专利名称：基于fft的直接序列扩频系统的大频偏二次捕获方法
技术领域：
本发明涉及一种基于FFT的直接序列扩频系统的大频偏二次捕获方法，属于数字 信息传输技术领域。
背景技术：
直接序列扩频通信相对于其他通信系统，有两方面的优点一是它能够与现有的 其他通信系统保持良好的共存性；二是极低的发射功率谱密度可使有用信号完全湮没在背 景噪声之中，降低被截获和被检测概率，从而增强了通信的隐蔽性和安全性。随着卫星通信 技术、高速移动通信技术，特别是随着新的通信数据业务、导航定位和测控技术的发展，对 星载、机载等高速移动接收设备在低信噪比、大多普勒频移条件下的解调性能和设备复杂 度要求越来越高。直接序列扩频系统在良好的抗干扰特性、抗截获特性和抗多径特性方面有着不可 比拟的优势，但是通信双方在高速移动环境下带来的多普勒效应会导致到达接收机的信号 产生较大的频率偏移，例如工作在C波段的中轨道(约10000km)和低轨道(约1000km) 卫星通信系统的最大多普勒频移典型值分别为士 IOOkHz和士200kHz ；对于工作频段在 2. 4GHz高度为300km的低轨卫星通信系统，其最大多普勒频移变化率可达1600Hz/s ；不仅 如此，现代军用飞机的高速运动也能够造成通信信号多普勒频移到达十千赫兹的量级。而 直接序列扩频系统对频率偏移十分敏感。接收信号的多普勒频移具有大范围快速时变的特点，这就对正确数据解调提出了 很高的要求。尤其在卫星通信和复杂信道环境下的移动通信中，低信号功率和低信噪比条 件使得接收机对细微的频偏都十分敏感。这种低信号功率和低信噪比下的频率偏移大大影 响了通信质量，严重时会引起扩频码的相关峰陡然下降使得接收机同步十分困难，导致通 信性能急剧恶化。传统的解决方法有扩大二维搜索的范围，发送导频序列等，但通常是以增 加系统复杂性、延长信号捕获时间为代价，特别是在低信噪比环境下极有可能出现捕获频 率模糊或者误差较大，这会直接导致解调性能的恶化。可见传统的扩频通信同步技术不能满足星载、机载等高速无线移动通信在低功率 谱、低信噪比、低复杂度条件下的快速频率同步要求。开展高效、低复杂度的大频偏快速捕 获技术研究势在必行。
发明内容
本发明的目的是为了解决直接序列扩频通信系统在低信噪比环境下进行多普勒 频率同步时的模糊问题，提供一种基于FFT的直接序列扩频系统的大频偏二次捕获方法。 该方法可以满足星载、机载等高速无线移动通信在低功率谱、低信噪比、低复杂度条件下实 现快速、准确的频率同步要求。本发明是通过以下技术方案实现的。本发明一种基于FFT的直接序列扩频系统的大频偏二次捕获方法，其实现过程中所依托的硬件平台是星载或者机载直接序列扩频系统接收机，步骤如下1、将接收机接收到的基带信号经过数字低通滤波器滤波，得到的信号为带有多普 勒频偏的准基带信号s (m)，s (m)与原始数据信息a(m)两者之间的关系为
权利要求
一种基于FFT的直接序列扩频系统的大频偏二次捕获方法，实现过程中依托的硬件平台为星载或者机载直接序列扩频系统接收机，其特征在于步骤为1)将接收机接收到的基带信号经过数字低通滤波器滤波，得到的信号为带有多普勒频偏的准基带信号s(m)其中m为采样点，a(m)为原始数据信息，pn(m)为扩频码，fd为多普勒频偏，Tc为码片宽度，为初始相差，N(m)为高斯白噪声；2)构造补偿频点，即将补偿频点间隔设定为Rb/2，其中Rb为符号速率，均匀得到共计2×I+1个补偿频点，其中I的大小为系统要求能承受的多普勒频偏范围与补偿频点间隔的比值，其中第i个补偿频点的频率为fi＝i×Rb/2，i∈[ I，I]；3)以步骤2)所构造的2×I+1个补偿频点对准基带信号s(m)进行频偏补偿，得到的第i个频点补偿后的信号为其中i∈[ I，I]；4)构造数字匹配滤波器，计算由步骤3)得到的每个频点补偿后的信号si(m)在不同码相位下与扩频码的相关值；设定数字匹配滤波器的抽头系数长度为扩频比L＝Rc/Rb，其中Rc为扩频码速率，抽头系数取值与扩频码pn(m)的值一致；数字匹配滤波器对步骤3)得到的信号si(m)进行积分处理，输出信号为sidmf(m)，其模平方|sidmf(m)|2即为在不同码相位下信号si(m)与扩频码的相关值，本步骤中i∈[ I，I]；5)对每个补偿频点下的相关值|sidmf(m)|2分别进行非相干累加后得到每个补偿频点下的累加检测值，其中第i个频点下的累加检测值为 <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为非相干累加次数，M的值由系统捕获概率决定；6)分别比较每个补偿频点下的累加检测值Ai(m)，i∈[ I，I]，确定其中的最大值correlator(i)＝MAX{Ai(m)，m＝0，1，...，L 1}，该最大值correlator(i)即为第i个补偿频点的相关峰，记录每个补偿频点的相关峰和相关峰对应的唯一码相位，本步骤中i∈[ I，I]；7)对全部2×I+1个补偿频点下的相关峰进行比较，记录其中相关峰的最大值MAX{correlator(i)，i∈[ I，I]}所对应的补偿频点，记为i′，根据i′计算得出准基带信号s(m)的多普勒频偏的估计值fi′＝i′×Rb/2，并将在补偿频点i′处捕获的码相位进行存储；8)根据步骤7)捕获的频点i′对准基带信号s(m)进行频偏补偿得到其中fi′为准基带信号s(m)当前估计的多普勒频偏，再将步骤7)中在频点i′时捕获的码相位对si′(m)去除扩频码，输出准基带信号s(m)的预估解扩值的实部和虚部，分别为其中I(n)、Q(n)分别为预估解扩值的实部和虚部，n为采样点，Ts为符号宽度；9)对步骤8)得到的预估解扩值进行预处理，估计剩余频偏，预处理具体计算过程为预处理后得到复信号I′+jQ′，对I′+jQ′作FFT处理，得到在补偿频点i′下的剩余频偏fFFT，此时FFT处理可以估计的频偏范围为[ Rb/4，Rb/4]，即fFFT∈[ Rb/4，Rb/4]；10)根据捕获的频点i′及其左右相邻两个频点i′ 1，i′+1所对应的频率分别加上fFFT构造三个新的补偿频点，其频率分别为f 1、f0、f1，利用这三个新的补偿频点再次对原始输入信号进行捕获，f 1、f0、f1分别为f 1＝fi′ 1+fFFT，f0＝fi′+fFFT，f1＝fi′+1+fFFT对这三个补偿频点重复步骤3)～步骤7)，此过程中步骤3)～步骤6)中所用到的补偿频点个数为3个，也即I＝1，其频率分别为f 1、f0、f1，步骤7)中3个补偿频点下的相关峰最大值所对应的补偿频点记为d′，根据d′计算得出准基带信号s(m)的多普勒频偏的估计值fd′＝d′×Rb/2，将在补偿频点d′处捕获的码相位进行存储；11)根据步骤10)捕获的频点d′对准基带信号s(m)进行频偏补偿得到其中fd′为准基带信号s(m)最终估计的多普勒频偏，再将步骤10)中在频点d′时捕获的码相位对sd′(m)去除扩频码，输出准基带信号s(m)的最终解扩值的实部和虚部，分别为其中I(n)、Q(n)分别为预估解扩值的实部和虚部，n为采样点，Ts为符号宽度；12)利用步骤11)得到的准基带信号s(m)的最终解扩值的实部和虚部I(n)、Q(n)进行信号解调，恢复得到原始数据信息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
本发明的一种基于FFT的直接序列扩频系统的大频偏二次捕获方法，属于数字信息传输技术领域。本方法提出了二次捕获的概念，其硬件平台为星载或者机载直接序列扩频系统接收机，其过程为将准基带信号s(m)的预估解扩值进行预处理后构造三个新的频点，并依据该三个频点对原始输入信号进行二次捕获，对二次捕获结果进行解扩、解调最终恢复得到原始数据信息。本方法算法简单、灵活，计算结果精度高，提高了低信噪比通信环境下的捕获概率，提高了频偏估计的准确度，同时采用FFT细频偏估计与二次捕获相结合可以缩短二次捕获的时间。
文档编号H04L25/02GK101969321SQ201010536648
公开日2011年2月9日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者丁晓, 汪婧, 王爱华, 薛斌, 郭宇琨 申请人:北京理工大学