CN114039623B - 一种低载噪比的短突发扩频信号跟踪方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低载噪比的短突发扩频信号跟踪技术，属于短帧突发直接序列扩频通信中的接收技术领域。它涉及到短突发扩频信号接收技术，尤其涉及低载噪比短突发信号跟踪技术；所述接收技术针对单音串行、直接序列扩频CDMA信号，使用了数据重用技术、并行多通道精细捕获和闭环反馈同步算法，相比传统开环前馈同步算法，具有复杂度低、精度高、载噪比门限低的优点；同时相比传统闭环反馈同步算法，收敛速度更快，可以在几十个符号内快速收敛。本发明的实现方法具有新颖性、创造性和简单实用的特点。

Description

一种低载噪比的短突发扩频信号跟踪方法
技术领域
本发明涉及到短突发扩频信号接收技术，尤其涉及低载噪比短突发信号跟踪技术，属于短帧突发直接序列扩频通信中的接收技术领域。
背景技术
短突发信号持续时间短，开始结束时间不确定，每个信号统计特性不同，因此前一个接收信号的信息无法为下个信号所用。连续信号不关注信号初始处理效果，更关注同步算法收敛后的效果，与之不同的是，对于短突发信号的接收，接收机必须知道每个突发信号的起止时刻，并在信号开始的同步头时段内快速稳定精确收敛，才可能将信息正确解调。突发信号接收技术中跟踪算法研究是其中的一个热点。
对于突发信号跟踪，传统的闭环反馈同步技术存在着环路收敛时间慢，同步时间长难以应用于突发信号接收；而开环前馈同步技术实现复杂度大，运算量高，信噪比门限高，在低信噪比动态环境中估计仍有不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于避免背景技术的不足提出一种低载噪比的短突发扩频信号跟踪方法。
本发明采用的技术方案为：
一种低载噪比的短突发扩频信号跟踪方法，包括如下步骤：
(1)首先将射频前端采集的数字信号s(t)写入DDR，缓存一定时间后再从DDR中读出，得到确定延时后的数字信号sd(t)。
(2)依据捕获结果定位sd(t)数字流中短突发信号的起始位置，使用N个闭环反馈同步跟踪通道对sd(t)进行跟踪。
(3)根据N个通道的解调信息软判决出最优通道，然后对最优通道解调出的原始电文进行译码，得到最终信息。
其中步骤(1)中缓存时间要大于信号捕获所需时间。
其中步骤(2)中N个跟踪通道使用相同参数的码环和载波环，但是初始化时设置不同的本地载波频率。N个通道的初始本地载波频率设置值以捕获结果的载波频率为中心，捕获模块的多普勒估计偏差为区间边界，在区间内均匀取值。
其中步骤(3)中比较N个通道同步头和已知码的解调正确率，判定正确率最高的通道是最优通道。
本发明相比背景技术有如下优点：
a)针对单音串行、直接序列扩频CDMA信号，本发明使用数据重用技术、并行多通道精细捕获和闭环反馈同步算法，相比传统开环前馈同步算法，具有复杂度低、精度高、载噪比门限低的优点；同时相比传统闭环反馈同步算法，收敛速度更快，可以在几十个符号内快速收敛；此外本发明方法可以通过增加并行跟踪通道数，适应较大的捕获多普勒误差。
b)本发明方法可以全部使用数字信号处理方法实现，以大容量FPGA作为平台，或者使用DSP+FPGA架构平台实现通道灵活控制。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
图2是本发明突发信号的电文帧格式。
图3是本发明一个闭环反馈跟踪通道的结构图。
具体实施方式
本发明设计跟踪技术的框图如图1所示，主要包括数据缓存模块(DDR存储器)，并行反馈跟踪通道、最优判决模块和译码模块。
数字采样信号是射频前端AD采样并下变频后的数字中频信号s(t)，短突发信号的帧结构如图2所示，包括同步头、已知码和数据段三部分组成。同步头的调制电文一般为全‘0’或全‘1’，已知码的调制电文是事前约定的几种序列，用于接收机获取数据段的某种信息，比如指示数据段的电文符号速率等。数据段是信号传输的具体信息内容。本发明设计的跟踪方法对突发信号的同步头和已知码进行数据重用，在数据段之前完成信号跟踪收敛。
具体实现过程如下：
(1)首先将数字采样信号输入给DDR存储器，使用DDR将数字信号缓存，缓存ΔTDDR时间间隔后按FIFO方式读出。要求ΔTDDR大于信号捕获所需时长，读出信号为sd(t)＝s(t-ΔTDDR)，因为捕获算法通常需要使用信号同步头完成捕获估计，所以通过DDR对信号缓存，在得到捕获结果后，可以对短突发信号的起始部分如同步头和已知码时段进行数据重用，增加可用于跟踪环路稳定收敛的时间。
(2)假设接收机捕获输出的捕获结果中载波估计频率为fc，接收机设计捕获的多普勒估计偏差最大值为fdmax，接收机跟踪单通道设
计允许的多普勒偏差最大值为fd′，则N个并行跟踪通道的初始本地载波频率在[fc-fdmax,fc+fdmax]区间内均匀取值，间隔
Figure BDA0003316474480000041
这样设计允许接收机通过增减并行跟踪通道个数N，使Δf小于fd′，从而使跟踪算法适应接收机捕获模块的多普勒估计精度。
依据捕获结果定位sd(t)数字流中短突发信号的起始时刻：假设捕获结果中信号起始的时刻是tacq，则tacq+ΔTDDR时刻是sd(t)信号中短突发信号的起始时刻。在tacq+ΔTDDR时刻启动N个闭环反馈同步跟踪通道对sd(t)信号进行跟踪。其中闭环反馈同步跟踪通道如图3所示，环路滤波器采用二阶锁相环加码环(PLL+DLL)形式。
图3中中频信号sd(t)首先经过数字正交下变频，得到基带I、Q信号。I、Q基带信号与不同相位的本地伪码进行相干积分，得到超前(Early)、即时、滞后(Late)的I、Q支路相干积分值IE、QE、IP、QP、IL、QL。
超前和滞后支路相干积分值送入码环鉴相器，鉴相方法使用非相干超前减滞后功率法，单位化后的鉴相公式为
Figure BDA0003316474480000042
其中，
Figure BDA0003316474480000043
得到的码相位鉴相误差δ送入环路鉴相滤波器中的码环环路滤波器，码环环路滤波器的输出调整本地码NCO。
即时支路相干积分值送入载波环鉴相器，鉴相使用I、Q支路信号相乘的方法，因为该鉴相方法在信噪比较低的情况下仍具有较好的性能，计算公式为
φe＝QPIP
得到的载波相位鉴相误差φe送入环路鉴相滤波器中的载波环路滤波器，载波环路滤波器的输出调整本地载波NCO。载波环使用二阶环，因为二阶锁相环在理论上无条件稳定。
(3)最优判决模块根据N个通道解调出的同步头和已知码序列，依据误码率最低原则选出最优通道。
(4)译码模块对最优通道解调得到的原始电文进行译码，得到发送端编码前的发送信息。
本发明实现原理：本发明利用数据重用技术、并行多通道精细捕获和闭环反馈同步算法，解决了低载噪比下短突发信号的快速稳定跟踪问题。
除上述实施步骤外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形式的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种低载噪比的短突发扩频信号跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将射频前端采集的数字信号
Figure QLYQS_1
写入DDR存储器，缓存/>
Figure QLYQS_2
时间后从DDR存储器中读出，得到确定延时后的数字信号/>
Figure QLYQS_3
；
（2）依据捕获结果定位
Figure QLYQS_4
数字流中短突发信号的起始时刻，依据短突发信号的起始时刻，使用多个闭环反馈同步跟踪通道对/>
Figure QLYQS_5
进行跟踪，解调出每个跟踪通道的同步头和已知码序列；其中，若捕获结果中信号起始的时刻是/>
Figure QLYQS_6
，则/>
Figure QLYQS_7
时刻是/>
Figure QLYQS_8
信号中短突发信号的起始时刻；
（3）根据多个通道的解调信息软判决出最优通道，然后对最优通道解调出的信息进行译码，得到最终信息。
2.根据权利要求1所述的低载噪比的短突发扩频信号跟踪方法，其特征在于，其中步骤（1）中缓存时间大于信号捕获所需时间。
3.根据权利要求1所述的低载噪比的短突发扩频信号跟踪方法，其特征在于，步骤（2）中多个跟踪通道使用相同参数的码环和载波环，初始化时设置不同的本地载波频率，多个通道的初始本地载波频率设置值以捕获结果的载波频率为中心，捕获的多普勒估计偏差为区间边界，在区间内均匀取值。
4.根据权利要求1所述的低载噪比的短突发扩频信号跟踪方法，其特征在于，其中步骤（3）中软判决出最优通道的具体方式为：比较多个跟踪通道同步头和已知码序列的解调正确率，判定正确率最高的通道为最优通道。
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