一種適用于突發通信的快速幀同步方法

唐平 趙文 高原 李博驍 郭繼光

（中國電子科技集團公司電子科學研究院 北京市 100041）

1 引言

突發通信通過減少信號在空間的暴露時間可有效提高通信系統的抗截獲和抗干擾能力，在無線通信和電子對抗中具有廣泛應用。突發通信采用突發方式進行數據發送，當且僅當有數據到達的情況下才發起傳輸，并且在數據發送后停止傳輸，每次傳輸都有一個確定的時間[1]。

突發通信的接收系統存在著信號捕獲、同步建立的過程，并且對每一個新接收到的數據包都要解調以獲得新的同步信息，此時需依靠幀標志從接收到的數據中識別幀的起始位置以建立幀同步[2]。作為突發通信中的關鍵技術之一，幀同步是信息傳輸的前提和基礎，突發通信中要求接收端快速準確地建立幀同步[3]。對于多用戶接入系統，幀標志也用于識別用戶的信息，幀標志序列需具備良好的自相關及互相關性能[4]。

偽隨機序列中m 序列易于實現，Gold 序列優選序列多，且都具有良好的偽隨機性能和自相關特性，彼此之間又可以得到較小的互相關幅度，易于從其它信號或干擾中分離出來[5][6]。本文在此基礎上，提出一種基于復合碼的幀標志序列設計方法，使用二次擴頻技術，即采用Gold 序列對m 序列進行擴頻調制，生成的復合碼調制一段全0 或全1 序列作為幀標志序列。本方法利用m 序列和Gold 序列良好的相關性能，使用二次擴頻產生的復合碼作為突發通信系統的幀標志序列，并在接收端采用恰當的幀同步檢測機制，快速有效地建立幀同步，同時實現數據相位解模糊及用戶信息的識別，為后續數據的處理提供可靠保障。

2 幀標志序列設計

下面先對基于復合碼的幀標志序列生成過程進行詳細介紹。在突發通信系統的發送端，生成幀標志序列，過程如下：先確定一段長度為N1的全0 序列，使用長度為N2的Gold 序列對其進行第一次擴頻，再使用長度為N3的m 序列對上述序列進行第二次擴頻，生成的序列作為發送數據幀中的幀標志序列，如圖1所示。

其中，全0 序列長度N1、Gold 序列長度N2、m 序列長度N3由突發通信系統的需求指標確定。其中Gold 序列優選序列多，如長度為127 的Gold 序列共有129 種優選序列，且都具有較好的偽隨機性能和自相關特性，而互相關幅度較小，因此能夠比較容易從其它信號或干擾中分離出Gold 序列。長度為127 的Gold 序列自相關及互相關性能分別如圖2和圖3所示。

圖1：基于復合碼的幀標志序列

圖2：長度為127 的Gold 序列的自相關性能

圖3：長度為127 的Gold 序列的互相關性能

根據Gold 序列的特點可知，長度為N2的Gold 序列的數量為(N2+2)，也就是說最多可表示(N2+2)種不同的用戶信息，其中用戶信息可包括用戶名、數據傳輸速率等內容。因此，這種基于復合碼的幀標志序列既適用于單用戶突發通信系統，也適用于多用戶突發通信系統。具體實現過程中，收發雙方對接收端Gold 序列的存儲順序進行約定，使得Gold 序列的存儲地址與用戶名、傳輸速率等用戶信息一一對應。發送端按照用戶信息選取相應的Gold 序列進行調制，使得接收端在幀同步成功后，可根據本地Gold 序列存儲地址解析出相應的用戶信息。

3 幀同步檢測機制

在突發通信系統的接收端進行幀同步檢測，過程如下：首先對輸入數據進行解擴，將解擴后的數據暫存在存儲器中，進入捕捉態后，每次從存儲器中讀出1 個數據，輸入到移位寄存器的最低位，然后將這個移位寄存器中數據與本地存儲的所有Gold 序列逐一進行相關運算，當與某Gold 序列的相關結果R(j)的平方值R2(j)≥V 時，則任務幀同步成功建立，進入保持態，此后再根據本地存儲該Gold序列的存儲器地址識別出用戶信息。另外，若此時相關值R(j)<0，則表明數據相位存在倒π 現象，需對數據相位進行解模糊處理。幀同步檢測流程如圖4所示。

圖4：幀同步檢測流程

其中，在幀同步檢測過程中有三個方面需要注意：

（1）檢測門限V 主要根據Gold 序列的長度N2以及信號載噪比大小來設定。

（2）接收端事先會將選取的長度為N2的所有Gold 序列，按照收發雙方約定的順序存儲在存儲器中，使得Gold 序列的存儲地址與用戶名、傳輸速率等用戶信息一一對應。因此，信息接收處理過程中，幀同步成功時所對應的Gold 序列的存儲地址代表了用戶信息，由此解析出用戶名、傳輸速率等，為后續數據解調處理等提供依據。

（3）發送端生成幀標志序列時，如果采用長度為N1的全0 序列調制Gold 序列，則接收端本地存儲長度為N2的Gold 序列。如果發送端采用長度為N1的全1 序列調制Gold 序列，則為了處理簡便，接收端應該存儲長度為N2的Gold 序列的反碼序列。以此保證相關結果R(j)正負性的一致，為數據解調是否引起倒π 現象提供準確依據。

4 結論

本文提出的基于復合碼的幀標志序列及幀同步檢測方案，不僅能夠快速有效實現數據幀的同步，并且能夠對用戶名、傳輸速率等用戶信息的進行識別，同時可檢測出數據解調后是否產生相位倒π現象，并據此完成相位解模糊處理。本文提出的基于復合碼的幀標志序列既適用于單用戶突發通信系統，也適用于多用戶突發通信系統，配合相應的幀同步檢測方案，實現了突發通信中數據的幀同步、多用戶信息的識別以及數據相位的校正等多項功能。