CN101841505B - 具有相关特性的帧检测系统中获得帧同步的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有相关特性的帧检测系统中获得帧同步的方法，由所述帧检测系统的发射端发送具有相关特性的信号，所述帧检测系统的接收端利用接收到的具有相关特性的信号做相关运算，获得相关运算的绝对值；然后依据所述的绝对值通过两个长度不相等的滑动窗获得相关值的峰值和均值，当峰值和峰均比同时大于各自设置的阈值时，即认为获得了同步信息。本发明能够有效提高帧检测的准确性和可靠性；适用于任何相关特性的帧检测系统。

Description

具有相关特性的帧检测系统中获得帧同步的方法

技术领域

本发明涉及数字信息传输领域，特别是涉及一种具有相关特性的帧检测系统中获得帧同步的方法。

背景技术

在具有相关特性的帧检测系统中，例如VSB(Vestigial Side Band残留边带)调制系统，一般均利用能量来检测帧同步。这种方法往往采用一个滑动窗，然后用窗口内的总能量作为判决变量，根据实际系统的要求和噪声的情况设置一个阈值，当判决能量大于阈值时，认为完成帧同步的检测。这种方法存在的缺点是：1、阈值与信号能量密切相关；2、在信道噪声变化比较大时，判断不可靠，容易将噪声判成发射端发送的有效信号。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有相关特性的帧检测系统中获得帧同步的方法，能够有效提高帧检测的准确性和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明的具有相关特性的帧检测系统中获得帧同步的方法是采用如下技术方案实现的：

由所述帧检测系统的发射端发送具有相关特性的信号，所述帧检测系统的接收端利用接收到的具有相关特性的信号做相关运算，获得相关运算的绝对值；然后依据所述的绝对值通过两个长度不相等的滑动窗获得相关值的峰值和均值，当峰值和峰均比同时大于各自设置的阈值时，即认为获得了同步信息。

本发明的方法与现有技术相比所具有的有益效果是：

现有技术是利用能量来检测帧同步，这种方法在噪声变化很大时，窗口内的总能量值也会随着变大，有可能大于阈值，因此会将噪声判决成能量。而本发明是利用峰均比进行帧同步检测，由于噪声的相关性不好，噪声的相关值的峰值和峰均比值难以满足一般系统设置的相应的阈值，所以本发明的方法能够增强帧检测的可靠性，增大抗噪声的范围，而且本发明的方法实现也很简单。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是EOC系统发射帧的格式示意图；

图2是PN63结构图；

图3是本发明的利用相关值的峰均比获得帧同步的框图；

图4是找峰值的过程示意图；

图5是判断峰均比大于阈值的过程示意图。

具体实施方式

由于帧检测系统的发送端和接收端处于不同的位置，对于接收端来说，需要准确的知道什么时候信息已经来到，然后再处理发送端送过来的信息。然而由于发送端的信号需要经过复杂的信道才能到达接收端，发送端发送的信号在信道中叠加了噪声，另外，即使发送端没有发送信号，接收端也有可能接收到来自信道本身产生的信息，即噪声。因此，在接收端需要帧的检测，来判定接收到的信息是来自信道的噪声还是发送端发送过来的有效信息。如何准确的判定数据的到来，成为帧检测的关键。从理论上来说，相关值的峰均比(即相关值的峰值和均值的比值)比较大；基于这一点，本发明提出了一种利用相关值的峰均比来完成帧检测的方法。这种方法能够在很大程度上提高帧检测的准确性和可靠性。

利用相关值的峰均比完成帧检测的具体实现方法是：

由帧检测系统的发射端发送具有相关特性的信号，例如已知训练序列。

帧检测系统的接收端利用接收到的具有相关特性的信号做相关运算，获得相关运算的绝对值；然后所述的绝对值通过两个长度不相等的滑动窗获得相关值的峰值和均值，当峰值和峰均比同时大于各自设置的阈值时，便认为获得了帧同步信息。

下面结合EOC(Ethernet Over Cable基于同轴电缆传输以太网帧)系统中的一个实施列进行具体说明：

发送端发送的帧格式如图1所示；即在数据包的开始部分插入已知训练序列(训练序列有多种，有的是一组特定的数据，有的是gold序列，还有的为前面的数据拷贝后面的数据，只要发射端发送已知训练序列，接收端都能够参用本发明的方法获得帧同步)，如PN63，便于接收端完成相关运算。PN63是一种随机训练序列，周期为63，由多项式g(x)＝x^6+x^1+1产生，其实现结构参见图2所示，图中没有文字的方框代表延迟，初始时的值从左到右为二进制000001。

结合图3所示，接收端利用相关值的峰均比进行帧检测的过程是：

(a)、接收端将接收到的基带信号与发送端已知的训练序列PN63经过长度为N(在EOC系统中N等于63)的相关器和取模平方后，获得已知训练序列相关值能量的绝对值，记为X。

(b)、相关值能量的绝对值X经过能量滑动窗P(能量滑动窗P窗的的长度为N，在EOC系统中N等于63)，求得相关值能量绝对值的总和，设为Y。

(c)、同时相关值能量的绝对值经过峰值滑动窗M(由于峰值前后的相关值很大，因此峰值滑动窗M的窗的长度m，在EOC系统中m为3)，用来求相关值能量的绝对值的峰值，峰值滑动窗M的输出记为Z。

(d)、通过延迟和比较选择器找出峰值能量的最大值。具体实现的方法参见图4所示，将峰值滑动窗M的输出Z信号与延迟一个时钟节拍的信号P(即峰值能量的最大值)进行比较；如果信号Z的值大于信号P的值(如图4中所示的比较器，当a大于b时，c等于1，否则c等于0)，选择器mux输出信号Z，否则选择器mux的输出信号为P。通过这样的反复比较和选择，最终找到来自峰值滑动窗M的输出信号Z的最大值，并保持该最大值。即当相关值能量的绝对值的峰值到来时，信号Z出现最大值；此时，选择器mux的输出为最大信号；当峰值过后的时间段里，信号P的输出一直为相关值能量的绝对值峰值出现时刻的选择器mux的输出值，即找出峰值能量的最大值并保持该最大值。

(e)、判断峰均比是否大于设定的阈值。参见图5所示，当峰值信号P大于相关值能量绝对值的总和Y减去峰值信号P并乘以参数k的信号(参见下面的公式1)后，则认为峰均比大于设定的阈值2。具体依据参见如下公式：

p＞(y-p)×k                 (公式1)

p×(1+k)＞y×k              (公式2)

(p/y)＞k/(1+k)              (公式3)

〔p/(y/63)〕＞(63×k)/(1+k) (公式4)

公式4中y/63表示均值，〔p/(y/63)〕表示峰值与均值的比值，公式4即表示峰均比大于阈值2，阈值2的大小为(63×k)/(1+k)，在实际应用中，k可以根据系统的训练序列的长度而改变，在通常情况下k的取值为0.1875。

根据上述公式可以看出公式1等价于公式2，由公式2可以推导出公式3；由公式3可以推导出公式4；因此公式1等价于公式4。当公式1条件得到满足时，公式4的条件也就得到满足，即当公式1的条件得到满足时，便认为峰均比大于阈值2；这样做的目的是，硬件实现时避免使用除法器，从而使得实现更简单。

(f)、当峰均比大于某一阈值，且峰值P的能量同时大于阈值1的条件下，则认为帧检测已经完成。即认为检测到的信息是有效信号信息而不是噪声。

本发明的方法可用于任何具有相关特性的帧检测系统中，如VSB调制系统，802.16d系统。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种具有相关特性的帧检测系统中获得帧同步的方法，其特征在于：由所述帧检测系统的发射端发送具有相关特性的信号，所述帧检测系统的接收端利用接收到的具有相关特性的信号做相关运算，获得相关运算的绝对值；然后依据所述的绝对值通过两个长度不相等的滑动窗获得相关值的峰值和均值，当峰值和峰均比同时大于各自设置的阈值时，即认为获得了同步信息；

所述获得相关值的均值的方法是，将所述绝对值经过长度为N的能量滑动窗，求得相关值能量绝对值的平均值；其中N的长度等于发射端训练序列的长度；

所述获得相关值的峰值的方法是，将所述绝对值经过长度为m的峰值滑动窗，求相关值能量的绝对值的峰值，峰值滑动窗的输出记为Z；

然后再通过延迟和比较选择器找出峰值能量的最大值；将峰值滑动窗的输出信号Z与延迟一个时钟节拍的信号P进行比较；如果信号Z的值大于信号P的值，则选择器输出信号Z，否则选择器的输出信号为P；通过反复比较和选择，最终找到来自峰值滑动窗的输出信号Z的最大值，并保持该最大值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述具有相关特性的信号为已知训练序列。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述获得相关运算的绝对值的方法是：接收端将接收到的基带信号与发送端已知的训练序列经过长度为N的相关器和取模平方后，获得已知训练序列相关值能量的绝对值，其中N的长度等于发射端训练序列的长度。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：峰均比是否大于设定的阈值依据如下公式进行判断：

p＞(y-p)×k

其中，p为峰值信号，y为相关值能量绝对值的总和，k为常数；即当峰值信号p大于相关值能量绝对值的总和y减去峰值信号p并乘以常数k的信号后，则认为峰均比大于设定的阈值。

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