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在许多应用场景中,由于发射功率及外界环境等因素,接收信号信噪比会非常的低。本文主要研究极低信噪比条件下的帧同步,包括设计新的帧同步标识码与帧同步检测算法,以及算法在SDR平台上的实现与测试。借助克罗内克积运算原理,通过组合48比特优选序列、13比特巴克码序列以及13比特“+1/-1”交替序列得到长度为624比特的复合帧同步标识码。该标识码不仅具有良好的非周期自相关性,为帧同步检测算法提供了更可靠的判决依据;而且增大了接收数据的最佳判决值与其附近点的差值,为挑选数据的最佳判决值降低了难度。组帧中的帧同步结构是周期性的插入帧同步标识码,相应的帧同步检测算法是基于“最大相关值判决准则”的并行相关帧同步检测与帧同步判决。帧同步检测基本过程是:对匹配滤波后的数据流进行串并转换;采用多窗口并行滑动相关运算;从连续一帧长的采样点对应的相关值中选出最大值作为帧起点;在多帧连续判决中提出“改进的判决准则”,以牺牲计算复杂度换取帧同步检测性能。为更完整分析帧同步性能,从“帧起点判决”及“判决值选择”两个层面,对“最大相关值判决准则”及“改进的判决准则”进行分析。结果表明,当采用“最大相关值判决准则”时,在信噪比高于-15.0dB时,“帧起点判决”的性能优异,随着信噪比的降低,“帧起点判决”的性能迅速恶化;“判决值选择”的结果随着信噪比的降低,其性能迅速恶化,通过适当增加“+1/-1”交替序列在帧同步标识码中的分量,可以改善“判决值选择”的结果,但效果有限。因此,并行相关帧同步检测算法能够较为有效地得出帧起点的位置,但很难正确挑选出帧内数据的最佳判决值。“改进的判决准则”可以有效的解决这一问题,但同时也增加了计算的复杂度。采用PC机、Virtex-6 ML605基带板以及FMC30RF射频板搭建SDR平台,模拟整个通信过程,验证帧同步检测算法。以连续式插入法插入帧同步标识码并组帧,并预加对应信噪比的高斯序列模拟噪声;根升余弦滚降滤波器成形滤波,BPSK调制;接收端相干解调及匹配滤波后,采用基于“最大相关值判决准则”的并行相关帧同步检测算法进行帧同步判决。在完成帧同步后,利用帧同步标识码实现接收信号信噪比的估计,辅助帧同步检测性能的分析。