[发明专利]一种适用于无人机下行数据链的帧同步方法

摘要

本发明公开的一种适用于无人机下行数据链的帧同步方法，针对以QPSK为调制方式的数据链，包括以下几个步骤，步骤一、通信功能初始化；步骤二、相位映射；步骤三、帧头同步检测；步骤四、确认帧头同步捕获；步骤五、帧尾同步检测；步骤六、确认帧尾同步捕获。本发明在完成相位映射消除相位模糊的基础上，进行帧头、帧尾的同步检测，完成帧同步的捕获；本方法中帧头和帧尾选用PN码，PN码具有良好的自相关性，满足帧同步中漏同步、假同步的低概率要求；本方法简单，容易实现，同一模块，实现两个功能，硬件实现简便、资源消耗低。

主权项

一种适用于无人机下行数据链的帧同步方法，针对以QPSK为调制方式的数据链，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一、通信功能初始化；将要发射的信号分成I、Q两路，然后将I、Q两路信号分别进行组帧，I、Q两路的帧头和帧尾分别选择N位的M序列，N为2的幂次且N≥32；步骤二、相位映射；在发射端，组帧后的两路信号进入相位映射单元进行相位映射，相位映射采用自然映射的方法，映射后的信号经过上变频、匹配滤波、载波调制后发射出去；自然映射的方法，如表1所示：表1信号的自然映射方法 映射前I、Q两路 代表的相位 映射之后I路、Q路 0、0 π/4 1、1 0、1 3π/4 0、1 1、0 7π/4 1、0 1、1 5π/4 0、0在接收端进行帧同步检测即相位映射模之前，设置I路的8组帧头为Frame_Start_I，Q路的8组帧头为Frame_Start_Q，固定的帧头数据的不同排列组合有8种，将其作为8组参考帧头序列，分别为：1、Frame_Start_I1＝I路帧头，Frame_Start_Q1＝Q路帧头；2、Frame_Start_I2＝-I路帧头，Frame_Start_Q2＝Q路帧头；3、Frame_Start_I3＝-I路帧头，Frame_Start_Q3＝-Q路帧头；4、Frame_Start_I4＝I路帧头，Frame_Start_Q4＝-Q路帧头；5、Frame_Start_I5＝Q路帧头，Frame_Start_Q5＝I路帧头；6、Frame_Start_I6＝-Q路帧头，Frame_Start_Q6＝I路帧头；7、Frame_Start_I7＝-Q路帧头，Frame_Start_Q7＝-I路帧头；8、Frame_Start_I8＝Q路帧头，Frame_Start_Q8＝-I路帧头；把Frame_Start_I中8个中的每一路帧头的位定义为BN～B1，把Frame_Start_Q中8个中的每一路帧头的位定义为bN～b1；步骤三、帧头同步检测；I、Q两路信号在接收端经过相干解调、下变频、匹配滤波、同步跟踪后，进入帧同步检测单元；将I、Q两路信号的符号位采用滑动的方式依次移入帧头同步检测单元内的两个N位的寄存器中，每滑动一次对于每个寄存器而言进入一位信息出来一位信息；进入寄存器的值与8组参考序列分别进行相关运算，每滑动一次进行一次运算，每进行一次运算输出8个帧头相关值；步骤四、确认帧头同步捕获；(a)将步骤三中得到的8个相关值输入比较单元进行比较，得出帧头相关值的最大值及其位置；再将最大值与门限值进行比较，如果该最大值大于门限值，则确定帧头捕获，如果小于门限值则返回步骤三继续进行帧头同步检测；所述的8个相关值进行比较，具体比较方法的如下：比较单元包括三级比较器，第一级比较器的输出为第二级比较器的输入，第二级比较器的输出为第三级比较器的输入，第一级包括四个比较器、第二级包括两个比较器、第三级包括一个比较器，第一级比较器的输出Comp_1_1～Comp_1_4，第二级比较器的输出Comp_2_1～Comp_2_2，第三级比较器的输出Comp_3，每个比较器包含输入A和输入B，如果比较器的输入A＞B，则输出1，否则为0；最后根据比较器的输出值确定最大值所在位置；具体的如下所示：当{Comp_3，Comp_2_1，Comp_1_1}＝{1，1，1}时，帧头相关值1最大，位置为1；当{Comp_3，Comp_2_1，Comp_1_1}＝{1，1，0}时，帧头相关值2最大，位置为2；当{Comp_3，Comp_2_1，Comp_1_2}＝{1，0，1}时，帧头相关值3最大，位置为3；当{Comp_3，Comp_2_1，Comp_1_2}＝{1，0，0}时，帧头相关值4最大，位置为4；当{Comp_3，Comp_2_2，Comp_1_3}＝{0，1，1}时，帧头相关值5最大，位置为5；当{Comp_3，Comp_2_2，Comp_1_3}＝{0，1，0}时，帧头相关值6最大，位置为6；当{Comp_3，Comp_2_2，Comp_1_4}＝{0，0，1}时，帧头相关值7最大，位置为7；当{Comp_3，Comp_2_2，Comp_1_4}＝{0，0，0}时，帧头相关值8最大，位置为8；(b)I路的8组帧尾为Frame_Tail_I，Q路的8组帧尾为Frame_Tail_Q，再将8组同步检测的参考序列设置为8组参考帧尾序列，8组参考帧尾序列分别为：1、Frame_Tail_I1＝I路帧尾，Frame_Tail_Q1＝Q路帧尾；2、Frame_Tail_I2＝-I路帧尾，Frame_Tail_Q2＝Q路帧尾；3、Frame_Tail_I3＝-I路帧尾，Frame_Tail_Q3＝-Q路帧尾；4、Frame_Tail_I4＝I路帧尾，Frame_Tail_Q4＝-Q路帧尾；5、Frame_Tail_I5＝Q路帧尾，Frame_Tail_Q5＝I路帧尾；6、Frame_Tail_I6＝-Q路帧尾，Frame_Tail_Q6＝I路帧尾；7、Frame_Tail_I7＝-Q路帧尾，Frame_Tail_Q7＝-I路帧尾；8、Frame_Tail_I8＝Q路帧尾，Frame_Tail_Q8＝-I路帧尾；把Frame_Tail_I中8个中的每一路帧尾的位定义为DN～D1，把Frame_Tail_Q中8个中的每一路帧尾的位定义为dN～d1；步骤五、帧尾同步检测；将8组参考序列设置为参考帧尾序列后，本步骤同步骤三，与步骤三使用相同的帧同步检测单元，只是在时间上的前后顺序不同，所用的参考序列不同，最后得到8个帧尾相关值；步骤六、确认帧尾同步捕获；本步骤同步骤四，采用相同的比较器；a)将步骤五中得到的8个帧尾相关值进行比较，得出最大值；如果该最大值大于门限值，则确定帧尾捕获；如果小于门限值则返回步骤五继续进行帧尾同步检测；根据比较器的输出值确定最大值所在位置，具体的如下所示：当{Comp_3，Comp_2_1，Comp_1_1}＝{1，1，1}时，帧尾相关值1最大，位置为1；当{Comp_3，Comp_2_1，Comp_1_1}＝{1，1，0}时，帧尾相关值2最大，位置为2；当{Comp_3，Comp_2_1，Comp_1_2}＝{1，0，1}时，帧尾相关值3最大，位置为3；当{Comp_3，Comp_2_1，Comp_1_2}＝{1，0，0}时，帧尾相关值4最大，位置为4；当{Comp_3，Comp_2_2，Comp_1_3}＝{0，1，1}时，帧尾相关值5最大，位置为5；当{Comp_3，Comp_2_2，Comp_1_3}＝{0，1，0}时，帧尾相关值6最大，位置为6；当{Comp_3，Comp_2_2，Comp_1_4}＝{0，0，1}时，帧尾相关值7最大，位置为7；当{Comp_3，C omp_2_2，Comp_1_4}＝{0，0，0}时，帧尾相关值8最大，位置为8； b)如果确定帧尾捕获则把参考序列重新设置为参考帧头序列Frame_Start_I1和Frame_Start_Q1、Frame_Start_I2和Frame_Start_Q2、……、Frame_Start_I8和Frame_Start_Q8，开始下一帧的帧头检测。