一种适用于突发通信的快速帧同步方法

唐平 赵文 高原 李博骁 郭继光

（中国电子科技集团公司电子科学研究院 北京市 100041）

1 引言

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[1]。

突发通信的接收系统存在着信号捕获、同步建立的过程，并且对每一个新接收到的数据包都要解调以获得新的同步信息，此时需依靠帧标志从接收到的数据中识别帧的起始位置以建立帧同步[2]。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[3]。对于多用户接入系统，帧标志也用于识别用户的信息，帧标志序列需具备良好的自相关及互相关性能[4]。

伪随机序列中m 序列易于实现，Gold 序列优选序列多，且都具有良好的伪随机性能和自相关特性，彼此之间又可以得到较小的互相关幅度，易于从其它信号或干扰中分离出来[5][6]。本文在此基础上，提出一种基于复合码的帧标志序列设计方法，使用二次扩频技术，即采用Gold 序列对m 序列进行扩频调制，生成的复合码调制一段全0 或全1 序列作为帧标志序列。本方法利用m 序列和Gold 序列良好的相关性能，使用二次扩频产生的复合码作为突发通信系统的帧标志序列，并在接收端采用恰当的帧同步检测机制，快速有效地建立帧同步，同时实现数据相位解模糊及用户信息的识别，为后续数据的处理提供可靠保障。

2 帧标志序列设计

下面先对基于复合码的帧标志序列生成过程进行详细介绍。在突发通信系统的发送端，生成帧标志序列，过程如下：先确定一段长度为N1的全0 序列，使用长度为N2的Gold 序列对其进行第一次扩频，再使用长度为N3的m 序列对上述序列进行第二次扩频，生成的序列作为发送数据帧中的帧标志序列，如图1所示。

其中，全0 序列长度N1、Gold 序列长度N2、m 序列长度N3由突发通信系统的需求指标确定。其中Gold 序列优选序列多，如长度为127 的Gold 序列共有129 种优选序列，且都具有较好的伪随机性能和自相关特性，而互相关幅度较小，因此能够比较容易从其它信号或干扰中分离出Gold 序列。长度为127 的Gold 序列自相关及互相关性能分别如图2和图3所示。

图1：基于复合码的帧标志序列

图2：长度为127 的Gold 序列的自相关性能

图3：长度为127 的Gold 序列的互相关性能

根据Gold 序列的特点可知，长度为N2的Gold 序列的数量为(N2+2)，也就是说最多可表示(N2+2)种不同的用户信息，其中用户信息可包括用户名、数据传输速率等内容。因此，这种基于复合码的帧标志序列既适用于单用户突发通信系统，也适用于多用户突发通信系统。具体实现过程中，收发双方对接收端Gold 序列的存储顺序进行约定，使得Gold 序列的存储地址与用户名、传输速率等用户信息一一对应。发送端按照用户信息选取相应的Gold 序列进行调制，使得接收端在帧同步成功后，可根据本地Gold 序列存储地址解析出相应的用户信息。

3 帧同步检测机制

在突发通信系统的接收端进行帧同步检测，过程如下：首先对输入数据进行解扩，将解扩后的数据暂存在存储器中，进入捕捉态后，每次从存储器中读出1 个数据，输入到移位寄存器的最低位，然后将这个移位寄存器中数据与本地存储的所有Gold 序列逐一进行相关运算，当与某Gold 序列的相关结果R(j)的平方值R2(j)≥V 时，则任务帧同步成功建立，进入保持态，此后再根据本地存储该Gold序列的存储器地址识别出用户信息。另外，若此时相关值R(j)<0，则表明数据相位存在倒π 现象，需对数据相位进行解模糊处理。帧同步检测流程如图4所示。

图4：帧同步检测流程

其中，在帧同步检测过程中有三个方面需要注意：

（1）检测门限V 主要根据Gold 序列的长度N2以及信号载噪比大小来设定。

（2）接收端事先会将选取的长度为N2的所有Gold 序列，按照收发双方约定的顺序存储在存储器中，使得Gold 序列的存储地址与用户名、传输速率等用户信息一一对应。因此，信息接收处理过程中，帧同步成功时所对应的Gold 序列的存储地址代表了用户信息，由此解析出用户名、传输速率等，为后续数据解调处理等提供依据。

（3）发送端生成帧标志序列时，如果采用长度为N1的全0 序列调制Gold 序列，则接收端本地存储长度为N2的Gold 序列。如果发送端采用长度为N1的全1 序列调制Gold 序列，则为了处理简便，接收端应该存储长度为N2的Gold 序列的反码序列。以此保证相关结果R(j)正负性的一致，为数据解调是否引起倒π 现象提供准确依据。

4 结论

本文提出的基于复合码的帧标志序列及帧同步检测方案，不仅能够快速有效实现数据帧的同步，并且能够对用户名、传输速率等用户信息的进行识别，同时可检测出数据解调后是否产生相位倒π现象，并据此完成相位解模糊处理。本文提出的基于复合码的帧标志序列既适用于单用户突发通信系统，也适用于多用户突发通信系统，配合相应的帧同步检测方案，实现了突发通信中数据的帧同步、多用户信息的识别以及数据相位的校正等多项功能。