直擴msk信號的全數字接收方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及數字通信技術領域，本發明設及一種數字通信技術，特別是一種直擴 MSK信號的全數字接收方法。
【背景技術】
[0002]目前，擴頻技術多基于BPSK、QPSK調制方式，在存在嚴重非線性失真、多普勒頻移 與多徑衰落的應用領域，直擴BPSK/QPSK系統就無法適用了。直擴MSK信號結合了擴頻系 統的低截獲性、多用戶隨機選址能力、抗干擾性等優點和最小頻移鍵控信號的包絡恒定、頻 譜利用率高、能量集中、旁瓣衰減快、帶外福射功率低、對非線性失真不敏感等優點，因而在 戰術數據鏈、民用航空地空數據鏈、導彈制導指令傳輸、衛星通信等領域得到了廣泛應用。 如美軍為S軍聯合作戰而研制的聯合戰術信息分發系統（JTIDS)，采用的就是"跳頻+擴頻 +MSK調制"的工作方式，該系統被廣泛應用于多種武器平臺。
[0003] 直擴MSK信號接收機處理的最終目標是解擴解調出發送數據，偽碼相位和載波頻 率的捕獲是解擴解調的前提條件，W往的接收機大多是對接收到的直擴MSK信號下變頻處 理后分別進行偽碼相位捕獲和載波多普勒頻偏捕獲。傳統的偽碼捕獲方法有滑動相關法和 匹配濾波法，在捕獲速度和實現復雜度之間存在矛盾。同時在高動態環境下，接收機與發射 機之間通常存在很高的徑向速度，運使得接收信號存在幾十KHz甚至幾百KHz的多普勒頻 移，對擴頻碼的捕獲和跟蹤產生很大的影響。因此，必須要對載波多普勒頻率進行捕獲及補 償，運也叫做載波截獲。于是偽碼信號的捕獲變成了對偽碼相位和載波多普勒頻偏的二維 捕獲，運就需要很長的捕獲時間。所W，在高動態環境下，如何對直擴MSK信號準確而快速 地進行捕獲成為技術難點。
[0004]G.J.R.Povey等人首先提出了基于數字部分匹配濾波器與FFT結合算法 (PMF-FFT)的捕獲模型，運種方法雖然在一定程度上緩解了多普勒頻偏對捕獲口限的影響， 并且實現了偽碼相位和載波頻偏的二維捕獲，但是運種方法主要適應于MPSK信號，并且多 普勒頻偏的捕獲范圍較小，高動態環境下仍然不適用。因而，如何在高動態環境下準確、快 速地完成擴頻信號的偽碼相位和多普勒頻偏二維捕獲，成為直擴MSK信號全數字接收機的 關鍵技術。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種種直擴MSK信號的全數字接收方法，能夠將接收的直 擴MSK信號構造成一種近似直擴BPSK信號形式，接著在大多普勒頻偏條件下，可W采用直 擴BPSK信號的偽碼相位和載波多普勒頻偏的二維聯合捕獲算法，實現直擴MSK信號在高動 態環境下的捕獲和跟蹤，避免了直接對直擴MSK信號進行捕獲、跟蹤的復雜處理。
[0006] 一種直擴MSK信號的全數字接收方法，包括：將直擴MSK信號構造成近似直擴 BPSK信號，采用基于多普勒補償-FFT的偽碼相位和載波多普勒頻偏的二維聯合捕獲算法 對構造后的近似直擴BPSK信號進行捕獲，對捕獲后的偽碼相位和載波相位進行跟蹤，及對 同步后的信號通過解擴、解調、檢測等處理恢復出發送數據。所述近似直擴BPSK信號是將 經過中頻采樣、數字下變頻和低通濾波后的直擴MSK信號與波形函數相乘后進行抽取并交 替取樣構造而成的。所述基于多普勒補償-FFT的偽碼相位和載波多普勒頻偏的二維聯合 捕獲算法包括：基于FFT的多普勒濾波；基于相位補償因子和循環移動本地偽碼的多普勒 補償；基于分段FFT的偽碼相位并行捕獲。
[0007] 采用上述直擴MSK信號的全數字接收方法，所述近似直擴BPSK信號的構造具體包 括：
[0008] 低通濾波后得到的I、Q兩路正交基帶信號分別與波形函數 相 乘得到四路輸出信號，其中T。為擴頻碼的碼片寬度；
[0009] 對四路輸出信號進行P倍（P為過采樣倍數）抽取得到四路信號，分別為y"化'）、 抑化'）、yi2化'）、yg2(k');其中y"(k'）和抑化'）分別為I路基帶信號、Q路基帶信號與 波形函數^
相乘后抽取得到的信號，yi2(k')和5^化'）分別為Q路基帶信號、！路 基帶信號與波形函數
I相乘后抽取得到的信號；其中k' > 0,且為整數，當k'為奇數 時yii化'）和y〇i化'）為0,當k'為偶數時yi2(k' )、yQ2化'）為0 ;
[0010] 對y"化'）和-y。化'）交替取樣作為I路，對5?化'）和5^化'）交替取樣作為Q 路，將I、Q兩路信號組合而成的復信號I+jQ即為近似直擴BPSK信號。
[0011] 采用上述直擴MSK信號的全數字接收方法，在對近似直擴BPSK信號進行捕獲前， 進行W下處理：對構造后的近似直擴BPSK信號，采集K個偽碼周期的擴頻信號，偽碼周期為 N;對K*N個樣點進行重排序，得到N段長為K的新序列。
[0012] 采用上述直擴MSK信號的全數字接收方法，通過對每一段長為K的序列做K點 FFT，進行多普勒濾波。
[0013] 采用上述直擴MSK信號的全數字接收方法，多普勒頻偏補償包括：將多普勒頻偏 表示為
=為擴頻碼速率，Af為剩余頻偏，其中每一個具體的fd僅 對應一組也m)，其中k和m為整數，k《K-l，m> 0 ;通過對多普勒濾波后的N段FFT結果 乘W相應的相位補償因子-,?背補償
，其中i= 0, 1，. . .N-1，j為虛部單位；通過在 時域上將本地偽碼乘W-個g吁，的頻率分量補償
部分，等價于在頻域上將本地偽碼 的FFT序列循環右移m位；通過適當地設置K的取值，使剩余頻偏Af不大于f72KN，從而 不影響后面的偽碼相位估計。
[0014] 采用上述直擴MSK信號的全數字接收方法，采用分段FFT進行偽碼相位并行捕獲， 包括
[001引對經過多普勒濾波、相位補償及偽碼FFT序列的移位處理后的輸出信號進行二次 重排序恢復為原來的順序，即重排為K段長為N的序列，并對每段長為N的序列進行基于 FFT的偽碼相位并行捕獲，得到偽碼的相關輸出結果；
[0016] 基于恒虛警準則設置判決口限；
[0017] 采用包絡檢測法，對相關輸出結果求模，并將峰值與判決口限進行比較：
[0018] (1)若峰值超過判決口限，則偽碼相位捕獲成功；
[0019] (2)若峰值未超過判決口限，將K段數據中的第一段數據丟棄，其余K-I段數據依 次向前移動，后面將繼續接收N點數據，重排后，得到新的N段長為K點的序列，繼續對偽碼 相位捕獲，直到峰值超過判決口限為止。
[0020] 本發明的直擴MSK信號二維聯合捕獲方法具有W下優點：（1)由于直擴MSK信號 形式的特殊性，與直擴BPSK信號有很多成熟的捕獲算法相比，直擴MSK信號的捕獲方法相 對較少。將直擴MSK信號轉換成一種近似直擴BPSK信號形式W后，對直擴BPSK的成熟算 法進行修改后就可用到直擴MSK信號中來，降低了直擴MSK全數字接收機的開發難度和代 價。（2)本發明中的捕獲方法通過循環移動本地偽碼的FFT序列來對大多普勒頻偏進行補 償，可W方便地擴大多普勒頻率捜索范圍，而不降低二維捕獲的性能，因而非常適合高動態 環境下的各種應用。（3)對偽碼相位和載波頻偏同時進行捜索，減少了捕獲時間，可滿足高 數據速率擴頻通信的應用需求。
[0021] 下面結合說明書附圖對本發明做進一步描述。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發明方法流程圖。
[0023]圖2是本發明實施例的捕獲模塊相關輸出的S維圖形。
[0024] 圖3是本發明實施例的檢測概率和虛警概率隨輸入信噪比的變化曲線。
[0025]圖4是本發明實施例的全數字接收機系統組成圖。
【具體實施方式】
[0026] 本發明輸入的中頻信號可W表示為
[0027]
(])
[002引其中，丫 1為發送的第i個擴頻后的數據符號，有丫 1= ±1，三布WjC,、，di為發 送的數據序列，C