CN104125635A - 一种适用于e波段无线传输同步方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于E波段无线传输同步方法及装置，方法包括：接收信号进行序列延时和自相关运算，并通过设定阈值得到帧头范围，完成定时粗同步；再利用本地序列将接收信号在帧头范围内进行互相关运算，实现定时细同步。装置包括：延时自相关模块，用于对接收信号进行序列延时和自相关运算，并通过设定阈值得到帧头范围，完成定时粗同步；互相关模块，用于利用本地序列将接收信号在帧头范围内进行互相关运算，实现定时细同步。本发明解决了E波段无线传输系统对定时同步高速、稳定的需求。

Description

一种适用于E波段无线传输同步方法及装置

技术领域

本发明涉及E波段高速无线传输技术领域，特别是涉及一种适用于E波段无线传输同步方法及装置。

背景技术

研究表明，在过去的25年里，无线通信对通信速率的需求以摩尔定律的方式增长，即每18个月翻一番。根据FCC预测，2014年移动数据业务将导致大约为300MHz的赤字。同时现在我国正处在大力推广4G网络的进程中，现有标准已经远不能满足无线回传网络的需求。由此可见，高速无线回传网络的建立已经迫在眉睫。而现今高速无线通信的速率在IEEE802.11系列标准中有明确的定义。工作于5GHz频段的IEEE802.11ac标准，最高能实现1.3Gbps速率通信；工作于60GHz频段的IEEE802.11ad标准，最高可实现7Gbps速率通信，但是仍然面临频谱资源匮乏的问题。E-band通信系统工作在71G-76GHz和81G-86GHz两个频段，其频带宽度远比其他波段要宽，是频谱短缺和容量需求这一矛盾的解决方案之一。

定时同步是E波段微波传输系统中的关键模块，尤其是中低性噪比情况下的定时同步性能是实现系统高速率可靠通信的基础。国内外在定时同步方面已有许多相关研究。一般通过在信息流中插入特定比特码组作为标记实现同步。在同步检测方面Barker提出基于相关法的检测器，但这种方法同步在衰弱信道下准确性和稳定性一般。T.Schmidl&D.Cox算法和H.Minn算法都是基于经典相关法，利用特殊训练符号完成帧同步的检测方法，但是T.Schmidl&D.Cox算法中定时测度平台现象和H.Minn算法中多峰值现象导致定时同步精度的下降。Choizy和Leeyh提出了双相关方法，该方法适用于频偏的较大情况，鲁棒性较好。Massey首先提出了基于最大似然法(ML)的同步算法，Nielsen分析了ML和相关准则的性能极限，给出了无噪声下帧同步的性能上限，该方法虽然提高了检测性能，但是运算复杂度很高。Chianim等人将似然比检验(LRT)和广义似然比检验(GLRT)应用于定时同步检测。其中似然比检验在低信噪比下性能优越，但是需要依赖于信噪比；广义似然比检验简单易实现，在信道信息未知时也适用，但是在低信噪比下性能较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于E波段无线传输同步方法及装置，能满足速无线传输要求下的同步要求，特别是传输速率在10Gbps以上的系统需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种适用于E波段无线传输同步方法，所针对的E波段帧结构的前导序列由M位循环前缀和N位Pn序列组成，包括以下步骤：

(1)接收信号进行序列延时和自相关运算，并通过设定阈值得到帧头范围，完成定时粗同步；

(2)再利用本地序列将接收信号在帧头范围内进行互相关运算，实现定时细同步。

所述步骤(2)中还包括将互相关运算的结果进行滑动平均操作，滑动平均操作范围通过滑动控制窗进行选取，得到确切的帧头位置信息。

所述步骤(1)包括以下子步骤：

(11)先将接收信号延迟N个单位；

(12)将接收信号与延迟N个单位的接收信号进行自相关的求和运算；

(13)如果自相关的结果大于第一阈值时取出作为帧头范围。

所述步骤(2)中本地序列为N+M位的前导序列。

所述的适用于E波段无线传输同步方法中还包括对滑动平均操作的结果进行阈值判断，当滑动平均操作的结果大于第二阈值时取出作为帧头位置信息。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种适用于E波段无线传输同步装置，所针对的E波段帧结构的前导序列由M位循环前缀和N位Pn序列组成，包括：延时自相关模块，用于对接收信号进行序列延时和自相关运算，并通过设定阈值得到帧头范围，完成定时粗同步；互相关模块，用于利用本地序列将接收信号在帧头范围内进行互相关运算，实现定时细同步。

所述的适用于E波段无线传输同步装置还包括滑动平均模块，用于对互相关运算的结果进行滑动平均操作，滑动平均操作范围通过滑动控制窗进行选取，得到确切的帧头位置信息。

所述延时自相关模块还包括：序列延时子模块，用于将接收信号延迟N个单位；自相关模块，用于将接收信号与延迟N个单位的接收信号进行自相关的求和运算；第一阈值判别模块，用于判断自相关的结果是否大于第一阈值，当自相关的结果大于第一阈值时取出作为帧头范围。

所述本地序列为N+M位的前导序列。

所述的适用于E波段无线传输同步装置还包括第二阈值判别模块，用于对滑动平均操作的结果进行阈值判断，当滑动平均操作的结果大于第二阈值时取出作为帧头位置信息。有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明利用帧结构中的前导序列循环前缀的重复性，通过对接收信号进行序列延时和自相关运算，并通过设定阈值得到帧头范围，再利用本地序列、接收信号在帧头范围内进行互相关运算，实现定时细同步，并通过滑动控制窗控制的滑动平均进一步提高相关判断的可靠性，从而得到确切的帧头位置信息，解决了E波段无线传输系统对定时同步高速、稳定的需求，特别是适用于10Gbps及以上速率的高速无线通信需求。

附图说明

图1是本发明中前导序列结构的示意图；

图2是本发明中主要实现模块框图；

图3是本发明的具体实现模块框图；

图4是本发明实施例中所用前导序列结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的第一实施方式涉及一种适用于E波段无线传输同步方法，其中，所针对的E波段帧结构如图1所示，其前导序列由M位循环前缀和N位Pn序列组成，主要用于定时同步、信道估计和频偏估计。具体包括以下步骤：(1)接收信号进行序列延时和自相关运算，并通过设定阈值得到帧头范围，完成定时粗同步；(2)再利用本地序列将接收信号在帧头范围内进行互相关运算，实现定时细同步。其中还包括将互相关运算的结果进行滑动平均操作，滑动平均操作范围通过滑动控制窗进行选取，得到确切的帧头位置信息；本地序列为N+M位的前导序列。

其中，步骤(1)还包括以下子步骤：先将接收信号延迟N个单位；将接收信号与延迟N个单位的接收信号进行自相关的求和运算；如果自相关的结果大于第一阈值时取出作为帧头范围。

下面以一个具体的实施例来进一步说明本发明。

E波段微波传输系统主要应用在视距范围的点到点数据传输，经测量信道多径时延小于25.6ns。为了对抗由多径时延产生的符号间干扰，本实施例中采用了48比特的循环前缀。本实施例中的前导序列前48比特被设计成循环前缀，与前导序列的后48比特一致，帧结构如图4所示，在粗定同步时中利用这种重复的特性，计算前后两部分的自相关。

$P\left(d\right)=\underset{m=1}{\overset{48}{\mathrm{\Σ}}}{r}^{*}(m+d)r(m+d+96)$

其中，m为接受信号相关窗序号、d为相关序列序号、r()为接收信号序列、r^*()为为接收信号序列的复共轭。

这里对粗定时同步进行了能量归一化运算，48比特循环前缀的能量计算如下：

$R\left(d\right)=\underset{m=1}{\overset{48}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\mathrm{pn}\left(m\right)\right|}^2$

其中，pn(m)为pn序列。

得到延时自相关归一化输出为：

$A\left(d\right)=\frac{{\left|P\left(d\right)\right|}^2}{{\left(R\left(d\right)\right)}^2}$

通过设置门限值确定同步的范围，完成粗定时同步。本实施例中粗定时同步条件如下式所示：

A(d)＞Th1

本实施例中阈值的选择与信噪比存在较大关系，在该实施例中，考虑SNR＝5的情况下。此时，粗同步阈值Th1<0.82均能正确将帧头位置包含在同步范围内，同时，Th1值越接近上限时虚警概率就越低。由于粗同步仅用来确定同步范围，所以允许一定的虚警概率，但是为了降低互相关的计算复杂度，希望在保证正确检测的前提下将虚警概率尽可能的降低。

细定时同步中，利用本地存储的前导序列与接收序列进行滑动互相关操作完成同步的跟踪。其中细定时同步中使用的是前导序列中间48比特。

互相关表达式为：

$S\left(i\right)=\underset{m=1}{\overset{48}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|\mathrm{pn}\left(m\right)r(m+i)\right|}^2$

其中，i为互相关序列序号。

互相关同步的度量曲线尖锐，因此同步精度很高，能够实现帧头的精确定位。

为了进一步提高互相关的精度，在互相关后对得到的数据进行平滑操作，表达式为：

$C\left(i\right)=\frac{K*{\left|S\left(i\right)\right|}^2}{\underset{n=a}{\overset{b}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|S(i+n)\right|}^2}$

式中：

a为平滑窗的起始位置，本实施例中a取-10；

为b平滑窗的终止位置，本实例中b取10；

K为平滑范围，K＝b-a+1

通过设置门限值确定同步位置，完成细定时同步。细定时同步条件如下式所示：

C(i)＞Th2

平滑操作使门限值的选择范围更大，更容易判别帧头位置，减小同步判别误差，在平滑操作后，在本实例所给选定的SNR＝5的情况下，细同步阈值Th2>0.46时虚警概率为0。Th2<0.88的情况下能对帧头位置进行正确的判定。相应的，根据信噪比的变化阈值的取值范围也会有相应的变化。

本发明的第二实施方式涉及一种适用于E波段无线传输同步装置，如图2和图3，所针对的E波段帧结构的前导序列由M位循环前缀和N位Pn序列组成，包括：延时自相关模块，用于对接收信号进行序列延时和自相关运算，并通过设定阈值得到帧头范围，完成定时粗同步；互相关模块，用于利用本地序列将接收信号在帧头范围内进行互相关运算，实现定时细同步。

所述的适用于E波段无线传输同步装置还包括滑动平均模块，用于对互相关运算的结果进行滑动平均操作，滑动平均操作范围通过滑动控制窗进行选取，得到确切的帧头位置信息。

所述延时自相关模块还包括：序列延时子模块，用于将接收信号延迟N个单位；自相关模块，用于将接收信号与延迟N个单位的接收信号进行自相关的求和运算；第一阈值判别模块，用于判断自相关的结果是否大于第一阈值，当自相关的结果大于第一阈值时取出作为帧头范围。

所述本地序列为N+M位的前导序列。

所述的适用于E波段无线传输同步装置还包括第二阈值判别模块，用于对滑动平均操作的结果进行阈值判断，当滑动平均操作的结果大于第二阈值时取出作为帧头位置信息。

Claims (10)

1.一种适用于E波段无线传输同步方法，所针对的E波段帧结构的前导序列由M位循环前缀和N位Pn序列组成，其特征在于，包括以下步骤：

(1)接收信号进行序列延时和自相关运算，并通过设定阈值得到帧头范围，完成定时粗同步；

(2)再利用本地序列将接收信号在帧头范围内进行互相关运算，实现定时细同步。

2.根据权利要求1所述的适用于E波段无线传输同步方法，其特征在于，所述步骤(2)中还包括将互相关运算的结果进行滑动平均操作，滑动平均操作范围通过滑动控制窗进行选取，得到确切的帧头位置信息。

3.根据权利要求1所述的适用于E波段无线传输同步方法，其特征在于，所述步骤(1)包括以下子步骤：

(11)先将接收信号延迟N个单位；

(12)将接收信号与延迟N个单位的接收信号进行自相关的求和运算；

(13)如果自相关的结果大于第一阈值时取出作为帧头范围。

4.根据权利要求1所述的适用于E波段无线传输同步方法，其特征在于，所述步骤(2)中本地序列为N+M位的前导序列。

5.根据权利要求2所述的适用于E波段无线传输同步方法，其特征在于，还包括对滑动平均操作的结果进行阈值判断，当滑动平均操作的结果大于第二阈值时取出作为帧头位置信息。

6.一种适用于E波段无线传输同步装置，所针对的E波段帧结构的前导序列由M位循环前缀和N位Pn序列组成，其特征在于，包括：延时自相关模块，用于对接收信号进行序列延时和自相关运算，并通过设定阈值得到帧头范围，完成定时粗同步；互相关模块，用于利用本地序列将接收信号在帧头范围内进行互相关运算，实现定时细同步。

7.根据权利要求6所述的适用于E波段无线传输同步装置，其特征在于，还包括滑动平均模块，用于对互相关运算的结果进行滑动平均操作，滑动平均操作范围通过滑动控制窗进行选取，得到确切的帧头位置信息。

8.根据权利要求6所述的适用于E波段无线传输同步装置，其特征在于，所述延时自相关模块还包括：序列延时子模块，用于将接收信号延迟N个单位；自相关模块，用于将接收信号与延迟N个单位的接收信号进行自相关的求和运算；第一阈值判别模块，用于判断自相关的结果是否大于第一阈值，当自相关的结果大于第一阈值时取出作为帧头范围。

9.根据权利要求6所述的适用于E波段无线传输同步装置，其特征在于，所述本地序列为N+M位的前导序列。

10.根据权利要求6所述的适用于E波段无线传输同步装置，其特征在于，还包括第二阈值判别模块，用于对滑动平均操作的结果进行阈值判断，当滑动平均操作的结果大于第二阈值时取出作为帧头位置信息。