CN102685066A - 大频偏条件短时猝发高扩频通信接收***的载波恢复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大频偏条件下短时猝发高扩频通信接收***载波恢复方法。现有方法无法在极低信噪比门限情况下,依靠短时前导码元序列完成大频偏条件下载波的恢复。本发明首先计算扩频码相关峰值,通过改变接收***本地载波频率,对相关峰值进行比较、定位,以获取载波频偏的粗略估计值;然后通过状态机完成扩频码的同步并对数据进行解扩;对解扩的数据进行复数快速傅里叶变换,进一步修正接收***本地载波频率;最终利用I/Q数据构造出锁相环路完成载波频率的精确同步和相位的跟踪。本发明方法可以准确快速可靠的完成载波恢复,可对付的载波频偏范围大,且工作门限低。
Description
技术领域
本发明属扩频通信技术领域,具体涉及一种短时猝发高扩频通信接收***在大频偏条件下的载波恢复方法。
背景技术
扩频通信技术具有抗干扰、抗噪声、抗多径衰落、低功率谱密度下工作、保密性好等优点,因此广泛应用于军事和民用通信领域,当然也包含移动通信业务。在移动通信业务中,若发射***和(或)接收***载体具有较高的机动性,则会引发较大的多普勒频移,造成发射***和接收***间载波频率偏差过大,从而无法正常解调。常用的载波恢复方法有自动频率控制环路(AFC),锁相环(PLL)等。其中自动频率控制环路纠正的频偏范围较大,假定***码元速率为 波特,则AFC可纠正的最大频偏数值接近Hz;锁相环则用来纠正小范围的频偏(如AFC处理之后的残留频差)以及跟踪载波相位差。然而在某些高速移动通信场合下,***载体处于高速运动状态,引发的多普勒频移偏差值可达到码元速率的数倍,此时仅凭AFC和PLL方法无法完成载波的恢复。
此外,为进一步提升抗干扰能力和强化保密性,要求扩频***应尽可能地提高扩频因子,并采用短时猝发体制的通信方式以降低信息被捕获及破译的风险。因此,高扩频***的扩频因子一般大于等于1023,如全球定位***(GPS),此时的***工作门限极低,信号完全被噪声湮没,无法直接对接收到信号实施载波恢复算法,必须先对信号进行解扩处理,获得扩频增益之后方可施行。而短时猝发体制下数据帧中用于进行载波恢复和定时恢复的前导序列长度一般不超过几百个码元。在极低门限和大频偏条件下,常规的方法无法在简短的前导序列时间段内完成载波恢复。
发明内容
本发明的目的就是克服现有的载波恢复方法的不足,提出一种新颖有效的针对低门限、大频偏条件下短时猝发高扩频通信接收***载波恢复方法,在数百个前导序列码元内准确完成载波频偏的纠正和载波相位的跟踪。本发明方法可适用于正交幅度调制,并带有前导序列的扩频通信接收***。
步骤(1)设置接收***本地载波频率,用于对输入中频信号进行频谱搬移。
在一个码元周期内,比较并记录该周期内相关峰的最大值,总共记录K个码元周期,从而获得K个最大相关峰值;对上述K个码元周期内的最大相关峰值求和并记录,,参数K的选择通常视前导码元序列长度而定,数值取得越大,需要的码元序列长度越长,相应的相关峰值总和越准确,更加有利于频偏估计,经过仿真分析,参数K一般可取3、4、5或6。
步骤(4)比较J个最大相关峰值和,找出其中的最大值。若小于某一设定阈值,则认为此时接收***并未收到扩频信号,将返回步骤(1)重新执行;根据修正接收***本地载波频率,进入步骤(5),此时本地载波和接收信号载波之间的频差变为。
步骤(5)继续比较扩频码匹配滤波器输出的相关峰值P,若,则记录当前时钟,并在后续一个码元周期内不再对P进行比较,同时设定置信度C=1。其中为比例系数,经仿真分析,其取值范围为0.6~0.8时性能最优。
步骤(9)令,构造M个复数码元,对该复数码元序列进行快速傅里叶变换,得到M个频域值。对M个频域值取绝对值后并求出最大值及其对应位置的下标L。根据下标L再次修正接收***本地载波频率以完成载波频率的粗同步:
否则,。
从而完成载波的精确恢复和相位跟踪。其中,参数G1, G2, G3均表示环路增益,应根据码元速率、残留频偏大小、环路噪声指标等具体要求设置合适的数值。
本发明可以准确快速可靠的完成扩频通信***中载波恢复,对付的载波频偏范围大,且工作门限低,适合于正交幅度调制的扩频***。
具体实施方式
在一个码元周期内,比较并记录该周期内相关峰的最大值,总共记录K个码元周期,从而获得K个最大相关峰值;对上述K个码元周期内的最大相关峰值求和并记录,,参数K的选择通常视前导码元序列长度而定,数值取得越大,需要的码元序列长度越长,相应的相关峰值总和越准确,更加有利于频偏估计,经过仿真分析,参数K一般可取3、4、5或6。
步骤(4)比较J个最大相关峰值和,找出其中的最大值。若小于某一设定阈值,则认为此时接收***并未收到扩频信号,将返回步骤(1)重新执行;根据修正接收***本地载波频率,进入步骤(5),此时本地载波和接收信号载波之间的频差变为。
步骤(5)继续比较扩频码匹配滤波器输出的相关峰值P,若,则记录当前时钟,并在后续一个码元周期内不再对P进行比较,同时设定置信度C=1。其中为比例系数,经仿真分析,其取值范围为0.6~0.8时性能最优。
步骤(9)令,构造M个复数码元,对该复数码元序列进行快速傅里叶变换,得到M个频域值。对M个频域值取绝对值后并求出最大值及其对应位置的下标L。根据下标L再次修正接收***本地载波频率以完成载波频率的粗同步:
确定归一化鉴相值
从而完成载波的精确恢复和相位跟踪。其中,参数G1, G2, G3均表示环路增益,应根据码元速率、残留频偏大小、环路噪声指标等具体要求设置合适的数值。
Claims (1)
步骤(4)比较J个最大相关峰值和,找出其中的最大值;若小于某一设定阈值,则认为此时接收***并未收到扩频信号,将返回步骤(1)重新执行;否则,根据修正接收***本地载波频率,进入步骤(5),此时本地载波和接收信号载波之间的频差变为;
步骤(9)令,构造M个复数码元,对该复数码元序列进行快速傅里叶变换,得到M个频域值;对M个频域值取绝对值后并求出最大值及其对应位置的下标L;根据下标L再次修正接收***本地载波频率以完成载波频率的粗同步:
从而完成载波的精确恢复和相位跟踪;其中参数G1, G2, G3均表示环路增益。
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