專利名稱：短時突發(fā)擴(kuò)頻信號傳輸與接收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信中的擴(kuò)頻技術(shù)，具體地，涉及一種短時突發(fā)擴(kuò)頻信號傳輸與接收方法。
背景技術(shù)：
擴(kuò)頻通信技術(shù)由于具有抗干擾、抗多徑、保密性好、不易截獲等諸多的優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛地應(yīng)用于民用、軍事等諸多領(lǐng)域。無線信道在通信過程中信道參數(shù)往往隨時間呈現(xiàn)出相對劇烈的變化，因此通常采用突發(fā)模式。突發(fā)模式傳輸?shù)碾y點(diǎn)在于同步參數(shù)和信道參數(shù)的快速估計上，而采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)的突發(fā)信號接收更加大了對快速捕獲以及快速估計的難度。突發(fā)傳輸模式是以單個數(shù)據(jù)包為單位傳送數(shù)據(jù)，可以間歇或連續(xù)地發(fā)送數(shù)據(jù)包單元?？紤]到在移動信道環(huán)境下兩個突發(fā)數(shù)據(jù)包發(fā)送時間上的不連續(xù)，解調(diào)前一個數(shù)據(jù)包所得到的同步信息和信道參數(shù)信息往往不能為解調(diào)下一個數(shù)據(jù)包所利用，每一個數(shù)據(jù)包均需要重新估計各種參數(shù)。為了實現(xiàn)快速同步捕獲和估計各種信道參數(shù)，通常是在每一個要發(fā)送的數(shù)據(jù)包前面插入一個特定圖案的前導(dǎo)序列，接收機(jī)利用前導(dǎo)序列作為輔助數(shù)據(jù)來進(jìn)行定時同步和載波恢復(fù)，在有限的前導(dǎo)序列期間，突發(fā)解調(diào)器需要實現(xiàn)快速可靠的同步捕獲以及載頻、相位信息的快速估計。 因此，傳統(tǒng)的鎖相環(huán)等連續(xù)反饋控制算法較難應(yīng)用于這種短突發(fā)通信模式。突發(fā)模式擴(kuò)頻收發(fā)信機(jī)物理層要求支持最小一個時隙突發(fā)的信息傳輸。在通信過程中的大多數(shù)情況下，以時隙為最小傳輸單位的信息傳輸是不連續(xù)的，收發(fā)信機(jī)接收到任何兩個時隙突發(fā)的時間間隔是不定的。目前應(yīng)用最為廣泛的還是基于前導(dǎo)序列的突發(fā)系統(tǒng)，前導(dǎo)同步技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)參數(shù)估計過程簡單，實現(xiàn)規(guī)?？梢越邮埽阅芎?，同步速度快，信噪比門限低。對于基于前導(dǎo)序列的同步，需要前導(dǎo)序列來完成信號捕獲，同步參數(shù)的粗估計以及幀數(shù)據(jù)起始位置指示。前導(dǎo)序列一般就分為兩部分，包括一部分固定為全“1”或全“0”的輔助捕獲字段和獨(dú)特碼(唯一字)段，參見公開文獻(xiàn)“管云峰，張朝陽，焦向峰，仇佩亮。突發(fā)模式DS-CDMA-QPSK接收機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn)。電路與系統(tǒng)學(xué)報，2001，6 (4) :45_50”。 突發(fā)擴(kuò)頻信號的捕獲算法主要有基于載波信號功率譜特性的快速捕獲算法，通過計算解擴(kuò)信號功率譜最大值與次大值的比值，并將該比值與判決門限進(jìn)行比較，從而判斷捕獲成功與否，參見公開文獻(xiàn)“陸繼珍，卜愛民。高動態(tài)短時突發(fā)擴(kuò)頻信號的快速捕獲技術(shù)研究。半導(dǎo)體技術(shù)，2008，33 (6): 530-533”。針對短時突發(fā)模式下直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)要求在有限時間內(nèi)以很低虛警和漏警概率捕獲PN碼相位這一難題，公開文獻(xiàn)“安建平，沈業(yè)兵，王愛華，羅常青。一種低輸入信噪比和低恒虛警約束下的PN碼快捕算法。兵工學(xué)報，2007，28(11) :1320-1321”提出了一種基于數(shù)字匹配濾波器(DMF)的多碼元非相干累加單次駐留檢測的PN碼快速捕獲算法。它在傳統(tǒng)單次駐留算法的基礎(chǔ)上，用多碼元累加來提高碼相位判決量的信噪比，從而大大降低了低輸入信噪比和低恒虛警約束下的平均捕獲時間。公開文獻(xiàn)“張桂華，王縛鵬。一種快速捕獲短時突發(fā)直擴(kuò)序列的方法。無線電工程，2004，34 (7) 24-55”采用中頻積累和視頻積累相結(jié)合、等待式偽碼級聯(lián)相關(guān)計算的技術(shù)，較好地解決了短時突發(fā)偽隨機(jī)碼的快速捕獲問題。公開文獻(xiàn)“王祖良，姚春光，王娟，鄭林華。復(fù)雜環(huán)境下突發(fā)短幀擴(kuò)頻通信系統(tǒng)處理算法設(shè)計與綜合性能仿真。信號處理，2008， 24(4) 696-699”提出采用基于頻域的并行捕獲方法，并且采用變頻率范圍、變頻率步進(jìn)和變積分時間的搜索策略，使系統(tǒng)既能在大頻偏條件下工作，又能在低信噪比條件下工作。公開文獻(xiàn)“王君，安建平，宋淑娟。一種新的高動態(tài)直擴(kuò)接收機(jī)快速碼捕獲方法。北京理工大學(xué)學(xué)報，2004，24 (5) 439-465”以快速捕獲為目標(biāo)，提出了分段匹配濾波相關(guān)法、最大選擇檢測法和多通道頻率并行搜索加FFT校頻技術(shù)的PN碼捕獲方法，仿真結(jié)果表明該方法可以容忍更大的頻率動態(tài)范圍，在較低信噪比下快速完成碼捕獲。這些算法或者不使用突發(fā)幀的前導(dǎo)序列，或者僅使用突發(fā)幀中前導(dǎo)序列的全“ 1”或全“0”部分，并沒有考慮獨(dú)特碼的應(yīng)用，將突發(fā)信號檢測、PN碼同步與幀同步割裂了開來，這使得同步過程需要的前導(dǎo)序列變長，降低了傳輸效率。本發(fā)明提出了一種短時突發(fā)擴(kuò)頻信號傳輸與接收方法。本發(fā)明在突發(fā)前導(dǎo)序列中僅使用獨(dú)特碼，而不使用全“1”或全“0”序列，提高了傳輸效率。同時，本發(fā)明還提出了基于差分運(yùn)算的突發(fā)信號接收方法，可同時快速完成突發(fā)信號檢測、PN碼捕獲、頻偏估計、幀同步檢測和位定時捕獲等任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種短時突發(fā)擴(kuò)頻信號傳輸方法，并且提供一種基于差分運(yùn)算的突發(fā)信號接收方法，可同時快速完成突發(fā)信號檢測、PN碼捕獲、頻偏估計、幀同步檢測和位定時捕獲等任務(wù)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種短時突發(fā)擴(kuò)頻信號傳輸與接收方法，其特征在于包括如下步驟
步驟一將獨(dú)特碼與承載數(shù)據(jù)組成突發(fā)擴(kuò)頻信號幀結(jié)構(gòu)，其中，將獨(dú)特碼作為前導(dǎo)序
列；
步驟二 令接收機(jī)采用基于差分運(yùn)算的突發(fā)信號接收方法，可同時快速完成突發(fā)信號檢測、PN碼捕獲、頻偏估計、幀同步檢測和位定時捕獲任務(wù)。優(yōu)選地，在所述步驟一中，將成幀后的數(shù)據(jù)與擴(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻處理，然后進(jìn)行成形濾波與BPSK調(diào)制。優(yōu)選地，在所述步驟二中，接收機(jī)將擴(kuò)頻碼捕獲與獨(dú)特碼捕獲同時考慮，將I 個獨(dú)特碼
權(quán)利要求
1.一種短時突發(fā)擴(kuò)頻信號傳輸與接收方法，其特征在于包括如下步驟步驟一將獨(dú)特碼與承載數(shù)據(jù)組成突發(fā)擴(kuò)頻信號幀結(jié)構(gòu)，其中，將獨(dú)特碼作為前導(dǎo)序列；步驟二 令接收機(jī)采用基于差分運(yùn)算的突發(fā)信號接收方法，同時快速完成突發(fā)信號檢測、PN碼捕獲、頻偏估計、幀同步檢測和位定時捕獲任務(wù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述步驟一中，將成幀后的數(shù)據(jù)與擴(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻處理，然后進(jìn)行成形濾波與BPSK調(diào)制。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述步驟二中，接收機(jī)將擴(kuò)頻碼捕獲與獨(dú)特碼捕獲同時考慮，將I個獨(dú)特碼I V.,. x,f .}對應(yīng)的擴(kuò)頻后信息序列作為一個超級擴(kuò)頻碼看待，記為γ = / ^ c ^ c t rl。Ij .1 Λ*—" “· .1 ■ - · '■■* .1 1 f · iν (_%· ν “ ν ν _ “ 'v^y· .,.j 一· j
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述步驟二中，超級擴(kuò)頻碼捕獲過程中采用滑動平均方法估計差分輸出信號的噪聲功率，并據(jù)此自適應(yīng)設(shè)置判決門限；差分輸出經(jīng)積分后取實部作為判決變量與門限值進(jìn)行比較，進(jìn)行超級擴(kuò)頻碼捕獲檢測。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述步驟二中，在完成了超級擴(kuò)頻碼的捕獲后，根據(jù)差分輸出信號的對稱性，進(jìn)行位同步捕獲。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述步驟二中，在完成位同步捕獲后，利用最佳采樣點(diǎn)構(gòu)成的序列進(jìn)行頻偏估計。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟二包括如下步驟第一子步驟模擬信號經(jīng)ADC后變?yōu)閿?shù)字信號，假設(shè)每chip采樣#個樣本，即采樣周期 Ts=TcZN, Tc 為 chip 周期；第二子步驟數(shù)字采樣信號以速率4=1/7^進(jìn)行匹配濾波，濾波輸出如下其中是chip能量，是經(jīng)chip匹配濾波后的基帶脈沖，即升余弦(RC)脈沖， = 是用戶發(fā)送信息，為用戶擴(kuò)頻碼，Δ !) = 2;ΓΔ/是Doppler頻移與載波頻差共同引起的頻率偏差， 是接收端的載波相位，它包含發(fā)端的載波初相和傳輸信道引起的相位變化，是單邊功率譜密度為的復(fù)高斯白噪聲，均值為0，方差為> σ 2 ；匹配濾波a輸出送至移位寄存器進(jìn)行存儲；第三子步驟以匹配濾波輸出的當(dāng)前樣本為指針，以#為抽取比進(jìn)行抽取，得到每chip 一個點(diǎn)的抽取序列；第四子步驟抽取序列與超級擴(kuò)頻碼石進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，其輸出如下
全文摘要
本發(fā)明提出了一種短時突發(fā)擴(kuò)頻信號傳輸與接收方法，包括步驟步驟一將獨(dú)特碼與承載數(shù)據(jù)組成突發(fā)擴(kuò)頻信號幀結(jié)構(gòu)，其中獨(dú)特碼起到前導(dǎo)序列的作用；步驟二令接收機(jī)采用基于差分運(yùn)算的突發(fā)信號接收方法，同時快速完成突發(fā)信號檢測、PN碼捕獲、頻偏估計、幀同步檢測和位定時捕獲任務(wù)。本發(fā)明提供的方法在突發(fā)前導(dǎo)序列中僅使用獨(dú)特碼，而不使用全“1”或全“0”序列，提高了傳輸效率。同時，本發(fā)明還提出了基于差分運(yùn)算的突發(fā)信號接收方法，可同時快速完成突發(fā)信號檢測、PN碼捕獲、頻偏估計、幀同步檢測和位定時捕獲等任務(wù)。
文檔編號H04L25/02GK102332933SQ20111029874
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者吳團(tuán)鋒, 歸琳, 徐友云, 徐胤, 熊箭, 馬文峰 申請人:上海交通大學(xué)