CN115549724B - 用于直接序列扩频信号的码片同步和频率估计方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于直接序列扩频信号的码片同步和频率估计的方法和***,该方法包括:S1:计算中频数据NB个分支的共轭乘积结果;S2:利用FFT变换对NB个分支的共轭乘积结果进行解扩处理,得到NB个分支的积分结果;S3:将相邻分支的积分结果进行共轭相乘,得到(NB‑1)个积分共轭乘积结果;S4:对(NB‑1)个积分共轭乘积结果进行累加求和,得到积分累加和;S5:获取积分累加和的峰值,并与预设阈值进行比较;S6:同步成功获取峰值对应的位置为扩频信号的码片同步位置,再用峰值相位估计信号的频率。本发明的方法和***可对直接序列扩频信号进行码片同步和频率估计,同时具有计算复杂度低、同步精度高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及扩频通信技术领域,尤其涉及一种适用于直接序列扩频信号的码片同步和频率估计的方法和***。
背景技术
扩频接收机首先要对接收到的扩频信号进行码片同步,同步成功后再进行频率估计、码片和频率精估计、数据解调等操作。随着接收机应用环境日益复杂化,接收机的低功耗要求接收机码片同步过程计算复杂度低,码片同步精度高和同步速度快;接收机的低成本要求器件成本低,使得同步过程必须具有对较大频偏信号的处理能力。
扩频接收机码片同步过程需要对信号码相位和载波频率的二维同步,传统的同步方法有时域同步、即码相位和载波频率采用串行同步的方法,该方法虽然计算量小但同步时间长,无法满足接收机的低功耗要求;频域并行同步包括码相位并行、载波频率串行和码相位串行、载波频率并行两种方法,在扩频序列较长和信号频偏较大时,频域并行同步的计算量太大,也无法满足接收机的低功耗要求。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案,其并不必然属于本专利申请的现有技术,在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下,上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明的目的在于,针对上述背景技术需求,提出了一种适用于直接序列扩频信号的码片同步和频率估计的方法和***,该方法和***可对直接序列扩频信号进行码片同步和频率估计,同时具有计算复杂度低、同步精度高的特点。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明的一个实施例公开了一种适用于直接序列扩频信号码片同步和频率估计的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:计算接收到的中频数据与其延迟分支取共轭后的乘积,得到NB个分支的共轭乘积结果;其中NB为延迟分支的个数;
S2:利用FFT变换对所述NB个分支的共轭乘积结果进行解扩处理,得到NB个分支的积分结果;
S3:将相邻分支的积分结果进行共轭相乘,得到(NB-1)个积分共轭乘积结果;
S4:对所述(NB-1)个积分共轭乘积结果进行累加求和,得到积分累加和;
S5:获取所述积分累加和的峰值,并与预设阈值进行比较,大于预设阈值则判定同步成功,小于预设阈值则判定同步失败;
S6:同步成功后获取峰值对应的位置为扩频信号的码片同步位置,再用峰值相位估计信号的频率。
优选地,步骤S1具体包括:
S11:初始化同步控制参数、扩频序列长度NC和用于存储NB个分支的共轭乘积结果的存储器;
S12:接收中频数据,缓存2个符号长度的数据,其中1个符号的数据长度为扩频序列长度NC;
S13:从缓存中频数据中获取分支数据与分支延迟数据;
S14:取分支延迟数据的共轭,并与分支数据进行相乘,将乘积结果循环右移后得到该分支本次共轭乘积的计算结果,再将该分支本次共轭乘积计算结果与存储器中该分支的共轭乘积结果进行累加求和,最后将累加和写入存储器;
S15:重复步骤S13和步骤S14直至完成所有分支计算,存储器中就存储了NB个分支的共轭乘积结果;
S16:更新缓存数据,重复步骤S13-S15,直至完成所有符号数据的更新;
优选地,步骤S11中同步控制参数包括延迟码片间隔、延迟分支数、符号数、延迟分支计数和符号计数,延迟码片间隔和延迟分支数的取值应确保延迟码片间隔和延迟分支数的乘积结果小于扩频序列长度。
优选地,步骤S16中更新缓存数据具体包括:将缓存中第2个符号对应的中频数据移到第1个符号位置处,接收新的中频数据缓存至第2个符号位置处,完成NC个中频数据的接收就完成了1个符号的数据更新。
优选地,步骤S2具体包括:
S21:从所述存储器中读取分支的共轭乘积结果,对该结果做FFT变换后再取共轭;
S22:取延迟扩频序列的共轭与扩频序列进行乘积,并对该乘积再进行FFT变换;
S23:将步骤S21得到的共轭结果与步骤S22得到的FFT变换结果进行相乘,将该乘积结果再做FFT变换,取FFT变换结果的共轭为该分支的积分结果;
S24:重复执行步骤S21、步骤S22和步骤S23,并将步骤S23得到的积分结果写入存储器中,直至执行完成所有分支的计算,存储器中存储了NB个分支的积分结果。
优选地,步骤S6中峰值相位具体为获取峰值对应的积分累加和,再计算该积分累加和的相位,用该相位信息估计信号的频率。
本发明的另一个实施例公开了一种适用于直接序列扩频信号的码片同步和频率估计的***,其特征在于,包括中频数据缓存模块、同步控制模块、存储器模块、计算分支共轭乘积模块、扩频序列处理模块、计算分支积分模块、计算积分累加和模块和计算同步结果模块,其中:
所述中频数据缓存模块接收下变频后的中频数据,并依据所述同步控制模块给出的更新缓存数据信号对中频数据缓存模块的中频数据进行更新,每次更新1个符号长度的中频数据;
所述同步控制模块依据延迟码片间隔、延迟分支数、符号数、延迟分支计数和符号计数给出计算控制信号、分支计数值和更新缓存数据信号;
所述存储器模块完成读取、写入计算得到分支共轭乘积结果或计算得到的分支积分结果;
所述计算分支共轭乘积模块依据所述同步控制模块给出计算控制信号和分支计数值从所述中频数据缓存模块中获取分支数据及分支延迟数据,完成共轭相乘计算;从所述存储器模块中获取该分支已存储的数据并与循环移位后共轭乘积结果进行累加求和,并将累加求和的结果写入存储器;
所述扩频序列处理模块依据所述同步控制模块给出的计算控制信号和分支计数值完成新的扩频序列生成并发送给所述计算分支积分模块;
所述计算分支积分模块依据所述同步控制模块给出的计算控制信号和分支计数值从所述存储器模块读取该分支的共轭乘积结果,与所述扩频序列处理模块给的新的扩频序列一起完成该分支的积分计算,并将积分计算的结果写入存储器中;
所述计算积分累加和模块从所述存储器模块中读取存储器中的分支积分结果,完成积分共轭乘积结果的计算和积分累加和的计算,并将积分累加和送给所述计算同步结果模块;
所述计算同步结果模块依据积分累加和来获取峰值,利用峰值来判定是否同步,若判定同步再计算接收信号的码片同步位置和频率。
与现有技术相比,本发明有以下优点:
1.本发明实现了对扩频信号的码片同步和频率的并行估计,极大减小了使用FFT变换的次数,降低了计算复杂度,能够满足应用环境日益复杂化的扩频接收机的设计要求。
2.本发明通过调整延迟码片间隔、延迟分支数和符号数能够支持对不同强度扩频信号的同步和具有大频偏扩频信号的同步。
附图说明
图1是本发明优选实施例的适用于直接序列扩频信号的码片同步和频率估计的方法的流程图;
图2是本发明具体实施例的计算分支共轭乘积模块的流程图;
图3是本发明具体实施例的计算分支积分模块的流程图;
图4是本发明另一优选实施例的适用于直接序列扩频信号的码片同步和频率估计***的结构框图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明;应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及其应用。
下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示,本发明优选实施例公开了一种适用于直接序列扩频信号的码片同步和频率估计的方法,包含以下步骤:
S1:计算接收到的中频数据与其延迟分支取共轭后的乘积,得到NB个分支的共轭乘积结果,其中NB为延迟分支的个数;
其中,如图2所示,步骤S1具体包括:
S11:初始化同步控制参数、扩频序列长度NC和用于存储NB个分支共轭乘积结果的存储器;其中同步控制参数包括:延迟码片间隔τD、延迟分支数NB、符号数NS、延迟分支计数nb和符号计数ns;延迟码片间隔τD和延迟分支数NB的取值应确保NB*τD<NC;其中nb取值为1,2,3...NB,ns取值为1,2,3...NS;
S12:接收中频数据,缓存2个符号长度的数据,其中1个符号的数据长度为扩频序列长度NC;
具体为首次缓存时以Spos为起始位置直接接收2个符号长度的中频数据;再次更新缓存,将缓存中以Spos+NC为起始位置,长度为NC的数据移到起始位置Spos处,接收新的中频数据缓存至起始位置Spos+NC处,完成NC个中频数据的接收就完成了1个符号的数据更新;
S13:从缓存位置Spos+nb*τD获取长度为NC的数据为第nb分支数据Dnb,从缓存位置Spos获取长度为NC的数据为第nb分支的延迟数据Dnb_d;
S14:取分支延迟数据Dnb_d的共轭Dnb_d*,并与分支数据Dnb进行相乘,将乘积结果Dnb_d**Dnb循环右移(nb-1)*τD次得到了第nb分支本次共轭乘积结果;以(nb-1)*NC+1为起点从存储器中读取长度为NC的数据,并与第nb分支本次共轭乘积结果进行累加求和,再将累加和写入存储器中,写存储器位置为(nb-1)*NC+1;
S15:重复步骤S13和步骤S14直至nb=NB后结束,存储器中就存储了NB个分支的共轭乘积结果;
S16:更新缓存数据,再次初始化延迟分支计数nb,重复步骤S13-S15,直至完成NS个符号数据的更新。
S2:利用FFT变换(Fast Fourier Transform,快速傅里叶变换)对NB个分支的共轭乘积结果进行解扩处理,得到NB个分支的积分结果;
其中,如图3所示,步骤S2具体包括:
S21:从所述存储器的位置(nb-1)*NC+1处读取NC个共轭乘积结果,该结果是第nb分支的共轭乘积结果Rstnb(n),对Rstnb(n)做FFT变换后再取共轭,其结果为其中n的取值为[1,2,3,...,NC];
S22:将长度为NC的扩频序列c(n)循环右移nb*τD次,得到了第nb分支的延迟扩频序列cd(n),取该延迟扩频序列的共轭cd(n)*,将延迟扩频序列的共轭结果与扩频序列进行乘积,该乘积结果c(n)*cd(n)*为第nb分支新的扩频序列,对所述新的扩频序列FFT变换,其结果为
S23:将步骤S21得到的共轭结果H(k)与步骤S22得到的FFT变换结果C(k)进行相乘,将该乘积结果再做FFT变换,取FFT变换结果的共轭为第nb分支的积分结果为
S24:重复步骤S21、步骤S22和步骤S23,并将步骤S23得到的分支积分结果写入存储器,写入位置为(nb-1)*NC+1;直至执行完成nb=NB时结束,存储器中存储了NB个分支的积分结果。
S3:将相邻分支的积分结果进行共轭相乘,得到(NB-1)个积分共轭乘积结果Rconjnb(n)=Rcohnb(n)**Rcohnb+1(n);
S4:对(NB-1)个积分共轭乘积结果进行累加求和,得到积分累加和
S5:获取积分累加和的峰值peak=max(abs(Rsum(n))),并与阈值进行比较,大于阈值则判定同步成功;小于阈值则判定同步失败;
S6:同步成功后获取峰值peak对应的位置为扩频码片的同步位置,再用峰值相位估计信号的频率,其中峰值peak对应的积分累加和为其相位为/>因此估计信号的频率为/>fc为扩频码速率。
如图4所示,本发明另一优选实施例的适用于直接序列扩频信号的码片同步和频率估计***的结构框图,该***包括中频数据缓存模块10、同步控制模块20、存储器模块30、计算分支共轭乘积模块40、扩频序列处理模块50、计算分支积分模块60、计算积分累加和模块70和计算同步结果模块80,其中:
中频数据缓存模块10接收下变频后的中频数据,并依据同步控制模块20给出的更新缓存数据信号对中频数据缓存模块的中频数据进行更新,每次更新1个符号长度的中频数据;
同步控制模块20依据延迟码片间隔、延迟分支数、符号数、延迟分支计数和符号计数给出计算控制信号、分支计数值和更新缓存数据信号;
存储器模块30完成读取、写入计算得到分支共轭乘积结果或计算得到的分支积分结果;
计算分支共轭乘积模块40依据同步控制模块20给出计算控制信号和分支计数值从中频数据缓存模块10中获取分支数据及分支延迟数据,完成共轭相乘计算;从存储器模块30中获取该分支已存储的数据并与循环移位后共轭乘积结果进行相加,并将相加得到的和结果写入存储器;
扩频序列处理模块50依据同步控制模块20给出的计算控制信号和分支计数值完成新的扩频序列生成并发送给计算分支积分模块60;
计算分支积分模块60依据同步控制模块20给出的计算控制信号和分支计数值从储器模块30读取该分支的共轭乘积结果,与扩频序列处理模块50给的新的扩频序列一起完成该分支的积分计算,并将积分计算的结果计算写入存储器中;
计算积分累加和模块70从存储器模块30中读取存储器中分支积分结果,完成积分共轭乘积的计算和积分累加和的计算,并将积分累加和送给计算同步结果模块80;
计算同步结果模块80依据积分累加和来获取峰值,利用峰值来判定是否同步,若判定同步再计算接收信号的码片同步位置和频率;
本发明方法能够适应不同扩频序列长度的扩频信号码片同步和频率估计,大幅减少了FFT的调用次数,降低了同步过程的计算量;通过调整同步控制参数实现对不同信号强度扩频信号的同步,具有同步精度高,计算复杂度低和参数配置灵活的特点,具有一定的普适性。
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息,而不是由其他人描述现有技术。因此,在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型,而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中,参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点,但应当理解,在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下,可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
Claims (6)
1.一种适用于直接序列扩频信号的码片同步和频率估计方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:计算接收到的中频数据与其延迟分支的分支延迟数据取共轭后的乘积,得到NB个分支的共轭乘积结果;其中NB为延迟分支的个数;
S2:利用FFT变换对所述NB个分支的共轭乘积结果进行解扩处理,得到NB个分支的积分结果;
S3:将相邻分支的积分结果进行共轭相乘,得到(NB-1)个积分共轭乘积结果;
S4:对所述(NB-1)个积分共轭乘积进行累加求和,得到积分累加和;
S5:获取所述积分累加和的峰值,并与预设阈值进行比较,大于预设阈值则判定同步成功,小于预设阈值则判定同步失败;
S6:同步成功后获取峰值对应的位置为扩频信号的码片同步位置,再用峰值相位估计信号的频率;
其中,步骤S2具体包括:
S21:从存储器中读取分支的共轭乘积结果,对该结果做FFT变换后再取共轭;
S22:取延迟扩频序列的共轭与扩频序列进行乘积,并对该乘积再进行FFT变换;
S23:将步骤S21得到的共轭结果与步骤S22得到的FFT变换结果进行相乘,将该乘积结果再做FFT变换,取FFT变换结果的共轭为该分支的积分结果;
S24:重复执行步骤S21、步骤S22和步骤S23,并将步骤S23得到的积分结果写入存储器中,直至执行完成所有分支的计算,存储器中存储了NB个分支的积分结果。
2.根据权利要求1所述的码片同步和频率估计方法,其特征在于,步骤S1具体包括:
S11:初始化同步控制参数、扩频序列长度NC和用于存储NB个分支的共轭乘积结果的存储器;
S12:接收中频数据,缓存2个符号长度的数据,其中1个符号的数据长度为扩频序列长度NC;
S13:从缓存中频数据中获取分支数据与分支延迟数据;
S14:取分支延迟数据的共轭,并与分支数据进行相乘,将乘积结果循环右移后得到该分支本次共轭乘积计算结果,再将该分支本次共轭乘积计算结果与存储器中该分支的共轭乘积结果进行累加求和,最后将累加和写入存储器;
S15:重复步骤S13和步骤S14直至完成所有分支计算,存储器中就存储了NB个分支的共轭乘积结果;
S16:更新缓存数据,重复步骤S13-S15,直至完成所有符号数据的更新。
3.根据权利要求2所述的码片同步和频率估计方法,其特征在于,步骤S11中所述同步控制参数包括延迟码片间隔、延迟分支数、符号数、延迟分支计数和符号计数,延迟码片间隔和延迟分支数的取值应确保延迟码片间隔和延迟分支数的乘积结果小于扩频序列长度。
4.根据权利要求2所述的码片同步和频率估计方法,其特征在于,步骤S16中更新缓存数据具体包括:将缓存中第2个符号对应的中频数据移到第1个符号位置处,接收新的中频数据缓存至第2个符号位置处,完成NC个中频数据的接收就完成了1个符号的数据更新。
5.根据权利要求1所述的码片同步和频率估计方法,其特征在于,步骤S6中峰值相位具体为获取峰值对应积分累加和,再计算该积分累加和的相位,用该相位估计信号的频率。
6.一种适用于直接序列扩频信号的码片同步和频率估计***,其特征在于,包括中频数据缓存模块、同步控制模块、存储器模块、计算分支共轭乘积模块、扩频序列处理模块、计算分支积分模块、计算积分累加和模块和计算同步结果模块,其中:
所述中频数据缓存模块接收下变频后的中频数据,并依据所述同步控制模块给出的更新缓存数据信号对中频数据缓存模块的中频数据进行更新,每次更新1个符号长度的中频数据;
所述同步控制模块依据延迟码片间隔、延迟分支数、符号数、延迟分支计数和符号计数给出计算控制信号、分支计数值和更新缓存数据信号;
所述存储器模块用于存储通过所述计算分值共轭乘积模块计算得到的分支共轭乘积结果和通过所述计算分支积分模块计算得到的分支积分结果;
所述计算分支共轭乘积模块依据所述同步控制模块给出计算控制信号和分支计数值从所述中频数据缓存模块中获取分支数据及分支延迟数据,完成共轭相乘计算;从所述存储器模块中获取该分支已存储的数据并与循环移位后共轭乘积结果进行累加求和,并将累加求和的结果写入存储器;
所述扩频序列处理模块依据所述同步控制模块给出的计算控制信号和分支计数值完成新的扩频序列生成并发送给所述计算分支积分模块;
所述计算分支积分模块依据所述同步控制模块给出的计算控制信号和分支计数值从所述存储器模块读取该分支的共轭乘积结果,与所述扩频序列处理模块给的新的扩频序列一起完成该分支的积分计算,并将积分计算的结果写入存储器中;
所述计算积分累加和模块从所述存储器模块中读取存储器中的积分结果,完成积分共轭乘积的计算和积分累加和的计算,并将积分累加和送给所述计算同步结果模块;
所述计算同步结果模块依据积分累加和来获取峰值,利用峰值来判定是否同步,若判定同步再计算接收信号的码片同步位置和频率。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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