[发明专利]一种帧检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种帧检测方法及装置。

背景技术

在基于分组的突发式无线传输系统(比如WiFi、ZigBee、蓝牙等系统)中，发送机并不持续占据信道，而是在需要传输数据时突发式的占据信道以进行数据传输，因而，接收机在接收所述发送机发送的数据帧时，首先要解决的是帧检测问题，即判断帧何时到达并确定帧的粗略起始位置。当前主要存在以下三种帧检测方法：

一、基于接收信号能量检测的帧检测方法

当接收机没有接收到数据帧时，接收的信号复样点r_n中只有噪声w_n，即r_n＝w_n；当数据帧到来时，接收的信号复样点r_n加入了数据的成分s_n，即，r_n＝s_n+w_n。下面利用判决变量m_n判定是否接收到数据帧，公式(1)为判断变量m_n的计算公式：

判决变量m_n是接收信号能量在窗口长度L下的移动求和，由公式(1)可知，如果接收的信号复样点持续为噪声信号，则m_n保持不变，如果接收到数据信号，则m_n将发生变化即m_n将增大，基于此，通过逐样点计算m_n并为m_n设定一个合理的对比阈值，当出现m_n大于该阈值时即认为可能有帧到达。

二、基于双滑动窗口分组检测的帧检测方法

参见图1所示的双滑动窗口分组检测算法的响应示意图，该方法将窗口A和窗口B两个窗口中的总能量的比值作为判决变量m_n，式(2)是窗口A和窗口B中能量值、以及m_n的计算公式：

下面就窗口A和窗口B以及帧到达时m_n的变化情况进行介绍：数据帧会自左向右滑过窗口A和窗口B，且数据帧前后皆为噪声。理想情况下，当只有噪声的情况下m_n的响应是平坦的；当数据帧右边沿到达窗口A时，A中的能量a_n一直增加到整个窗口都包含进数据帧为止，此时m_n也持续增大。待窗口B开始包含数据帧时，B中的能量b_n一直增加到整个窗口都包含进数据帧，随着b_n的增大，m_n将持续减小，当B全部包含进接收的数据帧时，m_n又恢复平坦。基于此，通过逐样点计算m_n并为m_n设定一个合理的对比阈值，当出现m_n大于该阈值时即认为可能有帧到达。

三、采用前导结构进行的帧检测方法

参见图2所示的IEEE802.11帧结构示意图，IEEE802.11在物理层帧结构中专门设计了前导训练序列，其中有10个重复的短训练序列STS(Short Train Sequence)，利用前导中的短训练序列的周期性可以检测出帧到达。参见图3所示的延时和相关算法的示意图，该方法需要两个滑动窗口C和P，窗口C的能量值c_n为当前时刻接收的长度为L个复样点的信号序列与D个复样点之前的长度同为L个复样点的已接收信号序列的互相关值，窗口P的能量值p_n为D个复样点之前的长度为L个复样点的已接收信号序列的自相关值。其中，D和L通常取1个短训练序列中复样点的个数。式(3)是窗口C和窗口P中能量值c_n和p_n、以及m_n的计算公式：

因为噪声信号的互相关系数为0，所以，当接收的信号只有噪声时，c_n近似为0，一旦数据帧到来，c_n会迅速增大。基于此，通过逐样点计算m_n并为m_n设定一个合理的对比阈值，当出现m_n大于该阈值时即认为可能有帧到达。