CN100463458C - 一种正交频分复用的跳频同步实现方法 - Google Patents
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Abstract
一种正交频分复用的跳频同步实现方法，包括以下步骤：在发送端的数据帧结构中增加跳频同步帧，接收端接收到数据之后，首先进行跳频截获的处理，搜索和检测有无包含有码元同步信息的跳频同步信号，消除误捕获而建立正确的跳频同步；收发双方实现同步跳频并开始接收后续的信息命令和数据。本发明由于采用在数据帧中增加跳频同步帧与采用慢搜索方法进行跳频截获处理相结合的方法来实现跳频同步，既利用增加的具有帧同步和载波频偏补偿能力的跳频同步帧来提高实际信号率，又通过采用低于正常跳频速率的慢搜索方法进行跳频截获并根据接收到的信号信息采取漏检保护和虚检保护相结合来有效保证跳频同步机制有很高的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于无线数字通信领域，具体涉及一种可对抗干扰的高数据传输率的宽带跳频技术，是一种基于正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)调制方法的跳频技术。
背景技术
根据宽带化以及对抗电子干扰的要求，采用OFDM技术与跳频技术相结合的宽带跳频系统是一个很好的选择，这种宽带跳频系统的主要工作原理与过程是：在发送端，对输入的用户码流进行OFDM方式的调制，得到载波频率为f1F的宽带中频信号，然后根据独立产生的跳频序列控制频率合成器，在不同的时隙内输出频率跳变的本振信号，用它对调制信号进行变频，使变频后的射频信号频率伪随机地跳变，即为跳频宽带信号。在收信机中，本地跳频序列控制频率合成器，使输出的本振信号频率随发送方频率相应地跳变。利用跳变的本振信号对接收到的跳频信号进行变频，并将频率搬回到f1F而实现解调。
但接收端如何能够顺利的跟上跳频信号的频率变化规律，以及如何在接收机中使用尽可能少的辅助信息来快速有效地完成宽带信号的跳频同步并减少系统实现的复杂程度和成本成为一个急待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题的存在，提供一种既可保证系统的跳频同步机制有很高的可靠性，又只需使用较少的辅助信息就能够有效地完成整个跳频同步过程而有效降低系统的复杂程度及成本和提高系统的传输效率的正交频分复用的跳频同步实现方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种正交频分复用的跳频同步实现方法，其特点是包括以下步骤：
(1)在发送端对被发送的数据帧结构中增加有具有帧同步和载波频偏补偿能力的跳频同步帧，使数据帧的前导字中包含有用于辅助同步的同步字头的码元同步信息并取消数据帧中的短训练字头；
(2)接收端接收到数据之后，首先进行跳频截获的处理，搜索和检测有无包含有码元同步信息的跳频同步信号；
(3)当接收端捕获并确认有跳频同步信号时，从该数据包中提取数据帧前导字中的码元同步信息并进行数据解调和同步确认处理，消除误捕获而建立正确的跳频同步；然后
(4)接收端接收余下的同步信息(TOD，Time of date)数据并检测同步信息(TOD)结束信息，同时对每个数据包进行BCH纠错译码和解扩处理并将其结果存储作为下一步判决的依据；
(5)当接收端接收到同步信息(TOD)结束信息时，将判决出的同步信息(TOD)结果置入本地跳频序列发生器，收发双方实现同步跳频并开始接收后续的信息命令和数据。
本发明由于采用在数据帧中增加跳频同步帧与采用慢搜索方法进行跳频截获处理相结合的方法来实现跳频同步，既利用增加的具有帧同步和载波频偏补偿能力的跳频同步帧来提高实际信号率，又通过采用低于正常跳频速率的慢搜索方法进行跳频截获并根据接收到的信号信息采取漏检保护和虚检保护相结合来有效保证跳频同步机制有很高的可靠性。
以下结合附图详细本发明的实现方法：
附图说明
图1是本发明所述的跳频同步帧的结构组成示意图；
图2是本发明所述的数据帧的结构组成示意图；
图3是本发明的实现流程图。
具体实施方式
如图1～图3所示，本发明所述的正交频分复用的跳频同步实现方法，包括以下步骤：
(1)在发送端在被发送的数据帧结构中增加有具有帧同步和载波频偏补偿能力的跳频同步帧，使数据帧的前导字中包含有用于辅助同步的同步字头的码元同步信息并取消数据帧中的短训练字头，此时跳频同步帧和数据帧的结构分别如图1、图2所示，在跳频同步帧中包含有用于信号到达检测和自动增益控制的短前导字；用于FFT窗口位置估计、频偏估计、位定时估计及信道响应估计的长前导字；用于数据接收的跳频同步信息。而数据帧中包含有用于频偏估计和信道响应估计的长前导字；用于数据接收、位定时跟踪、信息响应跟踪的数据信息。因此在跳频同步之后，由于帧的起始位置已知，已经没有了信号到达检测的需求，只需要进行载波频差补偿和信道估计，从而可以取消短数据帧中的短训练字，以大大提高实际信号率。
(2)接收端接收到数据之后，首先进行跳频截获的处理，搜索和检测有无包含有同步信息的跳频同步信号，其中，跳频截获是跳频同步的第一步。由于跳频速率较高，为此采用低于正常速率的慢搜索。慢搜索以N倍正常跳频周期来实现，在由实时时间确定的同步信息频率集上作搜索。当收发双方有频点重合时，接收方由数据分析结果判断检测到了同步信息，判断为信号到达状态，随即转入跟踪确认状态，继续对跳频信息进行跟踪和数据接收。当跳频跟踪判断为失去同步时，则回到跳频慢搜索状态，等待下一次同步信息的捕获。
对于OFDM信号，信号到达检测是通过对跳频同步帧进行相关运算得到的。当有跳频同步帧中的短前导字结构出现时，相关值会出现一个高的台阶，根据台阶的出现位置，可以判断信号的到达以及粗略的符号同步估计值。
(3)经过前述的信号搜索和检测，当接收端捕获并确认有一跳跃的跳频同步信号时，从该数据包中提取数据帧前导字中的码元同步信息并进行数据解调和同步确认处理，根据解调出的数据进行同步确认，消除误捕获而建立正确的跳频同步；然后
(4)接收端接收余下的同步信息(TOD)数据并检测同步信息(TOD)结束信息，同时对每个数据包进行BCH纠错译码和解扩处理并将其结果存储作为下一步判决的依据，由于仅根据前导字不能判定奇偶次序，故对每个数据包同时进行BCH纠错译码和解扩，并存储供以后判决。若同步确认失败，则退回到原有的慢搜索状态，继续进行信号到达检测。
(5)当接收端接收到同步信息(TOD)结束信息时，将判决出的同步信息(TOD)结果置入本地跳频序列发生器，收发双方实现同步跳频并开始接收后续的信息命令和数据。
此时本发明所述的跳频OFDM系统中接收端的处理流程如图3所示，其主要包括以下步骤：
(a)、将输入信号通过内插滤波进行数字的采样率转换；
(b)、进行慢搜索，判断是否有同步信息到达，如果没有则继续进行慢跳搜索，等待下一次同步信息的捕获，如果有，则
(c)、进行跳频定时同步的确认并进行漏检虚检保护以消除误捕获，建立正确的跳频同步；
(d)、检测同步信息(TOD)结束信息，判断跳频同步是否已完成，如未完成则转到步骤(c)，如确认跳频同步已完成则
(e)、接收信道命令和数据并对数据接收完成进行判断，如接收未完成，则继续接收，如数据接收确认完成则进行下一次搜索，重复上述工作步骤。
Claims (4)
1.一种正交频分复用的跳频同步实现方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在发送端在被发送的数据帧结构中增加有具有帧同步和载波频偏补偿能力的跳频同步帧，使数据帧的前导字中包含有用于辅助同步的同步字头的码元同步信息并取消数据帧中的短训练字头；
(2)接收端接收到数据之后，首先进行跳频截获的处理，搜索和检测有无包含有码元同步信息的跳频同步信号；
(3)当接收端捕获并确认有跳频同步信号时，从该数据包中提取数据帧前导字中的码元同步信息并进行数据解调和同步确认处理，消除误捕获而建立正确的跳频同步；然后
(4)接收端接收余下的同步信息(TOD)数据并检测同步信息(TOD)结束信息，同时对每个数据包进行BCH纠错译码和解扩处理并将其结果存储作为下一步判决的依据；
(5)当接收端接收到同步信息(TOD)结束信息时，将判决出的同步信息(TOD)结果置入本地跳频序列发生器，收发双方实现同步跳频并开始接收后续的信息命令和数据。
2.根据权利要求1所述的正交频分复用的跳频同步实现方法，其特征在于上述步骤(2)中接收端进行跳频截获的处理包括以下步骤：
(21)、在由实时时间确定的同步信息(TOD)频率集上作以低于正常速率的跳频慢搜索，判断收发双方有无频点重合，如接收方由数据分析结果判断检测到有同步信息(TOD)则转到步骤(22)；否则转回到步骤(21)进行跳频慢搜索；
(22)、判断确认为信号到达状态并继续进行跳频信息的跟踪和数据接收。
3.根据权利要求1所述的正交频分复用的跳频同步实现方法，其特征在于上述步骤(1)中的跳频同步帧中包含有用于信号到达检测和自动增益控制的短前导字；用于FFT窗口位置估计、频偏估计、位定时估计及信道响应估计的长前导字；用于数据接收的跳频同步信息。
4.根据权利要求1所述的正交频分复用的跳频同步实现方法，其特征在于上述步骤(1)中的数据帧中包含有用于频偏估计和信道响应估计的长前导字；用于数据接收、位定时跟踪、信息响应跟踪的数据信息。
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