CN103384401A - 基于先进先出结构的同步捕获装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种基于先进先出结构的同步捕获装置及其方法，装置包括同步序列获取器、相关器组、FFT变换器、最大信号选择器、判决器。方法包括：(1)同步序列获取器获取一个码元长度的同步序列；(2)相关器组将同步序列与本地参考作分段相关运算；(3)FFT变换器对相关器组的相关运算结果作FFT变换；(4)最大信号选择器从FFT变换器输出的幅度值中选择最大幅度值；(5)门限比较器将最大幅度值与门限值进行大小比较，并将比较结果存储在FIFO记录器；(6)FIFO检测器在门限比较器输出的比较结果控制下，检测FIFO记录器，判断同步捕获是否成功。本发明具有资源占用少、捕获速度快、同步捕获漏捕获和错捕获概率低、正确同步捕获概率高的优点。

Description

基于先进先出结构的同步捕获装置及其方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信中的基于先进先出结构的同步捕获装置及其方法。本发明可用于无线通信***的接收端对接收信号中的同步序列进行同步捕获，实现接收端与发送端的同步，保证信息的正确接收。

背景技术

在无线通信***中，要想正确地解调出信息，必需实现接收端与发送端的同步。所以，对于无线通信接收机，最关键的问题之一是本地参考序列与接收信号中的同步序列取得同步。

目前，运用较广泛地一种同步捕获算法是基于FFT-PMF分段匹配滤波法，该方法在搜索码相位的同时就能得到频率偏移值，从而将相位、频率的二维搜索变成一维搜索，大大减少了捕获时间。但因为无线信道环境不断变化，根据FFT-PMF分段匹配滤波法的门限比较，来判决同步捕获是否成功，存在漏捕获和错捕获概率高的问题。

北京创毅视讯科技有限公司拥有的专利技术“一种对相关结果进行同步捕获的方法及同步捕获单元”(申请日：2008年5月23，申请号：200810112499.X，授权公告号：CN101312375B)中公开了一种同步捕获方法。该方法的实施步骤是：第一，在相关结果序列中搜索，记录任一个幅度值大于或等于幅度门限值T_amp1的相关值对应的序列索引值n；第二，将索引值n延迟一个时间门限值T_time，得到一个新的序列索引值n₂；第三，从索引n₂开始向后搜索相关结果序列，获得的第一个大于幅度门限值T_amp2的峰顶幅度值所对应的序列索引值即为粗同步位置。该同步捕获单元包括：(1)起点索引搜索模块，用于接收相关结果序列并在其中搜索，记录任一个幅度值大于或等于幅度门限值T_amp1的相关值对应的序列索引值n；(2)新索引生成模块，用于将索引值n延迟一个时间门限值T_time，得到一个新的序列索引值n₂；(3)峰顶幅度值搜索模块，用于从n₂开始向后搜索相关结果的幅度值序列，获得的第一个大于幅度门限值T_amp2的峰顶幅度值所对应的序列索引值即为粗同步位置。该方法能够适用于延时扩展较大时对相关结果的同步捕获，同时也适用于延时扩展不大时的情况，更加全面；同时该方法对门限值的取值给出了范围，进一步给出了具体数值，使该方法的实现更加方便简单。该专利技术存在的不足之处是：专利中定义“从索引n₂开始向后搜索相关结果序列，获得的第一个大于幅度门限值T_amp2的峰顶幅度值所对应的序列索引值即为粗同步位置”，然而，由于无线信道环境的复杂性，获得的第一个大于幅度门限值T_amp2的峰顶幅度值所对应的序列索引值并不一定是粗同步点，该专利并没有对获得的是粗同步位置是否正确进行验证，增加了同步捕获错捕获的概率，降低了通信***的性能。

北京创毅视讯科技有限公司拥有的专利技术“一种可对抗大延时扩展信道的信号捕获方法”(申请日：2007年12月25，申请号：200710304114.5，授权公告号：CN100518047C)中公开了一种同步捕获方法。该方法的实施步骤是：第一，根据***参数，设定自相关输出幅度的门限T_amp以及自相关输出幅度波形的宽度门限T_wid；第二，对所述信号进行自相关运算，搜寻确定一个自相关输出幅度值大于门限T_amp的第一时间点；第三，从第一时间点向后延迟第一时间段后确定自相关输出幅度值小于门限T_amp的第二时间点；第四，从第二时间点开始在小于或等于信号周期T₂的第二时间段内向后搜索，直至找到一个波峰，若该波峰的幅度值大于门限T_amp且该波峰所在的幅度波形在门限T_amp之上的波形宽度大于宽度门限T_wid，则确定该波峰对应的时间点即为信号的粗略同步位置；若上述条件不满足，则转到第一步重新设置参数T_amp和T_wid后，重新进行信号捕获过程；或者直接返回第二步，保持参数T_amp和T_wid不变，再重新进行信号捕获过程。该发明所述的信号捕获方法，针对大延时扩展信道的信号特点，通过确定包括一个信号的搜索周期，利用峰值判断条件可以从扩展了的信号中快速准确的找到一个符合条件的波峰，从而定位到粗同步位置，因而，可以对抗大延时扩展的信道环境，提高信号同步捕获的概率。该专利技术存在的不足之处是：专利中定义“从第二时间点开始在小于或等于信号周期T₂的第二时间段内向后搜索，直至找到一个波峰，若该波峰的幅度值大于门限T_amp且该波峰所在的幅度波形在门限T_amp之上的波形宽度大于宽度门限T_wid，则确定该波峰对应的时间点即为信号的粗略同步位置”，但是由于无线信道环境的复杂性，搜索到的粗同步位置可能是伪同步点，该方法未对搜索到的粗同步位置进行检验，会导致同步捕获错捕获的概率升高，降低通信***的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于先进先出结构的同步捕获装置及其方法，以解决在同步捕获中现有技术的错捕获概率高和漏捕获概率高的问题，提高通信***的性能。

为实现上述目的，本发明的同步捕获装置包括通过信号传输线相连的同步序列获取器、相关器组、FFT变换器、最大信号选择器、判决器。所述的同步序列获取器的输出端与相关器组的输入端相连，相关器组中实部信号与虚部信号对应的相关器输出经加法器相加后与FFT变换器的输入端相连，FFT变换器的输出端与最大信号选择器的输入端相连，最大信号选择器的输出端与判决器的输入端相连，判决器的输出端与同步序列相关器的输入端相连。其中，

所述的同步序列获取器，用于从接收的无线传输信号中获取一个同步码元长度的序列作为同步序列。

所述的相关器组，包括多个相关器及多个加法器，相关器用于存储本地参考序列，实现对本地参考序列和相应的同步序列获取器输入的分段数据之间的相关运算；同时输出相关运算结果至加法器作累加处理。

所述的FFT变换器，用于对加法器输出的数据作FFT变换。

所述的最大信号选择器，用于从FFT变换器输出的数据中选择峰值最大值。

所述的判决器，包括门限比较器、FIFO记录器、FIFO检测器；该门限比较器用于对最大信号选择器的输出与程序员根据经验设定的门限值进行大小比较；该FIFO记录器根据门限比较器的比较结果记录相应数据；该FIFO检测器根据门限比较器比较结果及FIFO记录器的记录数据，判定同步捕获是否成功，并将判定结果反馈至同步序列获取器。

本发明装置中的FIFO记录器包含多个FIFO元器件和一个与门器件。所述的多个FIFO元器件之间串连连接，每个FIFO元器件的输出端均和与门器件的输入端相连；第一个FIFO元器件的输入端和门限比较器的输出端相连；与门器件的输出端与FIFO检测器的输入端相连。

所述的FIFO元器件，用于存储一个同步码元长度的数据；FIFO元器件的数目等于同步序列获取器接收无线传输信号同步头中同步码元的个数减1。

所述的与门器件，用于对输入的数据进行逻辑与。

利用上述装置，本发明实现同步捕获方法的具体步骤如下：

(1)获取同步序列：

1a)同步序列获取器接收同步头中至少包含两个相同同步码元的无线传输信号；

1b)将接收到无线传输信号的第一个数据的地址，作为目标序列的起点；

1c)同步序列获取器从目标序列的起点开始，选取一个同步码元长度的序列作为同步序列。

(2)分段：

2a)将同步序列的长度除以相关器组中相关器的数目，所得商及余数表示分段后的序列长度，将长度为商的多段序列对应相关器组中除最后一个相关器外的所有相关器；将长度为余数的序列对应相关器组的最后一个相关器；

2b)按照步骤2a)中的分段方法对本地参考序列进行分段。

(3)作相关运算：

将对应同一个相关器的同步序列与本地参考序列点乘，得到复数相关信号。

(4)作加法运算：

加法器将复数相关信号的实部与虚部分别累加，得到复数的累加和信号。

(5)作FFT变换：

FFT变换器对累加和信号作FFT变换，得到与FFT变换点数一一对应的幅度值。

(6)选择最大信号：

最大信号选择器从幅度值中选择幅度峰值的最大值，得到一个最大幅度值。

(7)比较最大幅度值与门限值的大小：

门限比较器对最大幅度值与门限值进行大小比较，若最大幅度值大于或等于门限值，门限比较器输出1作为比较结果；若最大幅度值小于门限值，门限比较器输出0作为比较结果，FIFO记录器存储门限比较器的比较结果；按照先进先出原则，输出存储于FIFO记录器内的数据。

(8)判断同步捕获是否成功：

当门限比较器输出的比较结果为1时，FIFO检测器检测FIFO记录器的输出，判断同步捕获是否成功：若FIFO记录器的输出数据为1，则FIFO检测器输出粗同步位置，同步捕获判定为成功，执行步骤(9)；若FIFO记录器的输出数据为0，则将同步序列获取器接收无线传输信号的下一个数据的地址作为目标序列的起点，转入步骤1c)重新进行同步捕获。

(9)通信***结束同步捕获状态，进入同步跟踪状态。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

第一，由于本发明采用先进先出结构的FIFO记录器，记录门限比较器输出的比较结果，克服了现有技术由于捕获到伪同步点，而将真正的同步点漏掉的问题，降低了同步捕获漏捕获的概率，提高了通信***的性能。

第二，由于本发明采用FIFO检测器，当门限比较器输出的比较结果满足条件时，FIFO检测器通过检测FIFO记录器的输出来判断同步捕获是否成功；这样在判断同步捕获成功，获得粗同步位置的同时，对粗同步位置进行了验证，降低了同步捕获错捕获的概率，提高了通信***的性能。

第三，由于本发明采用先进先出结构的FIFO记录器和FIFO检测器，在同样的捕获精度要求下，本发明的装置可采用多个码元长度较短的同步码元来实现，由此降低通信***作相关运算及FFT变换时需要的资源，加快同步捕获过程的处理速度，使得本发明的同步捕获装置具有了资源占用少，同步捕获速度快的优点。

第四，由于本发明的同步捕获方法在判断同步捕获是否成功时，要求只有当门限比较器的输出和FIFO记录器的输出同时满足条件，才能够判定为同步捕获成功；这样的判决方法，克服了同步捕获中现有技术的错捕获概率高和漏捕获概率高的问题，使得通信***具有正确同步捕获概率高的优点。

附图说明

图1为本发明装置的方框图；

图2为本发明装置中FIFO记录器的方框图；

图3为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

参照附图1，本发明的装置包括通过信号传输线相连的同步序列获取器、相关器组、FFT变换器、最大信号选择器、判决器。同步序列获取器的输入端接收无线传输信号，相关器组包括P个相关器和P个加法器，同步序列获取器的输出端分别与相关器1、相关器2、...相关器P的输入端相连，相关器1、相关器2、...相关器P的输出端与相关器对应的加法器的输入端相连，加法器的输出端与FFT变换器的输入端相连，FFT变换器的输出端与最大信号选择器的输入端相连，最大信号选择器的输出端与判决器的输入端相连，判决器的输出端与同步序列相关器的输入端相连，判决器的输出端为本发明同步捕获装置的输出端。

同步序列获取器的功能是，从接收的无线传输信号中获取一个同步码元长度的序列作为同步序列。相关器组包括P个相关器和P个加法器，相关器用于存储本地参考序列，实现对本地参考序列和相应的同步序列获取器输入的分段数据之间的相关运算，同时输出相关运算结果至加法器作累加处理。FFT变换器的功能是，对加法器输出的数据作FFT变换。最大信号选择器的功能是，从FFT变换器输出的数据中选择峰值最大值。判决器包括门限比较器、FIFO记录器、FIFO检测器。门限比较器的功能是，对最大信号选择器的输出与程序员根据经验设定的门限值进行大小比较；FIFO记录器的功能是，根据门限比较器的比较结果记录相应数据；FIFO检测器的功能是，根据门限比较器的比较结果及FIFO记录器的记录数据，判定同步捕获是否成功，并将判定结果反馈至同步序列获取器。

参照附图2，本发明装置中的FIFO记录器包含h个FIFO元器件和一个与门器件。门限比较器的输出端与FIFO元器件1的输入端相连，FIFO元器件1的输出端分别和FIFO元器件2的输入端、与门器件的输入端相连，FIFO元器件2的输出端与下一个FIFO元器件的输入端及与门器件的输入端相连，FIFO元器件h的输出端和与门器件的输入端相连；与门器件的输出端与FIFO检测器的输入端相连。

FIFO元器件的功能是，存储一个同步码元长度的数据；FIFO元器件的数目等于同步序列获取器接收无线传输信号同步头中同步码元的个数减1。与门器件的功能是，对输入的数据进行逻辑与运算。

由于本发明采用先进先出结构的FIFO记录器，不论最大信号选择器的输出与门限比较器的门限值之间的大小比较结果如何，都将比较结果记录在FIFO记录器内，并在之后的同步捕获成功与否判断中，再次检测比较结果，克服了现有技术中存在的，将找到的第一个符合条件的幅度值对应的索引值作为粗同步位置，并停止同步捕获过程从而将真正的粗同步位置漏掉的问题，降低了通信***同步捕获漏捕获的概率。

由于本发明采用FIFO检测器，当门限比较器输出的比较结果满足条件时，FIFO检测器通过检测FIFO记录器的输出来判断同步捕获是否成功，获得粗同步位置；因为FIFO元器件存储的数据长度等于一个同步码元的长度，当FIFO记录器的输出的数据为1时，就说明各FIFO元器件的输出数据均为1，也就说明了间隔一个同步码元长度就出现大于等于门限值的幅度值，若此时门限比较器输出的比较结果也为1，FIFO检测器输出的粗同步位置就是经过多次验证的正确同步位置，降低了通信***同步捕获错捕获的概率。

由于本发明采用先进先出结构的FIFO记录器和FIFO检测器，在同样的捕获精度要求下，本发明的装置可采用多个码元长度较短的同步码元来实现，同步码元长度变短，则本地参考序列的长度变短，在作相关运算和FFT变化时，减少了乘法器及加法器的使用数量，这样就减少了占用的资源，加快了同步捕获过程的处理速度，使得本发明的同步捕获装置具有了资源占用少，同步捕获速度快的优点。

下面结合附图3，对本发明的方法做进一步地描述。

本发明实施例中同步头中包含2个相同同步码元，且同步码元长度为M的无线传输信号。同步序列获取器接收无线传输信号，将无线传输信号的第一个数据的地址，作为目标序列的起点，标记为first_point。

步骤1，获取同步序列。

同步序列获取器从first_point开始，在无线传输信号中选取一个M长的序列作为同步序列。

步骤2，分段。

同步序列获取器将同步序列按照下式进行分段：

Y＝M-XP

其中，P表示相关器组中相关器的数目，X表示对应相关器组中前P-1个相关器的分段码元长度，表示向下取整，Y表示对应相关器组中第P个相关器的分段码元长度，M表示同步序列获取器获取的同步序列的长度。通过这种分段方法，将同步序列分成了P段。

本地参考序列采用的是信源发送信息中的一个同步码元，按照上述的分段方法将本地参考序列分成P段，并将分段后的本地参考序列存储在对应的相关器中。

步骤3，作相关运算。

相关器组中的P个相关器，分别将对应本相关器的同步序列与本地参考序列点乘，得到复数相关信号，并将复数相关信号送入加法器作处理。

步骤4，作加法运算。

加法器将复数相关信号的实部与虚部分别累加，得到复数的累加和信号，P个不同的加法器共输出P个不同的复数累加和信号。

步骤5，作FFT变换。

FFT变换器对P个累加和信号作N点FFT变换，得到N个幅度值；其中，N≥P，即FFT变换点数必须大于等于相关器组中相关器的数目，N的具体点数根据***纠正频偏所需要的精度进行选择。

步骤6，选择最大信号。

最大信号选择器从N个幅度值中选择一个最大幅度值，记为peak，最大幅度值对应的N点中的位置标记为peak_local，peak_local用于同步捕获成功之后，信号处理时频偏补偿使用，在本发明中没有作用。

步骤7，比较最大幅度值与门限值的大小。

门限比较器将最大幅度值peak与门限值进行大小比较：若peak大于或等于门限值，则门限比较器输出1作为比较结果；若peak小于门限值，则门限比较器输出0作为比较结果，FIFO记录器存储门限比较器的比较结果。

门限值是使用者以同步序列获取器接收到无线传输信号的平均功率作为初值，根据具体的无线信道环境做调整后，预存在门限比较器的一个值。使用者在调整门限值时需要考虑无线信道环境的信噪比和无线传输信号同步头中包含的同步码元个数；当无线信道环境信噪比较大时，应适当提高门限值，当无线信道环境信噪比较小时，应适当降低门限值；当无线传输信号同步头中包含的同步码元个数较少时，应适当提高门限值，当无线传输信号同步头中包含的同步码元个数较多时，应适当降低门限值。

本发明的实施例中，由于无线传输信号同步头采用两个同步码元，所以FIFO记录器由一个存储数据长度为M的FIFO元器件构成。

步骤8，判断同步捕获是否成功。

当门限比较器输出1作为比较结果时，FIFO检测器检测FIFO记录器的输出，如果FIFO记录器输出数据为1，则判定同步捕获成功，此时first_point标记的位置即为粗同步位置，FIFO检测器输出粗同步位置，执行步骤9；若FIFO记录器的输出数据为0，则将first_point值加1，指向同步序列获取器接收到无线传输信号的下一个数据，转入步骤1重新进行同步捕获。

步骤9，通信***结束同步捕获状态，进入同步跟踪状态。

由于本发明的同步捕获方法在判断同步捕获是否成功时，要求只有当门限比较器的输出和FIFO记录器的输出同时满足条件，才能够判定为同步捕获成功；这样的判决方法，不仅捕获到粗同步位置，而且根据FIFO记录器的特点，对粗同步位置的是正确性进行了验证，克服了同步捕获中现有技术的错捕获概率高和漏捕获概率高的问题，使得通信***具有正确同步捕获概率高的优点。

Claims (6)

1.一种基于先进先出结构的同步捕获装置，包括通过信号传输线相连的同步序列获取器、相关器组、FFT变换器、最大信号选择器、判决器；所述的同步序列获取器的输出端与相关器组的输入端相连，每个相关器的输出经加法器累加后与FFT变换器的输入端相连，FFT变换器的输出端与最大信号选择器的输入端相连，最大信号选择器的输出端与判决器的输入端相连，判决器的输出端与同步序列相关器的输入端相连；其中，

所述的同步序列获取器，用于从接收的无线传输信号中获取一个同步码元长度的序列作为同步序列；

所述的相关器组，包括多个相关器及多个加法器，相关器用于存储本地参考序列，实现对本地参考序列和相应的同步序列获取器输入的分段数据之间的相关运算；同时输出相关运算结果至加法器作累加处理；

所述的FFT变换器，用于对加法器输出的数据作FFT变换；

所述的最大信号选择器，用于从FFT变换器输出的数据中选择峰值最大值；

所述的判决器，包括门限比较器、FIFO记录器、FIFO检测器；该门限比较器用于对最大信号选择器的输出与设定的门限值比较大小，该FIFO记录器记录比较结果数据，该FIFO检测器根据门限比较器比较结果及FIFO记录器的记录数据，判定同步捕获是否成功，并将判定结果反馈至同步序列获取器。

2.根据权利要求1所述的基于先进先出结构的同步捕获装置，其特征在于，所述的FIFO记录器包含多个FIFO元器件和一个与门器件；所述的多个FIFO元器件之间串连连接，每个FIFO元器件的输出端均和与门器件的输入端相连；第一个FIFO元器件的输入端和门限比较器的输出端相连；与门器件的输出端与FIFO检测器的输入端相连；其中，

所述的FIFO元器件，用于存储一个同步码元长度的数据；FIFO元器件的数目等于同步序列获取器接收无线传输信号同步头中同步码元的个数减1；

所述的与门器件，用于对输入的数据进行逻辑与运算。

3.一种基于先进先出结构的同步捕获方法，包括如下步骤：

(1)获取同步序列：

1a)同步序列获取器接收同步头中至少包含两个相同同步码元的无线传输信号；

1b)将接收到无线传输信号的第一个数据的地址，作为目标序列的起点；

1c)同步序列获取器从目标序列的起点开始，选取一个同步码元长度的序列作为同步序列；

(2)分段：

2a)将同步序列的长度除以相关器组中相关器的数目，所得商及余数表示分段后的序列长度，将长度为商的多段序列对应相关器组中除最后一个相关器外的所有相关器；将长度为余数的序列对应相关器组的最后一个相关器；

2b)按照步骤2a)所述的分段方法对本地参考序列进行分段；

(3)作相关运算：

将对应同一个相关器的同步序列与本地参考序列点乘，得到复数相关信号；

(4)作加法运算：

加法器将复数相关信号的实部与虚部分别累加，得到复数的累加和信号；

(5)作FFT变换：

FFT变换器对累加和信号作FFT变换，得到与FFT变换点数一一对应的幅度值；

(6)选择最大信号：

最大信号选择器从幅度值中选择幅度峰值的最大值，得到一个最大幅度值；

(7)比较最大幅度值与门限值的大小：

门限比较器对最大幅度值与门限值进行大小比较，若最大幅度值大于或等于门限值，门限比较器输出1作为比较结果；若最大幅度值小于门限值，门限比较器输出0作为比较结果，FIFO记录器存储门限比较器的比较结果；按照先进先出原则，输出存储于FIFO记录器内的数据；

(8)判断同步捕获是否成功：

当门限比较器输出的比较结果为1时，FIFO检测器检测FIFO记录器的输出，判断同步捕获是否成功：若FIFO记录器的输出数据为1，则FIFO检测器输出粗同步位置，同步捕获判定为成功，执行步骤(9)；若FIFO记录器的输出数据为0，则将同步序列获取器接收无线传输信号的下一个数据的地址作为目标序列的起点，转入步骤1c)重新进行同步捕获；

(9)通信***结束同步捕获状态，进入同步跟踪状态。

4.根据权利要求3所述的基于先进先出结构的同步捕获方法，其特征在于，步骤2b)中所述的本地参考序列采用的是信源发送信息中的一个同步码元。

5.根据权利要求3所述的基于先进先出结构的同步捕获方法，其特征在于，步骤(7)中所述的门限值是指，使用者以同步序列获取器接收到无线传输信号的平均功率作为初值，根据具体的无线信道环境做调整后，预存在门限比较器的一个值。

6.根据权利要求3所述的基于先进先出结构的同步捕获方法，其特征在于，步骤(8)中所述的粗同步位置是指，目标序列起点对应的位置。

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