CN109617642B - 互相关序列的选取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种互相关序列的选取方法，该互相关序列被保存在通信系统的接收机端，用于对接收数据进行互相关运算从而进行数据帧同步检测，所述接收机端预置了用于选取该互相关序列的整体样点序列，该整体样点序列的长度为N。所述互相关序列的选取方法包括：将所述互相关序列的长度L限定在4/9N到1/2N。其能够在不影响同步检测效果的情况下减小互相关运算的复杂度，提高运算效率，减小系统功耗。

Description

互相关序列的选取方法

技术领域

本发明是关于通信领域，特别是关于一种互相关序列的选取方法。

背景技术

在通信系统，信号同步是接收机的必不可少的工作。同步可以采取接收信号自相关，或者接收信号与本地信号进行互相关。

自相关的同步方法是对接收信号进行采样，采得足够数量的样点后进行自相关运算，寻找相关峰。该方法计算中的所有样点都由接收端采样获得，不需要预先保存相关序列。但是自相关同步的同步建立时间较长，同时会受到相关序列的采样准确性的影响。

互相关的同步方法是将接收的信号与预置全部N点的样本信号进行互相关运算，根据互相关的结果进行判断。整体同步序列样点数较多，全部序列的互相关运算复杂度高，因此同步的功耗大，检测的效率低。

现有的常用的同步方法是在上述互相关方法做了改进，将预置的互相关序列分为多个样点段，随机选取其中一个样点段作为参考样点段，仅使用参考样点段与接收数据做互相关运算。该方法节省了互相关的计算量。该方法使用选取的样点段与接收数据进行互相关，计算出的相关峰可能并不是整体序列中的相关峰，或者相关峰的最大值与次大值比较接近，在接收中相关峰的最大值被次大值掩盖，导致虚警概率较高。并且在互相关计算时仅使用了随机选取的样点段，但是还是保存了整体样点，在本地保存互相关数据时，常规做法是定点化后使用w位表示数据，其中小数位f点，整数位w-f点。保存数据的空间较大。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种互相关序列的选取方法，其能够在不影响同步检测效果的情况下减小互相关运算的复杂度，提高运算效率，减小系统功耗。

为实现上述目的，本发明提供了一种互相关序列的选取方法，该互相关序列被保存在通信系统的接收机端，用于对接收数据进行互相关运算从而进行数据帧同步检测，所述接收机端预置了用于选取该互相关序列的整体样点序列，该整体样点序列的长度为N。所述互相关序列的选取方法包括：将所述互相关序列的长度L限定在4/9N到1/2N；按照逐步移位的方式，遍历轮询计算所述整体样点序列的所有长度为L序列的自相关值，选取最大值和次大值差距最大的样点序列段作为选定的互相关序列。

在一优选的实施方式中，所述选取最大值和次大值差距最大的样点序列段作为选定的互相关序列具体包括：首先从所述整体样点序列中选取起点为i的长度为L的序列，分别与起点为j的长度为L的序列进行自相关，记录相关值的大小；随后与起点为j+1的L点序列进行自相关，并记录相关值的大小；依此类推，分别计算与起点为j+2，起点为j+3，起点为j+4，……，起点为j+N的序列的自相关值，总计保存N个自相关值，记录起点为i的N个相关值中的最大值和次大值，当选取的序列的序号Y超过N时，选取序号为Y-N的数据；其次选取起点为i+1的L点本地序列，分别与起点为j，j+1，j+2，j+3，……，j+N的长度为L的序列进行N次自相关运算，同样从N个自相关值中，选取并记录起点为i+1的N个相关值中的最大值和次大值，随后依次记录起点为i+2，i+3，i+4，……，i+N的L点本地序列的N个相关值中的最大值和次大值；最后选取上述移位遍历轮询中序列的N个自相关值中，最大值和次大值差距最大的一组序列，若该组序列的起点为k，即选取序号为k，k+1，k+2，……k+L-1的序列作为选定的互相关序列。

在一优选的实施方式中，所述互相关序列的选取方法还包括：以二进指数的方式来表示所述选定的互相关序列，并保存在所述接收机端。

在一优选的实施方式中，所述以二进指数的方式来表示所述选定的互相关序列具体包括：对所述选定的互相关序列的数据定点化之后进行移位计算，将每个数据以二进指数的方式表示，即按照c＝a*2^b的方式拆分为2个数据，其中a为系数，b为指数。

与现有技术相比，根据本发明的互相关序列的选取方法将相关长度L限制在4/9N到1/2N之间，缩小了常规的相关长度范围，同时可以满足典型信道环境下，以较短的相关长度进行稳定高效快速的同步。另外保存按照遍历轮询自相关的最大值和次大值差距最大的样点序列段，避免由于信道干扰错误认定相关的次大值为最大值导致的虚警。在寻找最大相关峰时，该方式减小了选取错误相关峰位置的概率，使得虚警概率下降。而且还使用二进指数表示法保存选取的相关序列，相关运算时可采用移位相加，从而利用加法器替换乘法器。若此时时钟频率是采样率的整数倍，实现时还可以采用时分复用加法器从而大大提高运算效率。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的互相关序列的选取方法。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1是根据本发明一优选实施例的互相关序列的选取方法。该实施方式首先在各种典型信道模型下，仿真同步序列的互相关长度与同步概率同步时间的变化关系，根据仿真结果将相关长度L限定在4/9N到1/2N。然后按照逐步移位的方式，遍历轮询计算序列的所有长度为L的自相关，选取最大值和次大值差距最大的样点序列段，避免相关计算中最大值被次大值所掩盖。该方式减小了选取错误相关峰位置的概率，使得虚警概率下降。最后采用二进指数的方式表示序列中的数据，节省存储空间，还可以使用移位相加代替相关运算，提高了运算效率。具体包括步骤S1-S3。

在S1中将所述互相关序列的长度L限定在4/9N到1/2N：仿真同步序列的互相关长度与同步概率同步时间的变化关系，根据仿真结果将相关长度L限定在4/9N到1/2N。具体实施过程如下：

预置的本地的互相关的整体序列的数量为N。现有技术中，相关长度L一般在1/4N到3/4N之间选取，互相关序列过长，运算复杂、电路面积大、功耗大，在存在频偏的情况下性能下降；互相关序列过短，则相关峰位置的判断准确性较低。为进一步缩小相关序列的长度从而简化运算且不影响可靠性，本实施方式在不同的信道环境下，变化同步序列的互相关长度L，仿真同步成功的概率及所需时间，结果如下：

在白噪环境下仿真了信道环境恶劣到完全无法正常解码的情况以及信道环境较好，基本可以正确解码的情况。恶劣的信道环境下，L为1/2N时能够稳定同步：没有误判漏判，同步概率较高且每次同步时长相同；L在3/10N以下，多次误判漏判，同步成功的概率非常小，且同步成功所需的时间较长。较好的信道环境下，同步序列长度在4/9N时能够稳定同步，L在3/10N以下时依旧会出现多次误判漏判。此外，L在稳定同步之后变大，并不能缩短同步时间。

仿真窄带干扰时，在窄带内同时加入1到3个不同频点的干扰，同步概率都比较高。从同步所需的时间来看，窄带干扰较严重时，L为1/2N时，同步基本达到稳定状态，即没有误判漏判，同步概率较高且每次同步时长相同。窄带干扰变低时，L在4/9N时，同步基本达到稳定。此外干扰强度变低时，同步时间变短；但相同强度的干扰下，同步时间不变，即当L足够实现稳定同步后，增加L并不会有增益，只能增加计算量。

脉冲干扰时，固定脉冲周期，脉冲较长时，序列长度为1/2N时，即可达到稳定同步；脉冲时间较短时，序列长度为4/9N时，即可达到稳定同步。达到稳定同步后，当L递增到最大值N时，同步时间可以缩短1个符号，L<9/10N时，同步时间不变。

频偏干扰时，设定了2ppm，4ppm，50ppm三种不同的频偏值，均可在1/2N时达到稳定同步。其中，ppm＝百万分之一。L>4/9N时，同步概率稳定，同步时间略有波动。L<4/9N时，随着L变大，同步概率变高，同步时间变短。

对以上几种典型信道模型的仿真，可以得出结论：相关长度L小于4/9N时，随着L变大，同步概率变高，同步时间变短。相关长度L在4/9N到1/2N之间时，同步概率很高，且同步时间较短，基本处于稳定状态。相关长度大于1/2N时，脉冲干扰下，同步概率不变，同步时间变短；其他噪声下，同步概率和同步时间都不变。综合考虑相关长度L在4/9N到1/2N之间为最佳值，计算量少，同步性能较好，能够以最少的相关长度达到较好的相关性能。

优选地，本实施方式还包括步骤S2，在S2中选取自相关的最大值和次大值差距最大的样点序列段作为选定的互相关序列：选取整体序列中相关长度为L的一段序列，该序列需要满足在所有长度为L的自相关中，自相关的最大值和次大值差距最大。具体过程如下：

首先选取起点为i的L点本地序列，分别与起点为j的L点序列j，j+1，j+2，……，j+L-1进行自相关，记录相关值的大小；随后与起点为j+1的L点序列j+1，j+2，j+3，……，j+1+L-1进行自相关，并记录相关值的大小；依此类推，分别计算起点为j+2，起点为j+3，起点为j+4，……，起点为j+N的序列的自相关值，总计保存N个自相关值，记录起点为i的N个相关值中的最大值和次大值。当选取的序列的序号Y超过N时，选取序号为Y-N的数据。

其次选取起点为i+1的L点本地序列，分别于起点为j，j+1，j+2，j+3，……，j+N的L点序列进行N次自相关运算，同样从N个自相关值中，选取并记录起点为i+1的N个相关值中的最大值和次大值。随后，依次记录起点为i+2，i+3，i+4，……，i+N的L点本地序列的N个相关值中的最大值和次大值。

最后选取移位遍历轮询中序列的N个自相关值中，最大值和次大值差距最大的一组序列，假设该组序列的起点为k，即选取序号为k，k+1，k+2，……k+L-1的序列作为选定的互相关序列。

优选地，本实施方式还包括步骤S3，在S3中以二进指数的方式表示选定的互相关序列：对选定序列中的数据定点化之后进行移位计算，将每个数据以二进指数的方式表示，即按照c＝a*2^b的方式拆分为2个数据，其中a为系数，b为指数。以10bit有符号数据c为例，一般可以使用3bit的有符号数据表示系数a，3比特无符号数据表示指数b，由此每个数据可以节省出4个bit。当序列中的L个数据的方差较大时，也至少可以节省2个bit。因此假设序列长度N为1024，实际选取长度为480，每个数据位宽10比特，按照本提案的保存方式，可以节省6400比特。与此同时，互相关序列采用二进指数表示法，相关运算时可采用移位相加，从而利用加法器替换乘法器。若此时时钟频率是采样率的整数倍，实现时还可以采用时分复用加法器。

综上所述，本发明将相关长度L限制在4/9N到1/2N之间，缩小了常规的相关长度范围，同时可以满足典型信道环境下，以较短的相关长度进行稳定高效快速的同步。另外保存按照遍历轮询自相关的最大值和次大值差距最大的样点序列段，避免由于信道干扰错误认定相关的次大值为最大值导致的虚警。在寻找最大相关峰时，该方式减小了选取错误相关峰位置的概率，使得虚警概率下降。而且还使用二进指数表示法保存选取的相关序列，相关运算时可采用移位相加，从而利用加法器替换乘法器。若此时时钟频率是采样率的整数倍，实现时还可以采用时分复用加法器。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (3)

1.一种互相关序列的选取方法，该互相关序列被保存在通信系统的接收机端，用于对接收数据进行互相关运算从而进行数据帧同步检测，所述接收机端预置了用于选取该互相关序列的整体样点序列，该整体样点序列的长度为N，其特征在于，所述互相关序列的选取方法包括：

将所述互相关序列的长度L限定在4/9N到1/2N；以及

按照逐步移位的方式，遍历轮询计算所述整体样点序列的所有长度为L序列的自相关值，选取自相关值中最大值和次大值差距最大的样点序列段作为选定的互相关序列，

其中，所述按照逐步移位的方式，遍历轮询计算所述整体样点序列的所有长度为L序列的自相关值，选取自相关值中最大值和次大值差距最大的样点序列段作为选定的互相关序列具体包括：

首先从所述整体样点序列中选取起点为i的长度为L的序列，分别与起点为j的长度为L的序列进行自相关，记录相关值的大小；随后与起点为j+1的L点序列进行自相关，并记录相关值的大小；依此类推，分别计算与起点为j+2，起点为j+3，起点为j+4，……，起点为j+N的序列的自相关值，总计保存N个自相关值，记录起点为i的N个相关值中的最大值和次大值，当选取的序列的序号Y超过N时，选取序号为Y-N的数据；

其次选取起点为i+1的L点本地序列，分别与起点为j，j+1，j+2，j+3，……，j+N的长度为L的序列进行N次自相关运算，同样从N个自相关值中，选取并记录起点为i+1的N个相关值中的最大值和次大值，随后依次记录起点为i+2，i+3，i+4，……，i+N的L点本地序列的N个相关值中的最大值和次大值；以及

最后选取上述移位遍历轮询中序列的N个自相关值中，最大值和次大值差距最大的一组序列，若该组序列的起点为k，即选取序号为k，k+1，k+2，……k+L-1的序列作为选定的互相关序列。

2.如权利要求1所述的互相关序列的选取方法，其特征在于，所述互相关序列的选取方法还包括：

以二进指数的方式来表示所述选定的互相关序列，并保存在所述接收机端。

3.如权利要求2所述的互相关序列的选取方法，其特征在于，所述以二进指数的方式来表示所述选定的互相关序列具体包括：

对所述选定的互相关序列的数据定点化之后进行移位计算，将每个数据以二进指数的方式表示，即按照c＝a*2^b的方式拆分为2个数据，其中a为系数，b为指数。

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