[發(fā)明專利]基于范數(shù)擬合的非周期長碼直擴信號時延估計方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111953380B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設計）人: 邱釗洋;彭華;李天昀;陳香名
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學
• 主分類號: H04B1/7073
• 分類號: H04B1/7073;H04B1/7087
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 周艷巧

本發(fā)明屬于信號處理技術領域，特別涉及一種基于范數(shù)擬合的非周期長碼直擴信號時延估計方法及系統(tǒng)，對接收信號進行載波同步和定時同步，獲取非周期長碼直擴CDMA基帶波形；將長碼直擴信號建模為含缺失觀測的短碼直擴信號，依據(jù)信息碼碼元寬度將基帶波形重排為缺失數(shù)據(jù)矩陣，并獲取缺失數(shù)據(jù)矩陣的F范數(shù)曲線；設定等效周期，將缺失數(shù)據(jù)矩陣表示為元胞矩陣的循環(huán)重復表示，并依據(jù)元胞矩陣和篩查矩陣，獲取用戶信號F范數(shù)曲線平方模板；將多用戶信號F范數(shù)曲線建模為模板曲線的循環(huán)卷積，并利用最小二乘對模型求解，獲取各用戶失步時間參數(shù)。本發(fā)明可實現(xiàn)非合作接收條件下對大容量異步NPLC?DSSS?CDMA系統(tǒng)時延估計，在保證良好估計精度同時，有效降低系統(tǒng)運行復雜度。

技術領域

本發(fā)明屬于信號處理技術領域，特別涉及一種基于范數(shù)擬合的非周期長碼直擴信號時延估計方法及系統(tǒng)。

背景技術

直接序列擴頻(DSSS)信號因其顯著的安全性被廣泛應用于多種重要的通信場合，如大量商用通信等。同時，其還具有優(yōu)良的抗干擾和多址能力，尤其是較好的抗信道衰落性能使得其應用場景不斷被拓展，近年來逐漸被應用于移動通信以及水下通信等強干擾系統(tǒng)。DSSS發(fā)射機采用偽隨機序列對發(fā)送序列進行調(diào)制，在擴展頻譜的同時降低了發(fā)送功率，使接收信號顯現(xiàn)出類高斯白噪聲的特性，導致傳統(tǒng)的分析方法往往難以直接應用。因此，非合作接收條件下，對此類信號的檢測分析一直是研究的熱點和難點。通常，根據(jù)偽碼周期和信息碼周期之間的倍數(shù)關系，DSSS信號可分為三類：當偽碼周期與信息碼周期相等時，稱為短碼直擴信號(SC-DSSS)；當偽碼周期為信息碼周期的整數(shù)倍時，稱為周期長碼直擴信號(PLC-DSSS)；當偽碼周期大于信息碼周期且二者無整數(shù)倍關系時，稱為非周期長碼直擴信號(NPLC-DSSS)，此類信號已在實際的通信系統(tǒng)中得以應用，如跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)(TDRSS)。非周期長碼直擴信號碼分多址系統(tǒng)(NPLC-DSSS-CDMA)，對不同用戶的發(fā)送波形采用不同的偽隨機碼進行調(diào)制后疊加發(fā)射，接收信號表現(xiàn)為多個隨機符號起始位置的NPLC-DSSS信號的疊加。DSSS信號分析的核心是估計擴頻碼，大量的研究工作中都假設各用戶時延已知，實際上對于第三方接收而言，多用戶條件下用戶功率及偽碼序列未知，加之符號的隨機調(diào)制和低信噪比環(huán)境，使得時延估計并不簡單。

針對SC-DSSS及PLC-DSSS信號同步技術的研究已進行多年，已有較為成熟的方法，如Frobenius范數(shù)法(以下簡稱F范數(shù))、自相關包絡法、特征值分解法等。其中基于自相關矩陣F范數(shù)方法的原理可以概括為不同的失步時間對應不同的相關矩陣F范數(shù)，當同步時矩陣F范數(shù)達到最大。針對NPLC-DSSS信號而言，由于偽碼周期內(nèi)波形被信息符號隨機調(diào)制，周期分段時，同一符號下信號相關矩陣F范數(shù)不能實現(xiàn)累加，導致該方法不能直接應用，且目前針對異步多用戶盲同步技術的研究成果十分有限，未見有足以應對大容量NPLC-DSSS-CDMA系統(tǒng)盲同步的可靠方案。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明提供一種基于范數(shù)擬合的非周期長碼直擴信號時延估計方法及系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)非合作接收條件下對大容量異步NPLC-DSSS-CDMA系統(tǒng)的時延估計，在保證良好估計精度的同時，能夠有效降低系統(tǒng)運行復雜度。

按照本發(fā)明所提供的設計方案，一種基于范數(shù)擬合的非周期長碼直擴信號時延估計方法，包含如下內(nèi)容：

對接收信號進行載波同步和定時同步，獲取非周期長碼直擴CDMA基帶波形；

將長碼直擴信號建模為含缺失觀測的短碼直擴信號，依據(jù)信息碼碼元寬度將基帶波形重排為缺失數(shù)據(jù)矩陣，并獲取缺失數(shù)據(jù)矩陣的F范數(shù)曲線平方；

結合基帶波形中信息碼碼元寬度和擴頻偽碼序列長度，設定非周期長碼直擴CDMA信號的等效周期，將缺失數(shù)據(jù)矩陣表示為元胞矩陣的循環(huán)重復表示，通過對元胞矩陣中同符號元素位置判定來得到元胞矩陣的篩查矩陣，以獲取用戶信號F范數(shù)曲線平方模板；

依據(jù)標準擬合范數(shù)曲線構成，將用戶信號F范數(shù)曲線建模為模板曲線的循環(huán)卷積，并利用最小二乘對模型求解，獲取各用戶失步時間參數(shù)。