专利名称：短时突发扩频信号传输与接收方法
技术领域：
本发明涉及无线通信中的扩频技术，具体地，涉及一种短时突发扩频信号传输与接收方法。
背景技术：
扩频通信技术由于具有抗干扰、抗多径、保密性好、不易截获等诸多的优点，而被广泛地应用于民用、军事等诸多领域。无线信道在通信过程中信道参数往往随时间呈现出相对剧烈的变化，因此通常采用突发模式。突发模式传输的难点在于同步参数和信道参数的快速估计上，而采用直接序列扩频技术的突发信号接收更加大了对快速捕获以及快速估计的难度。突发传输模式是以单个数据包为单位传送数据，可以间歇或连续地发送数据包单元。考虑到在移动信道环境下两个突发数据包发送时间上的不连续，解调前一个数据包所得到的同步信息和信道参数信息往往不能为解调下一个数据包所利用，每一个数据包均需要重新估计各种参数。为了实现快速同步捕获和估计各种信道参数，通常是在每一个要发送的数据包前面插入一个特定图案的前导序列，接收机利用前导序列作为辅助数据来进行定时同步和载波恢复，在有限的前导序列期间，突发解调器需要实现快速可靠的同步捕获以及载频、相位信息的快速估计。 因此，传统的锁相环等连续反馈控制算法较难应用于这种短突发通信模式。突发模式扩频收发信机物理层要求支持最小一个时隙突发的信息传输。在通信过程中的大多数情况下，以时隙为最小传输单位的信息传输是不连续的，收发信机接收到任何两个时隙突发的时间间隔是不定的。目前应用最为广泛的还是基于前导序列的突发系统，前导同步技术有以下优点参数估计过程简单，实现规模可以接受，性能好，同步速度快，信噪比门限低。对于基于前导序列的同步，需要前导序列来完成信号捕获，同步参数的粗估计以及帧数据起始位置指示。前导序列一般就分为两部分，包括一部分固定为全“1”或全“0”的辅助捕获字段和独特码(唯一字)段，参见公开文献“管云峰，张朝阳，焦向峰，仇佩亮。突发模式DS-CDMA-QPSK接收机的设计与实现。电路与系统学报，2001，6 (4) :45_50”。 突发扩频信号的捕获算法主要有基于载波信号功率谱特性的快速捕获算法，通过计算解扩信号功率谱最大值与次大值的比值，并将该比值与判决门限进行比较，从而判断捕获成功与否，参见公开文献“陆继珍，卜爱民。高动态短时突发扩频信号的快速捕获技术研究。半导体技术，2008，33 (6): 530-533”。针对短时突发模式下直接序列扩频通信系统要求在有限时间内以很低虚警和漏警概率捕获PN码相位这一难题，公开文献“安建平，沈业兵，王爱华，罗常青。一种低输入信噪比和低恒虚警约束下的PN码快捕算法。兵工学报，2007，28(11) :1320-1321”提出了一种基于数字匹配滤波器(DMF)的多码元非相干累加单次驻留检测的PN码快速捕获算法。它在传统单次驻留算法的基础上，用多码元累加来提高码相位判决量的信噪比，从而大大降低了低输入信噪比和低恒虚警约束下的平均捕获时间。公开文献“张桂华，王缚鹏。一种快速捕获短时突发直扩序列的方法。无线电工程，2004，34 (7) 24-55”采用中频积累和视频积累相结合、等待式伪码级联相关计算的技术，较好地解决了短时突发伪随机码的快速捕获问题。公开文献“王祖良，姚春光，王娟，郑林华。复杂环境下突发短帧扩频通信系统处理算法设计与综合性能仿真。信号处理，2008， 24(4) 696-699”提出采用基于频域的并行捕获方法，并且采用变频率范围、变频率步进和变积分时间的搜索策略，使系统既能在大频偏条件下工作，又能在低信噪比条件下工作。公开文献“王君，安建平，宋淑娟。一种新的高动态直扩接收机快速码捕获方法。北京理工大学学报，2004，24 (5) 439-465”以快速捕获为目标，提出了分段匹配滤波相关法、最大选择检测法和多通道频率并行搜索加FFT校频技术的PN码捕获方法，仿真结果表明该方法可以容忍更大的频率动态范围，在较低信噪比下快速完成码捕获。这些算法或者不使用突发帧的前导序列，或者仅使用突发帧中前导序列的全“ 1”或全“0”部分，并没有考虑独特码的应用，将突发信号检测、PN码同步与帧同步割裂了开来，这使得同步过程需要的前导序列变长，降低了传输效率。本发明提出了一种短时突发扩频信号传输与接收方法。本发明在突发前导序列中仅使用独特码，而不使用全“1”或全“0”序列，提高了传输效率。同时，本发明还提出了基于差分运算的突发信号接收方法，可同时快速完成突发信号检测、PN码捕获、频偏估计、帧同步检测和位定时捕获等任务。
发明内容
本发明提供了一种短时突发扩频信号传输方法，并且提供一种基于差分运算的突发信号接收方法，可同时快速完成突发信号检测、PN码捕获、频偏估计、帧同步检测和位定时捕获等任务。根据本发明的一个方面，提供一种短时突发扩频信号传输与接收方法，其特征在于包括如下步骤
步骤一将独特码与承载数据组成突发扩频信号帧结构，其中，将独特码作为前导序
列；
步骤二 令接收机采用基于差分运算的突发信号接收方法，可同时快速完成突发信号检测、PN码捕获、频偏估计、帧同步检测和位定时捕获任务。优选地，在所述步骤一中，将成帧后的数据与扩频码进行扩频处理，然后进行成形滤波与BPSK调制。优选地，在所述步骤二中，接收机将扩频码捕获与独特码捕获同时考虑，将I 个独特码
权利要求
1.一种短时突发扩频信号传输与接收方法，其特征在于包括如下步骤步骤一将独特码与承载数据组成突发扩频信号帧结构，其中，将独特码作为前导序列；步骤二 令接收机采用基于差分运算的突发信号接收方法，同时快速完成突发信号检测、PN码捕获、频偏估计、帧同步检测和位定时捕获任务。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述步骤一中，将成帧后的数据与扩频码进行扩频处理，然后进行成形滤波与BPSK调制。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述步骤二中，接收机将扩频码捕获与独特码捕获同时考虑，将I个独特码I V.,. x,f .}对应的扩频后信息序列作为一个超级扩频码看待，记为γ = / ^ c ^ c t rl。Ij .1 Λ*—" “· .1 ■ - · '■■* .1 1 f · iν (_%· ν “ ν ν _ “ 'v^y· .,.j 一· j
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述步骤二中，超级扩频码捕获过程中采用滑动平均方法估计差分输出信号的噪声功率，并据此自适应设置判决门限；差分输出经积分后取实部作为判决变量与门限值进行比较，进行超级扩频码捕获检测。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述步骤二中，在完成了超级扩频码的捕获后，根据差分输出信号的对称性，进行位同步捕获。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述步骤二中，在完成位同步捕获后，利用最佳采样点构成的序列进行频偏估计。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤二包括如下步骤第一子步骤模拟信号经ADC后变为数字信号，假设每chip采样#个样本，即采样周期 Ts=TcZN, Tc 为 chip 周期；第二子步骤数字采样信号以速率4=1/7^进行匹配滤波，滤波输出如下其中是chip能量，是经chip匹配滤波后的基带脉冲，即升余弦(RC)脉冲， = 是用户发送信息，为用户扩频码，Δ !) = 2;ΓΔ/是Doppler频移与载波频差共同引起的频率偏差， 是接收端的载波相位，它包含发端的载波初相和传输信道引起的相位变化，是单边功率谱密度为的复高斯白噪声，均值为0，方差为> σ 2 ；匹配滤波a输出送至移位寄存器进行存储；第三子步骤以匹配滤波输出的当前样本为指针，以#为抽取比进行抽取，得到每chip 一个点的抽取序列；第四子步骤抽取序列与超级扩频码石进行相关运算，其输出如下
全文摘要
本发明提出了一种短时突发扩频信号传输与接收方法，包括步骤步骤一将独特码与承载数据组成突发扩频信号帧结构，其中独特码起到前导序列的作用；步骤二令接收机采用基于差分运算的突发信号接收方法，同时快速完成突发信号检测、PN码捕获、频偏估计、帧同步检测和位定时捕获任务。本发明提供的方法在突发前导序列中仅使用独特码，而不使用全“1”或全“0”序列，提高了传输效率。同时，本发明还提出了基于差分运算的突发信号接收方法，可同时快速完成突发信号检测、PN码捕获、频偏估计、帧同步检测和位定时捕获等任务。
文档编号H04L25/02GK102332933SQ20111029874
公开日2012年1月25日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者吴团锋, 归琳, 徐友云, 徐胤, 熊箭, 马文峰 申请人:上海交通大学