技术领域
[0001] 本
发明涉及卫星数字广播通信系统物理层传输技术领域，具体涉及一种卫星广播帧头获得方法。
背景技术
[0002] 数字卫星广播业务传输中卫星对其
覆盖范围内的接收终端广播业务，卫星广播业务要实现在覆盖范围内的不同天线口径终端的可靠接收。数字卫星广播业务包括多种综合数字业务，不同业务类型对物理层传输提出不同需求，例如话音对物理层传输性能要求较低，文件、短消息业务传输性能要求较高，主要体现对数字广播通信物理层误码率、丢包率要求。随着物理层编码技术的发展，译码性能有了显著提升，如LDPC码、Turbo码等，在现有卫星通信系统中得到了广泛应用。这类编码均采用分组编码方式，在数字广播通信物理层中通常采用“帧头+数据体”方式进行分组数据封装。利用特定帧头来区分帧边界；将待传输的数据切割成数据
块，经过编码调制后完成物理层数据体的封装。接收端首先进行帧头检测，完成帧同步，进一步进行数据解调、译码，完成分组数据恢复。因此，物理层帧头的的获得尤为关键，分组数据帧头的检测尤为重要，其决定了整个物理层接收性能。帧头的获得需要综合考虑卫星信道特性、传输数据需求、终端接收能
力、帧效率等因素。现有的帧头获得方式中一般不考虑接收
信噪比范围。采用m序列获得卫星广播帧头是一种常见的帧头获得方式，在生成帧头时，直接利用一个m序列获得卫星广播帧头。
[0003] 面向不同接收口径天线的卫星广播
信号，由于接收端天线口径一般从0.3m至3.7m不等，接收端天线的接收能力有所差异，较大口径天线接收能力较强，小口径天线接收能力较弱。卫星广播帧头要能够同时满足不通接收端天线口径的要求。
[0004] 另外，卫星信道采用无线方式传输，信道传输时间长(特别对于GEO卫星)，容易受到降雨、降
雪和
电磁波等的影响，对于采用高频段(Ku、Ka)频段，受雨衰影响显著，造成严重的接收信噪比损失；并且由于卫星的相对移动，也会带来终端天线的指向偏差，造成接收信噪比损失。若考虑较大信噪比范围，直接利用一个m序列获得卫星广播帧头，
硬件实现十分复杂，不能匹配
滤波器硬件，无法被快速捕获。
[0005] 因此，急需一种可
硬件实现，能够支持较大信噪比范围的卫星广播帧头获得方法，保证接收范围内的站型的可靠数据接收。
发明内容
[0006] 有鉴于此，本发明提供了一种卫星广播帧头获得方法，能够适应宽信噪比范围内帧头同步，并且易于
匹配滤波器硬件实现。
[0007] 本发明所述的卫星广播帧头获得方法，用多层m序列生产成帧头序列，每层m序列相同，包括如下步骤：
[0008] 步骤1，结合卫星广播接收端天线尺寸，根据雨衰以及卫星与天线相对运动造成的天线指向不准而带来的信噪比损失，确定天线接收信噪比动态范围；根据接收信噪比接收动态范围，确定帧头长度Lsyn的最小值Lmin；
[0009] 步骤2，结合步骤1得到的帧头长度Lsyn的最小值Lmin，联立式(1)、式(2)和式(3)确定
单层m序列的长度Lm以及阶数n；
[0010] (Lm)p＝Lsyn； (1)
[0011] Lm＝2n-1； (2)
[0012] Lsyn≥Lmin； (3)
[0013] 其中，p为m序列总层数，p≥2；
[0014] 步骤3，根据步骤2得到的m序列长度以及阶数，生成m序列，得到p层相同的m序列；
[0015] 步骤4，根据步骤3生成的p层相同的m序列，利用(4)式生成帧头序列Ssyn，其中(4)式为帧头序列Ssyn的比特与对应各层m序列的比特之间的关系：
[0016]
[0017] 其中，m(ij)为第j层m序列的第i个比特，j＝0,1,2…p-1，i＝0,1,2…Lm-1，表示异或运算；
[0018] 步骤5，根据步骤4得到的帧头序列Ssyn，采用二进制
相移键控方式进行符号映射，得到帧头Hsyn。
[0019] 其中，步骤3中，根据m序列长度以及阶数，依据m序列本原多项式，采用反馈移位寄存器方式生成m序列。
[0020] 较佳地，p为2或3。
[0021] 有益效果：
[0022] 本发明提出了一种卫星广播帧头获得方法，根据具体应用场景，选择合适的帧头长度，基于多层m序列获得卫星广播帧头，能够适应宽信噪比范围内帧头同步，适用于面向不同接收口径天线的卫星
广播信号传输；并且可以避免雨衰、由于相对运动而带来的卫星指向不准带来的信噪比损失，接收信噪比具有很大的动态范围。
[0023] 本发明所述方法采用多层m序列结构获得卫星广播帧头，显著降低了硬件实现复杂度，易于匹配滤波器硬件实现，获得的帧头具有良好的自相关特性，能够被快速捕获。
附图说明
[0024] 图1为卫星广播区域内包含了不同大小口径天线接收站及收天气影响示意图；
[0025] 图2为m序列生成示意图；
[0026] 图3为帧头结构自相关特性曲线示意图。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图并举
实施例，对本发明进行详细描述。
[0028] 在数字卫星广播系统中，发送地球站通过卫星向其覆盖区域内的所有地球站广播各类数字业务，某类广播业务要求在其覆盖所有接收地球站都要可靠接收。由于接收地球站天线尺寸的差异，天线接收增益不同，导致了接收地球站接收信号信噪比有很大差异，另外雨衰以及卫星对于天线的相对运动而带来的卫星指向不准造成信噪比损失。附图1星广播区域内包含了不同大小口径天线接收站及收天气影响示意图。
[0029] 因此，在物理层帧头的获得中需要综合考虑多种因素，包括传输业务类型、传输性能要求、帧效率和实现复杂度。本发明提供了一种基于多层m序列的卫星广播帧头获得方法，采用多层m序列进行帧头获得，显著降低了硬件实现复杂度，易于匹配滤波器硬件实现；本方法采用m序列为
基础产生帧头序列，m序列具有良好的自相关特性，因此得到的数据帧头也具有良好的自相关特性，具备良好的检测性能。本方法建立在数字卫星广播系统中，采用“帧头+数据体”来传输业务数据物理层的方式下，其中，帧头为特定序列的调制符号，数据体是信息比特经过分组信道编码(LDPC、Turbo等)调制后的符号。在接收地球站，卫星广播信号经过天线、
变频器后变为基带信号。在对信号进行
基带处理的过程中，首先对帧头进行捕获完成帧同步，进一步进行数据体的解调及译码，恢复出原始发送的信息比特。
[0030] 本发明所述方法包括以下步骤：
[0031] 步骤1，结合卫星广播接收端天线尺寸，根据雨衰以及卫星与天线相对运动造成的天线指向不准而带来的信噪比损失，确定天线接收信噪比动态范围；根据接收信噪比接收动态范围，确定帧头长度Lsyn的最小值Lmin；
[0032] 步骤2，结合步骤1得到的帧头长度Lsyn的最小值Lmin，联立式(1)、式(2)和式(3)确定单层m序列的长度Lm以及阶数为n；
[0033] (Lm)p＝Lsyn； (1)
[0034] Lm＝2n-1； (2)
[0035] Lsyn≥Lmin； (3)
[0036] 其中，p为m序列总层数，p≥2；
[0037] 步骤3，根据步骤2得到的m序列长度以及阶数，选择m序列本原多项式，，得到p层相同的m序列；
[0038] 其中，m序列按照本原多项式采用反馈移位寄存器方式生成，不同阶数的m序列有多个本原多项式生成式，挑选其中一种来生成m序列。如阶数为4的m序列，有两个本原多项式，D^4+D^3+1及D^4+D^1+1，任意选择一个本原多项式来生成m序列，m的初始
相位为1，具体生成过程见附图2。
[0039] 步骤4，根据步骤3生成的p层相同的m序列，利用(4)式生成帧头序列Ssyn，其中其中(4)式为帧头序列Ssyn的比特与对应各层m序列的比特之间的关系：
[0040]
[0041] 其中，表示异或运算，m(ij)为第j层m序列的第i个比特，j＝0,1,2…p-1，i＝0,1,2…Lm-1；
[0042] 步骤5，根据步骤4得到的帧头序列Ssyn，采用二进制相移键控(BPSK)方式进行符号映射，得到帧头Hsyn。
[0043] 以两层m序列为例，本发明所提出的适用于适于宽接收信噪比动态的卫星广播帧头生成方法的实施步骤如下：
[0044] 步骤1，某个系统最低天线口径为0.5m天线口径，采用LDPC译码，译码
门限为3dB，考虑雨衰、天线未对准带来的损失为14dB，接收到最低符号信噪比为EsN0(Low)＝0dB-14dB＝-14dB，采用相关检测方式，为保证可靠检测需要检测信噪比EsN0(det)≥15dB，因此帧头的长度Lsyn≥EsN0(det)-EsN0(Low)＝29dB，Lsyn≥10^(2.9)＝794。
[0045] 步骤2，由确定的帧头长度Lsyn，选择内外两层m序列长度内外两层均采用相同的m序列，m序列长度 其中，sqrt()为平方根函数，帧头的实际长度为Lsyn＝Lm2，n阶m序列的长度为Lm＝2n-1，Lsyn≥794，取m序列的阶数n＝5，m序列的长度为Lm＝
31，实际的帧头长度为Lsyn＝961；
[0046] 步骤3，根据步骤2中确定的m序列长度，选择m序列本原多项式，生成m序列；
[0047] 步骤2得到m序列的阶数n＝5，其本原多项式有6项，取本原多项式D^5+D^2+1生成m序列，m序列为[1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0]；
[0048] 步骤4，根据步骤3生成的m序列，采用双层结构获得帧头序列Ssyn：
[0049] 0≤i0≤Lm-1,0≤i1≤Lm-1
[0050] 步骤5，根据步骤4得到的帧头序列Ssyn，采用BPSK方式进行符号映射，得到帧头Hsyn。
[0051] 获得的Hsyn自相关图样如图3所示，图3表明帧头Hsyn具有良好的自相关特性，其中自相关峰值为961，旁瓣最大值为159。
[0052] 为找到最佳适用的m序列层数，分别获得了不同层数m序列下的帧头序列Ssyn，其中3层结构m序列得到的帧头Hsyn自相关峰为29791，旁瓣最大值为4929；采用四层结构m序列得到的帧头Hsyn自相关峰为953521，旁瓣最大值为152799。采用2层或3层m序列得到的帧头Hsyn的可被探测性更好。
[0053] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
