[發(fā)明專利]一種高動(dòng)態(tài)環(huán)境中無線通信系統(tǒng)的同步捕獲方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710404998.5
• 申請(qǐng)日: 2017-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN106998586B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程郁凡;李曼姝;李乾鑫;柏果;王小青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W56/00
• 分類號(hào): H04W56/00;H04J3/06;H04L27/00
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及在高動(dòng)態(tài)環(huán)境中無線通信系統(tǒng)的同步捕獲方法。本發(fā)明的方法先對(duì)接收信號(hào)的差分解調(diào)軟信息序列與本地同步捕獲序列進(jìn)行一級(jí)相關(guān)，差分解調(diào)可以有效地克服大頻偏對(duì)相關(guān)峰值的影響；然后多個(gè)一級(jí)相關(guān)值構(gòu)成的圖案和本地二級(jí)捕獲圖案進(jìn)行二級(jí)相關(guān)，若二級(jí)相關(guān)峰值大于門限則認(rèn)為時(shí)間同步捕獲成功；時(shí)間同步捕獲成功后，再用接收的同步信號(hào)波形和本地同步捕獲波形進(jìn)行多級(jí)頻偏估計(jì)和補(bǔ)償，完成頻率同步，從而完成系統(tǒng)的同步捕獲；與傳統(tǒng)的同步捕獲方法相比，本發(fā)明的方法在相同的虛警概率下可提高同步捕獲概率，并可大大提高頻偏估計(jì)范圍和頻偏估計(jì)精度，可以在高動(dòng)態(tài)環(huán)境中很好地完成同步捕獲。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及在高動(dòng)態(tài)環(huán)境中無線通信系統(tǒng)的同步捕獲方法。

背景技術(shù)

在無線通信系統(tǒng)中，同步是數(shù)據(jù)正確傳輸?shù)那疤幔讲东@作為同步技術(shù)中最重要的一環(huán)，包括時(shí)間同步和頻率同步兩部分。通常情況下，接收端并不知道信號(hào)的開始位置，無法直接接收并解調(diào)出數(shù)據(jù)信息，故需要時(shí)間同步；接收信號(hào)的載波和本地載波也并不完全同步，存在頻率偏移(簡(jiǎn)稱頻偏)，故需要頻率同步；尤其當(dāng)接收機(jī)處于高動(dòng)態(tài)環(huán)境中時(shí)，收發(fā)相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)將導(dǎo)致接收信號(hào)與發(fā)射信號(hào)間存在較大頻偏，大頻偏將對(duì)傳統(tǒng)同步方法的時(shí)間同步捕獲性能造成很大影響，因此如何實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)環(huán)境中無線通信系統(tǒng)的時(shí)間同步和頻率同步是同步捕獲的一個(gè)難題。

針對(duì)高動(dòng)態(tài)環(huán)境中無線通信系統(tǒng)的同步捕獲問題，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作，通常采用以下方法：1)多通道時(shí)域(或頻域)并行捕獲方法，該方法對(duì)接收信號(hào)同時(shí)進(jìn)行不同支路的頻率補(bǔ)償，以大于門限的相關(guān)值中最大值所在支路對(duì)應(yīng)的時(shí)刻位置、多普勒變化率和頻偏作為時(shí)間同步和頻率同步結(jié)果；2)基于時(shí)域滑動(dòng)相關(guān)的同步串行捕獲方法，該方法是在時(shí)域?qū)邮招盘?hào)與本地同步序列進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)，當(dāng)相關(guān)值大于門限時(shí)認(rèn)為時(shí)間同步捕獲完成，并根據(jù)多個(gè)相關(guān)值進(jìn)行頻偏估計(jì)；3)基于快速傅里葉變換(FastFourier Transformation，F(xiàn)FT)的快速捕獲方法，該方法是方法2的頻域快速實(shí)現(xiàn)，以頻域相乘操作來等價(jià)完成時(shí)域的相關(guān)操作，對(duì)比時(shí)域滑動(dòng)相關(guān)操作，這種方法大大減少了捕獲時(shí)間；4)基于分段匹配濾波(Partial Matched Filtering，PMF)的PMF-FFT算法，該方法在時(shí)域選取長(zhǎng)序列的一部分進(jìn)行相關(guān)，可以在一定程度上抵抗頻偏對(duì)長(zhǎng)序列的影響，再用部分相關(guān)值做FFT估計(jì)頻率，可以提高頻率估計(jì)范圍。

多通道時(shí)域(或頻域)并行捕獲方法原理相對(duì)簡(jiǎn)單，可以完成高動(dòng)態(tài)環(huán)境中的時(shí)間和頻率同步，但在頻偏較大的環(huán)境中需要多路并行處理，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度過高；基于時(shí)域滑動(dòng)相關(guān)的同步串行捕獲方法和基于FFT的快速捕獲方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其中FFT方法復(fù)雜度大大低于時(shí)域滑動(dòng)相關(guān)，但二者性能一致，這兩種方法都適用于完整周期偽隨機(jī)序列的捕獲，在小頻偏時(shí)，同步序列越長(zhǎng)，相關(guān)性越好，但在大頻偏時(shí)，長(zhǎng)序列的相關(guān)性受頻偏影響很大，從而會(huì)降低同步捕獲性能，因此，大頻偏時(shí)這兩種方法只適用較短序列進(jìn)行捕獲，與長(zhǎng)序列相比，短序列的頻偏估計(jì)范圍雖然較大，但其相關(guān)性較差，在低信噪比和小頻偏時(shí)不能滿足系統(tǒng)同步捕獲性能要求，因此，同步捕獲序列長(zhǎng)度的選擇需兼顧序列相關(guān)性和頻偏估計(jì)范圍，過長(zhǎng)和過短都無法滿足系統(tǒng)需求；PMF-FFT是目前比較常用的長(zhǎng)碼捕獲算法，基于兼顧相關(guān)性較好和頻偏估計(jì)范圍較大的需求，選擇了長(zhǎng)序列的部分相關(guān)，但部分相關(guān)的操作破壞了長(zhǎng)序列的好相關(guān)特性，對(duì)相關(guān)峰值造成一定損失，降低了時(shí)間同步捕獲性能，同時(shí)部分相關(guān)的時(shí)間長(zhǎng)度也決定了頻偏估計(jì)范圍，抵抗大頻偏的能力有限，因此這三種方法雖然可以應(yīng)對(duì)有一定頻偏的環(huán)境，但很難應(yīng)對(duì)高速飛行的空地通信、空空通信等具有更大頻偏的高動(dòng)態(tài)環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容