CN114759949A - 一种bpsk调制直接序列扩频通信中的快速码捕获方法 - Google Patents

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CN114759949A CN202210282438.8A CN202210282438A CN114759949A CN 114759949 A CN114759949 A CN 114759949A CN 202210282438 A CN202210282438 A CN 202210282438A CN 114759949 A CN114759949 A CN 114759949A
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Abstract

本发明涉及无线通信设备领域，具体涉及一种BPSK调制直接序列扩频通信中的快速码捕获方法。本发明能降低捕获时间，且捕获时间与距离不确定性无关，提高码捕获效率，且主要运算通过数字信号处理中最常用的FIR滤波器来完成，易于实现。

Description

一种BPSK调制直接序列扩频通信中的快速码捕获方法
技术领域
本发明涉及无线通信设备领域，具体涉及一种BPSK调制直接序列扩频通信中的快速码捕获方法。
背景技术
码(PN)捕获技术是扩频通信中的一个重要技术，所谓码捕获是将本地接收机的PN码与接收到的PN码在一个码片内对齐(T秒周期)，当已经实现码元捕获且码环捕获进入稳态跟踪后，即完成同步。
在设计扩频接收机伪码捕获***时，要考虑很多参数，频率和时间的不确定性是捕获性能的两个最重要参数，时间不确定性包括两个方面，一是发射时钟和接收时钟的实际不确定性，二是距离不确定性。有效的时间不确定性越大，完成捕获所需的时间越长，对于一般的慢捕获方法，不考虑噪声的影响，假如PN码长度为L,一个码片持续时间为T，只要“击中”一次即可判定捕获，捕获时间与距离不确定性相关，最长的捕获时间为L*L*T，其出现概率为1/L,如果考虑噪声的影响，为降低假捕获虚惊概率，必须连续M次“击中”才判定为捕获，那么最长的捕获时间为M*L*L*T。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种BPSK调制直接序列扩频通信中的快速码捕获方法，降低捕获时间，且捕获时间与距离不确定性无关，提高码捕获效率。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种BPSK调制直接序列扩频通信中的快速码捕获方法，包括以下步骤：
步骤1，接收信号分别与本地载波NCO产生的I路本地载波信号cos(ω1t+θ1)和本地载波NCO产生的Q路本地载波信号sin(ω1t+θ1)相乘，进行混频，分别得到信号I0和信号Q0；
步骤2，信号I0和信号Q0分别经过低通滤波，分别得到基带信号I1和基带信号Q1；
步骤3，对基带信号I1和基带信号Q1分别进行滤波抽取，在每个码片持续时间内抽取两个样点，分别获得低采样信号I2和低采样信号Q2；
步骤4，低采样信号I2和低采样信号Q2分别输入FIR滤波器，分别得到数据I3和数据Q3；
步骤5，对数据I3和数据Q3的每一对样点，做平方和再开方，并考虑频差得到R0,R1,R2.....Ri，i＝0,1,...,2L-1；令Rx为R0,R1,R2.....Ri中的最大值，x为序号；
步骤6，将最大值Rx与捕获门限η比较，根据比较结果向码发生器发送指示信号；
步骤7，码发生器根据指示信号，输出扩频序列。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：若不考虑噪声影响，可在一个码元时间L*Tc内实现码捕获，若考虑噪声影响，最长的捕获时间为M*L*Tc，最长捕获时间仅为一般慢捕获最长捕获时间的1/L，降低了捕获时间；且捕获时间与距离不确定性无关，提高了码捕获效率；主要运算通过数字信号处理中最常用的FIR滤波器来完成，易于实现。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明BPSK调制直接序列扩频通信的快速码捕获方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
参考图1，一种BPSK调制直接序列扩频通信中的快速码捕获方法，包括以下步骤：
步骤1，接收信号分别与本地载波NCO产生的I路本地载波信号cos(ω1t+θ1)和本地载波NCO产生的Q路本地载波信号sin(ω1t+θ1)相乘，进行混频，分别得到信号I0和信号Q0；
具体的，对于BPSK码片(PN码)调制，复包络形式如下：
Figure BDA0003558329640000031
其中，P为扩频信号的功率；PT(t)是T秒的单位脉冲，起于t＝0而止于t＝T秒；k为整数，表示单位脉冲延时多少个T的时间，T为单位脉冲持续时间，即脉冲宽度；ak为直接扩频序列码片序列的系数，ak∈{1，-1}；
为了方便讨论，通常用PN(t)代表码片序列，则有
Figure BDA0003558329640000032
另外，定义数据序列d(t)为
Figure BDA0003558329640000033
其中，PMT(t)为持续时间为MT的单位脉冲，PMT(t-jMT)中的j为整数，表示单位脉冲延时多少个MT的时间，M表示每比特或者编码比特正好有M个码片，T为单位脉冲PT(t)的宽度；dj为离散数据符号，取值为1或-1；每个比特dj取1或-1的概率均为1/2，且每个dj都是相互统计独立的；
当BPSK码片调制使用BPSK数据调制时，复包络形式可以简写为：
Figure BDA0003558329640000041
对信号v(t)进行载波调制，得到扩频信号形式为：
Figure BDA0003558329640000042
其中，Pt为扩频信号功率；
被载波调制后的信号在传输过程中会产生衰减、相位延迟，故接收信号y(t)可以写成：
Figure BDA0003558329640000043
其中，P是接收信号的功率且P＜＜Pt，Tp为信号延时，载波相位θ0用一个均匀随机变量模拟，分布的区域为0-2π弧度，n(t)为噪声，J(t)为干扰信号；
信号I0为：
Figure BDA0003558329640000044
信号Q0为：
Figure BDA0003558329640000045
步骤2，信号I0和信号Q0分别经过低通滤波，分别得到基带信号I1和基带信号Q1；
具体的，基带信号I1为：
Figure BDA0003558329640000051
基带信号Q1为：
Figure BDA0003558329640000052
步骤3，对基带信号I1和基带信号Q1分别进行滤波抽取，在每个码片持续时间内抽取两个样点，分别获得低采样信号I2和低采样信号Q2；
步骤4，低采样信号I2和低采样信号Q2分别输入FIR滤波器，分别得到数据I3和数据Q3；
具体的，FIR滤波器系数取值为扩频码序列PN(t)的2倍采样数值；扩频码序列PN(t)长度为L，则FIR滤波器系数长度为2L；
数据I3为：
Figure BDA0003558329640000053
数据Q3为：
Figure BDA0003558329640000054
其中，i＝0,1,...,2L-1，Tb为扩频码序列延时，Tp为信号延时。
步骤5，对数据I3和数据Q3的每一对样点，做平方和再开方，并考虑频差得到R0,R1,R2.....Ri，i＝0,1,...,2L-1；令Rx为R0,R1,R2.....Ri中的最大值，x为序号；
具体的，
Figure BDA0003558329640000055
Figure BDA0003558329640000064
当Tb和Tp相差小于半个码片周期(即
Figure BDA0003558329640000061
)时，由于扩频码的自相关性，Ri最大。
步骤6，将最大值Rx与捕获门限η比较，根据比较结果向码发生器发送指示信号；
具体的，若最大值Rx大于η，则判断是否完成捕获；若未完成捕获，则向码发生器输出捕获指示信号和序号x；若已经完成捕获，则输出序号0到码发生器；
若最大值Rx不大于η，则判断是否完成捕获；若未完成捕获，则令序号x＝0并输出到码发生器；若已经完成捕获，则判断是否连续3次最大值Rx不大于η，若是，则输出失捕指示信号到码发生器，若不是，则输出序号0到码发生器。
步骤7，码发生器根据指示信号，输出扩频序列样点；
具体的，若码发生器收到失捕指示信号，则码发生器进行复位，码发生器从第0个样点a0开始重新输出扩频码序列样点，此时Ta＝Tb，输出扩频码序列
Figure BDA0003558329640000062
的2倍采样样点，即输出样点数目为2L个的扩频码序列a0,a0,a1,a1,a2,a2.....aL-1,aL-1，其中Ta为码发生器第0个样点的输出时间；同时复位FIR滤波器，返回步骤4；
若码发生器仅收到序号0，码发生器不进行复位和延时，正常输出扩频码序列
Figure BDA0003558329640000063
的2倍采样样点，即输出样点数目为2L个的扩频码序列a0,a0,a1,a1,a2,a2.....aL-1,aL-1，；
若码发生器收到捕获指示信号和序号x，则码发成器首先进行复位，再延迟x个样点后(即延迟
Figure BDA0003558329640000071
的时间后)，此时
Figure BDA0003558329640000072
输出扩频码序列
Figure BDA0003558329640000073
的2倍采样样点，即输出样点数目为2L个的扩频码序列a0,a0,a1,a1,a2,a2.....aL-1,aL-1，此时码发生器输出的扩频码序列和接收信号的伪随机码相位差小于半个码片周期
Figure BDA0003558329640000074
完成捕获。
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种BPSK调制直接序列扩频通信中的快速码捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，接收信号分别与本地载波NCO产生的I路本地载波信号cos(ω1t+θ1)和本地载波NCO产生的Q路本地载波信号sin(ω1t+θ1)相乘，进行混频，分别得到信号I0和信号Q0；
步骤2，信号I0和信号Q0分别经过低通滤波，分别得到基带信号I1和基带信号Q1；
步骤3，对基带信号I1和基带信号Q1分别进行滤波抽取，在每个码片持续时间内抽取两个样点，分别获得低采样信号I2和低采样信号Q2；
步骤4，低采样信号I2和低采样信号Q2分别输入FIR滤波器，分别得到数据I3和数据Q3；
步骤5，对数据I3和数据Q3的每一对样点，做平方和再开方，并考虑频差得到R0,R1,R2.....Ri，i＝0,1,...,2L-1；令Rx为R0,R1,R2.....Ri中的最大值，x为序号；
步骤6，将最大值Rx与捕获门限η比较，根据比较结果向码发生器发送指示信号；
步骤7，码发生器根据指示信号，输出扩频序列。
2.根据权利要求1所述的BPSK调制直接序列扩频通信中的快速码捕获方法，其特征在于，步骤1中，接收信号为：
Figure FDA0003558329630000011
其中，P是接收信号的功率；PN(t)代表码片序列；d(t)代表数据序列；Tp为信号延时；θ0为载波相位，其分布的区域为0-2π弧度的均匀随机变量；n(t)为噪声；J(t)为干扰信号；
信号I0为：
Figure FDA0003558329630000021
信号Q0为：
Figure FDA0003558329630000022
3.根据权利要求1所述的BPSK调制直接序列扩频通信中的快速码捕获方法，其特征在于，步骤2中，基带信号I1为：
Figure FDA0003558329630000023
基带信号Q1为：
Figure FDA0003558329630000024
4.根据权利要求1所述的BPSK调制直接序列扩频通信中的快速码捕获方法，其特征在于，步骤4中，FIR滤波器系数取值为扩频码序列PN(t)的2倍采样数值；扩频码序列PN(t)长度为L，则FIR滤波器系数长度为2L；
数据I3为：
Figure FDA0003558329630000025
数据Q3为：
Figure FDA0003558329630000031
其中，i＝0,1,...,2L-1，Tb为扩频码序列延时，Tp为信号延时。
5.根据权利要求1所述的BPSK调制直接序列扩频通信中的快速码捕获方法，其特征在于，步骤5中，Ri的计算方式为：
Figure FDA0003558329630000032
其中，i＝0,1,...,2L-1。
6.根据权利要求1所述的BPSK调制直接序列扩频通信中的快速码捕获方法，其特征在于，步骤6具体的，若最大值Rx大于η，则判断是否完成捕获；若未完成捕获，则向码发生器输出捕获指示信号和序号x；若已经完成捕获，则输出序号0到码发生器；
若最大值Rx不大于η，则判断是否完成捕获；若未完成捕获，则令序号x＝0并输出到码发生器；若已经完成捕获，则判断是否连续3次最大值Rx不大于η，若是，则输出失捕指示信号到码发生器，若不是，则输出序号0到码发生器。
7.根据权利要求1所述的BPSK调制直接序列扩频通信中的快速码捕获方法，其特征在于，步骤7具体的，若码发生器收到失捕指示信号，则码发生器进行复位，码发生器从第0个样点a0开始重新输出输出扩频码序列
Figure FDA0003558329630000033
的2倍采样样点，即输出样点数目为2L个的扩频码序列a0,a0,a1,a1,a2,a2.....aL-1,aL-1；同时复位FIR滤波器，返回步骤4；
若码发生器仅收到序号0，则码发生器正常输出扩频码序列
Figure FDA0003558329630000041
的2倍采样样点，即输出样点数目为2L个的扩频码序列a0,a0,a1,a1,a2,a2.....aL-1,aL-1，；
若码发生器收到捕获指示信号和序号x，则码发成器首先进行复位，再延迟
Figure FDA0003558329630000042
的时间后，输出扩频码序列
Figure FDA0003558329630000043
的2倍采样样点，即输出样点数目为2L个的扩频码序列a0,a0,a1,a1,a2,a2.....aL-1,aL-1，完成捕获。
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