CN114900881A - 基于tdma信号的帧同步方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于TDMA信号的帧同步方法，应用于TDMA通信系统的接收端，所述接收端包括FPGA单元，所述FPGA单元的相关器和上位机连接，所述方法包括：获取用户信号并输入相关器，上位机根据TDMA时隙确定当前用户，生成当前用户的相关系数配置信息，并输入相关器；根据所述相关系数配置信息在相关器的相关系数寄存器中配置相关系数，然后用所述相关系数对用户信号进行相关计算，得到相关信号，若所述相关信号出现相关峰，则所述用户信号帧同步成功。本发明根据TDMA时隙，对于单个相关器进行复用，来接收不同用户的数据，从而有效节省资源。

Description

基于TDMA信号的帧同步方法及系统
技术领域
本发明涉及帧同步技术，尤其涉及一种基于TDMA信号的帧同步方法及系统。
背景技术
突发通信通过减少信号在空间的暴露时间可有效提高通信系统的抗截获和抗干扰能力，在无线通信和电子对抗中具有广泛应用。突发通信采用突发方式进行数据发送，当且仅当有数据到达的情况下才发起传输，并且在数据发送后停止传输，每次传输都有一个确定的时间。
在TDMA通信系统中，在一个相对长的时间周期内，会给每个用户分配各自的时间段，即使用户在这段时间是没有发送，该时间段也是会保留给对应的用户。因此，TDMA通信模式也是一种突发通信模式。
作为突发通信中的关键技术之一，帧同步是信息传输的前提和基础，突发通信中要求接收端快速准确地建立帧同步，帧同步的原理如图1所示，信号输入相关器得到相关信号，相关器中，信号输入经过位移寄存器与本地的相关系数做乘运算，最后求和得到相关信号。如图2所示，当相关信号出现相关峰的时候，则视为该信号帧同步成功。存在多个用户的情况下，目前的同步方式是将输入数据送给位移寄存器，再将位移寄存器组与本地各个序列做相关，从而接收用户数据，基于该方式，如图3所示，终端需要根据每个用户的相关系数，建立与每个用户一一对应的相关器，当终端需要接收用户信号的时候，用户信号需要经过不同的相关器产生相关信号，从而出现相关峰的相关信号来确定所接收的用户信号来源于哪个用户。由于需要多个相关器来产生相关信号，因此现有的同步方法运算时间长，同时，可能每个用户信号的帧头长度存在区别，而相关计算涉及卷积问题，卷积的长度与帧头长度有关，如果帧头长度不一样，所需要的卷积长度就不一样，导致各相关器需要针对不同帧头长度设计多种卷积模块来进行相关计算，耗费的资源较多，提高了芯片设计难度以及芯片功耗。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种基于TDMA信号的帧同步方法及系统，根据TDMA时隙，对于单个相关器进行复用，来接收不同用户的数据，从而有效节省资源。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种基于TDMA信号的帧同步方法，应用于TDMA通信系统的接收端，所述接收端包括FPGA单元，所述FPGA单元的相关器和上位机连接，所述方法包括：
获取用户信号并输入相关器，上位机根据TDMA时隙确定当前用户，生成当前用户的相关系数配置信息，并输入相关器；
根据所述相关系数配置信息在相关器的相关系数寄存器中配置相关系数，然后用所述相关系数对用户信号进行相关计算，得到相关信号，若所述相关信号出现相关峰，则所述用户信号帧同步成功。
进一步的，获取用户信号并输入相关器之前还包括设置相关系数寄存器的步骤，具体包括：获取所有用户的帧头长度，选取其中的最长帧头长度，设置所述相关器的相关系数寄存器地址长度与所述最长帧头长度相同。
进一步的，生成当前用户的相关系数配置信息包括生成当前用户的相关系数序列的步骤，具体包括：若当前用户的相关系数的原始序列长度小于相关系数寄存器地址长度，根据原始序列长度和相关系数寄存器地址长度之差，对所述相关系数的原始序列增加冗余序列，得到当前用户的相关系数序列，所述冗余序列中的系数全部为0。
进一步的，根据所述相关系数配置信息在相关器的相关系数寄存器中配置相关系数的步骤具体包括：根据所述相关系数配置信息中的地址信息和相关系数序列信息，在相关系数寄存器的对应地址中设置对应的相关系数。
进一步的，所述相关器还包括位移寄存器和选择器，所述位移寄存器的地址和相关系数寄存器的地址一一对应，用所述相关系数对用户信号进行相关计算的步骤具体包括：位移寄存器获取用户信号，对于位移寄存器中每个地址的数据，选择器匹配相关系数寄存器中对应地址的相关系数，将每个地址的数据和对应的相关系数进行乘法运算，然后将乘法运算的结果求和，得到相关信号。
本发明还提出一种TDMA通信系统，包括发送端和接收端，所述接收端包括FPGA单元，所述FPGA单元的相关器和上位机连接，其中：
所述发送端用于发送用户信号；
所述上位机用于根据TDMA时隙确定当前用户，生成当前用户的相关系数配置信息，并输入相关器；
所述FPGA单元用于获取用户信号并输入相关器，还用于根据所述相关系数配置信息在相关器的相关系数寄存器中配置相关系数，然后用所述相关系数对用户信号进行相关计算，得到相关信号，若所述相关信号出现相关峰，则所述用户信号帧同步成功。
进一步的，所述FPGA单元还用于获取用户信号并输入相关器之前，获取所有用户的帧头长度，选取其中的最长帧头长度，设置所述相关器的相关系数寄存器地址长度与所述最长帧头长度相同。
进一步的，生成当前用户的相关系数配置信息时，所述上位机用于当前用户的相关系数的原始序列长度小于相关系数寄存器地址长度时，根据原始序列长度和相关系数寄存器地址长度之差，对所述相关系数的原始序列增加冗余序列，得到当前用户的相关系数序列，所述冗余序列中的系数全部为0。
进一步的，根据所述相关系数配置信息在相关器的相关系数寄存器中配置相关系数时，所述FPGA单元用于根据所述相关系数配置信息中的地址信息和相关系数序列信息，在相关系数寄存器的对应地址中设置对应的相关系数。
进一步的，所述相关器还包括位移寄存器和选择器，所述位移寄存器的地址和相关系数寄存器的地址一一对应，用所述相关系数对用户信号进行相关计算时，所述FPGA单元用于通过位移寄存器获取用户信号，对于位移寄存器中每个地址的数据，通过选择器匹配相关系数寄存器中对应地址的相关系数，将每个地址的数据和对应的相关系数进行乘法运算，然后将乘法运算的结果求和，得到相关信号。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明根据TDMA时隙，实时将当前用户对应的相关系数配置到相关器中，从而能够通过单个相关器快速准确地进行帧同步，同时，本发明以所有用户对应的帧头中的最长帧头配置相关器的相关系数寄存器长度，并且将其余用户对应的相关系数进行配置时，针对小于相关系数寄存器地址长度的原始序列进行填0操作，从而保证仅需要按照最长帧头来设计一个卷积模块，就能够对于帧头长度各不相同的用户信号进行相关计算，有效节约了资源消耗，并降低了芯片设计难度和功耗。
附图说明
图1为相关器进行相关计算的原理图。
图2为现有方式对用户信号进行帧同步的示意图。
图3为相关信号示意图。
图4为TDMA时隙图。
图5为本发明实施例一中对用户信号进行帧同步的示意图。
图6为本发明实施例一的帧同步方法流程图。
图7为上位机所发送的当前用户的相关系数的时序图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例一
如图4所示，在TDMA通信系统中，即使存在多个用户，接收端在一段时间内只会接受来自于一个用户的数据，那么图2中每个用户所对应的相关器中，当前时间段内，仅有与当前用户对应的相关器输出的相关信号是有效的，而其他的相关器在当前时间段内并没有必要存在。同时TDMA通信系统通过TDMA时隙图来确定用户顺序，也就是说，TDMA通信系统中，接收端实际是可以通过TDMA时隙图了解当前时段需要哪一个用户的用户信息，因此，我们设计了一种帧同步方式，如图5所示，仅采用一个相关器，在当前时间段内对当前用户的用户信号进行相关计算，并且由上位机来对该相关器配置每个时间段的用户对应的相关系数。
基于以上构思，如图6所示，本实施例提出一种基于TDMA信号的帧同步方法，应用于TDMA通信系统的接收端，所述接收端包括FPGA单元，所述FPGA单元的相关器和上位机连接，所述方法包括：
获取用户信号并输入相关器，上位机根据TDMA时隙确定当前用户，生成当前用户的相关系数配置信息，并输入相关器；
根据所述相关系数配置信息在相关器的相关系数寄存器中配置相关系数，然后用所述相关系数对用户信号进行相关计算，得到相关信号，若所述相关信号出现相关峰，则所述用户信号帧同步成功。
通过上述步骤，本实施例根据TDMA时隙，实时将当前用户对应的相关系数配置到相关器中，从而能够通过单个相关器快速准确地进行帧同步，从而节省了资源。
如图6所示，本实施例在获取用户信号并输入相关器之前还包括设置相关系数寄存器的步骤，具体包括：获取所有用户的帧头长度，选取其中的最长帧头长度，设置所述相关器的相关系数寄存器地址长度与所述最长帧头长度相同。
接下来，生成当前用户的相关系数配置信息包括生成当前用户的相关系数序列的步骤，具体包括：若当前用户的相关系数的原始序列长度小于相关系数寄存器地址长度，根据原始序列长度和相关系数寄存器地址长度之差，对所述相关系数的原始序列增加冗余序列，得到当前用户的相关系数序列，所述冗余序列中的系数全部为0。
通过上述步骤，本实施例针对各用户的帧头长度各不相同的情况，将相关器的相关系数寄存器地址长度按照最长帧头长度进行设置，并在生成每个用户的相关系数配置信息时，对于相关系数原始序列长度小于相关系数寄存器地址长度的情况，对相关系数原始序列填充冗余序列，且冗余序列中的系数全部为0，从而使得相关器所获取的相关系数配置信息中的相关系数序列长度相同，保证了相关系数配置的顺利进行，后续仅需要设计一个卷积模块，就能够对于帧头长度各不相同的用户信号进行相关计算。
本实施例中，根据所述相关系数配置信息在相关器的相关系数寄存器中配置相关系数的步骤具体包括：根据所述相关系数配置信息中的地址信息和相关系数序列信息，在相关系数寄存器的对应地址中设置对应的相关系数。
本实施例中的相关器还包括位移寄存器和选择器，FPGA的内部资源中包含DSP48，而FPGA中若使用乘法器将消耗DSP48，从而消耗FPGA内部资源，且DSP48的数量是有限的，因此本实施例中用选择器LUT资源替代常规的乘法器进行乘法运算，从而降低DSP48的使用量，以节省FPGA内部资源使用量，所述位移寄存器的地址和相关系数寄存器的地址一一对应，用所述相关系数对用户信号进行相关计算的步骤具体包括：位移寄存器获取用户信号，对于位移寄存器中每个地址的数据，选择器匹配相关系数寄存器中对应地址的相关系数，将每个地址的数据和对应的相关系数进行乘法运算，然后将乘法运算的结果求和，得到相关信号。
如图7所示，本实施例中，相关器的本地相关系数序列通过上位机下发的reg_coe_en和reg_coe_d0配置，通过reg_coe_d0和reg_coe_en，相关器接收到相关系数序列，使得相关器能和用户信号做相关，找出相关峰，reg_coe_d0中以3表示‘0’，1表示‘1’，0表示‘-1’，其中，‘0’代表空，即没有能与信号做相关的元素，‘1’和‘-1’代表本地相关系数序列中能与信号做相关的元素，当reg_coe_en为高的时候，reg_coe_d0配置的本地相关系数序列是有效的，并且进行相关计算时，位移寄存器与本地相关系数序列相乘，则与其中‘0’的部分乘积仍是0，对最后求和结果不产生影响，故此本实施例的方法可满足对一个相关器复用，进行不同帧头长度的用户信号帧同步识别
实施例二
本实施例基于实施例一的方法提出一种TDMA通信系统，包括发送端和接收端，所述接收端包括FPGA单元，所述FPGA单元的相关器和上位机连接，其中：
所述发送端用于发送用户信号；
所述上位机用于根据TDMA时隙确定当前用户，生成当前用户的相关系数配置信息，并输入相关器；
所述FPGA单元用于获取用户信号并输入相关器，还用于根据所述相关系数配置信息在相关器的相关系数寄存器中配置相关系数，然后用所述相关系数对用户信号进行相关计算，得到相关信号，若所述相关信号出现相关峰，则所述用户信号帧同步成功。
本实施例中，所述FPGA单元还用于获取用户信号并输入相关器之前，获取所有用户的帧头长度，选取其中的最长帧头长度，设置所述相关器的相关系数寄存器地址长度与所述最长帧头长度相同。
本实施例中，生成当前用户的相关系数配置信息时，所述上位机用于当前用户的相关系数的原始序列长度小于相关系数寄存器地址长度时，根据原始序列长度和相关系数寄存器地址长度之差，对所述相关系数的原始序列增加冗余序列，得到当前用户的相关系数序列，所述冗余序列中的系数全部为0。
本实施例中，根据所述相关系数配置信息在相关器的相关系数寄存器中配置相关系数时，所述FPGA单元用于根据所述相关系数配置信息中的地址信息和相关系数序列信息，在相关系数寄存器的对应地址中设置对应的相关系数。
本实施例中，所述相关器还包括位移寄存器和选择器，所述位移寄存器的地址和相关系数寄存器的地址一一对应，用所述相关系数对用户信号进行相关计算时，所述FPGA单元用于通过位移寄存器获取用户信号，对于位移寄存器中每个地址的数据，通过选择器匹配相关系数寄存器中对应地址的相关系数，将每个地址的数据和对应的相关系数进行乘法运算，然后将乘法运算的结果求和，得到相关信号。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于TDMA信号的帧同步方法，其特征在于，应用于TDMA通信系统的接收端，所述接收端包括FPGA单元，所述FPGA单元的相关器和上位机连接，所述方法包括：
获取用户信号并输入相关器，上位机根据TDMA时隙确定当前用户，生成当前用户的相关系数配置信息，并输入相关器；
根据所述相关系数配置信息在相关器的相关系数寄存器中配置相关系数，然后用所述相关系数对用户信号进行相关计算，得到相关信号，若所述相关信号出现相关峰，则所述用户信号帧同步成功。
2.根据权利要求1所述的基于TDMA信号的帧同步方法，其特征在于，获取用户信号并输入相关器之前还包括设置相关系数寄存器的步骤，具体包括：获取所有用户的帧头长度，选取其中的最长帧头长度，设置所述相关器的相关系数寄存器地址长度与所述最长帧头长度相同。
3.根据权利要求2所述的基于TDMA信号的帧同步方法，其特征在于，生成当前用户的相关系数配置信息包括生成当前用户的相关系数序列的步骤，具体包括：若当前用户的相关系数的原始序列长度小于相关系数寄存器地址长度，根据原始序列长度和相关系数寄存器地址长度之差，对所述相关系数的原始序列增加冗余序列，得到当前用户的相关系数序列，所述冗余序列中的系数全部为0。
4.根据权利要求3所述的基于TDMA信号的帧同步方法，其特征在于，根据所述相关系数配置信息在相关器的相关系数寄存器中配置相关系数的步骤具体包括：根据所述相关系数配置信息中的地址信息和相关系数序列信息，在相关系数寄存器的对应地址中设置对应的相关系数。
5.根据权利要求1所述的基于TDMA信号的帧同步方法，其特征在于，所述相关器还包括位移寄存器和选择器，所述位移寄存器的地址和相关系数寄存器的地址一一对应，用所述相关系数对用户信号进行相关计算的步骤具体包括：位移寄存器获取用户信号，对于位移寄存器中每个地址的数据，选择器匹配相关系数寄存器中对应地址的相关系数，将每个地址的数据和对应的相关系数进行乘法运算，然后将乘法运算的结果求和，得到相关信号。
6.一种TDMA通信系统，包括发送端和接收端，其特征在于，所述接收端包括FPGA单元，所述FPGA单元的相关器和上位机连接，其中：
所述发送端用于发送用户信号；
所述上位机用于根据TDMA时隙确定当前用户，生成当前用户的相关系数配置信息，并输入相关器；
所述FPGA单元用于获取用户信号并输入相关器，还用于根据所述相关系数配置信息在相关器的相关系数寄存器中配置相关系数，然后用所述相关系数对用户信号进行相关计算，得到相关信号，若所述相关信号出现相关峰，则所述用户信号帧同步成功。
7.根据权利要求6所述的TDMA通信系统，其特征在于，所述FPGA单元还用于获取用户信号并输入相关器之前，获取所有用户的帧头长度，选取其中的最长帧头长度，设置所述相关器的相关系数寄存器地址长度与所述最长帧头长度相同。
8.根据权利要求7所述的TDMA通信系统，其特征在于，生成当前用户的相关系数配置信息时，所述上位机用于当前用户的相关系数的原始序列长度小于相关系数寄存器地址长度时，根据原始序列长度和相关系数寄存器地址长度之差，对所述相关系数的原始序列增加冗余序列，得到当前用户的相关系数序列，所述冗余序列中的系数全部为0。
9.根据权利要求8所述的TDMA通信系统，其特征在于，根据所述相关系数配置信息在相关器的相关系数寄存器中配置相关系数时，所述FPGA单元用于根据所述相关系数配置信息中的地址信息和相关系数序列信息，在相关系数寄存器的对应地址中设置对应的相关系数。
10.根据权利要求6所述的TDMA通信系统，其特征在于，所述相关器还包括位移寄存器和选择器，所述位移寄存器的地址和相关系数寄存器的地址一一对应，用所述相关系数对用户信号进行相关计算时，所述FPGA单元用于通过位移寄存器获取用户信号，对于位移寄存器中每个地址的数据，通过选择器匹配相关系数寄存器中对应地址的相关系数，将每个地址的数据和对应的相关系数进行乘法运算，然后将乘法运算的结果求和，得到相关信号。
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