CN101252565B - 快速帧同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字信号接收机的帧同步方法。传统的基于相关峰值的帧同步检测方法存在帧头重复搜索时间过长等缺点。本发明方法为：将各级移位累加器清零，并预设检测门限值；将大于预设的检测门限值的相关器模块每个节拍输出的幅值作为有效相关峰值，将有效相关峰值的距离加到移位累加器的各级上，对累加结果进行移位寄存，同时对相应的标志量也进行移位寄存；如果移位累加器的输出是所需检测的帧长的整数倍，则将该级移位累加器对应的标志量置1，并统计个数，如果超过预设数量，则判定当前位置为帧头位置。本发明方法与传统的跟踪一个可能位置的帧头位置的方法相比，极大提高了帧头检测的效率，从而缩短了数字信号接收机的整体帧头锁定时间。

Description

快速帧同步方法

技术领域

本发明属于数字信号处理领域，特别涉及数字信号接收机的帧同步方法。

背景技术

对于具有帧结构的数字信号传输，例如采用欧洲第二代卫星传输标准DVB-S2标准和/或中国直播卫星传输标准ABS-S标准传输的数字信号，在接收机定时完成后需要准确的恢复出帧同步，即找到帧边界。通常帧头会传输一定长度的已知信息，接收机接收到定时恢复后的符号序列后，通过将接收到的序列和本地产生的已知序列做滑动相关，并检测相关峰值。理想情况下，该相关峰值的位置即为帧同步边界的确切位置。

传统的基于相关峰值的帧同步方法在检测到一个超过预设门限的峰值后会假定该峰值为正确的帧同步边界位置，然后根据已知的帧长度查找下一个可能的帧头位置，将该位置的相关器输出和预设门限相比较，如果高于预设门限，则继续对后续若干帧进行检测确认；如果低于预设门限，则重新假定下一个超过预设门限的相关峰值的位置为帧同步边界，重复上述搜索确认过程。

但是由于信道恶化、引入噪声的影响，在非帧头位置也会出现峰值，即“伪峰”。伪峰的存在会混淆相关峰值，影响帧同步边界判定的准确性。上述传统的基于相关峰值的帧同步检测方法缺点在于，在噪声影响严重的情况下会出现大量的伪峰，使搜索到超越预设门限的峰值为实际相关峰值的概率过小，导致帧头重复搜索时间过长。如何消除伪峰的影响、根据相关峰值快速准确的判定帧同步边界是数字信号传输中需解决的重要的问题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术中的不足，提供一种基于相关峰值检测的快速帧同步方法。

一种基于相关峰值检测的快速帧同步方法，包括以下步骤：

S1.起始状态下将接收机中检测部分的标志量清零，同时将移位累加器组各个寄存器清零，并预设相关检测门限值；

S2.将接收机的相关器模块每个节拍输出的幅值与预设的相关检测门限值相比较，首次大于相关检测门限值的输出的幅值作为第一个有效相关峰值；其后的输出的幅值若大于预设的相关检测门限值，则将当前相关峰值与前一个大于相关检测门限值的相关峰值之间的距离加到移位累加器组各个寄存器上，然后对累加结果进行移位寄存；同时对相应的标志量也进行移位寄存，对相关检测门限值进行动态更新；

S3.判决移位累加器组各个寄存器的输出是否为所需检测的帧长的整数倍，如果是整数倍，则将该级移位累加器对应的标志位flag(i)置1，其中i＝1、2、…n，并将标志位flag(0)置1；否则各标志位保持不变；

S4.统计标志位被置1的个数，如果超过预设数量，则判定当前位置为帧头位置。

S2中的当前相关峰值与前一个大于相关检测门限值的相关峰值之间的距离为完成定时恢复后的符号为计数单位的时间长度。

S1中的相关检测门限值用于判定相关器模块输出的相关峰值是否是可能的帧同步的正确位置，同时该值也作为相关检测门限值更新的起始点。

对于检测到的第一个有效相关峰值，所述的相关峰值之间的距离为0。

采用移位累加器组计算具有帧结构的数字信号上的相关峰值之间的距离。

S2中相关检测门限值进行动态更新的方法包括但不限于根据当前检测到的相关峰值和当前相关检测门限值，采用式(1)计算得到更新的相关检测门限值

a×Pi+b×Th    (1)

其中Pi为当前检测到的相关峰值，Th为当前相关检测门限值，a和b为常数系数。

本发明的快速帧同步方法可应用于具有帧结构的数字信号接收机的相关峰值检测模块。

该接收机包括但不限于支持欧洲第二代卫星传输标准DVB-S2标准和\或中国直播卫星传输标准ABS-S标准的接收机。该接收机包括顺序相连的定时恢复模块、相关器模块、相关峰值检测模块和后续处理模块；所述的定时恢复模块能够根据特定方法恢复出正确的符号采样位置，并将根据所述的正确采样位置将重新采样后的数字信号送往相关器模块；所述的相关器模块将接收到的数据和本模块产生的帧头已知序列做相关运算，并输出相关值给相关峰值检测模块；所述的相关峰值检测模块对帧头位置进行检测，正确检测到帧头位置后将和定时恢复模块的输出一同送给后续处理模块。

相关峰值检测模块包括移位累加器组、长度判决模块和标志量。

所述的移位累加器组由n个寄存器和n个加法器(n为大于0的整数)级联构成；所述的加法器用于将移位累加器组中前一级的寄存器输出和当前输入的相关峰值距离相加，得到前面各个相关峰相对于当前峰值之间的距离；所述的寄存器用于保存当前峰值和前面各个相关峰之间的距离，并将其输出至长度判决模块。

所述的长度判决模块判决所述各级移位累加器的输出是否为所需检测的帧长的整数倍：若第i级移位累加器输出为帧长的整数倍，则将对应的标志位flag(i)置1，并将第一个标志位flag(0)置1；否则各标志位保持不变。

所述的标志量由级联的寄存器构成，每个寄存器为一个标志位，标志量的级数为移位累加器组级数加1。除flag(0)外，标志位flag(i)与所述移位累加器组的第i个寄存器经长度判决模块的输出一一对应，且随移位累加器组同时移位标志量。

本发明所述的快速帧同步方法中进行相关检测门限值进行动态更新的装置包括门限更新计算器、比较器、门限寄存器和门限更新开关，接收机的相关器输出当前检测到的相关峰值Pi到门限更新计算器和比较器；比较器输出的信号通过控制门限更新开关实现门限更新计算器输出到门限寄存器的路径的通断；门限寄存器反馈当前检测门限值Th至门限更新计算器和比较器。

当前检测门限值Th通过门限寄存器寄存，接收机的相关器模块输出一个新的幅值Pi都要和门限寄存器的输出在比较器中比较，如果当前输出超过相关检测门限值，则闭合门限更新开关，将门限更新计算器的计算结果作为新的比较门限存入门限寄存器；否则断开门限更新开关。

本发明的有益效果是：由于所述的一种相关峰值检测的快速帧同步检测方法同时跟踪了多个可能的帧头位置，与传统的跟踪一个可能位置的帧头位置的方法相比，极大提高了帧头检测的效率，从而缩短了数字信号接收机的整体帧头锁定时间。

附图说明

图1为应用本发明的方法的一种接收机的结构示意图。

图2为图1中的相关峰值检测模块的一种结构示意图。

图3为本发明的相关峰值门限值更新方法的一种结构示意图。

具体实施方式

以下以本发明所述的一种基于相关峰值检测的快速帧同步方法，应用于中国直播卫星传输标准ABS-S的接收机为例，结合附图对本发明的内容做进一步说明。

图1为应用本发明所述方法的一种接收机的结构示意图。所述的接收机包括顺序相连的定时恢复模块101、相关器模块102、相关峰值检测模块103和后续处理模块104，定时恢复模块101的输出与后续处理模块104相连。

具有帧结构的数字信号被送入如图1所示的接收机，定时恢复模块101根据特定方法恢复出正确的符号采样位置，并将根据正确采样位置重新采样后的数字信号送往相关器模块102；相关器模块102将接收到的数据和本模块产生的帧头已知序列做相关运算，并输出相关值给相关峰值检测模块103；相关峰值检测模块103对帧头位置进行检测，正确检测到帧头位置后将和定时恢复模块101的输出一同输送给后续处理模块104。

图2为图1所示接收机中的相关峰值检测模块103的结构示意图，包括移位累加器组201、长度判决模块202和标志量203。

其中，移位累加器组201由n个寄存器REG1、REG2…REGn和n个加法器(n为大于0的整数)级联构成，每个寄存器组的寄存器的位宽可以取相同值，也可以根据需要从REG1到REGn依次加宽。所述加法器用于将前一级的相关峰值的位置与相邻两个相关峰值之间的距离相加，得到当前级的相关峰值的位置；所述寄存器用于保存当前级的相关峰值的位置，并将其输出至长度判决模块。

其中，长度判决模块202判决所述各级移位累加器组201各个寄存器的输出是否为所需检测的帧长的整数倍。

其中，所述的标志量203由级联的寄存器构成，每个寄存器为一个标志位，标志量203的级数为移位累加器组201级数加1，标志量203中的每一级为一个1bit寄存器，从flag(i)(i＝1、2、…n)分别对应于移位累加器组的寄存器REGi(i＝1、2、…n)，flag(0)对应于当前峰值。除flag(0)外，所述的标志位flag(i)与所述移位累加器组201的第i个寄存器经长度判决模块的输出一一对应，且随移位累加器组同时移位。

本发明所述的一种相关峰值检测的快速帧同步方法，应用于如图2所示的相关峰值检测模块103，包括以下步骤：

S21.起始状态下将相关检测部分的标志量203中的所有标志位清零，同时将移位累加器组201各个寄存器清零，并预设一个相关检测门限值；

S22.将相关器模块102每个节拍输出的幅值与所述预设相关检测门限值相比较，若大于所述预设相关检测门限值，则认为检测到第一个有效相关峰值；若小于预设相关检测门限值，则不做处理；

S23.将相关器模块102每个节拍输出的幅值与所述预设相关检测门限值相比较：若大于所述预设相关检测门限值，则将当前相关峰值和前一个相关峰值之间的距离以符号数为单位加到移位累加器组201中每一级寄存器组上，并在时钟的推动下移入下一个寄存器寄存；同时将标志量203中的每一级进行相同的移位寄存，并将标志位flag(0)置0，根据当前相关峰值和当前的相关峰值检测门限更新相关检测门限值；若小于所述相关检测门限值，则不做处理；

S24.长度判决模块202计算每一个寄存器REG(i)(i＝1、2、…n)的输出是否为所需检测帧长的整数倍。若第i级移位累加器REG(i)输出的值为帧长的整数倍，则将对应的标志位flag(i)置1，并将第一个标志位flag(0)置1；否则各标志位保持不变；

S25.统计标志量203中所有为1的flag的个数，如果1的个数超过一定的预设数量，则判定当前位置即为帧头位置，即帧同步锁定。例如：当n取10时，可选择标志量203中1的个数超过5时，判定为帧同步已经锁定。否则重复步骤S22-S25，至帧同步锁定为止。

其中，当前相关峰值与前一个大于相关检测门限值的相关峰值之间的距离为以完成定时恢复后的符号为计数单位的时间长度，通常帧长也通过该方法定义，帧头出现的位置在符号意义上等距离。

其中，相关检测门限值用于判定相关器模块输出的相关峰值是否是可能的帧同步的正确位置，同时该值也作为相关检测门限值更新的起始点。

其中，对于检测到的第一个有效相关峰值，所述的相关峰值之间的距离定义为0。

图3为根据当前相关峰值和当前的相关峰值检测门限更新相关检测门限值的一种结构示意图，包括门限更新计算器301、比较器302、门限寄存器303和门限更新开关304，接收机的相关器模块102输出当前检测到的相关峰值高度Pi到门限更新计算器301和比较器302。比较器302输出的信号通过控制门限更新开关304实现门限更新计算器301输出到门限寄存器303的路径通断。门限寄存器303反馈当前相关检测门限值Th至门限更新计算器301和比较器302。

当前相关检测门限值Th通过门限寄存器303寄存，接收机的相关器模块102输出一个新的幅值(Pi)都要和门限寄存器303的输出在比较器302中比较，如果当前输出超过相关检测门限值，则闭合门限更新开关304，将门限更新计算器301的计算结果作为新的比较门限存入门限寄存器303；否则断开门限更新开关304。

对如图3所示的相关检测门限值进行动态更新的方法，包括但不限于根据当前检测到的相关峰值(Pi)和当前相关检测门限值(Th)，采用(a×Pi+b×Th)计算得到更新的相关检测门限值(其中a和b为常数系数)。

当式中a＝0.5，b＝0.5时，门限更新计算器301的一种实施方式为(Pi+Th)/2。

应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.快速帧同步方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

S1.起始状态下将接收机中检测部分的标志量清零，同时将移位累加器组各个寄存器清零，并预设相关检测门限值；

所述的标志量由级联的寄存器构成，每个寄存器为一个标志位，标志量的级数为移位累加器组级数加1，标志量中的每一级为一个1bit寄存器，flag(0)对应于当前峰值，除flag(0)外，flag(i)与所述移位累加器组的第i个寄存器经长度判决模块的输出一一对应，且随移位累加器组同时移位，i＝1、2、…n；

S2.将接收机的相关器模块每个节拍输出的幅值与预设的相关检测门限值相比较，首次大于相关检测门限值的输出的幅值作为第一个有效相关峰值；其后的输出的幅值若大于预设的相关检测门限值，则将当前相关峰值与前一个大于相关检测门限值的相关峰值之间的距离加到移位累加器组各个寄存器上，然后对累加结果进行移位寄存；同时对相应的标志量也进行移位寄存，对相关检测门限值进行动态更新；

所述的对相关检测门限值进行动态更新的方法是根据当前检测到的相关峰值和当前相关检测门限值，采用式(1)计算得到更新的相关检测门限值

a×Pi+b×Th          (1)

其中Pi为当前检测到的相关峰值，Th为当前相关检测门限值，a和b为常数系数；

S3.判决移位累加器组各个寄存器的输出是否为所需检测的帧长的整数倍，如果是整数倍，则将该级移位累加器对应的标志位flag(i)置1，并将标志位flag(0)置1；否则各标志位保持不变；

S4.统计标志位被置1的个数，如果超过预设数量，则判定当前位置为帧头位置。

2.如权利要求1所述的快速帧同步方法，其特征在于步骤S1中的相关检测门限值用于判定相关器模块输出的相关峰值是否是可能的帧同步的正确位置，同时该值也作为相关检测门限值更新的起始点。

3.如权利要求1所述的快速帧同步方法，其特征在于步骤S2中的当前相关峰值与前一个大于相关检测门限值的相关峰值之间的距离为完成定时恢复后的符号为计数单位的时间长度；计算具有帧结构的数字信号上的相关峰值之间的距离采用移位累加器，对于检测到的第一个有效相关峰值，所述的相关峰值之间的距离为0。

Images