[發明專利]基于FFT全相干累積時頻域并行捕獲方法

在審

• 申請號: 201510971541.3
• 申請日: 2015-12-22
• 公開（公告）號: CN105553507A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 唐平;韓航程;張黎;卜祥元;蔣志科
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04B1/7075
• 分類號: H04B1/7075
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于無線通信領域，具體涉及一種直接序列擴頻通信系統的同步方法，實現對低信噪比、大頻偏下突發直擴信號的快速捕獲。

背景技術

直接序列擴頻(DSSS：DirectSequenceSpreadSpectrum)信號具有抗多徑衰落、抗干擾能力強、發射功率低、截獲率低、保密性好等特點，目前在軍事、移動和衛星通信中得到廣泛應用。在某直接序列擴頻系統中，接收信號是突發的，同步頭調制信息為全“1”或全“0”序列，并且具有低信噪比和大多普勒頻偏的特點。信號捕獲速度直接影響接收機的捕獲性能以及系統數據傳輸的有效率，同時低資源消耗量是實現接收機小型化目標的關鍵。因此，研究低處理資源、適應大頻偏、突發弱直擴信號的快速捕獲方法具有重要意義。

直接序列擴頻信號的捕獲實際上是對偽碼相位和多普勒頻偏進行二維搜索的過程，等效于一個二元假設檢驗問題。捕獲算法主要涉及偽碼相關、累積、以及檢測判決等方面。針對低信噪比和大多普勒頻偏的突發短信號的快速捕獲，本文將主要研究偽碼相關和累積算法。偽碼相關主要有滑動相關法、匹配濾波器法和基于FFT算法等，滑動相關法捕獲速度很慢，匹配濾波器法和基于FFT算法分別為時、頻域偽碼并行捕獲算法，相比而言后者運算量小。常用的累積算法有相干累積、非相干累積和差分相干累積三種，非相干累積算法的平方損耗很大，不適合應用于信噪比很低的情況，而一般的相干累積和差分相干累積算法對多普勒頻移非常敏感，在大多普勒頻偏環境下性能損失嚴重。本文提出一種基于FFT全相干累積時頻域并行捕獲算法，并通過合理設計偽碼相關和累積算法實現架構，利用存儲資源大幅度降低信號處理資源開銷和平均捕獲時間，較短時間內完成偽碼相位-多普勒頻偏的高精度并行搜索。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于FFT全相干累積時頻域并行捕獲方法，解決了處理資源受限的直接序列擴頻系統中大多普勒頻偏下突發弱信號的快速捕獲問題。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

首先對相關表示符號進行說明。f_d表示多普勒頻偏范圍，R_b表示接收信號符號速率，L_c表示偽碼碼長，同步頭是全“1”序列，長度為L_h。L表示一個符號周期內的采樣數據長度；V表示相干累積符號數；表示頻域分割次數，表示向上取整。

一種基于FFT全相干累積時頻域并行捕獲方法，包括以下步驟：

步驟一，中頻模擬信號經過AD轉換得到中頻采樣信號，對采樣信號進行數字正交下變頻和低通濾波處理，獲得基帶信號I、Q。通過采樣率變換，假定信號采樣速率為2倍擴頻碼速率，則L_s＝2L_c。

步驟二，捕獲啟動。時域圓周相關等價于頻域共軛相乘，偽碼相關模塊的輸入包括接收信號和本地偽碼。其中本地偽碼由1個符號周期的偽碼和1個符號周期的全零序列組成，經過補零FFT和共軛操作后，其結果存儲在本地緩存器中。接收信號為2個符號周期的采樣數據s(iT_s)，i＝0,1,…,2L-1，經過補零FFT后，獲得頻域數字信號S(k)，k＝0,1,…,2L-1,2L,2L+1。依次循環移位得到S(k-u)，u＝-U,…U，分別與本地存儲的偽碼頻域共軛值相乘，然后進行IFFT操作，最后將輸出結果的前L個數據存在三維矩陣[X]_L×V×U中的X(1:L,1,u)位置上。因此，信號頻域移位補償后剩余多普勒頻偏范圍大小為1/(2LT)，即|Δf_d|≤1/4(LT)。需要注意的是，為滿足FFT運算2的冪次方要求，時域序列補零，導致范圍略小于1/(2LT)，但其影響很小可忽略。

步驟三，對新進入偽碼相關模塊的第v、v+1個符號數據重復步驟二操作，結果存在X(1:L,v,1:U)。當矩陣存滿V列后，步驟四啟動。

步驟四，按行l、頁u依次取矩陣X中的V列數據補u零做M點FFT運算，得到矩陣[Y]_L×M×U。其中起始列v的初始值為0，后續操作逐漸累積，最小累積步進為1，具體值應根據系統處理速度來設計。