CN114978281B - 可变编码调制体制物理帧数据同步方法、接收方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变编码调制体制物理帧数据同步方法、接收方法及设备，属于高速无线电通信领域，包括步骤：采用捕获态、搜索态和锁定态的三态处理机制，保证可变编码调制接收机中多种编码调制方式下数据传输的连续性；三态处理机制中采用预置相关峰位置判定，减少对于相关峰阈值控制的依赖性。本发明耗费资源少，运算速度快，能够实现可变编码调制的正常接收机，确保数据的连续可靠性传输。

Description

可变编码调制体制物理帧数据同步方法、接收方法及设备
技术领域
本发明涉及高速无线电通信领域，更为具体的，涉及一种可变编码调制体制物理帧数据同步方法、接收方法及设备。
背景技术
在卫星通信中，频谱资源是有限的，然而，为了保证在恶劣的大气环境下卫星数据的正常传输，通常都会预留一定的功率余量，这些余量大部分时间都处于闲置状态，造成了系统资源的严重浪费。为了充分地利用信道容量，在有限的频谱资源上实现卫星数据的高速传输，提高系统的带宽和功率的利用率，可变编码调制技术可以根据不同的具体接收情况实时采用不同的调制编码方式，就可以使发送速率随信道容量的变化而变化，实时选择最优的调制编码方式，在信道条件较好的时候，提高数据传输速率避免造成信道容量的浪费，因此系统可以最大限度地利用信道容量，实现较高的数据传输速率；在信道条件恶化时，改变编码调制方式降低数据传输的速率，保证卫星数据传输的最低传输能力，满足卫星传输的最低需求，因此，采用可变编码调制技术是一种可以实现充分利用信道容量的有效技术。
在可变编码调制体制中，卫星系统根据卫星与地面站之间的距离和角度等已知的信息，动态切换编码调制方式，在信道条件较好时采用高阶编码调制方式，在信道条件相对较差时选择低阶的调制编码方式，达到自适应信道变化的目的，既保证传输数据的高速传输，又最大限度地提高了带宽和功率的利用率。
2005年，欧洲电信标准化协会(ETSI)发布了第二代数字卫星电视广播标准(DVB-S2),该标准在DVB-S标准的基础上采用了新的编码方式BCH-LDPC，增加了新的16APSK和32APSK调制体制以及新的工作模式，即可变编码调制(VCM)。通过(DVB-S2)标准的应用，能够根据不同的卫星仰角充分利用卫星过境时的链路资源，实时改变为相应的调制编码方式，保证卫星在低仰角和高仰角时数据传输的连续性，提升整个链路的数据传输量。
早期的DVB_S2接收系统均是采用的低码率处理，目前，我国已经完成了星载可变编码调制系统研究设计，而接收终端采用的是国外设备，国内针对高码率的卫星接收系统都是处于起步阶段。因此，一种适合高码率的可变编码调制接收设备的研制是十分有必要的，而适合高速率可变编码调制接收机中的并行物理帧数据同步方法是十分关键的技术，是决定后续解扰译码是否正确的先决条件。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可变编码调制体制物理帧数据同步方法、接收方法及设备，耗费资源少，运算速度快，能够实现可变编码调制的正常接收机，确保数据的连续可靠性传输。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
一种可变编码调制体制物理帧数据同步方法，包括步骤：
将并行的解调数据分组，分别进行相关峰检测；
搜索态：搜索各组物理帧数据同步中出现超过预定阈值的相关峰值，确定相关峰值的位置，开启物理帧数据同步捕获态；
捕获态：当连续K帧可变数据中出现与物理帧头数据的相关峰值位置与预计出现的相关峰位置一致时转入物理帧数据同步锁定态，否则回到搜索态，重新开始搜索超过预定阈值的相关峰；
锁定态：帧同步锁定态时，当连续M帧可变数据中出现与物理帧头数据的相关峰值位置与预置相关峰值位置不一致时，重新开始下一次帧同步搜索过程；帧同步锁定态时，根据预置相关峰值位置在各组数据中相应模糊态下并行可变帧长数据进行同步对齐，去掉物理帧头，实现每一可变帧长数据同步对齐，用于后续数据译码处理。
进一步地，所述将并行的解调数据分组具体分为四组，在送入四组物理帧数据同步模块搜索相关峰值之前，将解调数据分为四组不同的模糊，实现可变编码调制可变帧长的特性。在该方案中，由于可变编码调制的可变帧长的特性，可以通过物理帧头信息计算出每一可变帧头的位置，由于可变帧长的特殊性，每一可变帧长可能会变化，相关峰值出现的位置间隔不一定是等长变化的，会随着可变编码调制方式的变化而变化；在捕获态阶段，需要连续K帧可变数据中出现与物理帧头数据的相关峰值位置与预计出现的相关峰位置一致时转入物理帧数据同步锁定态，否则继续回到搜索态。
进一步地，在每一组解调数据进行相关峰检测时，将解调数据与物理帧头进行相关计算，相关峰值超过预定阈值的位置则认为是物理帧头的位置；并且，将多组模糊数据同时进行相关峰检测，而每一帧可变帧数据只有一个位置会检测到相关峰，当检测到相关峰值时即完成所述搜索态。
进一步地，在帧同步锁定态时，开启实际物理帧头数据的相关峰值位置与预置相关峰值位置的校验，当连续M帧可变数据中出现与物理帧头数据的相关峰值位置与预置相关峰值位置不一致时，重新开始下一次帧同步搜索过程，即帧同步失锁保护了M帧可变帧长数据。
进一步地，在帧同步锁定态时，可变数据中出现与物理帧头数据的相关峰值位置与预置相关峰值位置是保持一致的，根据预置相关峰值位置在多组中相应模糊态下并行可变帧长数据进行同步对齐，去掉物理帧头，实现每一可变帧长数据同步对齐，用于后续数据译码处理。
进一步地，K、M均为正整数。
一种可变编码调制体制信号接收方法，采用如上任一项所述物理帧数据同步方法。
一种可变编码调制体制信号接收设备，包括如上任一项所述物理帧数据同步方法。
一种可变编码调制体制信号接收设备，包括处理器、存储介质，在存储介质存储有程序，当所述程序被处理器加载时实现如上任一项所述物理帧数据同步方法。
进一步地，所述处理器包括FPGA芯片。
本发明的有益效果包括：
1.本发明提出的一种适合高速可变编码调制接收机的并行物理帧数据同步方法，填补了可变编码调制接收机高速数据传输的空白，是具有突破性的进展。
2.本发明提出的一种适合高速可变编码调制接收机的并行物理帧数据同步方法，采用了捕获态、搜索态和锁定态的三态处理机制，保证可变编码调制接收机中多种编码调制方式下数据传输的连续性，具有可靠性强优势。
3.本发明提出的一种适合高速可变编码调制接收机的并行物理帧数据同步方法，三态处理机制中采用预置相关峰位置判定，减少对于相关峰阈值控制的依赖性，具有适应性优势。
4.本发明采用可变编码调制方式，充分利用信道容量，提高数据传输速率，实现星地间数据的可靠性传输。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明进一步说明。本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
本发明旨在实现在高速可变编码调制系统下的高速接收，在目前的硬件条件下必须采用并行处理，而可变编码调制系统的复杂性必然会增加并行物理帧数据同步的难度。因此，提出一种适合高速可变编码调制接收机的并行物理帧数据同步方法。在实施例中，包括步骤：
首先，根据解调后的数据可能存在四种不同的对齐模糊，如下：
并行数据模糊状态一：
并行数据模糊状态二：
并行数据模糊状态三：
并行数据模糊状态四：
其中，dinI2-reg是dinI2延迟一个时钟周期的数据，dinI3-reg是dinI3延迟一个时钟周期的数据，dinI4-reg是dinI4延迟一个时钟周期的数据，dinQ2-reg是dinQ2延迟一个时钟周期的数据，dinQ3-reg是dinQ3延迟一个时钟周期的数据，dinQ4-reg是dinQ4延迟一个时钟周期的数据。
将并行的解调数据分为四组分别进行物理帧数据同步模块，进行相关峰检测，将解调数据与物理帧头进行相关计算，相关峰值超过预定阈值的位置则认为是物理帧头的位置，四组模糊数据同时进行相关峰检测，而每一帧可变帧数据只有一个位置会检测到相关峰，当检测到相关峰值时即完成了搜索态，开启捕获态。
由于可变编码调制的可变帧长的特性，可以通过物理帧头信息计算出每一可变帧头的位置，由于可变帧长的特殊性，每一可变帧长可能会变化，相关峰值出现的位置间隔不一定是等长变化的，会随着可变编码调制方式的变化而变化；在捕获态阶段，需要连续K帧可变数据中出现与物理帧头数据的相关峰值位置与预计出现的相关峰位置一致时转入物理帧数据同步锁定态，否则继续回到搜索态。
帧同步锁定态时，开启实际物理帧头数据的相关峰值位置与预置相关峰值位置的校验，当连续M帧可变数据中出现与物理帧头数据的相关峰值位置与预置相关峰值位置不一致时，重新开始下一次帧同步搜索过程，即帧同步失锁保护了M帧可变帧长数据。可变帧数据中出现与物理帧头数据的相关峰值位置与预置相关峰值位置是保持一致的，根据预置相关峰值位置在四组中相应模糊态下并行可变帧长数据进行同步对齐，去掉物理帧头，实现每一可变帧长数据同步对齐，用于后续数据译码处理。
实施例1：一种可变编码调制体制物理帧数据同步方法，包括步骤：
将并行的解调数据分组，分别进行相关峰检测；
搜索态：搜索各组物理帧数据同步中出现超过预定阈值的相关峰值，确定相关峰值的位置，开启物理帧数据同步捕获态；
捕获态：当连续K帧可变数据中出现与物理帧头数据的相关峰值位置与预计出现的相关峰位置一致时转入物理帧数据同步锁定态，否则回到搜索态，重新开始搜索超过预定阈值的相关峰；
锁定态：帧同步锁定态时，当连续M帧可变数据中出现与物理帧头数据的相关峰值位置与预置相关峰值位置不一致时，重新开始下一次帧同步搜索过程；帧同步锁定态时，根据预置相关峰值位置在各组数据中相应模糊态下并行可变帧长数据进行同步对齐，去掉物理帧头，实现每一可变帧长数据同步对齐，用于后续数据译码处理。
实施例2：在实施例1的基础上，所述将并行的解调数据分组具体分为四组，在送入四组物理帧数据同步模块搜索相关峰值之前，将解调数据分为四组不同的模糊，实现可变编码调制可变帧长的特性。
实施例3：在实施例1的基础上，在每一组解调数据进行相关峰检测时，将解调数据与物理帧头进行相关计算，相关峰值超过预定阈值的位置则认为是物理帧头的位置；并且，将多组模糊数据同时进行相关峰检测，而每一帧可变帧数据只有一个位置会检测到相关峰，当检测到相关峰值时即完成所述搜索态。
实施例4：在实施例1的基础上，在帧同步锁定态时，开启实际物理帧头数据的相关峰值位置与预置相关峰值位置的校验，当连续M帧可变数据中出现与物理帧头数据的相关峰值位置与预置相关峰值位置不一致时，重新开始下一次帧同步搜索过程，即帧同步失锁保护了M帧可变帧长数据。
实施例5：在实施例1的基础上，在帧同步锁定态时，可变数据中出现与物理帧头数据的相关峰值位置与预置相关峰值位置是保持一致的，根据预置相关峰值位置在多组中相应模糊态下并行可变帧长数据进行同步对齐，去掉物理帧头，实现每一可变帧长数据同步对齐，用于后续数据译码处理。
实施例6：在实施例1的基础上，K、M均为正整数。
实施例7：一种可变编码调制体制信号接收方法，其特征在于，采用如实施例1～实施例5中任一项所述物理帧数据同步方法。
实施例8：一种可变编码调制体制信号接收设备，包括如实施例1～实施5中任一项所述物理帧数据同步方法。
实施例9：一种可变编码调制体制信号接收设备，包括处理器、存储介质，在存储介质存储有程序，当所述程序被处理器加载时实现如实施例1～实施例5中任一项所述物理帧数据同步方法。
实施例10：在实施例9的基础上，提供一种可变编码调制体制信号接收设备，所述处理器为FPGA芯片，适合高速可变编码调制接收机的并行物理帧数据同步方法可以在FPGA芯片内实现。
描述于本发明实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的单元也可以设置在处理器中。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。
根据本申请的一个方面，提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述各种可选实现方式中提供的方法。
作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该电子设备执行时，使得该电子设备实现上述实施例中所述的方法。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，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 (8)

1.一种可变编码调制体制物理帧数据同步方法，其特征在于，包括步骤：
将并行的解调数据分组，分别进行相关峰检测；所述将并行的解调数据分组具体分为四组，在送入四组物理帧数据同步模块搜索相关峰值之前，将解调数据分为四组不同的模糊，实现可变编码调制可变帧长的特性；
搜索态：搜索各组物理帧数据同步中出现超过预定阈值的相关峰值，确定相关峰值的位置，开启物理帧数据同步捕获态；
捕获态：当连续K帧可变数据中物理帧头数据的相关峰值位置与预计出现的相关峰位置一致时转入物理帧数据同步锁定态，否则回到搜索态，重新开始搜索超过预定阈值的相关峰；
锁定态：帧同步锁定态时，当连续M帧可变数据中出现物理帧头数据的相关峰值位置与预置相关峰值位置不一致时，重新开始下一次帧同步搜索过程；帧同步锁定态时，根据预置相关峰值位置在各组数据中相应模糊态下并行可变帧长数据进行同步对齐，去掉物理帧头，实现每一可变帧长数据同步对齐，用于后续数据译码处理。
2.根据权利要求1所述的可变编码调制体制物理帧数据同步方法，其特征在于，在每一组解调数据进行相关峰检测时，将解调数据与物理帧头进行相关计算，相关峰值超过预定阈值的位置则认为是物理帧头的位置；并且，将多组模糊数据同时进行相关峰检测，而每一帧可变帧数据只有一个位置会检测到相关峰，当检测到相关峰值时即完成所述搜索态。
3.根据权利要求1所述的可变编码调制体制物理帧数据同步方法，其特征在于，在帧同步锁定态时，开启实际物理帧头数据的相关峰值位置与预置相关峰值位置的校验，当连续M帧可变数据中出现物理帧头数据的相关峰值位置与预置相关峰值位置不一致时，重新开始下一次帧同步搜索过程，即帧同步失锁保护了M帧可变帧长数据。
4.根据权利要求1所述的可变编码调制体制物理帧数据同步方法，其特征在于，在帧同步锁定态时，可变数据中出现物理帧头数据的相关峰值位置与预置相关峰值位置是保持一致的，根据预置相关峰值位置在多组中相应模糊态下并行可变帧长数据进行同步对齐，去掉物理帧头，实现每一可变帧长数据同步对齐，用于后续数据译码处理。
5.根据权利要求1所述的可变编码调制体制物理帧数据同步方法，其特征在于，K、M均为正整数。
6.一种可变编码调制体制信号接收方法，其特征在于，采用如权利要求1~4中任一项所述物理帧数据同步方法。
7.一种可变编码调制体制信号接收设备，其特征在于，包括处理器、存储介质，在存储介质存储有程序，当所述程序被处理器加载时实现如权利要求1~4中任一项所述物理帧数据同步方法。
8.根据权利要求7所述的可变编码调制体制信号接收设备，其特征在于，所述处理器包括FPGA芯片。
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