CN102469057A - 适用于突发式通信系统的帧同步方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于突发式通信系统的帧同步方法，在初始信道接入阶段采用分段长度不同的多路分段相干相关方式，选取各分路的最大相关值进行双阈值(相对阈值和绝对阈值)判决，并从相关值超过阈值的位置开始进行同步确认，通过设置合适的双阈值及确认窗，克服初始信道接入阶段较恶劣环境因素的影响；稳定通信阶段采用全相干相关方式，根据初始信道接入阶段确认窗内记录的信道信息设置合适的双阈值及确认窗宽度，针对不同通信阶段采用的不同帧同步方法使得本发明有更大的适应性。

Description

适用于突发式通信系统的帧同步方法和装置

技术领域

本发明涉及数据通信领域，特别是涉及一种适用于突发式通信系统的帧同步方法。本发明还涉及适用于突发式通信系统的帧同步装置。

背景技术

多接入技术是现代通信领域研究的关键技术之一，其核心问题是如何在特定的传输环境中即时、并发、准确地实现多个通信用户的信道共享与信息互通。信道时分复用技术的应用使得多个通信用户成为具有突发特性的信息源，当有数据需要传输时，用户在其被允许的时隙内实现数据的突发传输。突发式的通信系统已经广泛地存在于多接入通信系统中，随着以Internet(因特网)为代表的各类IP(因特网协议)和多媒体业务的显著增长，突发传输问题已经成为通信领域需要解决的重点问题。

在突发式通信系统中，通常需要对每个不同的突发数据包实现正确的帧同步。突发数据帧信号经常使用前导序列作为数据帧的帧头，所以对突发数据帧信号的捕获与同步是基于数据辅助的。大多数系统采用互相关的方式，对接收信号中的帧头前导序列与本地序列进行互相关，并设置一个阈值，根据相关峰值超过阈值时所对应点的位置确定物理层帧的起始时刻。

在实际系统中，由于载波频偏以及多径的存在，用于帧头检测的时域同步序列的相关特性受到很大的影响。时域同步序列的相关特性以及抗载波频偏能力与相干相关长度有关，相干相关长度长则抗噪声特性好，但是抗载波频偏能力差，相干相关长度短则抗噪声特性差，但是抗载波频偏能力强。时域同步序列的多径特性也会造成相关峰值幅度的下降，同时会产生多个相关峰值。

中国发明专利申请公布说明书CN101577580A(申请号：200810106159.6，公开日2009年11月11日)公开了一种帧同步方法，它采用分段相干相关方法，对当前系统存在的最大频偏进行预估计，并根据估计值确定时域同步序列的相干相关长度，设定单一相对阈值检测帧同步位置。

这种方法有一定的缺陷。在系统初始信道接入时，由于此时尚未完成对信号功率、多径特性以及载波频偏等参数的估计，需要在未知的复杂环境下对信号完成同步。由于难以预知当前网络状况，也就无法确定使用何种互相关的分段方式为最优，该方法中根据最大系统频偏决定分段相关长度的方式相当于总是按照系统最恶劣的情况进行分段处理。同时，该方法中采用单一相对阈值判决的方式，将分段相干相关峰值超过阈值的第一个点作为帧同步位置。因为相关峰值曲线的主瓣通常有一定的宽度，超过阈值的点通常不只一个，采用该方法并不能确定是否找到相关峰值最大的点。而且，由于存在错误位置上的相关峰值大于正确位置上的相关峰值的情况，单一相对阈值的设定很容易出现误同步。鉴于信道复杂的网络环境，同步器无法找到各种情况下均适应的普适性阈值。该方法采用单一阈值的设置应用于实际系统时，容易发生漏检、误检或虚警事件，从而降低系统的同步性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于突发式通信系统的帧同步方法，可以克服用户初始信道接入时复杂的网络环境条件对同步的影响，在系统初始信道接入阶段和稳定通信阶段均可以准确有效地实现突发信号帧同步；为此，本发明还要提供一种适用于突发式通信系统的帧同步装置。

为解决上述技术问题，本发明的适用于突发式通信系统的帧同步方法，包括如下步骤：

步骤一、发送端在数据帧中发送长度为N的前导序列；

步骤二、接收端使用所述的前导序列作为本地序列m(n)；

步骤三、接收端在初始信道接入阶段，根据系统中可能存在的最大频偏ΔF_MAX确定最小分段长度L_MIN，根据L_MIN将长度为N的接收信号序列重复成Q条分路，每条分路使用不同的分段长度；

步骤四、接收端使用窗口宽度为W的搜索窗，让所述本地序列m(n)依次和搜索窗内每个起始相关位置处开始的Q路接收信号序列分别进行长度为N的分段相干相关，比较Q条分路的绝对相关峰值，取出绝对相关峰值最大分路的分路编号、绝对相关峰值和相对相关峰值，作为当前起始相关位置处的滑动相关输出，其中W为大于1的整数，所述绝对相关峰值即分路相关值，所述相对相关峰值由绝对相关峰值经能量归一化得到，所述能量归一化按如下公式进行，

${\widetilde{\mathrm{\γ}}}_i=\frac{{\mathrm{\γ}}_i}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r\left(n\right)\right|}^2}$

其中，r(n)是接收信号序列，N是接收信号序列和本地序列的长度，γ_i是第i条分路上的绝对相关峰值，

是第i条分路上的相对相关峰值，|·|²代表复数取模平方操作；

步骤五、在接收端设定一个相对阈值和一个绝对阈值，对当前起始相关位置处的滑动相关输出进行双阈值判决，所述双阈值判决按如下方法进行，将绝对相关峰值与绝对阈值相比较，将相对相关峰值与相对阈值相比较，若进行比较的两个相关峰值均超过其对应的设定阈值，则将当前起始相关位置作为初始检测帧起始位置，并将当前起始相关位置处的分路编号标定的分路选作确认分路，然后执行步骤六；否则在各分路继续向前做滑动相关并进行前述双阈值判决；如果起始相关位置前进至所述搜索窗末尾时仍未找到符合双阈值判决条件的相关峰值，则判断本次同步失败并退出同步处理；

步骤六、接收端根据步骤五中得到的初始检测帧起始位置和确认分路，设定一个窗口宽度为F的确认窗，将初始检测帧起始位置点作为确认窗的起始点，在选定的确认分路上向前做F-1点滑动相关，取确认窗内相对相关峰值最大值，将最大值点对应的起始相关位置作为最终检测帧起始位置，并记录确认分路上确认窗内所有点的相对相关峰值，其中F为大于1的整数。

进一步还包括：

步骤七、如果通信系统中存在周期性的信标帧，则在接收端重复步骤三至步骤六对连续多个信号帧进行同步检测确认，基于所检测到的连续Z个帧同步位置的时间关系来判断是否正确检测到帧同步位置，判断方法如下：

令连续Z次同步检测的帧头同步位置所对应的时间为t_k(k＝1，2，...Z)，如果满足以下关系，则认为找到了正确的帧同步位置：

|t_k-t_k-1-T_beacon|＜＝δ，k＝2，3，...，Z

其中，δ是考虑了系统和信道的非理想效应所导致的最大误差，T_beacon是信标帧的周期。

本发明的方法还进一步包括如下步骤：

步骤八、接收端在稳定通信阶段，设定一个窗口宽度为W’的搜索窗，让本地序列依次和搜索窗内每个起始相关位置处开始的接收信号序列进行相干相关长度为N的全相干相关，得到未经过能量归一化的第二绝对相关峰值，和第二绝对相关峰值经过能量归一化后得到的第二相对相关峰值，作为当前起始相关位置处的滑动相关输出，其中W’为大于1的整数，所述第二绝对相关峰值即全相干相关值，所述能量归一化按如下公式进行，

$\widetilde{\mathrm{\γ}}=\frac{\mathrm{\γ}}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r\left(n\right)\right|}^2}$

其中，r(n)是接收信号序列，N是接收信号序列和本地序列的长度，γ是绝对相关峰值，

是相对相关峰值，|·|²代表复数取模平方操作；

步骤九、接收端根据步骤六中所记录的确认窗内所有点的相对相关峰值确定出稳定通信阶段拟使用的绝对阈值、相对阈值和第二确认窗宽度F’；对当前起始相关位置处的滑动相关输出进行双阈值判决，所述双阈值判决按如下方法进行：将第二绝对相关峰值与绝对阈值相比较，将第二相对相关峰值与相对阈值相比较，若进行比较的两个相关峰值均超过其对应的设定阈值，则将当前起始相关位置作为初始检测帧起始位置，并执行步骤十；否则继续向前做滑动相关并进行前述双阈值判决；如果起始相关位置前进至窗口宽度为W’的搜索窗末尾时仍未找到符合双阈值判决条件的相关峰值，则判断本次同步失败并退出同步处理；其中F’为大于1的整数；

步骤十、接收端根据步骤九中得到的初始检测帧起始位置和确认窗宽度F’，设定一个窗口宽度为F’的第二确认窗，将初始检测帧起始位置点作为第二确认窗的起始点，继续向前做F’-1点滑动相关，取第二确认窗内相对相关峰值最大值，将最大值点对应的起始相关位置作为最终检测帧起始位置，完成稳定通信阶段的信号帧同步。

步骤三中最小分段长度L_MIN由下式决定：

其中，θ_MAX为长度为L_MIN的前导序列由于最大载波频率偏差(简称“最大频偏”)ΔF_MAX的存在引起的最大相位旋转，F_O为突发式通信系统信号带宽，ΔF_MAX由具体系统确定，代表向上取整。

因此，各分路分段长度L₁，L₂，…L_Q和分段数K₁，K₂，…K_Q可按下式确定：

i＝1，2，...，Q

其中，i为分路编号，N是接收信号序列和本地序列长度，L_MIN为最小分段长度。

步骤四中所述分段相干相关的具体方法为，对搜索窗内的某个起始相关位置，在每一分路上，先依据该分路的分段方式进行本地序列与接收信号序列之间的相干相关运算，然后将该分路上各分段相关结果进行非相干累加，得到长度为N的分段相干相关值即绝对相关峰值。

例如，突发式通信系统发送端发送的本地序列为m(n)，接收端接收的信号为r(n)，设在第i条分路上分别将进行滑动相关的接收信号序列及本地序列分成K_i段，且分段长度为L_i，分别将各分段内的接收信号子序列与本地子序列的共轭值相乘进行互相关，则第k个分段所有点互相关值和的模值平方为：

${\mathrm{\γ}}_i^k\left(n\right)={|\underset{n=1}{\overset{L_i}{\mathrm{\Σ}}}r(n+(k-1)L_i)\·m^{*}(n+(k-1)L_i)|}^2$

将前述各分段互相关结果的模值平方累加，得到总长度为N的绝对相关峰值：

${\mathrm{\γ}}_i=\underset{k=1}{\overset{K_i}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\γ}}_i^k\left(n\right)$

步骤四中，可以对接收信号序列所有分路并行或串行地进行分段相干相关操作。

步骤七中，在突发式通信系统存在周期性信标帧的情况下，初始信道接入时可对多个信标帧进行同步检测，以提高初始信道接入阶段帧同步检测成功概率。在不存在周期性信标帧的情况下，步骤七可跳过，执行步骤八。

步骤八中，全相干相关是以相干相关长度N对接收信号序列及本地序列进行相关操作，如下式所示：

$\mathrm{\γ}={|\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}r\left(n\right)\·m^{*}\left(n\right)|}^2$

其中，r(n)是接收信号序列，m(n)是本地序列，N是接收信号序列和本地序列的长度，γ是未经过能量归一化的第二绝对相关峰值，|·|²代表复数取模平方操作，*代表复数取共扼操作。

本发明的适用于突发式通信系统的帧同步装置包括：模式识别器、时域相关器、双阈值判决器和确认窗检测器；

所述模式识别器，用于识别当前系统的工作阶段，即判断系统是工作在初始信道接入阶段还是工作在稳定通信阶段；

所述时域相关器，用于在搜索窗内在时域上实现接收信号序列与本地序列的滑动相关操作，并输出未经过能量归一化的绝对相关峰值，和绝对相关峰值经过能量归一化后得到的相对相关峰值，和初始接入阶段绝对相关峰值最大分路的编号；

所述双阈值判决器，通过设置合适的相对阈值与绝对阈值，对时域相关器输出的相关峰值进行判决，用于确定初始检测的帧同步位置，以及初始信道接入阶段的确认分路；

所述确认窗检测器，通过设置合适的确认窗宽度，在确认窗内对接收信号序列与本地序列继续在时域上做滑动相关操作，通过找到确认窗滑动相关操作的最大相对相关峰值确定最终检测的帧同步位置，完成帧同步。

较佳地，所述时域相关器进一步包括初始信道接入时域相关器和稳定通信时域相关器，所述初始信道接入时域相关器进一步包括多路分段相干相关器与峰值比较器，稳定通信时域相关器进一步包括全相干相关器。在控制信号的控制下由模式识别器将接收信号序列输出给初始信道接入时域相关器或稳定通信时域相关器。

所述初始信道接入时域相关器，用于完成初始信道接入阶段的时域相关，通过设置合适的搜索窗宽度，利用多路分段相干相关器实现多路接收信号序列的分段相干相关，并在搜索窗内的每个起始相关位置上通过峰值比较器比较各分路的绝对相关峰值，输出绝对相关峰值最大的分路的分路编号、绝对相关峰值与相对相关峰值的组合。

所述稳定通信时域相关器，用于完成稳定通信阶段的时域相关，通过设置合适的第二搜索窗宽度，利用全相干相关器实现一路接收信号序列的全相干相关，并在第二搜索窗内的每个起始相关位置上输出一组绝对相关峰值与相对相关峰值。

较佳地，所述双阈值判决器判决的过程是，将未经过能量归一化的绝对相关峰值与绝对阈值相比较，将绝对相关峰值经过能量归一化后得到的相对相关峰值与相对阈值相比较，若进行比较的两个相关峰值均超过其对应的设定阈值，则将当前起始相关位置作为初始检测帧起始位置，并在初始信道接入阶段将当前起始相关位置处的分路编号标定的分路选作确认分路。

较佳地，所述确认窗检测器进一步检测的过程是，在初始信道接入阶段把确认窗设定到确认分路上；在稳定通信阶段直接把确认窗设定到全相干相关器的唯一分路上；取确认窗内所有相对相关峰值的最大值，将最大值点对应的起始相关位置作为最终检测帧起始位置，完成帧同步检测。

综上所述，本发明提出的适用于突发式通信系统的帧同步方法和装置具有如下有益效果：

(1)可实现突发式通信系统对每一帧突发数据帧均进行突发帧同步检测。

(2)在初始信道接入阶段，初始载波频偏、信号功率、多径条件未知，相干相关长度长则抗噪声特性好，但抗频偏能力差，相干相关长度短则抗噪声特性差，但抗频偏能力强，信号功率较小时相关峰值小，多径因素的介入也会降低相关峰值，因此无法选择合适的相干相关长度进行分段相干相关操作。本发明中采用不同长度的分段相干相关并取相关峰值最大值的方式可有效解决上述问题。

(3)在输入信号本身非常小或者没有有效信号输入的条件下，互相关后的相关峰值和有用信号平均功率都非常小，有可能出现相对相关峰值较大的情况。本发明中在相对阈值的基础上再加上绝对阈值的辅助判断，这种双阈值判决的方式可以有效防止上述情况下的虚警问题。

(4)仅将第一个超过判决阈值的相关峰值对应的起始相关位置作为帧同步起始位置是不准确的，本发明中确认窗的设置使得滑动相关器向前继续搜索符合条件的相关峰值点，通过取确认窗内的相关峰值最大值可找到真正的帧同步起始位置。

(5)稳定通信状态下由于系统已经进行了信道训练和补偿处理，初始载波频偏已经基本上得到补偿，因此可以采用全相干相关以提高正确同步的概率。另一方面，对于不同信道条件下的帧同步，一种相对阈值与绝对阈值的组合无法达到普适的效果。根据初始信道接入通信阶段确认窗口中记录的有效相关峰值的个数及其最大间距信息可以大致判断信道多径状况，并为此后的稳定通信阶段帧同步参数的设置提供根据。本发明的方法可实现突发帧同步检测动态阈值设置，可有效提高稳定通信阶段帧同步检测的一次成功概率。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是传统的通信系统接收机的同步处理器示意图；

图2是适用于本发明方法的突发式通信系统接收机的同步处理器示例图；

图3是突发数据一个数据帧及其序列分段方式示例图；

图4是突发式通信系统中初始信道接入时的同步处理器示例图；

图5是突发式通信系统中稳定通信时的同步处理器示例图；

图6是突发式通信系统接收机的同步处理器中时域相关的示例性方框图；

图7是突发式通信系统接收机的同步处理器中双阈值判决器示例图；

图8是突发式通信系统接收机的同步处理器中确认窗检测器示例图；

图9是突发式通信系统接收机的同步处理器的一个示例控制流程图；

图10是适用于突发式通信系统的帧同步装置的结构示意图；

图11是突发式通信系统的收发机示例方框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术解决方案和优点更加清晰，以下列举具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明提供了在突发式通信系统中完成帧同步的方法，包括：初始信道接入阶段对接收到的数据帧(接收信号序列)做不同分段长度的分段相干相关操作；通过双阈值判决方式确定初始检测帧起始位置；使用确认窗机制确定最终检测帧起始位置；稳定通信阶段使用与初始信道接入阶段不同的分段方式、双阈值门限、搜索窗长和确认窗长；在存在周期性信标帧的情况下，取多次同步检测后出现概率最大的帧同步位置作为初始信道接入阶段的信号帧同步起始位置。

图1是传统的通信系统接收机的同步处理器示意图，所述通信系统包括一个或多个发射机110和一个或多个接收机120。所述接收机120用于业务数据的解码和处理，其中，同步处理器130用于数据帧的定时同步和频率同步。同步处理器130包括时域相关器140和阈值检测器150。时域相关器140输出用于定时同步的信号。阈值检测器150检测时域相关器140输出的信号，根据其峰值超过预定阈值的时刻来确定数据帧的起始时刻，若没有检测到超过预定阈值的信号，则判定无数据帧到来。

图2示出了适用于本发明方法的突发式通信系统接收机的同步处理器240，其主要用途是完成突发式通信系统中突发数据帧220的帧定时同步。突发式通信系统包括连接在突发通信网络上的一个或多个发射机210和一个或多个接收机230，以及通信信道。接收机230包括物理层支持突发式传输的多种通信设备，如卫星通信中的星上接收机、蜂窝移动通信中的蜂窝电路、无线局域网系统设备、宽带接入网络设备等，可采用TDMA(时分多址)、S-CDMA(同步码分多址)或OFDMA(正交频分多路接入)等接入方式。系统所传输的突发数据帧220通常使用前导序列作为数据帧的帧头，所以对突发数据帧信号的捕获与同步是基于数据辅助的。同步处理器240包括时域相关器250、双阈值判决器260及确认窗检测器270。基于突发数据帧220的特殊结构，时域相关器250通常采用互相关的方式，将本地序列与接收到的突发数据帧220中的帧头前导序列进行互相关，用于在搜索窗内在时域上实现接收信号序列与本地序列的滑动相关操作，并生成未经过能量归一化的绝对相关峰值和将绝对相关峰值经过能量归一化后得到的相对相关峰值。双阈值判决器260通过设置合适的相对阈值与绝对阈值，对上述两个相关峰值进行判决，找到突发数据帧220的初始检测帧起始位置(初始检测的帧同步位置)。通常双阈值判决器260所确定的初始检测帧起始位置所对应点并不一定是取得最大相关峰值的点，因此，确认窗检测器270继续向前做固定点数的滑动相关操作，待找到真正取得最大相对相关峰值的点，即确定突发数据帧220的最终检测帧起始位置(即最终检测的帧同步位置)。

突发数据帧220的帧头前导序列通常采用具有较低峰均比和良好自相关性的同步序列，本实施例中采用伪随机序列(PN序列)，在这里，本发明保护的范围并不限于本实施例所采用的手段。时域相关器250将本地序列与突发数据帧220中的帧头前导序列进行互相关，所生成的相关峰值输出信号具有相关峰值突出、主瓣与旁瓣幅值分明的特征，通过比较该输出信号的上升沿与双阈值判决器260所设置的阈值，便可检测出检测帧起始的大体位置。但是接收机230与发射机210之间本振频率的不匹配性会引入载波频率偏差，该偏差会导致参与相干相关的各个分量相位不再一致，从而较大的载波频率偏差将导致相关峰幅度出现显著的下降，该特性严重影响相关峰值输出信号相关峰值突出、主瓣与旁瓣幅值分明的特性，损害系统帧同步的性能。在初始信道接入时，载波频率偏差较大，为了克服载波频率偏差对互相关输出相关峰值的影响，时域相关器250采用多路分段相干相关方式，并把绝对相关峰值最大的分路的输出提供给双阈值判决器260；在稳定通信时，载波频率偏差已得到补偿，此时本发明的时域相关器250采用全相干相关的滑动相关方式，并将其输出直接提供给双阈值判决器260。

图3示出了突发数据帧310的结构(即图2中所示的突发数据帧220)，包括突发数据帧头序列311与数据负载312，突发数据帧头序列311即是用于帧同步的前导PN序列。数据负载312主要携带用户源信息、信令信息等，可采用多种调制方式，应用于多个系统，如OFDM(正交频分复用)、CDMA(码分多址)。对于接收到的突发数据帧信号310，假设初始相位偏差为

载波频率偏差为Δf，则接收信号可由下式给出：

其中，x(t)为发送端发送的突发数据帧信号，n(t)为噪声信号。对接收信号进行采样，设采样周期为T_S，以采样频率为单位的频偏为ε＝Δf/F_S＝Δf×T_S，k为码元时间索引，采样后信号为：

初始信道接入阶段的时域相关中，对帧头接收信号序列进行分段互相关时，设选取的分段长度为L，系统最大载波频率偏差为ΔF_MAX，系统信号带宽为F_O，前导序列在分段长度上由载波频率偏差引起的最大相位旋转为θ_MAX，则L可由下式确定：

假设N为接收信号序列和本地序列长度，则分段数目K为：

例如：F_O＝16M，ΔF_MAX＝250KHz，θ_MAX＝π/2，则L＝16，若N＝124，则最大分段数目为K_MAX＝8。这8个分段的子序列长度可分别取为：16、16、16、16、16、16、16、12。

设本地序列为m(n)，接收信号序列为r(n)，分段长度为L，分段数目为K，则本地分段序列320即为对本地序列进行分段的一个示例，接收分段序列330即为对接收信号序列进行分段的一个示例。示例中，本地分段序列320第k段序列为长度为L的子序列：m^k(1)，m^k(2)，…，m^k(L)；接收分段序列330第k段序列也是长度为L的子序列：r^k(1)，r^k(2)，…，r^k(L)。接收信号序列和与其做互相关的本地序列应使用完全一致的分段方式。

应当明白并理解，图3示出的突发式通信系统的突发数据帧结构及用于同步的帧头前导序列的分段方式仅是一个示例，本文所述方法的应用并不以该示例为局限，应包括所有具有类似或不同同步序列的突发式通信系统。

图4示出了突发式通信系统中用于初始信道接入的同步处理器。该同步处理器包括：输入的接收信号序列410，多路分段相干相关器420，峰值比较器430，双阈值判决器440，确认窗检测器450以及最终帧检测输出序列460。接收信号序列410即为经过突发式通信系统传输信道后并受载波频偏影响的信号序列。在用户初始接入信道时，由于此时尚未进行信道训练，对信号功率、多径特性以及载波频偏等参数并没有准确的估计，需要在未知的复杂环境下完成信号帧同步。由于当前网络状况的不确定性，无法确定分段相干相关的最优分段长度，因此，采用多路分段相干相关器420进行分段互相关操作。多路分段相干相关器420采用不同的分段长度进行分段相干相关，经过峰值比较器430取最大相关峰值进行阈值判决。若系统最大载波频率偏差为ΔF_MAX，突发式通信系统信号带宽为F_O，前导序列在分段长度上由最大载波频率偏差引起的最大相位旋转为θ_MAX，则最小分段长度L_MIN可由下式确定：

式中，

代表向上取整，ΔF_MAX由具体系统确定。

多路分段相干相关器420共有Q路，则进行分段相干相关的各分路分段长度L₁，L₂，…L_Q与分段数K₁，K₂，…K_Q满足：L_MIN≤L₁＜L₂＜...＜L_Q≤N，i＝1，2，...，Q

其中，i为分路编号，N接收信号序列和本地序列长度。

多路分段相干相关器420采用并行分段相干相关方式，在窗口宽度为W的搜索窗内，依次以搜索窗内的接收样点为起始相关位置，在每一起始相关位置开始分别对各分路进行分段相干相关操作，各分路的相关长度均为N。具体做法是：在搜索窗内的某个起始相关位置上，对每一分路，先依据该分路的分段方式进行本地序列与接收信号序列之间的相干相关运算，然后将该分路上各分段相关结果进行非相干累加及能量归一化，峰值比较器430选择相关结果最大的分路绝对相关峰值作为当前起始相关位置处的滑动相关输出，输出给双阈值判决器440进行判决。这里，峰值比较器430输出给双阈值判决器440的信号包括未经过能量归一化的绝对相关峰值和绝对相关峰值经过能量归一化后得到的相对相关峰值，以及相关结果最大的分路编号。在双阈值判决器440中，设定一个相对阈值和一个绝对阈值，将绝对相关峰值与绝对阈值作比较，将相对相关峰值与相对阈值作比较，如果两个相关峰值均大于对应设定阈值，则将当前起始相关位置确定为初始检测帧起始位置P_b，并将当前起始相关位置处的分路编号标定的分路选作确认分路；否则，在各分路继续向前进行滑动分段相干相关，直至起始相关位置前进到搜索窗的最尾部。若双阈值判决器440确定了初始检测帧起始位置P_b和确认分路，则设定一个宽度为F的确认窗，在确认分路上的P_b位置开始，继续向前做F-1点分段相干相关，得到F个相对相关峰值。确认窗检测器450取F个相对相关峰值中的最大值点对应的起始相关位置作为最终检测帧起始位置P_f，并记录确认分路上确认窗内的所有点的相对相关峰值。

这里，多路分段相干相关器420采用串行分段相干相关方式是本实施例的一个变种，具体操作是：采用前述的分路、分段方式，在窗口宽度为W的搜索窗内，对每一个分路、每一个起始相关位置依次进行Q*W次分段相干相关操作，分段相干相关操作的相关长度均为N，每一分路W次分段相干相关操作串行地进行(起始相关位置是依次选取前述搜索窗内的样点位置)，Q个分路串行地进行相关操作，共得到Q*W组绝对相关峰值与相对相关峰值，对每一个起始相关位置，峰值比较器430取Q个绝对相关峰值中的最大值，连同绝对相关峰值所在分路的编号、相对相关峰值一起，作为当前起始相关位置处的滑动相关输出，输出给双阈值判决器440进行判决。在双阈值判决器440中，设定一个相对阈值和一个绝对阈值，将峰值比较器430输出的绝对相关峰值与绝对阈值作比较，将峰值比较器430输出的相对相关峰值与相对阈值作比较，如果两个相关峰值均大于对应设定阈值，则将当前起始相关位置确定为初始检测帧起始位置P_b，并将当前起始相关位置处的分路编号标定的分路选作确认分路；否则，在各分路继续向前进行峰值比较，直至起始相关位置前进到搜索窗的最尾部(此时判定为未成功检测出数据帧同步信号)。若确定了初始检测帧起始位置P_b和确认分路，则设定一个长度为F的确认窗，在确认分路上从P_b位置继续向前做F-1点分段相干相关，得到F个相对相关峰值。确认窗检测器450取F个相对相关峰值中的最大值点对应的起始相关位置作为最终检测帧起始位置P_f，并记录该分路上确认窗内的所有点的相对相关峰值。

应当明白并理解，本发明中受保护的范围不限于这里示出的并行或串行的多路分段相干相关器相关方式，并行或串行方式的结合、每一个局部分段相干相关操作的并行与串行的交替使用以及两种方式次序的改变都应视为本实施例的变种，都属于本发明的范围。根据当前系统对于初始同步和接入的时间要求折中考虑，同时考虑硬件实现复杂程度，选择对接收信号序列所有分路并行或串行地进行分段相干相关操作。

应当明白并理解，图4中各分路分段数的选择是可选的，并非需要遍历所有的分段数，要根据实际系统实现复杂度以及实际网络状态来确定。

作为本实施例的一个变种，在存在周期性的信标帧的情况下，对多个信标帧进行如图4所示的同步检测确认操作，基于所检测到的连续多个帧同步位置的时间关系来判断是否正确检测到帧同步位置，这样可以有效降低初始信道接入阶段的信号帧同步的误检测概率。由于信标帧是周期性出现的，假定其周期为T_beacon，对相邻两个信标帧进行帧头同步检测所得到的帧头起始时刻分别为t₁和t₂，则理想情况下应该满足下式：

t₂-t₁＝T_beacon

实际情况中，由于存在采样时钟频偏等非理想因素，上式可能会存在一定的偏差，但是，在连续两次帧头同步检测均正确的情况下，上式仍然应该满足：

|t₂-t₁-T_beacon|＜＝δ

其中，δ是考虑了系统和信道的非理想效应所导致的最大误差。在初始信道接入阶段，由于尚未进行信道训练和补偿处理，单次检测容易出现较大的误检测概率。但是通过对连续多个周期性出现的信标帧进行同步检测，并综合多次检测结果进行判断就可以大大降低误检测概率。比如，假定单次检测的误检测概率为

这是一个很高的误检测概率，是一般的通信系统所无法容忍的。但是如果进行连续Z次同步检测的帧头同步时间t_k(k＝1，2，...Z)均满足：

|t_k-t_k-1-T_beacon|＜＝δ，k＝2，3，...，Z

此时出现误检测的概率为

例如，对于Z＝5，这是一个非常低的误检测概率，对于一般的通信系统是完全可以接受的。

图5示出了突发式通信系统中用于稳定通信阶段的同步处理器。该同步处理器包括输入的接收信号序列510，全相干相关器520，双阈值判决器530、确认窗检测器540以及最终帧检测输出序列550。稳定通信阶段采用全相干相关方式。

全相干相关器520，在稳定通信阶段，在窗口宽度为W’的搜索窗内，让本地序列依次与搜索窗内每个起始相关位置处开始的接收信号序列进行全相干相关操作，相干相关长度为N。全相干相关器520将滑动相关的结果输出给双阈值判决器530进行判决。这里，全相干相关器520在当前起始相关位置处输出给双阈值判决器530的滑动相关的结果包括未经过能量归一化的绝对相关峰值和绝对相关峰值经过能量归一化后得到的相对相关峰值。

在双阈值判决器530中，设定一个相对阈值和一个绝对阈值，将绝对相关峰值与绝对阈值作比较，将相对相关峰值与相对阈值作比较，如果两个相关峰值均分别大于对应设定的阈值，则将当前起始相关位置确定为初始检测帧起始位置p_b，否则，继续向前进行滑动全相干相关并进行前述双阈值判决，直至起始相关位置前进到搜索窗的最尾部。如果起始相关位置前进至窗口宽度为W’的搜索窗末尾时，仍未找到符合前述双阈值判决条件的相关峰值，则判断本次同步失败并退出同步处理。若确定了初始检测帧起始位置p_b，则设定一个窗口宽度为F’的确认窗，将p_b位置作为确认窗的起始点，继续向前做F’-1点全相干相关，直至最终得到F’个相对相关峰值。确认窗检测器540取所述确认窗内F’个相对相关峰值中最大值点对应的起始相关位置作为最终检测帧起始位置p_f。

图6示出了图2中同步处理器240中时域相关器250的一路分段相干相关操作(图4中420的一个分路)的具体实施方式。寄存器610所存储的本地序列的共轭序列m^*(n)，总长度为N，分段长度为L，分段数目为K。移位寄存器620存储进入分段相干相关器的所有接收信号序列数据样点，即长度为N的接收信号序列r(n)，其分段方式与m^*(n)完全相同。对本地序列各分段子序列采用与接收信号序列各分段子序列一致的编号1，2，…，K，将寄存器610与移位寄存器620每个分段内的对应序列样点输入到各样点对应的乘法器630做对应相乘，然后将每个分段的乘法器输出结果输入到各分段序列对应的加法器635做分段累加，得到分段序列各点的互相关值累加和，然后将累加结果输入到对应的模值平方器640求各分段互相关值和的模值的平方；各分段序列对应的模值平方器640的输出结果输入到第二累加器650，得到模值平方结果的累加和，从而得到未进行能量归一化的绝对相关峰值680。将移位寄存器620接收信号序列的各数据样点输出到各点对应的第二模值平方器645求各样点的模值平方，并将所有输出结果输入到第三累加器655，经累加输出接收信号序列的总能量660。除法器670将未经过能量归一化的绝对相关峰值680除以接收信号序列的总能量660，输出经过能量归一化后得到的相对相关峰值690。

其中，分段序列各点的互相关值累加和为：

${\mathrm{\γ}}^1\left(n\right)=\underset{n=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}r\left(n\right)\·m^{*}\left(n\right)$

${\mathrm{\γ}}^2\left(n\right)=\underset{n=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}r(n+L)\·m^{*}(n+L)$

${\mathrm{\γ}}^K\left(n\right)=\underset{n=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}r(n+(K-1)\·L)\·m^{*}(n+(K-1)\·L)$

将各段序列对应的模值平方器640输出的各分段互相关值和的模值平方相加，即可得到未经过能量归一化的绝对相关峰值680，为：

$\mathrm{\γ}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\mathrm{\γ}}^k\left(n\right)\right|}^2$

第三累加器655输出的接收信号序列的总能量660为：

$P=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r\left(n\right)\right|}^2$

除法器670输出的经能量归一化后得到的相对相关峰值690为：

$\widetilde{\mathrm{\γ}}=\mathrm{\γ}/P.$

为了简单演示的目的，图6示出的为分段数目为K的分段相关相干方式的示例，但应当明白并理解，其他分段数目的分段相关相干操作均如上所示，图4中所示的多路分段相干相关器，其每一路均是采用图6示例方式的操作，其中变量L、γ、

均随分段数目K变化，K由图3中所述方式确定。

全相干相关方式的操作(图5的全相干相关器520)是分段相干相关方式操作的一个特例，它相当于取分段数K＝1、分段长度L＝N(N为本地序列和接收信号序列的长度)的分段相干相关，其实现方式可由图6得到。

图7示出的为图2中同步处理器240的双阈值判决器260的一个示例，主要用途是使用双阈值判决方式确定初始检测帧起始位置，其中包括输入接收信号序列710，未经过能量归一化的绝对相关峰值720，绝对相关峰值720经过能量归一化后得到的相对相关峰值730，绝对阈值740，相对阈值750，判决器760、761，与门770，程控开关780及在初始检测帧起始位置输出的接收信号序列790。在输入接收信号710本身非常小或者没有有效信号输入的条件下，滑动相关输出的相关峰值和有用信号的平均功率都非常小，在概率上存在相对相关峰值730出现较大值的情况，所以单一相对阈值的检测很容易在相对相关峰值730较大的点出现虚警情况，因此采用双阈值(相对阈值与绝对阈值)判决的方式。第一判决器760判断绝对相关峰值720是否超过绝对阈值740，超过则输出1，未超过则输出0；第二判决器761判断相对相关峰值730是否超过相对阈值750，超过则输出1，未超过则输出0。两个判决结果经过与门770进行“与”操作，通过相与的输出结果来控制程控开关780的闭合与断开。当且仅当两个判决结果均为1时，才能控制程控开关780闭合，允许输出的接收信号序列790在当前滑动相关起始时间点输出，即确定了初始检测帧起始位置，否则继续向前做滑动相关。这里，两个判决操作(绝对相关峰值与绝对阈值的判决，相对相关峰值与相对阈值的判决)可以并行执行，也可以串行执行，并且串行执行的次序也是可变的。图7示例中，在相对阈值的基础上再加上绝对阈值的辅助判断，这种双阈值判决的方式可以有效提高同步成功的概率。

图8示出了图2中同步处理器240的确认窗检测器270的一个示例，主要用途是确定最终检测帧起始位置。它包括：在初始检测帧起始位置输出的接收信号序列810，确认窗820，互相关器830，最大值判决器840，程控开关850以及经过正确同步的突发数据帧接收信号序列860。图7示出的双阈值判决器确定的初始检测帧起始位置并不能保证找到了真正的相对相关峰值的最大值，因为在第一个超过双阈值的同步点后面还会有多个类似的点，必须继续向前做滑动相关才能找到相对相关峰值取得最大值的点，也就是真正的最终检测帧起始位置。具体操作方式是，设置窗口宽度为F的确认窗820，使用互相关器830继续向前做F-1点滑动相关，并将确认窗820内F个点的相对相关峰值结果输出给最大值判决器840，将相对相关峰值取得最大值的点作为最终检测帧同步起始点(即起始位置)，并在该点由最大值判决器840控制程控开关850闭合，输出经过正确同步的突发数据帧的接收信号序列860。互相关器830相关方式的选择要根据具体时间阶段确定：在初始信道接入时使用图4所示的分段相干相关方式，分段长度的选择由所在分路的分段数目决定；在稳定通信阶段使用图5中所示的全相干相关方式。

图4、图5、图6、图7与图8示出的均是本实施例的各子系统，下面用图9所示流程图的方式详细说明本发明的突发式通信系统帧同步方法的操作流程。

步骤900接收经过通信系统信道与接收端A/D采样后的接收信号序列，此时利用步骤910来判断当前系统是需要进行初始信道接入还是稳定通信。在用户初始信道接入时，步骤920首先确定接收信号序列各分路的分段数与搜索窗宽度W，分路数及各分路分段长度与分段数的确定具体采用图3与图4所示方法。然后步骤921针对搜索窗内的每个起始相关位置，对每一分路进行分段相干相关操作，步骤922找出在当前起始相关位置上具有最大绝对相关峰值的分路，并输出该分路在当前起始相关位置上的绝对相关峰值和相对相关峰值，具体操作方式如图4与图6所示。步骤923采用图4与图7所示方式对绝对相关峰值与相对相关峰值进行双阈值判决，并由步骤924确定初始检测帧起始位置和确认分路。步骤925继续在宽度为F的确认窗内对确认分路继续向前做滑动相关，由步骤926确定最终检测帧起始位置，并记录下确认分路上确认窗内各点相对相关峰值大小及位置。这里，搜索窗宽度W、双阈值(绝对阈值与相对阈值)的大小及确认窗的宽度F均存放在可编程寄存器中，由软件编程控制。多路分段相干相关与确认窗检测操作的并行与串行方式的选择是可变的，并不由本图所示流程图唯一确定，以图4所示方式及其变种为准。

当系统处于稳定通信阶段时，步骤930对接收信号序列在宽度为W’的搜索窗内的每个起始相关位置进行全相干相关操作，并输出绝对相关峰值与相对相关峰值，具体操作方法如图5及图6所示。步骤931采用图5与图7所示的方式对绝对相关峰值与相对相关峰值进行双阈值判决，并由步骤932确定初始检测帧起始位置。步骤933在宽度为F’的确认窗内对接收信号序列继续向前做滑动相关，由步骤934确定最终检测帧起始位置。这里，根据初始信道接入阶段确认窗检测器所记录的同步信息，即确认窗内各点相对相关峰值大小及位置，可以对信道的状况做初步的判断。软件根据上述信息设定稳定通信阶段搜索窗的宽度W’、所需设定的双阈值(绝对阈值与相对阈值)的大小及确认窗的宽度F’。

初始信道接入时双阈值判决器要设置合适的绝对阈值与相对阈值及确认窗口宽度，所谓合适的阈值即所设置阈值要能正确的分辨出有效相关峰值，相关峰阈值的设置要有效的避免有用信号功率较低时虚警现象的发生。通常情况下，一种相对阈值与绝对阈值的组合无法达到普适的效果，本发明所述方法中，初始信道接入阶段确认窗所记录的信道信息，为稳定通信阶段同步检测参数的配置提供了有效的参考，系统便可根据不同的信道信息实现帧同步检测动态阈值的设置，有效提高了稳定通信时帧同步检测的一次成功概率。

图9所示的流程图中，为了简要阐述说明的目的，方法被示出并描述为一系列的动作，但应当明白并理解，本发明所述的方法并不能通过该示例所描述的动作来限制，因为根据本发明所示及所描述的，一些方法还可以通过配置不同次序的动作顺序来灵活的进行，本发明所述方法并不拘泥于本示例范围，同时，并非所有所示动作都需要参照本发明所公开的方法。

图10是本发明中适用于突发式通信系统帧同步装置的结构示意图。如图10所示，帧同步装置主要由模式识别器1010、初始信道接入时域相关器1020、稳定通信时域相关器1030、双阈值判决器1040、确认窗检测器1050组成，其中，初始信道接入时域相关器1020主要包括多路分段相干相关器1060与峰值比较器1070，稳定通信时域相关器1030包括全相干相关器1080。对于接收的突发数据帧接收信号序列1000，模式识别器1010以系统当前工作状态为依据，识别系统工作在初始信道接入阶段还是工作在稳定通信阶段，并根据控制信号状态将接收的信号输出给初始信道接入时域相关器1020或稳定通信时域相关器1030。

在初始信道接入阶段，初始信道接入时域相关器1020需首先确定各分路的分段数与搜索窗宽度W，各参数的具体选择可采用图3与图4所示方式。对于接收信号序列，多路分段相干相关器1060在搜索窗内的每个起始相关位置，对每一分路进行分段相干相关操作，并将所有的相关峰值输出值输出给峰值比较器1070，多路分段相干相关器1060分段相干相关操作使用图4与图6所示的具体操作方式。峰值比较器1070比较各分路的绝对相关峰值输出值并选择最大绝对相关峰值的分路输出给后续模块处理。在稳定通信阶段，全相干相关器1080对接收信号序列在宽度为W’的搜索窗内的每个起始相关位置进行全相干相关操作，并输出绝对相关峰值与相对相关峰值，具体操作方式如图5及图6所示。

双阈值判决器1040采用图7所述方式对绝对相关峰值与相对相关峰值进行双阈值判决，并确定初始检测的帧起始位置。在初始信道接入时将相关峰值最大值所在分路作为确认分路，确认窗检测器1050继续在宽度为F的确认窗内对确认分路继续向前做滑动相关，取确认窗内相关峰最大值作为最终检测的帧起始位置，并记录下确认分路上确认窗内各点相对相关峰值大小及位置。此时，搜索窗宽度W、双阈值(绝对阈值与相对阈值)的大小及确认窗宽度F均存放在可编程寄存器中，由软件编程控制。前述，多路分段相干相关器1060与确认窗检测器1050中分段相干相关操作的并行与串行方式的选择是可变的，其具体操作方式的变种以图4所示方式为准。当系统处于稳定通信阶段时，由于稳定通信时域相关器1030只需对一路接收信号采用全相干相关操作，因此，双阈值判决器1040与确认窗检测器1050只需对一路全相干相关器1080输出的绝对峰值与相对峰值进行阈值判决与确认窗检测，其处理的方式与初始信道接入时的处理方式一致，并输出初始检测的帧起始位置和最终检测的帧起始位置。这里，根据初始信道接入阶段确认窗检测器所记录的同步信息，即确认窗内各点相对相关峰值大小及位置，可以对信道的状况做初步的判断。软件根据上述信息设定全相关相干器1080、双阈值判决器1040与确认窗检测器1050所需要设定的搜索窗宽度W’、双阈值(绝对阈值与相对阈值)的大小及确认窗宽度F’。最终，图10所示的帧同步装置输出经过正确同步的突发数据帧接收信号序列1090。

图11所示为突发式通信系统的示例收发机。为了描述本发明所述方法的需要，同时简便起见，突发式通信系统的示例收发机仅示出了一个发射机和一个接收机。应当明白并理解，系统可包括多个发射机和多个接收机，其中系统的终端可类似或不同于以下所述的示例收发机。图11示出，在发射机1110中，发送端数据处理器1130主要用于业务数据的编码、交织、加扰等处理，其中包括将模拟或数字信源的输出消息有效地变换成二进制数字序列的信源编码，为克服信号在信道中传输时所遭受的噪声和干扰影响的信道编码，其通过增加冗余来提高接收数据的可靠性。调制器1140用于码元调制，将二进制信息序列映射成信号波形，如QAM(正交调幅)调制。发射器1150主要完成数字码流到模拟信号的转换，通过进一步放大、滤波及上变频，使得模拟信号可以在突发式通信系统信道上传输。

信道包括突发式通信系统可以适用的各种各样的物理媒质，包括有线信道、光缆、无线信道等，所有信道都会对信号产生噪声干扰，如加性热噪声、人为噪声等。

在接收机1120中，接收器1160将接收到的信号进行滤波、放大、下变频，将接收到的信号转换成可以在计算机中处理的数字信号，并输出给同步处理模块1170。同步处理模块1170主要完成系统时频同步、相关参数的估计以及偏差的补偿等，如帧定时同步、频偏估计与补偿、时偏估计与补偿、信道估计等。经过偏差补偿的信号输出给解调器1180，解调器1180对受到信道恶化的发射端数据进行处理，以获得发射数据码元的估计值。接收端数据处理器1190对接收到的发射数据码元的估计执行译码、解交织、解扰等操作，恢复出发射端发射的业务数据。接收端数据处理器1190中的信道译码器根据信道编码器所用的关于码的知识及接收数据所含的冗余度重构初始的信息序列。若需要模拟输出时，接收端数据处理器1190中的信源译码器从信道译码器接收其输出序列，并根据所采用的信源编码方法的有关知识重构由信源发出的原始信号。

发射机与接收机的控制、协调、管理等操作可由各自的处理器(未示出)统一处理。处理器通过执行各自存储单元(未示出)里存储的软件程序、指令等获得各自链路的进程状态、参数估计、数据估计等。

本收发机是采用本文所述帧同步方法的示例，关于本收发机示例的实现，硬件上可采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备CPLD、数字信号处理器(DSP)、嵌入式微控制器、微处理器等一个或其中某几个设备的综合来设计执行本示例的各功能单元，软件上可采用多种程序语言实现本示例所示的相关功能模块，软件程序代码及指令集可存储在存储单元内，存储单元可置于处理器之内或之外，在置于处理器之外的情况时，可经由本领域中公知的各种技术手段，可通信地连接到处理器。软硬件通过所述处理器的控制来灵活实现。

所述的公开示例性实施例的描述可使得本领域内的技术人员能够实现或者使用本发明。当然，不可能为了描述实施例的目的描述本方法的所有可能组合，但是本领域的技术人员应当承认各种其他组合、替换、改变是可能的，并且这里定义的总体原理也可以在不脱离本发明的精神和范围的基础上应用于其他实施例。因此，本发明不限于这里所公开的内容，而是与符合这里所公开的所有总体原理和特征的最大范围一致。

Claims (14)

1.一种适用于突发式通信系统的帧同步方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、发送端在数据帧中发送长度为N的前导序列；

步骤二、接收端使用所述的前导序列作为本地序列m(n)；

步骤三、接收端在初始信道接入阶段，根据系统中可能存在的最大频偏ΔF_MAX确定最小分段长度L_MIN，根据L_MIN将长度为N的接收信号序列重复成Q条分路，每条分路使用不同的分段长度；

步骤四、接收端使用窗口宽度为W的搜索窗，让所述本地序列m(n)依次和搜索窗内每个起始相关位置处开始的Q路接收信号序列分别进行长度为N的分段相干相关，比较Q条分路的绝对相关峰值，取出绝对相关峰值最大分路的分路编号、绝对相关峰值和相对相关峰值，作为当前起始相关位置处的滑动相关输出，其中W为大于1的整数，所述绝对相关峰值即分路相关值，所述相对相关峰值由绝对相关峰值经能量归一化得到，所述能量归一化按如下公式进行，

${\widetilde{\mathrm{\γ}}}_i=\frac{{\mathrm{\γ}}_i}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r\left(n\right)\right|}^2}$

其中，r(n)是接收信号序列，N是接收信号序列和本地序列的长度，γ_i是第i条分路上的绝对相关峰值，是第i条分路上的相对相关峰值，|·|²代表复数取模平方操作；

步骤五、在接收端设定一个相对阈值和一个绝对阈值，对当前起始相关位置处的滑动相关输出进行双阈值判决，所述双阈值判决按如下方法进行，将绝对相关峰值与绝对阈值相比较，将相对相关峰值与相对阈值相比较，若进行比较的两个相关峰值均超过其对应的设定阈值，则将当前起始相关位置作为初始检测帧起始位置，并将当前起始相关位置处的分路编号标定的分路选作确认分路，然后执行步骤六；否则在各分路继续向前做滑动相关并进行前述双阈值判决；如果起始相关位置前进至所述搜索窗末尾时仍未找到符合双阈值判决条件的相关峰值，则判断本次同步失败并退出同步处理；

步骤六、接收端根据得到的所述初始检测帧起始位置和确认分路，设定一个窗口宽度为F的确认窗，将初始检测帧起始位置点作为确认窗的起始点，在选定的确认分路上向前做F-1点滑动相关，取确认窗内相对相关峰值最大值，将相对相关峰值最大值点对应的起始相关位置作为最终检测帧起始位置，并记录确认分路上确认窗内所有点的相对相关峰值，其中F为大于1的整数。

2.如权利要求1所述的帧同步方法，其特征在于：还包括，步骤七、如果通信系统中存在周期性的信标帧，则在接收端重复步骤三至步骤六对连续多个信标帧进行同步检测确认，基于所检测到的连续Z个帧同步位置的时间关系来判断是否正确检测到帧同步位置，判断方法如下：

令连续Z次同步检测的帧头同步位置所对应的时间为t_k(k＝1，2，...Z)，如果满足以下关系，则认为找到了正确的帧同步位置：

|t_k-t_k-1-T_beacon|＜＝δ，k＝2，3，...，Z

其中，δ是考虑了系统和信道的非理想效应所导致的最大误差，T_beacon是信标帧的周期。

3.如权利要求1或2所述的帧同步方法，其特征在于：还包括，

步骤八、接收端在稳定通信阶段，设定一个窗口宽度为W’的搜索窗，让本地序列依次和搜索窗内每个起始相关位置处开始的接收信号序列进行相干相关长度为N的全相干相关，得到未经过能量归一化的第二绝对相关峰值，和第二绝对相关峰值经过能量归一化后得到的第二相对相关峰值，作为当前起始相关位置处的滑动相关输出，其中W’为大于1的整数，所述第二绝对相关峰值即全相干相关值，所述能量归一化按如下公式进行，

$\widetilde{\mathrm{\γ}}=\frac{\mathrm{\γ}}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r\left(n\right)\right|}^2}$

其中，r(n)是接收信号序列，N是接收信号序列和本地序列的长度，γ是绝对相关峰值，

是相对相关峰值，|·|²代表复数取模平方操作；

步骤九、接收端根据步骤六中所记录的确认窗内所有点的相对相关峰值确定出稳定通信阶段拟使用的绝对阈值、相对阈值和第二确认窗宽度F’；对当前起始相关位置处的滑动相关输出进行双阈值判决，所述双阈值判决按如下方法进行：将第二绝对相关峰值与绝对阈值相比较，将第二相对相关峰值与相对阈值相比较，若进行比较的两个相关峰值均超过其对应设定的阈值，则将当前起始相关位置作为初始检测帧起始位置，并执行步骤十；否则继续向前做滑动全相干相关并进行前述双阈值判决；如果起始相关位置前进至窗口宽度为W’的搜索窗末尾时，仍未找到符合前述双阈值判决条件的相关峰值，则判断本次同步失败并退出同步处理；其中F’为大于1的整数；

步骤十、接收端根据步骤九中得到的初始检测帧起始位置和第二确认窗宽度F’，设定一个窗口宽度为F’的第二确认窗，将初始检测帧起始位置点作为第二确认窗的起始点，继续向前做F’-1点全相干相关，直至最终得到F’个相对相关峰值；取第二确认窗内F’个相对相关峰值中的最大值，将最大值点对应的起始相关位置作为最终检测帧起始位置，完成稳定通信阶段的信号帧同步。

4.如权利要求3所述的帧同步方法，其特征在于：执行步骤七时，在初始信道接入时对多个信标帧进行同步检测；在不存在周期性信标帧的情况下，则跳过步骤七，执行步骤八。

5.如权利要求1所述的帧同步方法，其特征在于：步骤三中所述最小分段长度L_MIN由下式决定，

其中，θ_MAX为长度为L_MIN的前导序列由于最大频偏ΔF_MAX的存在引起的最大相位旋转，F_O为突发式通信系统信号带宽，ΔF_MAX由具体系统确定，

代表向上取整。

6.如权利要求1所述的帧同步方法，其特征在于：步骤三中所述各分路的分段长度和分段数按下式确定，

L_MIN≤L₁＜L₂＜...＜L_Q≤N，

i＝1，2，...，Q

其中，i为分路编号，N是接收信号序列和本地序列的长度，L_MIN为最小分段长度。

7.如权利要求1所述的帧同步方法，其特征在于：步骤四中所述分段相干相关，对接收信号序列所有分路并行或串行地进行分段相干相关操作。

8.一种适用于突发式通信系统的帧同步方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、接收端在稳定通信阶段，设定一个窗口宽度为W’的搜索窗，让本地序列依次和搜索窗内每个起始相关位置处开始的接收信号序列进行相干相关长度为N的全相干相关，得到未经过能量归一化的绝对相关峰值，和绝对相关峰值经过能量归一化后得到的相对相关峰值，作为当前起始相关位置处的滑动相关输出，其中W’为大于1的整数，所述绝对相关峰值即全相干相关值，所述能量归一化按如下公式进行，

$\widetilde{\mathrm{\γ}}=\frac{\mathrm{\γ}}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r\left(n\right)\right|}^2}$

其中，r(n)是接收信号序列，N是接收信号序列和本地序列的长度，γ是绝对相关峰值，

是相对相关峰值，|·|²代表复数取模平方操作；

步骤2、接收端确定合适的绝对阈值、相对阈值和确认窗宽度F’；对当前起始相关位置处的滑动相关输出进行双阈值判决，所述双阈值判决按如下方法进行：将绝对相关峰值与绝对阈值相比较，将相对相关峰值与相对阈值相比较，若进行比较的两个相关峰值均超过其对应设定的阈值，则将当前起始相关位置作为初始检测帧起始位置，并执行步骤3；否则继续向前做滑动全相干相关并进行前述双阈值判决；如果起始相关位置前进至窗口宽度为W’的搜索窗末尾时，仍未找到符合前述双阈值判决条件的相关峰值，则判断本次同步失败并退出同步处理；其中F’为大于1的整数；

步骤3、接收端根据步骤2中得到的初始检测帧起始位置和确认窗宽度F’，设定一个窗口宽度为F’的确认窗，将初始检测帧起始位置点作为确认窗的起始点，继续向前做F’-1点全相干相关，直至最终得到F’个相对相关峰值；取确认窗内F’个相对相关峰值中的最大值，将最大值点对应的起始相关位置作为最终检测帧起始位置，完成稳定通信阶段的信号帧同步。

9.一种适用于突发式通信系统的帧同步装置，其特征在于，包括：

模式识别器，用于识别系统当前的工作状态，即判断系统是工作在初始信道接入阶段还是工作在稳定通信阶段，并在控制信号的控制下将接收信号序列输出给初始信道接入时域相关器或稳定通信时域相关器；

初始信道接入时域相关器，用于完成初始信道接入阶段的时域相关，通过设置合适的搜索窗宽度，利用多路分段相干相关器实现多路接收信号序列的分段相干相关，并在搜索窗内的每个起始相关位置上通过峰值比较器比较各分路的绝对相关峰值，输出绝对相关峰值最大的分路的分路编号、绝对相关峰值、与相对相关峰值的组合；

稳定通信时域相关器，用于完成稳定通信阶段的时域相关，通过设置合适的第二搜索窗宽度，利用全相干相关器实现一路接收信号序列的全相干相关，并在第二搜索窗内的每个起始相关位置上输出一组第二绝对相关峰值与第二相对相关峰值；

双阈值判决器，通过设置合适的相对阈值与绝对阈值，对初始信道接入时域相关器和稳定通信时域相关器输出的相关峰值进行判决，用于确定初始检测帧同步位置，以及初始信道接入阶段的确认分路；

确认窗检测器，通过设置合适的确认窗宽度，在确认窗内对接收信号序列与本地序列继续在时域上做滑动相关操作，通过找到确认窗滑动相关操作的最大相对相关峰值确定最终检测帧同步位置，完成帧同步。

10.如权利要求9所述的帧同步装置，其特征在于：所述双阈值判决器判决的过程是，将未经过能量归一化的绝对相关峰值与绝对阈值相比较，将绝对相关峰值经过能量归一化后得到的相对相关峰值与相对阈值相比较，若进行比较的两个相关峰值均超过其对应的设定阈值，则将当前起始相关位置作为初始检测帧起始位置，并在初始信道接入阶段将当前起始相关位置处的分路编号标定的分路选作确认分路。

11.如权利要求9所述的帧同步装置，其特征在于：所述确认窗检测器进一步检测的过程是，在初始信道接入阶段把确认窗设定到确认分路上；在稳定通信阶段直接把确认窗设定到全相干相关器的唯一分路上；取确认窗内所有相对相关峰值的最大值，将最大值点对应的起始相关位置作为最终检测帧起始位置，完成帧同步检测。

12.一种适用于突发式通信系统的帧同步装置，其特征在于，包括：

全相干相关器，在稳定通信阶段，在窗口宽度为W’的搜索窗内，让本地序列依次与搜索窗内每个起始相关位置处开始的接收信号序列进行全相干相关操作，相干相关长度为N；得到未经过能量归一化的绝对相关峰值，和绝对相关峰值经过能量归一化后得到的相对相关峰值，并将绝对相关峰值和相对相关峰值作为滑动相关的结果输出给双阈值判决器；

双阈值判决器，设定一个相对阈值和一个绝对阈值，对当前起始相关位置处的滑动相关输出进行双阈值判决，所述双阈值判决按如下方式进行：将绝对相关峰值与绝对阈值相比较，将相对相关峰值与相对阈值相比较，如果两个相关峰值均分别大于对应设定的阈值，则将当前起始相关位置确定为初始检测帧起始位置；否则，继续向前进行滑动全相干相关并进行前述双阈值判决；如果起始相关位置前进至窗口宽度为W’的搜索窗末尾时，仍未找到符合前述双阈值判决条件的相关峰值，则判断本次同步失败并退出同步处理；

确认窗检测器，根据双阈值判决器给出的初始检测帧起始位置，设定一个窗口宽度为F’的确认窗，将初始检测帧起始位置作为确认窗的起始点，继续向前做F’-1点全相干相关，直至最终得到F’个相对相关峰值；取所述确认窗内F’个相对相关峰值中最大值点对应的起始相关位置作为最终检测帧起始位置。

13.一种适用于突发式通信系统的帧同步装置，其特征在于，包括：

多路分段相干相关器，设定一个窗口宽度为W’的搜索窗，让本地序列依次和搜索窗内每个起始相关位置处开始的Q路接收信号序列分别进行长度为N的分段相干相关；

峰值比较器，在所述搜索窗内的每个起始相关位置上比较各分路的绝对相关峰值，输出绝对相关峰值最大的分路的分路编号、绝对相关峰值、与相对相关峰值的组合，作为当前起始相关位置处的滑动相关输出；

双阈值判决器，设定一个相对阈值和一个绝对阈值，对当前起始相关位置处的滑动相关输出进行双阈值判决，所述双阈值判决按如下方式进行：将绝对相关峰值与绝对阈值相比较，将相对相关峰值与相对阈值相比较，如果两个相关峰值均分别大于对应设定的阈值，则将当前起始相关位置确定为初始检测帧起始位置，并将当前起始相关位置处的分路编号标定的分路选作确认分路；否则，继续向前进行滑动的多路分段相干相关并进行前述双阈值判决；如果起始相关位置前进至窗口宽度为W’的搜索窗末尾时，仍未找到符合前述双阈值判决条件的相关峰值，则判断本次同步失败并退出同步处理；

确认窗检测器，根据双阈值判决器给出的初始检测帧起始位置和确认分路，设定一个窗口宽度为F’的确认窗，将初始检测帧起始位置作为确认窗的起始点，在选定的确认分路上继续向前做F’-1点分段相干相关，直至最终得到F’个相对相关峰值；取所述确认窗内F’个相对相关峰值中最大值点对应的起始相关位置作为最终检测帧起始位置。

14.如权利要求13所述的帧同步装置，其特征在于：所述多路分段相干相关器对接收信号序列所有分路并行或串行地进行分段相干相关操作。

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