CN103023529A - 一种基于FPGA实现过采样Golay序列的同步检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于FPGA实现过采样Golay序列的同步检测的方法，硬件系统建立在FPGA基础上，包括Golay序列检测器模块、参数读取控制模块、系统控制模块、相关判决与锁定模块、延时模块及序列提取模块；采用Golay序列作为同步序列，能够减少假同步和假失步的可能性，检测模块采用特殊的同或算法，减少了50%滑动相关运算占用的移位寄存器，参数读取控制模块，实现了多种长度和参数Golay序列相关运算的复用，同样减少了同步系统所占用的FPGA片内资源，系统可以根据不同的过采样率灵活的调整序列检测运算间隔，实现支持1-16倍过采样的同步检测。

Description

一种基于FPGA实现过采样Golay序列的同步检测的方法

技术领域

     本发明涉及通信领域的设备，特别涉及一种基于FPGA实现过采样Golay序列的同步检测的方法。

背景技术

     现代数字信号处理普遍应用过采样技术，过采样是使用远大于奈奎斯特采样频率的频率对输入信号进行采样。过采样是为了改变噪声的分布，减少噪声在有用信号的带宽内。

    过采样能够提高时域分辨力从而获得更好的时域波形；能够提高滤波器处理增益，当在频域上滤波，滤波器的设计变得更容易；能够提高信噪比，匹配滤波时能更好的收集波形能量。

    Golay 序列是由Golay首先发现的,它是具有许多有用特性的互补型二进制码序列。其最重要的特点之一是它的非周期自相关旁瓣值很小，Golay 序列具有良好的非周期自相关特性。传统的Golay序列检测一般采用匹配滤波器或是专门的有效Golay相关器来实现检测目的。

Golay序列值由+1和-1组成，所以每节移位寄存器至少采用2bit来对输入数据进行存储，格雷序列长度为N，则检测器的实现至少实用2N个移位寄存器和N个乘法器来存储进行滑动相关，对于FPGA而言占用了相当多的资源，而且大大降低了系统的运算处理速度。

发明内容

本发明的目的是，鉴于现在技术存在的问题，提供一种基于FPGA实现过采样Golay序列的同步检测方法，该检测系统方法快而且占用资源少，能够提高同步速度，有效降低系统的同步虚警和漏警概率。

本发明的目的是通过如下技术方案予以实现：一种基于FPGA实现过采样Golay序列的同步检测方法，其特征在于，方法采用的硬件系统建立在FPGA基础上， 包括Golay序列检测器模块、参数读取控制模块、系统控制模块、相关判决与锁定模块、延时模块及序列提取模块；

其中，Golay序列检测模块，用于输入的信号与本地信号做互相关算法，对应系数相乘后累加，最后输出相关峰值；参数读取控制模块，由于收发两端协议约定的Golay序列的长度和参数分别有几组，所以接收端需要根据协议约定来配置Golay序列检测系数的长度和参数的具体值来配合序列检测模块；系统控制模块，针对不同长度的Golay，Golay序列检测模块的系统延时是不同的，针对协议约定来对其他模块进行相应控制；相关判决与锁定模块，不同的长度、参数的Golay序列的相关阈值都是不同的，本模块存储约定的序列长度别为256位、512位和1024位的阈值，根据系统控制模块提供的相关信息调整阈值大小，并根据Golay序列检测模块的输出相关值与阈值进行比较，最终判决是否检测到了该序列，并将判决结果提供给序列提取模块；

延时模块，根据系统控制提供的信息，延时模块对数据输入进行相应的延迟，以方便相关锁定模块给出的锁定信息能够和相对应的数据进行对齐；序列提取模块，通过相关判决与锁定模块提供的锁定信息，该模块对数据进行同步的数据对齐，对每帧中数据信息的进行指示和提取；数据输入端将过采样数据送入Golay序列检测模块，参数读取控制模块根据相应配置，配置好本地参考序列的参数，同样系统控制模块配置相关判决锁定模块和延时模块，数据通过序列检测模块将相关峰值送入判决锁定模块与阈值进行比较，输出比较结果到序列提取模块进行同步判决，同时数据通过延时模块，与判决信息进行数据对齐，进行相应的数据提取功能。

本发明与现有技术相比具有如下优点： 

（1）    采用Golay序列作为同步序列，该序列的自相关性能远远优于其他序列，能够减少假同步和假失步的可能性。

（2）    Golay序列检测模块采用特殊的同或算法，减少了50%滑动相关运算占用的移位寄存器，减少了同步检测的整体数据位宽，并且该运算没有实用任何乘法器，占用很少的资源，提高了系统的运算速度。

（3）    采用了灵活的参数读取控制模块，实现了多种长度和参数Golay序列相关运算的复用，同样减少了同步系统所占用的FPGA片内资源。

（4）    该系统可以根据不同的过采样率灵活的调整序列检测运算间隔，实现支持1-16倍过采样的同步检测。

附图说明

图1为本发明采用的系统框图；

图2为Golay序列检测采用的实现原理框图；

图3为参数读取控制实现状态转移图；

图4为延时模块的实现框图；

图5为相关判决锁定模块的状态转移图。

具体实施方式

下面结合实施例具体说明本发明。

    如图1至图5所示，基于FPGA实现过采样Golay序列的同步检测方法，其特征在于，方法采用的硬件系统建立在FPGA基础上， 包括Golay序列检测器模块、参数读取控制模块、系统控制模块、相关判决与锁定模块、延时模块及序列提取模块；

   由图1可以看出，数据输入端将过采样数据送入Golay序列检测模块，参数读取控制模块根据相应配置，配置好本地参考序列的参数，同样系统控制模块配置相关判决锁定模块和延时模块，数据通过序列检测模块将相关峰值送入判决锁定模块与阈值进行比较，输出比较结果到序列提取模块进行同步判决，同时数据通过延时模块，与判决信息进行数据对齐，进行相应的数据提取功能。

    本发明中的Golay序列检测模块如的实现原理框图如图2所示，由于Golay序列是由+1和-1的序列构成，滑动相关器需要保存序列长度*序列位宽个移位寄存器，相关运算采用的乘加运算方式；而本设计将+1和-1本需要两比特表示的码字转换为1、0码字，这样滑动相关器则只需要序列长度个移位寄存器，节约了一半的寄存器数量；在下一级本应该相乘的算法时，本设计采用同或的逻辑算法替代乘法运算,实现带有抽头的寄存器数据与本地系数coef的相关运算，将同或后的1、0再次恢复成+1和-1，后面则进行累加运算，经过N/4级的延迟累加运算，最终输出相关峰值给相关判决与锁定模块。这样的实现方案节约了一半以上的移位寄存器，而且没有使用乘法器，减少了FPGA实现所占用的资源数量。

    Golay序列检测模块支持1-16倍的过采样，如图2看出每隔过采样为N倍的移位寄存器采与本地序列进行一次相应的数据处理，这样节约了大量的片内资源，而且控制灵活。

    参数读取控制模块的状态转移图如图3所示，首先等待系统的控制命令，当输入相应的控制信息后，解析相应的指令内容并进行判断，当系统的命令为不刷新本地参考系数时，则对序列检测模块发出保持的控制信息，使得序列检测模块保持原有本地序列系数coef，同时回到等待系统控制命令的状态；当解析的命令为刷新本地参数coef时，同时解析相应的命令参数来进行查表（ROM中提前存储了不同参数配置参数coef的数值），并将查表后得到的coef参数配置给序列检测模块，在配置的同时同样等待系统控制的状态。

    延时模块的实现框图如图4所示，实线框图以移位寄存器D作为延迟的最小单元，系统根据配置的本地参数coef的个数进行相应的延时时间控制，数据输入是与送入序列检测模块相同的数据，根据系统控制模块输出的控制信息使用多路选择器选出对应延时的输出作为延迟模块的输出。

   相关锁定模块的状态转移图如图5所示，系统控制模块配置本模块，本模块根据相应配置得到相关的阈值，通过对比前级Golay序列检测模块给出的相关峰值和阈值，当相关峰值大于阈值则认为检测到Golay序列，否则继续检测，当检测时间超过一物理帧的时间时，则通知系统控制模块重新调度进行配置。

    以上为本发明的具体实施方式。由以上可知，本发明兼具高效检测和低资源消耗等特点。

Claims (1)

1.一种基于FPGA实现过采样Golay序列的同步检测方法，其特征在于，方法采用的硬件系统建立在FPGA基础上， 包括Golay序列检测器模块、参数读取控制模块、系统控制模块、相关判决与锁定模块、延时模块及序列提取模块；

其中，Golay序列检测模块，用于输入的信号与本地信号做互相关算法，对应系数相乘后累加，最后输出相关峰值；参数读取控制模块，由于收发两端协议约定的Golay序列的长度和参数分别有几组，所以接收端需要根据协议约定来配置Golay序列检测系数的长度和参数的具体值来配合序列检测模块；系统控制模块，针对不同长度的Golay，Golay序列检测模块的系统延时是不同的，针对协议约定来对其他模块进行相应控制；相关判决与锁定模块，不同的长度、参数的Golay序列的相关阈值都是不同的，本模块存储约定的序列长度别为256位、512位和1024位的阈值，根据系统控制模块提供的相关信息调整阈值大小，并根据Golay序列检测模块的输出相关值与阈值进行比较，最终判决是否检测到了该序列，并将判决结果提供给序列提取模块；

延时模块，根据系统控制提供的信息，延时模块对数据输入进行相应的延迟，以方便相关锁定模块给出的锁定信息能够和相对应的数据进行对齐；序列提取模块，通过相关判决与锁定模块提供的锁定信息，该模块对数据进行同步的数据对齐，对每帧中数据信息的进行指示和提取；数据输入端将过采样数据送入Golay序列检测模块，参数读取控制模块根据相应配置，配置好本地参考序列的参数，同样系统控制模块配置相关判决锁定模块和延时模块，数据通过序列检测模块将相关峰值送入判决锁定模块与阈值进行比较，输出比较结果到序列提取模块进行同步判决，同时数据通过延时模块，与判决信息进行数据对齐，进行相应的数据提取功能。

Images