰落的时刻，此时接收端信噪比很低，很可能无法检测到信号帧头，即：所说的漏警；同时，如果传输信号带内存在干扰，也可能在信号帧头还未到达的时候检测到帧头，即：所说的虚警。

在现有单载波频域均衡***中，帧头检测算法一般使用基于前导块的检测算法，算法主要利用前导块中特有序列的对称特性——前后两部分的相关特性，对信号进行滑动相关，通过比较相关值和固定的门限值来确定时候检测到帧头。

现有的方法在干扰较大，信噪比较低的情况下必然会出现虚警和漏警的现象，并且针对不同的信道条件，还需要适时的修改门限值，否则算法可能无法正常运行。而适时修改门限值，则需要引入自适应算法，这将大大增加帧头检测算法的复杂度，难以实现。

发明内容

本发明提供一种基于信噪比估计的帧到达检测方法，用以解决现有技术中存在的在帧到达检测出现的虚警和漏警问题。

为达上述目的，本发明提供一种基于信噪比估计的帧到达检测方法，所述方法包括以下步骤：

S101，设置信噪比寄存器初始值为SNR₁，计数器n＝0；

S102，令n＝n+1；根据信噪比估计值，进行第n帧的帧头检测；

S103，提取出第n帧的前导块中用于信噪比估计的数据，进行信道估计，得到第n帧的信噪比估计值SNR_n；

S104，将第n帧的信噪比估计值SNR_n作为进行第n+1帧的帧头检测的SNR_n+1，进行第n+1帧的帧头检测，直至对所有帧都检测完毕。

进一步，在步骤S102中，根据信噪比估计值，进行第n帧的帧头检测，具体包括以下步骤：

S1021，设第n帧时刻接收端的采样信号序列为r(k)，{k＝1，2，3……}，用于帧头检测的滑动窗长度为mL个采样点，其中m为一个码元的采样点数：

S1022、将滑动窗的起始位置点d置为d＝1；

S1023、以d为起始位置，连续获取两个窗长为mG个采样点的采样值：

R_i＝(r(d+m(i-1)G)，…，r(d+miG-1))^T，

其中，T表示转置；i＝1，2；G＝32，表示获取的码元长度；

S1024、确定出R1，R2的相关值P(d)：

$P\left(d\right)={R_1}^H{R}_2=\underset{k=d}{\overset{d+\mathrm{mG}-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}^{*}\left(k\right)r(k+\mathrm{mG});$

其中，R₁ ^H表示R₁的共轭；r^*(k)表示r(k)的共轭；

S1025、确定获取到的两个窗的平均能量：

$R\left(d\right)=\frac{1}{2}\underset{k=d}{\overset{d+2\mathrm{mG}-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r\left(k\right)\right|}^2;$

S1026、计算M(d)：

$M\left(d\right)=\frac{{\left|P\left(d\right)\right|}^2({\mathrm{SNR}}_n+1)}{{\left(R\left(d\right)\right)}^2{\mathrm{SNR}}_n};$

判定M(d)是否大于等于预设门限值M_A，若是，则停止移动滑动窗，此时的滑动窗起始位置点即为数据帧的帧头位置；否则，将移动滑动窗的起始位置点加1，返回步骤S1023。

进一步，所述预设门限值M_A＝0.7。

进一步，用于帧头检测的序列为N个长度为G码元的独特字序列。

进一步，步骤S103，通过以下方法得到第n帧的信噪比估计值SNR_n：

S1032，从第n帧的前导块对应的接收信号中提取用于信噪比估计的导频数据 $\stackrel{\→}{r}=[r\left(1\right),...,r\left(2M\right)],$ 其中，导频数据总长为2M；

S1033，对

进行快速傅里叶变换，得到 ${\stackrel{\→}{R}}_{\mathrm{fft}}=[R\left(1\right),...,R\left(2M\right)]=\mathrm{FFT}\left(\stackrel{\→}{r}\right);$

S1034，在中舍去奇数频点值，得长度为M的数据 $\stackrel{\→}{R}=[R\left(2\right),R\left(4\right),...,R\left(M\right)];$

S1035，计算σ²：

${\mathrm{\σ}}^2=\frac{{\left|R\left(2\right)\right|}^2+{\left|R\left(4\right)\right|}^2+\·\·\·+{\left|R\left(M\right)\right|}^2}{2M};$

S1036，得到信噪比估计SNR_n：

${\mathrm{SNR}}_n=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}^2}.$

进一步，在步骤S1032之前，还包括：

S1031，对第n帧的接收信号进行能量归一化处理。

进一步，设置所述信噪比寄存器初始值为SNR₁＝100db。

本发明有益效果如下：

本发明在帧头检测中引入信噪比估计值，很好的消除了信噪比对帧头检测的影响，特别是在信噪比很低的情况下，避免了深衰落下的虚警和漏警现象的发生，同时避免了帧头检测的门限值随信噪比的变化而变化。

附图说明

图1为现有技术中SC-FDE***的数据帧的结构示意图；

图2为本发明实施例一种基于信噪比估计的帧到达检测方法的流程图；

图3为本发明实施例一种基于信噪比估计的帧到达检测方法中进行帧检测的流程图；

图4为本发明实施例一种基于信噪比估计的帧到达检测方法中用于帧头检测的序列的结构示意图；

图5为本发明实施例一种基于信噪比估计的帧到达检测方法中导频数据的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例，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仅用以解释本发明，并不限定本发明。

本发明利用接收信号的信噪比的估计值来进行帧头检测，这样帧头检测的测度将随着信噪比的变化而变化，避免了虚警和漏警的现象，同时门限可以保持一个固定的值，不需要随着信道环境的变化而作出调整，很好的解决了无线信道下帧头检测出错的问题。

如图2所示，本实施例方法的具体步骤如下：

A，设置单载波频域均衡***中信噪比寄存器的初始值为SNR₁＝100db，计数器n＝0；

B、n＝n+1；

C，利用信噪比估计值，结合前导块数据的相关特性，进行第n帧的帧头检测；

D，提取出第n帧的前导块中用于信噪比估计的数据，进行信道估计，得到第n帧的信噪比估计值SNR_n；

E，将第n帧的信噪比估计值SNR_n作为进行第n+1帧的帧头检测的SNR_n+1，进行第n+1帧的帧头检测，直至对所有帧都检测完毕。

上述步骤中，对于步骤C，如图3所示，包括以下步骤：

C1，设第n帧时刻接收端的采样信号序列为r(k)，{k＝1，2，3……}，用于帧头检测的滑动窗长度为mL个采样点，其中m为一个码元的采样点数：

C2，将滑动窗的起始位置点d置为d＝1；

C3，以d为起始位置，连续获取两个窗长为mG个采样点的采样值：

R_i＝(r(d+m(i-1)G)，…，r(d+miG-1))^T

其中，T表示转置；i＝1，2；G＝32，表示获取的码元长度；

C4，确定出R1，R2的相关值P(d)：

$P\left(d\right)={R_1}^H{R}_2=\underset{k=d}{\overset{d+\mathrm{mG}-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}^{*}\left(k\right)r(k+\mathrm{mG});$

其中，R₁ ^H表示R₁的共轭；r^*(k)表示r(k)的共轭；

C5，确定获取到的两个窗的平均能量：

$R\left(d\right)=\frac{1}{2}\underset{k=d}{\overset{d+2\mathrm{mG}-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r\left(k\right)\right|}^2;$

C6，计算M(d)：

$M\left(d\right)=\frac{{\left|P\left(d\right)\right|}^2({\mathrm{SNR}}_n+1)}{{\left(R\left(d\right)\right)}^2{\mathrm{SNR}}_n};$

判定M(d)是否大于等于预设门限值M_A，若是，则停止移动滑动窗，此时的滑动窗起始位置点即为数据帧的帧头位置，否则，将移动滑动窗的起始位置点加1，返回步骤C3。

其中，预设门限值为M_A＝0.7，用于帧头检测的特定序列为N个长度为G码元的UW(Unique Word，独特字)序列组成，如图4所示。UW序列一般为IEEE802.16a标准规定的chu序列、frank-zadaff序列、PN序列。

对于步骤D，包括以下步骤：

D1，对当前帧接收信号进行能量归一化处理，只要经过现有的数字AGC(AUTO GAIN CONTROL，自动增益控制)芯片进行处理即可；

D2，从前导块对应的接收信号中提取用于信噪比估计的导频数据(同时也是用于信道估计的导频数据) $\stackrel{\→}{r}=[r\left(1\right),...,r\left(2M\right)],$ 其中，导频数据总长为2M，如图5所示，由两个M长度的UW数据组成；

D3，对

进行FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)变换得到 ${\stackrel{\→}{R}}_{\mathrm{fft}}=[R\left(1\right),...,R\left(2M\right)]=\mathrm{FFT}\left(\stackrel{\→}{r}\right);$

D4，在

中舍去奇数频点值，得长度为M的数据 $\stackrel{\→}{R}=[R\left(2\right),R\left(4\right),...R\left(M\right)];$

D5，计算σ²：

${\mathrm{\σ}}^2=\frac{{\left|R\left(2\right)\right|}^2+{\left|R\left(4\right)\right|}^2+\·\·\·+{\left|R\left(M\right)\right|}^2}{2M};$

D6，得到信噪比估计SNR_n：

${\mathrm{SNR}}_n=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}^2}.$

在帧头检测中引入信噪比估计值，很好的消除了信噪比对帧头检测的影响，特别是在信噪比很低的时候。这样就避免了深衰落下的虚警和漏警的现象，同时避免了帧头检测的门限MA随着信噪比的变化而变化的要求，而门限如何变化是很难确定的。

噪声估计值的准确性直接影响了自适应算法的可靠性。一般的噪声估计算法都是在时域完成的。本发明在估计信噪比时，针对SC-FDE***的特点，在不改变数据帧结构的基础上，把用于信道估计的导频数据变换到频域从而得到准确的噪声估计值，同时在处理前运用了能量归一化处理，简化了信噪比估计算法。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种基于信噪比估计的帧到达检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S101，设置信噪比寄存器初始值为SNR₁，计数器n＝0；

S102，令n＝n+1；根据信噪比估计值，进行第n帧的帧头检测；

S103，提取出第n帧的前导块中用于信噪比估计的数据，进行信道估计，得到第n帧的信噪比估计值SNR_n；

S104，将第n帧的信噪比估计值SNR_n作为进行第n+1帧的帧头检测的SNR_n+1，进行第n+1帧的帧头检测，直至对所有帧都检测完毕。

2.如权利要求1所述的基于信噪比估计的帧到达检测方法，其特征在于，在步骤S102中，根据信噪比估计值，进行第n帧的帧头检测，具体包括以下步骤：

S1021，设第n帧时刻接收端的采样信号序列为r(k)，{k＝1，2，3.......}，用于帧头检测的滑动窗长度为mL个采样点，其中m为一个码元的采样点数：

S1022、将滑动窗的起始位置点d置为d＝1；

S1023、以d为起始位置，连续获取两个窗长为mG个采样点的采样值：

R_i＝(r(d+m(i-1)G)，...，r(d+miG-1))^T，

其中，T表示转置；i＝1，2；G＝32，表示获取的码元长度；

S1024、确定出R1，R2的相关值P(d)：

$P\left(d\right)={R_1}^H{R}_2=\underset{k=d}{\overset{d+\mathrm{mG}-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}^{*}\left(k\right)r(k+\mathrm{mG});$

其中，R₁ ^H表示R₁的共轭；r^*(k)表示r(k)的共轭；

S1025、确定获取到的两个窗的平均能量：

$R\left(d\right)=\frac{1}{2}\underset{k=d}{\overset{d+2\mathrm{mG}-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r\left(k\right)\right|}^2;$

S1026、计算M(d)：

$M\left(d\right)=\frac{{\left|P\left(d\right)\right|}^2({\mathrm{SNR}}_n+1)}{{\left(R\left(d\right)\right)}^2{\mathrm{SNR}}_n};$

判定M(d)是否大于等于预设门限值M_A，若是，则停止移动滑动窗，此时的滑动窗起始位置点即为数据帧的帧头位置；否则，将移动滑动窗的起始位置点加1，返回步骤S1023。

3.如权利要求2所述的基于信噪比估计的帧到达检测方法，其特征在于，所述预设门限值M_A＝0.7。

4.如权利要求2所述的基于信噪比估计的帧到达检测方法，其特征在于，用于帧头检测的序列为N个长度为G码元的独特字序列。

5.如权利要求1所述的基于信噪比估计的帧到达检测方法，其特征在于，步骤S103，通过以下方法得到第n帧的信噪比估计值SNR_n：

S1032，从第n帧的前导块对应的接收信号中提取用于信噪比估计的导频数据 $\stackrel{\→}{r}=[r\left(1\right),...,r\left(2M\right)],$ 其中，导频数据总长为2M；

S1033，对

进行快速傅里叶变换，得到 ${\stackrel{\→}{R}}_{\mathrm{fft}}=[R\left(1\right),...,R\left(2M\right)]=\mathrm{FFT}\left(\stackrel{\→}{r}\right);$

S1034，在

中舍去奇数频点值，得长度为M的数据 $\stackrel{\→}{R}=[R\left(2\right),R\left(4\right),...R\left(M\right)];$

S1035，计算σ²：

${\mathrm{\σ}}^2=\frac{{\left|R\left(2\right)\right|}^2+{\left|R\left(4\right)\right|}^2+\·\·\·+{\left|R\left(M\right)\right|}^2}{2M};$

S1036，得到信噪比估计SNR_n：

${\mathrm{SNR}}_n=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}^2}.$

6.如权利要求5所述的基于信噪比估计的帧到达检测方法，其特征在于，在步骤S1032之前，还包括：

S1031，对第n帧的接收信号进行能量归一化处理。

7.如权利要求1所述的基于信噪比估计的帧到达检测方法，其特征在于，设置所述信噪比寄存器初始值为SNR₁＝100db。

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