[發明專利]基于最大似然估計的擴頻捕獲方法

有效

• 申請號: 200910243781.6
• 申請日: 2009-12-24
• 公開（公告）號: CN101753175A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 肖振宇;張家琦;金德鵬;朱亮;蘇厲;曾烈光
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04B1/707
• 分類號: H04B1/707
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 胡小永

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，尤其涉及一種基于最大似然估計 的擴頻捕獲方法。

背景技術

擴頻捕獲是擴頻系統最為關鍵的技術之一，也叫做粗同步。擴頻 捕獲的目的是粗略估計接收到的碼序列相位，以便調整本地碼序列相 位，使得本地碼序列相位與接收碼序列相位之差在1個碼片之內。整 個不確定相位區域是由若干個in-phase相位(H₁)和out-of-phase相 位(H₀)組成。H₁相位表示與接收碼序列相位之差在1個碼片之內 的本地碼序列相位，而H₀則表示與接收碼序列相位之差大于1個碼片 的本地碼序列相位。傳統直接序列擴頻系統下，一般認為不確定區域 內只有一個H₁相位，剩下的都是H₀相位。但是在多徑環境下，可能 存在多個H₁相位。對于實際的擴頻捕獲系統，整個不確定相位區域為 一個碼序列周期N_cT_c，其中N_c為碼序列碼片數，T_c為碼片周期，采樣 率T_s則為離散相位的基本單元，因此不確定的相位共有N_cT_c/T_s個。

一般來講，擴頻捕獲過程分搜索階段和驗證階段兩個階段。在搜 索階段，接收機按照某種搜索策略，在整個不確定相位區域內進行搜 索，不斷地步進調整本地碼相位，直到搜索到H₁相位。這個搜索到的 H₁相位是暫時的，有待進一步驗證。然后在驗證階段，接收機進一步 驗證所搜索到的H₁相位是否正確。對于沒有驗證階段的擴頻捕獲系 統，稱為單次駐留系統；對于有驗證階段的擴頻捕獲系統，則稱為多 次駐留系統；對于在驗證階段僅驗證一次的系統，稱為雙駐留系統。 雙駐留系統在實際應用中更為廣泛。

傳統擴頻捕獲方法如圖一所示。在搜索階段本地序列與接收序列 進行相關運算，運算結果作為判決量與第一門限進行比較，如果小于 第一門限，則認為本地序列相位為H₀相位，需要調整本地序列相位后， 繼續進行比較，直到相關值大于等于第一門限，此時暫時認為本地序 列相位為一個H₁相位，系統進入驗證階段。值得說明的是，如果捕獲 系統每個碼序列周期才判決一次，則稱采用了滑動相關法；如果捕獲 系統每個采樣間隔都判決一次，則稱采用了匹配濾波法。顯然由于匹 配濾波法每個采樣間隔內就需要計算出相關值，因此對硬件電路計算 速率要求較高，但可大大縮短捕獲時間。在驗證階段，捕獲系統保持 本地序列與接收序列的相對相位不變，進行同步滑動相關。如果相關 值小于第二門限，則驗證失敗，系統重新返回搜索階段；否則認為驗 證成功，從而系統捕獲成功。該系統為一個雙駐留系統。需要說明的 是，圖一中所示的系統采用的是相干檢測，如果是非相干檢測，那么 用于判決比較的就不是相關值，而是相關值的一范數或者二范數。一 范數為實部與虛部的絕對值之和，二范數為實部與虛部的平方和。

圖1為傳統擴頻捕獲方法的流程示意框圖。該傳統擴頻捕獲方法 在擴頻序列較長、信道為加性白高斯信道時工作較好，然而，這種方 法存在著如下缺陷：

1)對于包交換通信系統，采用長的擴頻序列會增大不確定相位 區域(整個不確定區域為一個碼序列周期)，使得捕獲時間較長，導 致用于捕獲的開銷較大。盡管采用匹配濾波法可以減少捕獲時間，但 是對硬件計算速率要求過高，難以實現。

2)實際系統在碼片速率采樣的情況下(T_s＝T_c)會存在兩個相鄰 的H₁相位，因為采樣不可能剛好采在相關峰的那一點，而是會采在相 關峰的左右兩邊，這兩個點相位差為一個碼片。這樣先被檢測到的H₁相位有可能對應的能量較小，從而在驗證階段驗證失敗的概率較大。 這不僅會增大系統捕獲時間，也會影響整個通信系統的穩定性。同樣， 對于過采樣系統，即一個碼片采樣多個點的系統，更會存在類似情況。

3)在多徑環境下，由于存在多個H₁相位，每個H₁相位對應某一 條獨立徑。如果搜索階段搜索到一條能量較小的徑，那么在驗證階段 驗證失敗的概率就會較大。這也會增大系統捕獲時間，影響整個通信 系統的穩定性。