一種適用于突發(fā)通信的快速幀同步方法

唐平 趙文 高原 李博驍 郭繼光

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院 北京市 100041）

1 引言

突發(fā)通信通過(guò)減少信號(hào)在空間的暴露時(shí)間可有效提高通信系統(tǒng)的抗截獲和抗干擾能力，在無(wú)線通信和電子對(duì)抗中具有廣泛應(yīng)用。突發(fā)通信采用突發(fā)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，當(dāng)且僅當(dāng)有數(shù)據(jù)到達(dá)的情況下才發(fā)起傳輸，并且在數(shù)據(jù)發(fā)送后停止傳輸，每次傳輸都有一個(gè)確定的時(shí)間[1]。

突發(fā)通信的接收系統(tǒng)存在著信號(hào)捕獲、同步建立的過(guò)程，并且對(duì)每一個(gè)新接收到的數(shù)據(jù)包都要解調(diào)以獲得新的同步信息，此時(shí)需依靠幀標(biāo)志從接收到的數(shù)據(jù)中識(shí)別幀的起始位置以建立幀同步[2]。作為突發(fā)通信中的關(guān)鍵技術(shù)之一，幀同步是信息傳輸?shù)那疤岷突A(chǔ)，突發(fā)通信中要求接收端快速準(zhǔn)確地建立幀同步[3]。對(duì)于多用戶接入系統(tǒng)，幀標(biāo)志也用于識(shí)別用戶的信息，幀標(biāo)志序列需具備良好的自相關(guān)及互相關(guān)性能[4]。

偽隨機(jī)序列中m 序列易于實(shí)現(xiàn)，Gold 序列優(yōu)選序列多，且都具有良好的偽隨機(jī)性能和自相關(guān)特性，彼此之間又可以得到較小的互相關(guān)幅度，易于從其它信號(hào)或干擾中分離出來(lái)[5][6]。本文在此基礎(chǔ)上，提出一種基于復(fù)合碼的幀標(biāo)志序列設(shè)計(jì)方法，使用二次擴(kuò)頻技術(shù)，即采用Gold 序列對(duì)m 序列進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，生成的復(fù)合碼調(diào)制一段全0 或全1 序列作為幀標(biāo)志序列。本方法利用m 序列和Gold 序列良好的相關(guān)性能，使用二次擴(kuò)頻產(chǎn)生的復(fù)合碼作為突發(fā)通信系統(tǒng)的幀標(biāo)志序列，并在接收端采用恰當(dāng)?shù)膸綑z測(cè)機(jī)制，快速有效地建立幀同步，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)相位解模糊及用戶信息的識(shí)別，為后續(xù)數(shù)據(jù)的處理提供可靠保障。

2 幀標(biāo)志序列設(shè)計(jì)

下面先對(duì)基于復(fù)合碼的幀標(biāo)志序列生成過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)介紹。在突發(fā)通信系統(tǒng)的發(fā)送端，生成幀標(biāo)志序列，過(guò)程如下：先確定一段長(zhǎng)度為N1的全0 序列，使用長(zhǎng)度為N2的Gold 序列對(duì)其進(jìn)行第一次擴(kuò)頻，再使用長(zhǎng)度為N3的m 序列對(duì)上述序列進(jìn)行第二次擴(kuò)頻，生成的序列作為發(fā)送數(shù)據(jù)幀中的幀標(biāo)志序列，如圖1所示。

其中，全0 序列長(zhǎng)度N1、Gold 序列長(zhǎng)度N2、m 序列長(zhǎng)度N3由突發(fā)通信系統(tǒng)的需求指標(biāo)確定。其中Gold 序列優(yōu)選序列多，如長(zhǎng)度為127 的Gold 序列共有129 種優(yōu)選序列，且都具有較好的偽隨機(jī)性能和自相關(guān)特性，而互相關(guān)幅度較小，因此能夠比較容易從其它信號(hào)或干擾中分離出Gold 序列。長(zhǎng)度為127 的Gold 序列自相關(guān)及互相關(guān)性能分別如圖2和圖3所示。

圖1：基于復(fù)合碼的幀標(biāo)志序列

圖2：長(zhǎng)度為127 的Gold 序列的自相關(guān)性能

圖3：長(zhǎng)度為127 的Gold 序列的互相關(guān)性能

根據(jù)Gold 序列的特點(diǎn)可知，長(zhǎng)度為N2的Gold 序列的數(shù)量為(N2+2)，也就是說(shuō)最多可表示(N2+2)種不同的用戶信息，其中用戶信息可包括用戶名、數(shù)據(jù)傳輸速率等內(nèi)容。因此，這種基于復(fù)合碼的幀標(biāo)志序列既適用于單用戶突發(fā)通信系統(tǒng)，也適用于多用戶突發(fā)通信系統(tǒng)。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，收發(fā)雙方對(duì)接收端Gold 序列的存儲(chǔ)順序進(jìn)行約定，使得Gold 序列的存儲(chǔ)地址與用戶名、傳輸速率等用戶信息一一對(duì)應(yīng)。發(fā)送端按照用戶信息選取相應(yīng)的Gold 序列進(jìn)行調(diào)制，使得接收端在幀同步成功后，可根據(jù)本地Gold 序列存儲(chǔ)地址解析出相應(yīng)的用戶信息。

3 幀同步檢測(cè)機(jī)制

在突發(fā)通信系統(tǒng)的接收端進(jìn)行幀同步檢測(cè)，過(guò)程如下：首先對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行解擴(kuò)，將解擴(kuò)后的數(shù)據(jù)暫存在存儲(chǔ)器中，進(jìn)入捕捉態(tài)后，每次從存儲(chǔ)器中讀出1 個(gè)數(shù)據(jù)，輸入到移位寄存器的最低位，然后將這個(gè)移位寄存器中數(shù)據(jù)與本地存儲(chǔ)的所有Gold 序列逐一進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，當(dāng)與某Gold 序列的相關(guān)結(jié)果R(j)的平方值R2(j)≥V 時(shí)，則任務(wù)幀同步成功建立，進(jìn)入保持態(tài)，此后再根據(jù)本地存儲(chǔ)該Gold序列的存儲(chǔ)器地址識(shí)別出用戶信息。另外，若此時(shí)相關(guān)值R(j)<0，則表明數(shù)據(jù)相位存在倒π 現(xiàn)象，需對(duì)數(shù)據(jù)相位進(jìn)行解模糊處理。幀同步檢測(cè)流程如圖4所示。

圖4：幀同步檢測(cè)流程

其中，在幀同步檢測(cè)過(guò)程中有三個(gè)方面需要注意：

（1）檢測(cè)門限V 主要根據(jù)Gold 序列的長(zhǎng)度N2以及信號(hào)載噪比大小來(lái)設(shè)定。

（2）接收端事先會(huì)將選取的長(zhǎng)度為N2的所有Gold 序列，按照收發(fā)雙方約定的順序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，使得Gold 序列的存儲(chǔ)地址與用戶名、傳輸速率等用戶信息一一對(duì)應(yīng)。因此，信息接收處理過(guò)程中，幀同步成功時(shí)所對(duì)應(yīng)的Gold 序列的存儲(chǔ)地址代表了用戶信息，由此解析出用戶名、傳輸速率等，為后續(xù)數(shù)據(jù)解調(diào)處理等提供依據(jù)。

（3）發(fā)送端生成幀標(biāo)志序列時(shí)，如果采用長(zhǎng)度為N1的全0 序列調(diào)制Gold 序列，則接收端本地存儲(chǔ)長(zhǎng)度為N2的Gold 序列。如果發(fā)送端采用長(zhǎng)度為N1的全1 序列調(diào)制Gold 序列，則為了處理簡(jiǎn)便，接收端應(yīng)該存儲(chǔ)長(zhǎng)度為N2的Gold 序列的反碼序列。以此保證相關(guān)結(jié)果R(j)正負(fù)性的一致，為數(shù)據(jù)解調(diào)是否引起倒π 現(xiàn)象提供準(zhǔn)確依據(jù)。

4 結(jié)論

本文提出的基于復(fù)合碼的幀標(biāo)志序列及幀同步檢測(cè)方案，不僅能夠快速有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的同步，并且能夠?qū)τ脩裘鬏斔俾实扔脩粜畔⒌倪M(jìn)行識(shí)別，同時(shí)可檢測(cè)出數(shù)據(jù)解調(diào)后是否產(chǎn)生相位倒π現(xiàn)象，并據(jù)此完成相位解模糊處理。本文提出的基于復(fù)合碼的幀標(biāo)志序列既適用于單用戶突發(fā)通信系統(tǒng)，也適用于多用戶突發(fā)通信系統(tǒng)，配合相應(yīng)的幀同步檢測(cè)方案，實(shí)現(xiàn)了突發(fā)通信中數(shù)據(jù)的幀同步、多用戶信息的識(shí)別以及數(shù)據(jù)相位的校正等多項(xiàng)功能。