CN112671432A - 一种用于短突发通信高速跳频的帧设计及定时同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于短突发通信高速跳频的帧设计及定时同步方法，包括以下步骤：S1.给定基础的频域帧结构：S2.产生传输数据：S3.插入频域导频：S4.插入频域0点；S5.对步骤S4得到的频域帧结构进行快速傅里叶逆变换，得到时域OFDM符号，长度为N；然后在得到的时域OFDM符号前加入长度为C的循环前缀，得到最终的时域帧结构；S6.在短突发通信之前，信号的接收端预先确定本地同步序列y_local(n)，并进行保存；S7.在短突发通信过程中，信号的发送端产生发送帧y(n)，进行跳频调制后传输给信号的接收端；S8.在接收端进行跳频接收后，利用y_local(n)对接收数据做复数滑动相关，找到相关峰，进行符号的定时同步。本发明仅使用一个OFDM符号，就可以完成帧的定时同步。

Description

一种用于短突发通信高速跳频的帧设计及定时同步方法

技术领域

本发明涉及帧的设计，特别是涉及一种用于短突发通信高速跳频的帧设计及定时同步方法。

背景技术

跳频扩频技术(Frequency-Hopping Spread Spectrum,FHSS)，简称跳频技术(FH)，是指用伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱的一种方法。短突发通信(Short Burst Communication)采用异步传输模式，具有通信持续时间短，通信网络响应迅速的特点。将高速跳频技术运用于短突发通信，一跳作为一个短突发信号，可以得到图1所示的跳频图案。

由图1可知，每一跳的信号的频点不同，并且信号的时间间隔未知。频点不同导致每一帧传输的信道不同，每一跳需要导频进行信道估计；而时间间隔未知，则每一跳均需要做时间同步。这在一跳驻留时间非常短的高速跳频系统下，对帧结构的设计提出了很高的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于短突发通信高速跳频的帧设计及定时同步方法，仅使用一个OFDM符号，就可以完成时间同步。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于短突发通信高速跳频的帧设计及定时同步方法，包括以下步骤：

S1.给定基础的频域帧结构：

设频域帧结构包括频域导频、传输数据和频域0点，将频域帧结构进行快速傅里叶逆变换后得到时域的OFDM符号，时域的OFDM符号加上循环前缀，形成时域发送帧；

定义频域0点总长为K，频域导频总长度为U，进行快速傅里叶逆变换后，得到的OFDM符号长度为N，循环前缀长度为C；定义L＝(N-K)/U，其中L为正整数；

S2.产生传输数据：

传输数据的总长D＝N-K-U，所述传输数据包括1个头部传输数据T、U-1个中部传输数据Z以及1个尾部传输数据W，头部传输数据T的块长为p，p∈[0,L-1]，中部传输数据Z的块长为L-1，尾部传输数据W块长为L-p-1；

S3.插入频域导频：

产生长度为U个长度为1的频域导频，插入步骤S2产生的传输数据中：

第一个频域导频插入在头部传输数据T后，任意两个相邻的中部传输数据Z之间均插入有一个频域导频；最后一个频域导频插入在尾部传输数据W前；

S4.插入频域0点：

在产生的传输数据两端，即正负高频处插入频域0点，两端频域0点长度均为K/2，得到完整的频域帧结构；

S5.对步骤S4得到的频域帧结构进行快速傅里叶逆变换，得到时域OFDM符号，长度为N；然后在得到的时域OFDM符号前加入长度为C的循环前缀，得到最终的时域帧结构；

S6.在短突发通信之前，信号的接收端预先确定本地同步序列y_local(n)，并进行保存；

S7.在短突发通信过程中，信号的发送端产生发送帧y(n)，进行跳频调制后传输给信号的接收端；

S8.在接收端进行跳频接收后，利用y_local(n)对接收数据做复数滑动相关，找到相关峰，进行符号的定时同步，从而获得发送端产生的发送帧y(n)。

其中所述频域导频采用ZC序列，产生方式如下：

其中，式中r是与U互质的正整数，q为任意整数，n＝0,1,…,U-1。

步骤S6中所述本地同步序列y_local(n)的确定方式如下：

信号的接收端执行步骤S1～S5，并在步骤S2产生传输数据时，将所有的头部传输数据T、中部传输数据Z和尾部传输数据W均置零，得到最终的时域帧结构，将其作为本地同步序列y_local(n)。

步骤S7中发送帧y(n)的确定方式如下：

信号的发送端执行步骤S1～S5，得到最终的时域帧结构，将其作为发送帧y(n)。

所述步骤S8包括：

S801.不考虑信道影响，在接收端进行跳频接收后，利用y_local(n)对接收数据做复数滑动相关找到相关峰；

S802.由于接收数据中y(n)与y_local(n)序列完全重合时，得到最高相关峰，最高峰的位置在帧的最后一个符号，将最高峰作为符号定时同步的同步标志点，最终完成帧的符号定时同步，从而获得发送端产生的发送帧y(n)。

本发明的有益效果是：本发明提供的帧设计及帧符号定时同步方法，仅使用一个OFDM符号，就可以完成时间同步；帧结构灵活，其中频域导频、传输数据、OFDM符号、CP的长度可以根据实际需求进行改变，只要求L为整数即可。

附图说明

图1为短突发高速跳频图案的示意图；

图2为本发明的方法流程图；

图3为实施例中具体的帧结构设计流程示意图；

图4为实施例中的符号定时函数示意图；

图5为实施例中本申请的应用场景示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图2所示，一种用于短突发通信高速跳频的帧设计及定时同步方法，包括以下步骤：

S1.给定基础的频域帧结构：

设频域帧结构包括频域导频、传输数据和频域0点，将频域帧结构进行快速傅里叶逆变换后得到时域的OFDM符号，时域的OFDM符号加上循环前缀，形成时域发送帧；

定义频域0点总长为K，频域导频总长度为U，进行快速傅里叶逆变换后，得到的OFDM符号长度为N，循环前缀长度为C；定义L＝(N-K)/U，其中L为正整数；

S2.产生传输数据：

传输数据的总长D＝N-K-U，所述传输数据包括1个头部传输数据T、U-1个中部传输数据Z以及1个尾部传输数据W，头部传输数据T的块长为p，p∈[0,L-1]，中部传输数据Z的块长为L-1，尾部传输数据W块长为L-p-1；

S3.插入频域导频：

产生长度为U个长度为1的频域导频，插入步骤S2产生的传输数据中：

第一个频域导频插入在头部传输数据T后，任意两个相邻的中部传输数据Z之间均插入有一个频域导频；最后一个频域导频插入在尾部传输数据W前；

S4.插入频域0点：

在产生的传输数据两端，即正负高频处插入频域0点，两端频域0点长度均为K/2，得到完整的频域帧结构；

S5.对步骤S4得到的频域帧结构进行快速傅里叶逆变换，得到时域OFDM符号，长度为N；然后在得到的时域OFDM符号前加入长度为C的循环前缀，得到最终的时域帧结构；

在本申请的实施例中，具体的帧结构设计流程如图3所示；

S6.在短突发通信之前，信号的接收端预先确定本地同步序列y_local(n)，并进行保存；

S7.在短突发通信过程中，信号的发送端产生发送帧y(n)，进行跳频调制后传输给信号的接收端；

S8.在接收端进行跳频接收后，利用y_local(n)对接收数据做复数滑动相关，找到相关峰，进行符号的定时同步，从而获得发送端产生的发送帧y(n)。

其中所述频域导频采用ZC序列，产生方式如下：

其中，式中r是与U互质的正整数，q为任意整数，n＝0,1,…,U-1。

步骤S6中所述本地同步序列y_local(n)的确定方式如下：

信号的接收端执行步骤S1～S5，并在步骤S2产生传输数据时，将所有的头部传输数据T、中部传输数据Z和尾部传输数据W均置零，得到最终的时域帧结构，将其作为本地同步序列y_local(n)。

步骤S7中发送帧y(n)的确定方式如下：

信号的发送端执行步骤S1～S5，得到最终的时域帧结构，将其作为发送帧y(n)。

所述步骤S8包括：

S801.不考虑信道影响，在接收端进行跳频接收后，利用y_local(n)对接收数据做复数滑动相关找到相关峰；

S802.由于接收数据中y(n)与y_local(n)序列完全重合时，得到最高相关峰，最高峰的位置在帧的最后一个符号，将最高峰作为符号定时同步的同步标志点，最终完成帧的符号定时同步，从而获得发送端产生的发送帧y(n)。

在本申请的实施例中，通过仿真，在L＝2,p＝1；L＝3,p＝1；L＝4,p＝2时，滑动相关得到的符号定时函数如图4所示，这里的N为256，CP长32，高频共插K＝16个0。所以ZC数量U分别为60、80与120，该实施例中，最高峰的位置在帧的最后一个符号(在定时偏移N+C处，图中为256+32＝288处)

如图5所示，为本申请的应用场景示意图，本申请提出的方法，在采用正交频分复用技术系统结构中，主要工作是在发射端虚线框处设计帧结构，帧结构可以在一个OFDM符号内，并在接收端根据本地同步序列进行符号定时同步，从而获得发送端产生的发送帧，同步后，还可以利用频域导频进行后续的信道估计与均衡处理。因此，整个帧可以用来进行符号定时同步，信道估计以及数据的传输。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于短突发通信高速跳频的帧设计及定时同步方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.给定基础的频域帧结构：

设频域帧结构包括频域导频、传输数据和频域0点，将频域帧结构进行快速傅里叶逆变换后得到时域的OFDM符号，时域的OFDM符号加上循环前缀，形成时域发送帧；

定义频域0点总长为K，频域导频总长度为U，进行快速傅里叶逆变换后，得到的OFDM符号长度为N，循环前缀长度为C；定义L＝(N-K)/U，其中L为正整数；

S2.产生传输数据：

传输数据的总长D＝N-K-U，所述传输数据包括1个头部传输数据T、U-1个中部传输数据Z以及1个尾部传输数据W，头部传输数据T的块长为p，p∈[0,L-1]，中部传输数据Z的块长为L-1，尾部传输数据W块长为L-p-1；

S3.插入频域导频：

产生长度为U个长度为1的频域导频，插入步骤S2产生的传输数据中：

第一个频域导频插入在头部传输数据T后，任意两个相邻的中部传输数据Z之间均插入有一个频域导频；最后一个频域导频插入在尾部传输数据W前；

S4.插入频域0点：

在产生的传输数据两端，即正负高频处插入频域0点，两端频域0点长度均为K/2，得到完整的频域帧结构；

S5.对步骤S4得到的频域帧结构进行快速傅里叶逆变换，得到时域OFDM符号，长度为N；然后在得到的时域OFDM符号前加入长度为C的循环前缀，得到最终的时域帧结构；

S6.在短突发通信之前，信号的接收端预先确定本地同步序列y_local(n)，并进行保存；

S7.在短突发通信过程中，信号的发送端产生发送帧y(n)，进行跳频调制后传输给信号的接收端；

S8.在接收端进行跳频接收后，利用y_local(n)对接收数据做复数滑动相关，找到相关峰，进行符号的定时同步，从而获得发送端产生的发送帧y(n)。

2.根据权利要求1所述的一种用于短突发通信高速跳频的帧设计及定时同步方法，其特征在于：所述频域导频采用ZC序列，产生方式如下：

其中，式中r是与U互质的正整数，q为任意整数，n＝0,1,…,U-1。

3.根据权利要求1所述的一种用于短突发通信高速跳频的帧设计及定时同步方法，其特征在于：步骤S6中所述本地同步序列y_local(n)的确定方式如下：

信号的接收端执行步骤S1～S5，并在步骤S2产生传输数据时，将所有的头部传输数据T、中部传输数据Z和尾部传输数据W均置零，得到最终的时域帧结构，将其作为本地同步序列y_local(n)。

4.根据权利要求1所述的一种用于短突发通信高速跳频的帧设计及定时同步方法，其特征在于：步骤S7中发送帧y(n)的确定方式如下：

信号的发送端执行步骤S1～S5，得到最终的时域帧结构，将其作为发送帧y(n)。

5.根据权利要求1所述的一种用于短突发通信高速跳频的帧设计及定时同步方法，其特征在于：所述步骤S8包括：

S801.不考虑信道影响，在接收端进行跳频接收后，利用y_local(n)对接收数据做复数滑动相关找到相关峰；

S802.由于接收数据中y(n)与y_local(n)序列完全重合时，得到最高相关峰，最高峰的位置在帧的最后一个符号，将最高峰作为符号定时同步的同步标志点，最终完成帧的符号定时同步，从而获得发送端产生的发送帧y(n)。

Images