CN111541515A - 一种基于循环序列型前导码的突发帧头检测方法及*** - Google Patents

一种基于循环序列型前导码的突发帧头检测方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于循环序列型前导码的突发帧头检测方法及***，配置本地训练序列的长度和循环次数；启动帧头监听；监听到帧头后接收数据；将接收的数据与本地训练序列进行分段互相关操作并累加；判断累加值是否大于门限，如果大于表明数据帧到来，否则继续接收数据。本发明结合训练序列的自相关和互相关的优势，既能具有很好的抗频偏性能，又在低信噪比情况下能够针对突发帧头检测有很高的识别率，同时并没有增加计算的复杂性。本发明相比于现有的互相关检测方式，能够侦测到局部相关性以及信号的自相关性，检测的准确率更高。

Description

一种基于循环序列型前导码的突发帧头检测方法及***
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于循环序列型前导码发帧头检测方法及***。
背景技术
突发型通信***的帧结构设计一般前端都有特定的训练序列。常规的帧检测方法有基于能量的帧头检测算法、基于训练序列的自相关帧头检测算法，基于训练序列的互相关帧头检测算法。为了提高通信***的通信性能，如何提高突发型通信***的帧检测能力成为重要的研究方向。
基于能量的帧头检测算法：该方法简单易实现，但对于信噪比较差(SNR<0dB)的情况几乎无法识别帧头。
基于训练序列的自相关帧头检测算法：该方法可以很好的抵抗通信收发机的载波频偏，具有很好的抗频偏性能，但是在信噪比很差的环境下(例如SNR<-3dB)帧头识别率很低。
基于训练序列的互相关帧头检测算法：该方法具有很好的抗噪声能力，但是该方法对载波频偏较为敏感。当频偏超过一定强度时，抗噪声性能迅速恶化。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于循环序列型前导码的突发帧头检测方法及***，结合列训练序列的自相关和互相关的优势，既能具有很好的抗频偏性能，同时在低信噪比情况下能够针对突发帧头检测有很高的识别率。
为达到上述目的，本发明一方面提供了一种基于循环序列型前导码发帧头检测方法，包括：
(1)配置本地训练序列的长度和循环次数；
(2)启动帧头监听；
(3)监听到帧头后接收数据；
(4)将接收的数据与本地训练序列进行分段循环互相关操作并累加；
(5)判断累加值是否大于门限，如果大于表明数据帧到来，接收数据帧；否则返回步骤(3)继续接收数据。
进一步地，本地训练序列循环次数为8～40。
进一步地，分段循环互相关操作并累加包括计算：
Figure BDA0002451782370000021
或
Figure BDA0002451782370000022
其中Ri为在第i时刻的相关值，N1为参与相关的本地训练序列的个数，N2位每个本地训练序列中的点数，ri表示接收数据第i个点，
Figure BDA0002451782370000023
为本地训练序列s(n)的共轭序列的第j个点，
Figure BDA0002451782370000024
为本地训练序列s(n)的共轭序列的第k个点。
进一步地，选取的门限应符合以下规则：
在纯噪声环境下检测数据帧到来的虚警率低于对于虚警率的需求；在极限信噪比和极限频偏情况下，帧头检测概率高于帧监听需求。
本发明第二方面提供一种基于循环序列型前导码发帧头检测***，包括：监听模块，接收模块，共轭模块，第一累加模块，乘法计算模块、第二累加模块以及比较模块。
所述监听模块进行帧头监听，当监听到帧头后通知接收模块接收数据；
所述接收模块用于接收数据，并将接收的数据按照本地训练序列的数据长度N2划分为N1个单元并逐个输出数据，N1为本地训练序列的循环次数；
所述共轭模块对本地训练序列的各点数据取共轭并逐点输出；
所述乘法计算模块将接收模块输出的每个单元的数据与共轭模块输出的点逐个相乘，并将乘积发送给第一累加模块；
所述第一累加模块将接收模块输出的每个单元的数据的乘积进行累加，并将N1个累加值发送给第二累加模块；
所述第二累加模块将第一累加模块发送的N1个累加值进行累加获得分段循环互相关操作的累加结果；
所述比较模块将分段循环互相关操作的累加结果与门限值比较，如果大于门限值输出数据帧到来信号。
本发明第三方面提供一种基于循环序列型前导码发帧头检测***包括：监听模块，接收模块，共轭模块，第一累加模块，乘法计算模块、第二累加模块以及比较模块。
所述监听模块进行帧头监听，当监听到帧头后通知接收模块接收数据；
所述接收模块用于接收数据，并将接收的数据按照本地训练序列的数据长度N2划分为N1个单元并逐个输出数据，N1为本地训练序列的循环次数；
所述共轭模块对本地训练序列的各点数据取共轭并逐点输出；
所述第一累加模块将接收模块输出的每个单元的第j个数据进行累加，并逐个发送给所述乘法计算模块；0≤j≤(N1-1)；
所述乘法计算模块将所述第一累加模块输出的累加值与共轭模块输出的点逐个相乘，并将乘积发送给第二累加模块；
所述第二累加模块将所述乘法计算模块发送的N2个乘积进行累加获得分段循环互相关操作的累加结果；
所述比较模块将分段循环互相关操作的累加结果与门限值比较，如果大于门限值输出数据帧到来信号。
本发明第二方面提供N1为8～40。
进一步地，选取的门限应符合以下规则：
在纯噪声环境下检测数据帧到来的虚警率低于对于虚警率的需求；在极限信噪比和极限频偏情况下，帧头检测概率高于帧监听需求。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)本发明结合列训练序列的自相关和互相关的优势，既能具有很好的抗频偏性能，又在低信噪比情况下能够针对突发帧头检测有很高的识别率，同时并没有增加计算的复杂性。
(2)本发明相比于现有的互相关检测方式，能够侦测到局部相关性以及信号的自相关性，检测的准确率更高。
附图说明
图1是本发明中算法实施的帧头检测流程；
图2是本发明中循环基础序列示意；
图3是本发明的8次分段互相关操作示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
将接受到的数据r(n)与本地训练序列s(n)进行分段互相关操作并累加，每段的长度点数为循环序列的基本单元的点数：
Figure BDA0002451782370000041
其中，Ri为在第i时刻的相关值，N1为参与相关的训练序列的个数，N2位每个训练序列中的点数。s(n)*为对于s(n)序列的共轭序列。
判别在i时刻是否有帧来就是Ri与特定的
门限T的选取，选取的门限应符合以下规则：
1.在纯噪声环境下检测数据帧到来的虚警率低于***对于虚警率的需求；2.在极限需求情况下(例如极限信噪比和极限频偏)，***的帧头检测概率高于***的帧监听需求。T是通过大量的数据训练得到的，与N1有关，与N2有关，与训练序列s(n)有关。
Ri的计算公式是衡量的接收序列r(n)与s(n)的相关性，传统的相关是直接计算一段时间例如N1*N2，即N1个长度为的r(n)与s(n)的整体相关，这种方式忽略了s的循环性。采用分段相关求和的方式，分段的点数为循环序列的基本单元的点数，即s(n)序列的点数。由于公式中是接收序列与s(n)序列的相关计算方式，使得本发明考虑了序列的互相关特性，具有抗噪声性能好的优点。
由于互相关对象s(n)相同，例如：比如第i时间段ri序列与s序列互相关特性好，第i+1时间段r(i+1)序列与s序列互相关特性好即可得到，第i时间段ri序列与第i+1时间段r(i+1)序列自相关特性好，使得本发明考虑了序列的自相关特性，具有抗频偏性能好的优点。
基于以上原理，本发明提供一种基于循环序列型前导码的突发帧头检测方法，结合图1，包括步骤如下：
(1)配置***参数，包括本地训练序列s(n)以及s(n)的循环次数N1。结合图2，本地训练序列s(n)作为循环基础序列，循环N1次与接收到的数据进行相关运算。s(n)的数列长度例如为8～40。
(2)启动帧头监听。
(3)监听到帧头后接收数据。
(4)将接收到的数据与本地训练序列s(n)进行分段互相关操作并累加，每段的长度点数为循环序列的基本单元的点数：
Figure BDA0002451782370000051
其中，Ri为在第i时刻的相关值，N1为参与相关的训练序列的个数，N2位每个训练序列中的点数。s(n)*为对于s(n)序列的共轭序列。
在一个实施例中，结合图3，采用8个连续的本地训练序列s(n)作为循环基础序列，8次进行互相关操作。以s(n)长度为12为例，接收数据中共8*12个，每12个数据与序列s(n)进行一次相关运算，一方面要满足每12个点与s(n)的相关性，另一方面由于每12个点都是与相同序列s(n)进行相关，接收数据序列需要满足自相关性。传统的互相关方式，采用8*12个点的本地序列直接与接收数据进行相关，仅能表现宏观的相关性。而本发明的相关方式，分段进行比较，检测了本地训练序列与接收数据的局部互相关性和接收数据的自相关性，检测更为准确。
(5)判断相关值是否大于特定的门限k，如果大于表明数据帧到来，否则返回步骤(3)继续接收数据。
本发明提供一种基于循环序列型前导码发帧头检测***，基于公式
Figure BDA0002451782370000061
来进行检测，***包括：监听模块，接收模块，共轭模块，第一累加模块，乘法计算模块、第二累加模块以及比较模块。
所述监听模块进行帧头监听，当监听到帧头后通知接收模块接收数据；
所述接收模块用于接收数据，并将接收的数据按照本地训练序列的数据长度N2划分为N1个单元并逐个输出数据，N1为本地训练序列的循环次数；
所述共轭模块对本地训练序列的各点数据取共轭并逐点输出；
所述乘法计算模块将接收模块输出的每个单元的数据与共轭模块输出的点逐个相乘，并将乘积发送给第一累加模块；
所述第一累加模块将接收模块输出的每个单元的数据的乘积进行累加，并将N1个累加值发送给第二累加模块；
所述第二累加模块将第一累加模块发送的N1个累加值进行累加获得分段循环互相关操作的累加结果；
所述比较模块将分段循环互相关操作的累加结果与门限值比较，如果大于门限值输出数据帧到来。
基于循环序列型前导码发帧头检测***，可以采用另一种形式，基于公式
Figure BDA0002451782370000062
来进行检测，***包括：监听模块，接收模块，共轭模块，第一累加模块，乘法计算模块、第二累加模块以及比较模块。
所述监听模块进行帧头监听，当监听到帧头后通知接收模块接收数据；
所述接收模块用于接收数据，并将接收的数据按照本地训练序列的数据长度N2划分为N1个单元并逐个输出数据，N1为本地训练序列的循环次数；
所述共轭模块对本地训练序列的各点数据取共轭并逐点输出；
所述第一累加模块将接收模块输出的每个单元的第j个数据进行累加，并逐个发送给所述乘法计算模块；0≤j≤(N1-1)；
所述乘法计算模块将所述第一累加模块输出的累加值与共轭模块输出的点逐个相乘，并将乘积发送给第二累加模块；
所述第二累加模块将所述乘法计算模块发送的N2个乘积进行累加获得分段循环互相关操作的累加结果；
所述比较模块将分段循环互相关操作的累加结果与门限值比较，如果大于门限值输出数据帧到来。
综上所述，本发明提供一种基于循环序列型前导码的突发帧头检测方法及***，配置本地训练序列的长度和循环次数；启动帧头监听；监听到帧头后接收数据；将接收的数据与本地训练序列进行分段循环互相关操作并累加；判断累加值是否大于门限，如果大于表明数据帧到来，否则继续接收数据。本发明结合列训练序列的自相关和互相关的优势，既能具有很好的抗频偏性能，又在低信噪比情况下能够针对突发帧头检测有很高的识别率，同时并没有增加计算的复杂性。本发明相比于现有的互相关检测方式，能够侦测到局部相关性以及信号的自相关性，检测的准确率更高。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种基于循环序列型前导码发帧头检测方法，其特征在于，包括：
(1)配置本地训练序列的长度和循环次数；
(2)启动帧头监听；
(3)监听到帧头后接收数据；
(4)将接收的数据与本地训练序列进行分段互相关操作并累加；
(5)判断累加值是否大于门限，如果大于表明数据帧到来，接收数据帧；否则返回步骤(3)继续接收数据。
2.根据权利要求1所述的基于循环序列型前导码发帧头检测方法，其特征在于，本地训练序列循环次数为8～40。
3.根据权利要求1或2所述的基于循环序列型前导码发帧头检测方法，其特征在于，分段循环互相关操作并累加包括计算：
Figure FDA0002451782360000011
或
Figure FDA0002451782360000012
其中Ri为在第i时刻的相关值，N1为参与相关的本地训练序列的个数，N2位每个本地训练序列中的点数，ri表示接收数据第i个点，
Figure FDA0002451782360000013
为本地训练序列s(n)的共轭序列的第j个点，
Figure FDA0002451782360000014
为本地训练序列s(n)的共轭序列的第k个点。
4.根据权利要求1或2所述的基于循环序列型前导码发帧头检测方法，其特征在于，选取的门限符合以下规则：
在纯噪声环境下检测数据帧到来的虚警率低于对于虚警率的需求；在极限信噪比和极限频偏情况下，帧头检测概率高于帧监听需求。
5.一种基于循环序列型前导码发帧头检测***，其特征在于，包括：监听模块，接收模块，共轭模块，第一累加模块，乘法计算模块、第二累加模块以及比较模块；
所述监听模块进行帧头监听，当监听到帧头后通知接收模块接收数据；
所述接收模块用于接收数据，并将接收的数据按照本地训练序列的数据长度N2划分为N1个单元并逐个输出数据，N1为本地训练序列的循环次数；
所述共轭模块对本地训练序列的各点数据取共轭并逐点输出；
所述乘法计算模块将接收模块输出的每个单元的数据与共轭模块输出的点逐个相乘，并将乘积发送给第一累加模块；
所述第一累加模块将接收模块输出的每个单元的数据的乘积进行累加，并将N1个累加值发送给第二累加模块；
所述第二累加模块将第一累加模块发送的N1个累加值进行累加获得分段循环互相关操作的累加结果；
所述比较模块将分段循环互相关操作的累加结果与门限值比较，如果大于门限值输出数据帧到来信号。
6.一种基于循环序列型前导码发帧头检测***，其特征在于，包括：监听模块，接收模块，共轭模块，第一累加模块，乘法计算模块、第二累加模块以及比较模块；
所述监听模块进行帧头监听，当监听到帧头后通知接收模块接收数据；
所述接收模块用于接收数据，并将接收的数据按照本地训练序列的数据长度N2划分为N1个单元并逐个输出数据，N1为本地训练序列的循环次数；
所述共轭模块对本地训练序列的各点数据取共轭并逐点输出；
所述第一累加模块将接收模块输出的每个单元的第j个数据进行累加，并逐个发送给所述乘法计算模块；0≤j≤(N1-1)；
所述乘法计算模块将所述第一累加模块输出的累加值与共轭模块输出的点逐个相乘，并将乘积发送给第二累加模块；
所述第二累加模块将所述乘法计算模块发送的N2个乘积进行累加获得分段循环互相关操作的累加结果；
所述比较模块将分段循环互相关操作的累加结果与门限值比较，如果大于门限值输出数据帧到来信号。
7.根据权利要求5或6所述的基于循环序列型前导码发帧头检测***，其特征在于，N1为8～40。
8.根据权利要求5或6所述的基于循环序列型前导码发帧头检测***，其特征在于，选取的门限符合以下规则：
在纯噪声环境下检测数据帧到来的虚警率低于对于虚警率的需求；在极限信噪比和极限频偏情况下，帧头检测概率高于帧监听需求。
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