一种帧同步方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明涉及卫星通信领域，尤其涉及一种帧同步方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、随着低轨（low earth orbit，leo）卫星互联网星座建设加速，跳波束技术被广泛应用以适配地面用户非均匀业务需求、提升系统容量，该模式下波束在小区间快速切换，使地面接收信号呈现显著突发特征。第二代数字视频广播卫星扩展标准（digital videobroadcasting - satellite - second generation extension，dvb-s2x）作为演进标准，虽具备更高效的调制编码组合与帧结构，但其物理层设计面向地球静止轨道（geostationary earth orbit，geo）卫星的连续传输场景，难以直接适配低轨跳波束的突发通信场景。

2、现有主流帧同步方案主要包含三部分：针对低轨卫星高速运动产生的数百khz多普勒频偏，依赖精确星历与位置信息预测频偏，在射频或数字下变频阶段完成多普勒预补偿；在基带前端部署匹配滤波器与重采样/降采样模块，将模数转换器（analog-to-digitalconverter，adc）输出的高速过采样数据滤波、降速至符号速率后再进行同步运算；同步机制采用“粗同步 + 细同步”两级架构，先通过超帧头完成粗检测与频偏估计，再通过定时、载波恢复闭环回路反馈控制数控振荡器（numerically controlled oscillator，nco），逐步调整参数至误差收敛锁定。

3、现有技术的方案通过多普勒预补偿对数据精度要求高，提升了系统复杂度，无预补偿时大频偏会导致相关峰值衰减、同步失败。同时，前置滤波与重采样模块消耗大量硬件资源、引入显著群时延，在宽带突发场景下易形成计算瓶颈，无法满足低延迟高吞吐需求。另外，闭环同步收敛时间长，会占用过多突发时隙、降低系统有效吞吐量，且环路参数设计敏感度高，难以短时间内兼顾捕获范围与跟踪精度

技术实现思路

1、本发明提供了一种帧同步方法、装置、设备及存储介质，通过分段功率预判、奇偶差分双路非相干互相关结合峰均比判决的全开环帧同步方案，解决了现有物理层同步技术在低轨卫星跳波束场景下依赖复杂多普勒预补偿、需前置匹配滤波与重采样导致硬件开销大且处理延迟高以及闭环反馈收敛时间长难以适配突发通信的技术问题。

2、根据本发明的一方面，提供了一种帧同步方法，该方法包括：

3、获取本地差分序列，以及模数转换器输出的倍速采样数据；

4、对倍速采样数据进行分段，得到各分段数据，并依次将各分段数据作为目标数据段；

5、计算目标数据段的平均功率，当平均功率超过预设功率门限时，根据目标数据段和本地差分序列计算奇偶相关序列；

6、根据奇偶相关序列搜索峰值位置，并计算峰值位置对应的峰均比，当峰均比大于预设虚警门限时，确定帧同步成功，并输出目标数据段对应的同步位置索引。

7、可选的，对倍速采样数据进行分段，得到各分段数据，包括：按照预设的单段数据长度对倍速采样数据进行滑动截取，得到依次排列的各分段数据，其中，相邻两个分段数据之间保留预设长度的重叠采样点。

8、可选的，在计算目标数据段的平均功率之后，方法，还包括：当平均功率小于等于预设功率门限时，跳过当前目标数据段的帧同步处理，选取下一分段数据作为目标数据段重新计算平均功率。

9、可选的，根据目标数据段和本地差分序列计算奇偶相关序列，包括：将目标数据段分离为奇数样本子序列和偶数样本子序列；分别对奇数样本子序列和偶数样本子序列进行差分运算，对应得到奇数差分序列和偶数差分序列；分别将奇数差分序列、偶数差分序列与本地差分序列进行互相关运算，得到奇偶相关序列，其中，奇偶相关序列包括奇数相关序列和偶数相关序列。

10、可选的，根据奇偶相关序列搜索峰值位置，并计算峰值位置对应的峰均比，包括：计算奇数相关序列和偶数相关序列的模平方和，得到相关功率序列；在相关功率序列中搜索最大值位置，得到峰值位置及对应的峰值功率；确定相关功率序列中的基底平均功率值，计算峰值功率与基底平均功率值的比值，得到峰均比。

11、可选的，在计算峰值位置对应的峰均比之后，方法，还包括：当峰均比小于等于预设虚警门限时，确定为虚警，跳过当前目标数据段的帧同步处理，选取下一分段数据作为目标数据段重新计算平均功率。

12、可选的，输出目标数据段对应的同步位置索引，包括：根据峰值位置得到目标数据段内的倍速采样点相对位置； 根据目标数据段在倍速采样数据中的位置编号，确定与目标数据段对应的全局起始倍速偏移量；将倍速采样点相对位置和全局起始倍速偏移量相加，得到目标数据段对应的同步位置索引。

13、根据本发明的另一方面，提供了一种帧同步装置，该装置包括：

14、差分序列及采样数据获取模块，用于获取本地差分序列，以及模数转换器输出的倍速采样数据；

15、数据分段模块，用于对倍速采样数据进行分段，得到各分段数据，并依次将各分段数据作为目标数据段；

16、奇偶相关序列计算模块，用于计算目标数据段的平均功率，当平均功率超过预设功率门限时，根据目标数据段和本地差分序列计算奇偶相关序列；

17、帧同步结果判断模块，用于根据奇偶相关序列搜索峰值位置，并计算峰值位置对应的峰均比，当峰均比大于预设虚警门限时，确定帧同步成功，并输出目标数据段对应的同步位置索引。

18、根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

19、至少一个处理器；

20、以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

21、其中，所述存储器存储有能够被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的一种帧同步方法。

22、根据本发明的另一方面，提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的一种帧同步方法。

23、本发明实施例的技术方案，通过获取本地差分序列与倍速采样数据，可通过差分预处理抵消大多普勒频偏影响，无需多普勒预补偿，同时省去前置匹配滤波与重采样环节，降低了硬件开销与处理延迟。通过对倍速数据分段处理，可将连续高速数据流拆分为独立处理单元，控制单次运算规模适配突发信号特性，便于逐段筛选无效数据，提升了检测效率。通过功率门限粗判快速筛除无信号数据段，节省计算资源。奇偶分路差分相关可覆盖不同采样相位，避免采样偏移导致的峰值衰减。通过峰均比判决区分真实峰值与噪声虚峰，降低虚警概率。全开环输出同步位置索引无需闭环收敛，大幅缩短同步耗时，适配跳波束场景的突发通信需求。

24、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

1.一种帧同步方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述倍速采样数据进行分段，得到各分段数据，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述计算目标数据段的平均功率之后，所述方法，还包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标数据段和所述本地差分序列计算奇偶相关序列，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述奇偶相关序列搜索峰值位置，并计算所述峰值位置对应的峰均比，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述计算所述峰值位置对应的峰均比之后，所述方法，还包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出目标数据段对应的同步位置索引，包括：

8.一种帧同步装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的方法。