CN101051852A - 扩频信号的二维快速捕获装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大多普勒频偏、大动态范围下扩频信号载波和扩频信号的二维快速捕获装置和方法。将信号的整个多普勒范围内细分出若干个扫频点，在对所有扫频频点上采用并行解扩联合非相干检测能量，找出其中的最大值和参考门限比较，用以确定是否捕获上信号和捕获的信号的载波频率和扩频码相位。该方法能在有限的资源下，一方面避免了复杂计算，同时又能实现对信号的快速捕获。在大频偏、高动态信号条件下，能保证在整个动态范围内稳定、高效、快速的工作，可广泛的应用于基于扩频的卫星通信和无线通信领域。

Description

扩频信号的二维快速捕获装置和方法

技术领域

本发明涉及一种通讯技术，尤其涉及一种扩频信号的二维快速捕获装置和方法。

背景技术

如今，新一代卫星移动通信系统要求具有无缝隙覆盖能力，并能支持个人手持终端通信。特别的是以GPS为代表的卫星扩频技术，在导航、定位以及通信方面的广泛应用，极大的提高了人们的生活质量。然而卫星扩频信号具备大多普勒频偏、大动态条件等特点，对信号捕获在时间上提出了苛刻的要求。目前针对卫星扩频信号的快速捕获，虽然有基于FFT的并行码等捕获技巧，但是运算复杂度大，以及精度低等特点使其不适合于对具备大动态范围的扩频信号捕获。

发明内容

本发明提供一种扩频信号的二维快速捕获装置和方法，已解决现有技术中门限设置较高，会导致低信噪比下检测概率过低以致漏捕，门限设置较低，却又会导致在高信噪比条件下虚警概率过高以致错捕的缺陷。

本发明公开了一种扩频信号的二维快速捕获办法，包含以下步骤：

1)在载波多普勒频偏范围内，设置扫频频点位置、以及扫频步长(需根据系统参数进行优化选取)；

2)在每个驻留频点上，使用并行相关器得到扩频码相位，之后通过非相干累积(累积长度需根据信号动态特性以及SNR情况进行折中选择)，得到在各个频点上信号能量的并行解扩步骤；

3)对所有扫频点遍历，得到各个频点对应下、所估计的扩频码相位条件下的信号能量值；

4)通过对噪声估计，得到设置能量检测的参考门限(对噪声估值的加权系数需要专门设计)；

5)选取在所有扫频点上能量值的最大值，和参考门限比较；

6)若大于门限则说明捕获上信号，并且得到捕获上载波频率和扩频码相位；若小于门限，则重新在频率-扩频码相位两维区域内搜索信号。

所述的并行解扩流程包括：

1)初始化策略控制模块，使载波多普勒频偏为0Hz，扫频计数器为0；

2)在此频点先做并行相关得到若干个能量值，选取其中的最大能量值对应下的扩频码相位作为接收信号码相位的估计值；

3)在估计得到的扩频码相位下解扩，并做非相干累加，并将能量累加值存储下来；

4)在多普勒频偏范围内其他载波频偏频点，重复上述操作，得到不同频点下的非相干能量累加值；

选择所有非相干能量累加值中的最大值和参考门限比较，如果大于参考门限最大值，则说明捕获上信号并且得到载波频率以及扩频码相位；如果还是没有能达到上述门限，则重复操作继续搜索信号，直到能检测到信号并捕获上载波频率和扩频码相位。

所述的能量值的个数和扩频码周期长度相同。

所述的参考门限值是所述的噪声估计值的倍数。

所述的扩频信号为高动态(大多普勒频偏，大动态范围)的卫星扩频信号。

基于RAM的卫星扩频信号二维快速捕获装置，方案如图1所示：包括正交下变频电路、低通滤波器、以及基于RAM的并行直接解扩、噪声估计、非相干累积以及能量检测和策略控制等模块。

有益效果

为优化捕获性能，缩短捕获时间，该方法采用基于RAM的并行解扩策略，也就是在依靠高的工作时钟，通过时分复用的办法联合并行运算结构在较短的时间内得到各个码相位下的相关值，I、Q两路相关值平方后相加就得到了所有码相位对应下的能量值，通过选择所有能量值中的最大值来估计扩频码相位。

本发明提供了一种新型的针对大多普勒频偏、大动态范围下卫星扩频信号的快速捕获技巧，该方法不仅可以实现对卫星扩频信号的快速捕获，而且在低信噪比、高动态条件下均能稳定良好工作。该方式能在有限的资源下，一方面避免了复杂计算，同时又能实现快速捕获。

附图说明

图1基于RAM的卫星扩频信号二维快速捕获框图

图2捕获流程图

图3并行解扩结构图

图4能量检测图

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

                                实施例1

假使电路工作时钟频率：64×1.2288MHz、码速率：1.2288Mbps、扩频码长：1024。扩频码相位估计即为：在1024个码相位中，找到解扩之后能量最大对应下的那个相位，这样就可以保证码相位估计偏差在0.5个码片之内，从而为后续的码相位跟踪提供参数。并行捕获通过滑动本地码来匹配输入信号，其优势就在于：能在一个码片时间宽度内得到一个相关结果，在1024个码片时间宽度内实现对码相位的捕获。

如图3所示，RAM的深度：1024，写时钟为1.2288MHz，写数据为输入的信号并顺序循环写入RAM，读时钟为64×1.288MHz，有16路读出的数据，第二路读地址比第一路读地址大64，第三路读地址比第二路读地址大64...所以在每个1.2288MHz的时钟周期内，RAM内的1024个数据全部读出。扩频码发生器由ROM方式产生，事先将扩频码序列存储于ROM中，ROM规格：1×1024，ROM的读时钟：64×1.2288MHz，总16路输出，第二路读地址比第一路读地址大64，第三路读地址比第二路读地址大64...。每个累加器(ACC)加减控制端由扩频码决定(扩频码为1则减，扩频码为0则加)，ACC的累加器时钟64×1.2288MHz，清零时钟为1.2288MHz。16个累加器结果在清零时刻前相加得到的值就是相关值。因为ACC的清零时钟为1.2288MHz，所以相关值更新频率为1.2288MHz，也就是说在一个码片时间内得到一个相关值。I、Q两路信号分别和两种扩频码做相关，所以电路中这样的累加运算结构是4个并行。

如图4，四个相关结果在平方之后并相加得到最后的能量值。这样的能量值的数据率为1.2288MHz，MAX模块挑选出连续的1024个能量值中最大值，而对应下的码相位即为捕获得到的码相位。

Claims (7)

1.一种扩频信号的二维快速捕获办法，其特征是：包含以下步骤：

在载波多普勒频偏范围内，设置扫频频点位置、以及扫频步长；

在每个扫频频点上驻留，使用并行相关器检测扩频码相位，之后通过非相干累积，得到在各个频点上信号能量；

对所有扫频点遍历，得到各个频点对应下、特定扩频码相位条件下的信号能量值；

通过对噪声估计，得到设置能量检测的参考门限；

选取在所有扫频点上能量值的最大值，和参考门限比较；

若大于门限则说明捕获上信号，并且得到捕获上载波频率和扩频码相位；若小于门限，则重新在载波频率-扩频码相位两维区域内搜索信号。

2.如权利要求1所述的一种扩频信号的二维快速捕获办法，其特征在于：所述的并行解扩流程包括：

初始化策略控制模块，使载波多普勒频偏为0Hz，扫频计数器为0；

在此频点先做并行相关得到若干个能量值，选取其中的最大能量值对应下的扩频码相位作为接收信号码相位的估计值；

在估计得到的扩频码相位下解扩，并做非相干累加，并将能量累加值存储下来；

在多普勒频偏范围内其他载波频偏频点，重复上述操作，得到不同频点下的非相干能量累加值；

选择所有非相干能量累加值中的最大值和参考门限(参考门限值是噪声估计值的倍数)比较，如果大于参考门限，则说明捕获上信号并且得到载波频点估计值以及扩频码相位；如果还是没有能达到上述门限，则重复操作继续搜索信号，直到能检测到信号并捕获上载波频点和扩频码相位。

3.如权利要求2所述的一种扩频信号的二维快速捕获办法，其特征在于：所述的能量值的个数和扩频码周期长度相同。

4.如权利要求2所述的一种扩频信号的二维快速捕获办法，其特征在于：所述的参考门限值是所述的噪声估计值的倍数。

5.如权利要求1～4中任意一权利要求所述的一种扩频信号的二维快速捕获办法，其特征在于所述的扩频信号为高动态(大多普勒频偏，大动态范围)扩频信号。

6.一种扩频信号的二维快速捕获装置，其特征在于：用上述扩频信号的二维快速捕获策略进行工作的；包括正交下变频电路、低通滤波器、以及基于RAM的并行直接解扩、噪声估计、非相干累积以及能量检测和策略控制等模块。

7.如权利要求6所述的一种扩频信号的二维快速捕获装置，其特征在于：所述的扩频信号的二维快速捕获装置为硬件基于RAM的卫星扩频信号的二维快速捕获装置。

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