專利名稱：基于fft的直接序列擴頻系統的大頻偏二次捕獲方法
技術領域：
本發明涉及一種基于FFT的直接序列擴頻系統的大頻偏二次捕獲方法，屬于數字 信息傳輸技術領域。
背景技術：
直接序列擴頻通信相對于其他通信系統，有兩方面的優點一是它能夠與現有的 其他通信系統保持良好的共存性；二是極低的發射功率譜密度可使有用信號完全湮沒在背 景噪聲之中，降低被截獲和被檢測概率，從而增強了通信的隱蔽性和安全性。隨著衛星通信 技術、高速移動通信技術，特別是隨著新的通信數據業務、導航定位和測控技術的發展，對 星載、機載等高速移動接收設備在低信噪比、大多普勒頻移條件下的解調性能和設備復雜 度要求越來越高。直接序列擴頻系統在良好的抗干擾特性、抗截獲特性和抗多徑特性方面有著不可 比擬的優勢，但是通信雙方在高速移動環境下帶來的多普勒效應會導致到達接收機的信號 產生較大的頻率偏移，例如工作在C波段的中軌道(約10000km)和低軌道(約1000km) 衛星通信系統的最大多普勒頻移典型值分別為士 IOOkHz和士200kHz ；對于工作頻段在 2. 4GHz高度為300km的低軌衛星通信系統，其最大多普勒頻移變化率可達1600Hz/s ；不僅 如此，現代軍用飛機的高速運動也能夠造成通信信號多普勒頻移到達十千赫茲的量級。而 直接序列擴頻系統對頻率偏移十分敏感。接收信號的多普勒頻移具有大范圍快速時變的特點，這就對正確數據解調提出了 很高的要求。尤其在衛星通信和復雜信道環境下的移動通信中，低信號功率和低信噪比條 件使得接收機對細微的頻偏都十分敏感。這種低信號功率和低信噪比下的頻率偏移大大影 響了通信質量，嚴重時會引起擴頻碼的相關峰陡然下降使得接收機同步十分困難，導致通 信性能急劇惡化。傳統的解決方法有擴大二維搜索的范圍，發送導頻序列等，但通常是以增 加系統復雜性、延長信號捕獲時間為代價，特別是在低信噪比環境下極有可能出現捕獲頻 率模糊或者誤差較大，這會直接導致解調性能的惡化。可見傳統的擴頻通信同步技術不能滿足星載、機載等高速無線移動通信在低功率 譜、低信噪比、低復雜度條件下的快速頻率同步要求。開展高效、低復雜度的大頻偏快速捕 獲技術研究勢在必行。
發明內容
本發明的目的是為了解決直接序列擴頻通信系統在低信噪比環境下進行多普勒 頻率同步時的模糊問題，提供一種基于FFT的直接序列擴頻系統的大頻偏二次捕獲方法。 該方法可以滿足星載、機載等高速無線移動通信在低功率譜、低信噪比、低復雜度條件下實 現快速、準確的頻率同步要求。本發明是通過以下技術方案實現的。本發明一種基于FFT的直接序列擴頻系統的大頻偏二次捕獲方法，其實現過程中所依托的硬件平臺是星載或者機載直接序列擴頻系統接收機，步驟如下1、將接收機接收到的基帶信號經過數字低通濾波器濾波，得到的信號為帶有多普 勒頻偏的準基帶信號s (m)，s (m)與原始數據信息a(m)兩者之間的關系為
權利要求
一種基于FFT的直接序列擴頻系統的大頻偏二次捕獲方法，實現過程中依托的硬件平臺為星載或者機載直接序列擴頻系統接收機，其特征在于步驟為1)將接收機接收到的基帶信號經過數字低通濾波器濾波，得到的信號為帶有多普勒頻偏的準基帶信號s(m)其中m為采樣點，a(m)為原始數據信息，pn(m)為擴頻碼，fd為多普勒頻偏，Tc為碼片寬度，為初始相差，N(m)為高斯白噪聲；2)構造補償頻點，即將補償頻點間隔設定為Rb/2，其中Rb為符號速率，均勻得到共計2×I+1個補償頻點，其中I的大小為系統要求能承受的多普勒頻偏范圍與補償頻點間隔的比值，其中第i個補償頻點的頻率為fi＝i×Rb/2，i∈[ I，I]；3)以步驟2)所構造的2×I+1個補償頻點對準基帶信號s(m)進行頻偏補償，得到的第i個頻點補償后的信號為其中i∈[ I，I]；4)構造數字匹配濾波器，計算由步驟3)得到的每個頻點補償后的信號si(m)在不同碼相位下與擴頻碼的相關值；設定數字匹配濾波器的抽頭系數長度為擴頻比L＝Rc/Rb，其中Rc為擴頻碼速率，抽頭系數取值與擴頻碼pn(m)的值一致；數字匹配濾波器對步驟3)得到的信號si(m)進行積分處理，輸出信號為sidmf(m)，其模平方|sidmf(m)|2即為在不同碼相位下信號si(m)與擴頻碼的相關值，本步驟中i∈[ I，I]；5)對每個補償頻點下的相關值|sidmf(m)|2分別進行非相干累加后得到每個補償頻點下的累加檢測值，其中第i個頻點下的累加檢測值為 <mrow><msub> <mi>A</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>m</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>p</mi><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow> <mrow><mi>M</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></munderover><msup> <mrow><mo>|</mo><msub> <mi>S</mi> <mi>idmf</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mrow><mo>(</mo><mi>m</mi><mo>-</mo><mi>p</mi><mo>·</mo><mi>L</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>)</mo></mrow><mo>|</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </mrow>其中i∈[ I，I]，M為非相干累加次數，M的值由系統捕獲概率決定；6)分別比較每個補償頻點下的累加檢測值Ai(m)，i∈[ I，I]，確定其中的最大值correlator(i)＝MAX{Ai(m)，m＝0，1，...，L 1}，該最大值correlator(i)即為第i個補償頻點的相關峰，記錄每個補償頻點的相關峰和相關峰對應的唯一碼相位，本步驟中i∈[ I，I]；7)對全部2×I+1個補償頻點下的相關峰進行比較，記錄其中相關峰的最大值MAX{correlator(i)，i∈[ I，I]}所對應的補償頻點，記為i′，根據i′計算得出準基帶信號s(m)的多普勒頻偏的估計值fi′＝i′×Rb/2，并將在補償頻點i′處捕獲的碼相位進行存儲；8)根據步驟7)捕獲的頻點i′對準基帶信號s(m)進行頻偏補償得到其中fi′為準基帶信號s(m)當前估計的多普勒頻偏，再將步驟7)中在頻點i′時捕獲的碼相位對si′(m)去除擴頻碼，輸出準基帶信號s(m)的預估解擴值的實部和虛部，分別為其中I(n)、Q(n)分別為預估解擴值的實部和虛部，n為采樣點，Ts為符號寬度；9)對步驟8)得到的預估解擴值進行預處理，估計剩余頻偏，預處理具體計算過程為預處理后得到復信號I′+jQ′，對I′+jQ′作FFT處理，得到在補償頻點i′下的剩余頻偏fFFT，此時FFT處理可以估計的頻偏范圍為[ Rb/4，Rb/4]，即fFFT∈[ Rb/4，Rb/4]；10)根據捕獲的頻點i′及其左右相鄰兩個頻點i′ 1，i′+1所對應的頻率分別加上fFFT構造三個新的補償頻點，其頻率分別為f 1、f0、f1，利用這三個新的補償頻點再次對原始輸入信號進行捕獲，f 1、f0、f1分別為f 1＝fi′ 1+fFFT，f0＝fi′+fFFT，f1＝fi′+1+fFFT對這三個補償頻點重復步驟3)～步驟7)，此過程中步驟3)～步驟6)中所用到的補償頻點個數為3個，也即I＝1，其頻率分別為f 1、f0、f1，步驟7)中3個補償頻點下的相關峰最大值所對應的補償頻點記為d′，根據d′計算得出準基帶信號s(m)的多普勒頻偏的估計值fd′＝d′×Rb/2，將在補償頻點d′處捕獲的碼相位進行存儲；11)根據步驟10)捕獲的頻點d′對準基帶信號s(m)進行頻偏補償得到其中fd′為準基帶信號s(m)最終估計的多普勒頻偏，再將步驟10)中在頻點d′時捕獲的碼相位對sd′(m)去除擴頻碼，輸出準基帶信號s(m)的最終解擴值的實部和虛部，分別為其中I(n)、Q(n)分別為預估解擴值的實部和虛部，n為采樣點，Ts為符號寬度；12)利用步驟11)得到的準基帶信號s(m)的最終解擴值的實部和虛部I(n)、Q(n)進行信號解調，恢復得到原始數據信息a(m)。FSA00000338682100011.tif,FSA00000338682100012.tif,FSA00000338682100013.tif,FSA00000338682100021.tif,FSA00000338682100022.tif,FSA00000338682100023.tif,FSA00000338682100024.tif,FSA00000338682100025.tif,FSA00000338682100031.tif,FSA00000338682100032.tif,FSA00000338682100033.tif
全文摘要
本發明的一種基于FFT的直接序列擴頻系統的大頻偏二次捕獲方法，屬于數字信息傳輸技術領域。本方法提出了二次捕獲的概念，其硬件平臺為星載或者機載直接序列擴頻系統接收機，其過程為將準基帶信號s(m)的預估解擴值進行預處理后構造三個新的頻點，并依據該三個頻點對原始輸入信號進行二次捕獲，對二次捕獲結果進行解擴、解調最終恢復得到原始數據信息。本方法算法簡單、靈活，計算結果精度高，提高了低信噪比通信環境下的捕獲概率，提高了頻偏估計的準確度，同時采用FFT細頻偏估計與二次捕獲相結合可以縮短二次捕獲的時間。
文檔編號H04L25/02GK101969321SQ201010536648
公開日2011年2月9日 申請日期2010年11月9日 優先權日2010年11月9日
發明者丁曉, 汪婧, 王愛華, 薛斌, 郭宇琨 申請人:北京理工大學