在卫星通信体系中，发送端一般运用不同的分组时隙同步传送处在同一传输频带内的各路信号，而接纳端为了准确辨认和别离出数据流中的各路信号，需求选用帧同步算法进行分组检测和符号同步，其间分组检测用来辨认数据分组，符号同步用来寻找到数据分组的切当起点。
本文首要描绘了经典帧同步算法原理，然后剖析了信道环境对相关功能的影响，给出了在噪声和频偏状况下相关峰值改变规则，最终提出了一种根据分段互相关加分段推迟相关的准确帧同步算法，以及该算法的FPGA完结。
1 经典帧同步算法原理
帧同步算法的根本原理是运用接纳信号中帧头序列的相关特性进行能量累积，当检测到相关器发生的能量值大于门限阈值时，就以为检测到数据分组，然后将查找门限阈值内的最大能量值作为检测到的符号临界点。帧同步算法首要有2类：一类是以帧头自相关为根底的推迟相关算法，该算法具有较大的频率偏移容限，在低信噪比和多径信道下，其自相关曲线在峰值邻近改变陡峭，无法准确指示帧起始点：一类是以帧头相互关为根底的本地相关算法，该算法具有锋利的尖峰，能准确指示帧起始点，抗噪声和多径能力强，
可是对频率偏移很灵敏。
为了改善帧同步算法的功能，一种办法是优化本地相关算法，经过补偿频率偏移来确保锋利的尖峰。文献选用了分段相互关加上能量累积，该算法尽管经过分段下降了频率偏移对峰值起伏的影响，可是它在分段较多时的相关峰就现已不是锋利尖峰，并且选用了能量归一化和固定的门限阈值，既增加了复杂度，又存在必定虚(漏)警危险。文献将接纳信号分为多路，选用相似并行扫频的办法，使每一路选用不同的载波频率值对接纳信号进行频率补偿，其间必有一路的剩余频偏满足小，从而使本地相关算法发生挨近无频偏时的锋利尖峰，但该算法的缺陷是需求完结满足多的频偏补偿和多路相互关器，不然当剩余频偏超越锁相环的捕获带时，后者将无法盯梢频偏。另一种办法是归纳选用推迟相关和本地相关算法，即运用推迟相关对频偏的不灵敏估量并补偿频率偏移，运用本地相关发生的尖峰查找准确的帧起始点。文献先选用推迟相关进行分组检测和粗频偏估量，再在频偏补偿后选用相互关的办法完结时刻精同步，该算法可使相互关运算防止遭受频偏的影响，可是其用于时刻粗同步的自相关办法因为相关峰不尖利，以及固定的检测门限，仍存在必定的虚(漏)警概率。文献在经过相互关确认了练习序列方位后，先用推迟自相关补偿粗频偏，再用传统办法进行时刻同步和精频偏估量，可是该算法的频偏估量功能与推迟相关的推迟间隔相关，并且算法的时刻价值和硬件价值较大。
2 信道环境对相关功能的影响
在卫星通信体系中，信道环境对相关功能影响很大，首要影响要素有多径效应、暗影效应、多普勒效应，以及体系频偏和信道噪声。因为卫星接纳机首要在直射途径下作业，暗影效应相当于增强了传输信号中的背景噪声，多普勒效应相当于在体系频偏根底上叠加一个时变频偏，因而下面首要剖析频偏和信道噪声对相关功能的影响。
图1给出了N=512、k=0、λ取[-0.1，0.1]时频偏对经典相关峰值的影响，其间横轴每格取值0.001，纵轴等于相关峰与均匀起伏之比。可见，推迟自相关峰均比约为18，相互关峰均比约为26，前者根本不受频偏影响，后者在频偏增大时峰均比值剧烈减小。
图2给出了N=512、k=0、Eb/N0取[-10，10]dB时噪声对相关峰值的影响，其间横轴每格取值0.1 dB，纵轴不变。可见，峰均比值均跟着噪声增强而下降，可是推迟相关峰均比改变率为8倍，相互关峰均比改变率为2.5倍，即推迟相关对噪声更灵敏。
3 帧同步算法描绘及FPGA完结
3.1 帧同步算法描绘
假定过采样倍数为Q，当帧同步序列长度为N时，将本地序列等分为M段，每段长度为L=(N/M)个码片，相关窗总长度等于Q×N，每段相关窗长度为个采样QxL，别离核算出每段接纳信号与本地序列的相互关，则第m段相互关成果为
那么相关幅值可标明为Peak(k)=|Sum(k)|，频偏估量值可标明为Foff(k)=arg(Sum(k))/(2πLT)，T为码片周期。当本地序列与帧同步序列的最佳采样点完全对齐时，Peak(k)到达最大值，对应的Foff(k)即为频偏估量值。峰值捕获的判定算法可标明为
其间PeakTH为动态门限，它由AGC幅值水平缓信噪比估量联合确认。
下面以N=512、M=4、Q=4为例，剖析该算法的噪声功能、频偏估量差错和虚警/漏警概率。
图3给出频偏和噪声对本算法相关峰的影响。在频偏环境下，与推迟自相关比较，在±0.1倍频偏处提高了约2倍。在零频偏处提高了约3倍;与相互关比较，在±0.1倍频偏处提升了至少30倍，在零频偏处提高了约2倍;在噪声环境下，峰均比改变率为5倍，处于推迟自相关和相互关之间。可见本算法明显提升了相关峰均比。
图4给出了推迟相关算法和本算法的频偏估量差错比照，其间横轴标明噪声，取值规模为[-10，+10] dB，纵轴标明频偏估量值，仿真预设频偏为0.1倍载波频率。明显，本算法的频偏估量差错要远小于推迟相关算法。因为相互关算法对频偏灵敏，此处不评论其频偏估量功能。
表1给出频偏和噪声环境下推迟相关算法和本算法的虚警/漏警概率状况，其间频率偏移为0.1倍载波频率。
归纳上述评论，本文归纳选用了本地PN解扰、分段相互关和分段推迟相关来发生帧检测所需的锋利尖峰，并且该尖峰在低噪声和大频偏环境下仍然有用。与文献比较，本算法一起具有更高的峰均比和抗频偏功能，而与文献比较，本算法一次性完结帧头捕获和粗频偏估量，不需求进行屡次估量和迭代，大大简化了算法复杂度。
3.2 帧同步算法FPGA完结
图5给出准确帧同步算法FPGA完结结构。输入数据被分为两路：一路在位宽截短后进行分段相互关，再在相邻的分段相互关成果之间进行推迟相关，然后将推迟相关成果累加后进行CORDIC旋转运算，核算出与推迟相关成果对应的幅值和相位，最终由峰值查找模块输出帧头指示和粗频偏估量值;另一路用来对输入数据进行推迟同步，使输出数据与粗频偏估量值、帧头指示准确对齐，以便解调帧内有用数据。
如图5所示，本算法首要由推迟同步单元、相互关单元、推迟相关单元、CORD%&&&&&%旋转核算单元和峰值查找单元五部分组成。需求留意的是，假如输入数据选用3～5倍过采样，码片同步精度会更高，守时环路也入锁更快，推迟同步单元发生的推迟有必要与其他4个单元发生的总推迟严厉保持一致，以防止同步到存在相位偏移的码片，而相互关单元长度N和推迟相关单元长度M则是可调参数，运用者可根据帧头结构进行调整。此外，为了下降逻辑资源运用，数据截短的位宽可选择3～6位，其间保存2位符号位，不主张直接选用符号位进行相互关核算。
4 定论
本文提出了一种根据分段相互关加分段推迟相关的帧同步办法，该办法将分段后的接纳序列与本地序列相互关，再在相邻相互关成果之间进行推迟相关，累加一切推迟相关成果后求模得到峰值起伏和粗频偏估量值。因为分段后的相互关长度较短，段首和段尾之间由频偏引起的相差很小，确保了每段相互关的幅值根本不受频偏影响，而相邻相互关之间的推迟相关求和既保存了载波频偏信息，又有用积累了能量。测验标明本算法在低信噪比和大载波频偏下仍然能发生高质量的锋利尖峰，并且经过选用动态检测门限和AGC，有用下降了虚(漏)警概率，并经过去除屡次迭代估量和能量归一化，下降了算法复杂度。该算法适用于卫星信道下接连或突发信号接纳处理。
