CN103675852A - 一种tddm-boc信号双边带四通道捕获方法 - Google Patents

Abstract

一种TDDM-BOC信号双边带四通道捕获方法，采用双边带四通道捕获的方式，双边带包括TDDM-BOC信号的上、下边带，每个边带处理又包括BOC通道和TDDM通道，共计四个通道。不同通道间采用统一时钟的缓存处理方式实现通道间的信号同步。通过四个通道的本地伪码与接收信号相关可以初步判断当前积累时间内的扩频方式。当电文翻转时，进行解模糊判决，解模糊判决时采用二分法进行分段处理，可以最快速度完成翻转位置的确定。在信号捕获判决部分，依据实测信噪比的估计值对门限进行设置，门限变换周期与信噪比估计值的更新周期相同。本发明方法可以实现TDDM-BOC信号的捕获，提高信号的捕获灵敏度和捕获效率。

Description

一种TDDM-BOC信号双边带四通道捕获方法

技术领域

本发明属于通信领域，涉及一种TDDM-BOC信号的捕获方法。 

背景技术

我国北斗二代二期系统拟采用TDDM-BOC（Time Division Data Modulation Binary Offset Carrier时分数据调制下的二进制偏移载波）调制方式进行导航信号传输。与传统BPSK调制方式相比，TDDM-BOC信号具有更强的抗多径干扰性能，同时其频谱分裂特性能够解决目前导航信号L频段资源紧张的问题。 

TDDM调制方式是一种偶数位不调制而奇数位调制的时分多路复用数据处理方式。由于偶数位码片未调制数据，如果采用通常的同步方法（非TDDM处理）则只有50%的成功概率，无法满足信号捕获要求。 

针对于TDDM-BOC信号体制的卫星导航接收机，与传统BPSK信号接收机相比，最大的不同在于捕获部分。目前针对TDDM-BOC信号的捕获方法可参考文献2010年6月兵工学报《一种TDDM扩频方式下的BOC调制信号的同步方法》以及2009年10月沈阳理工大学学报《TDDM扩频信号的直捕算法研究》。上述文献中针对TDDM-BOC信号的捕获均采用单边带双通道的方式，这样会造成信号能量损失一半，从而造成接收机捕获灵敏度降低3dB。此外，在以上文献中未提及采用多个通道对TDDM-BOC信号捕获时，多通道之间的同步处理问题。最后，在捕获判决过程中，上述方法均采用峰均比作为判决依据，由此会造成捕获时间的延长。 

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种TDDM-BOC信号双边带四通道捕获方法，四个通道之间采用统一时钟的缓存处理方式实现 通道间的信号同步，捕获判决过程中依据信噪比进行门限调整，在判决模糊时采用二分法进行分段处理解模糊，可以实现TDDM-BOC信号的捕获，提高信号的捕获灵敏度和捕获效率。 

本发明的技术解决方案是：一种TDDM-BOC信号双边带四通道捕获方法，步骤如下： 

（1）接收外部输入的TDDM-BOC信号，对TDDM-BOC信号进行去载波处理，得到去载波的TDDM-BOC信号S_carrier-off（t）， 

其中p代表TDDM-BOC信号功率值，sw(2πf_sct)代表方波副载波，f_sc代表方波副载波的频率，PN(t)代表TDDM-BOC信号的伪码，data(t)代表电文数据，符号⊕表示模2加法运算； 

（2）利用滤波器分别对信号S_carrier-off（t）的上边带和下边带进行滤波，从而将去载波后的TDDM-BOC信号分为上边带信号S_{carrier-off-up}（t）和下边带信号S_{carrier-off-down}（t）； 

（3）在码时钟数控晶振提供的时钟驱动下产生本地码PN(t)，对本地码PN(t)进行副载波调制后得到信号PN_boc(t)=sw(2πf_sct)PN(t)，然后再对信号PN_boc(t)进行TDDM调制，得到信号

（4）利用本地时钟进行输出控制，使得信号PN_boc(t)和信号PN_TDDM-BOC(t)同步输出； 

（5）利用步骤（4）同步输出的PN_TDDM-BOC(t)信号，分别与步骤（2）中得到的上边带信号S_{carrier-off-up}（t）和下边带信号S_{carrier-off-down}（t）进行TDDM-BOC相关，得到两路相关信号R_up-TDDM-BOC（t）和R_{down-TDDM-BOC}（t）；利用步骤（4）同步输出的PN_boc(t)信号，分别与步骤（2）中得到的上边带信号S_{carrier-off-up}（t）和下边带信号 S_{carrier-off-down}（t）进行BOC相关，得到两路相关信号R_up-boc（t）和R_down-boc（t）；将信号R_up-boc（t）与R_down-boc（t）进行合路得到BOC支路相关结果R_boc（t），将信号R_up-TDDM-BOC（t）与R_{down-TDDM-BOC}（t）进行合路得到TDDM-BOC支路相关结果R_TDDM-BOC（t）；其中 

R_up-boc（t）=S_{carrier-off-up}（t）*PN_boc(t) 

R_up-TDDM-BOC（t）=S_{carrier-off-up}（t）*PN_TDDM-BOC(t) 

R_down-boc（t）=S_{carrier-off-down}（t）*PN_boc(t) 

R_{down-TDDM-BOC}（t）=S_{carrier-off-down}（t）*PN_TDDM-BOC(t) 

符号*代表卷积运算； 

（6）根据接收机信噪比估计值设定判决门限Gate(t)，将步骤（5）中计算得到的R_boc（t）和R_TDDM-BOC（t）分别与判决门限Gate(t)进行比较进行捕获判决； 

（A）当R_boc（t）>Gate(t)>R_TDDM-BOC（t）时判断TDDM-BOC信号捕获成功，为BOC扩频，对应电文为+1的正向扩频； 

（B）当R_boc（t）<Gate(t)<R_TDDM-BOC（t）时判断TDDM-BOC信号捕获成功，为TDDM-BOC扩频，对应电文为-1的逆向扩频； 

（C）当R_boc（t）>R_TDDM-BOC（t）>Gate(t)或R_TDDM-BOC（t）>R_boc（t）>Gate(t)时，判断TDDM-BOC信号捕获成功，但存在电文翻转，对电文数据进行解模糊找到翻转位置并判决电文是+1还是-1； 

如果发生除所述（A）、（B）和（C）三种情况以外的情况，则判断TDDM-BOC信号捕获失败，通过调整本地码PN(t)重新进行四个通道的相关处理和捕获判决，直至TDDM-BOC信号捕获成功后结束。 

所述步骤（6）中进行解模糊的方法为：采用二分法的方式，对于第一次分段，将本地码PN(t)从其中间位置平均分为两段，然后执行步骤（3）～（5），并按照步骤（6）中的判决方法进行进行捕获判决，当满足条件  ${R_{\mathrm{boc}}}^{\left(k\right)}\left(t\right)>{R^{\left(k\right)}}_{\mathrm{TDDM}-\mathrm{BOC}}\left(t\right)>\frac{\mathrm{Gate}\left(t\right)}{2^k}$ 或者 ${R^{\left(k\right)}}_{\mathrm{TDDM}-\mathrm{BOC}}\left(t\right)>{R_{\mathrm{boc}}}^{\left(k\right)}\left(t\right)>\frac{\mathrm{Gate}\left(t\right)}{2^k}$ 时，k代表分段次数，对满足条件的那一段再一次平均分段，k的值加一，对新分成的两段再一次执行步骤（3）～（5），并按照步骤（6）中的判决方法再次进行捕获判 决，如此循环，直至最新一次的分段结果中有一段本地码按照步骤（6）中的方法判决只出现情况（A）或者情况（B），则停止分段相关，完成电文翻转的解模糊。 

本发明与现有技术相比的优点在于： 

（1）本发明采用了对接收信号的上、下边带分别进行TDDM通道与BOC通道共计四个通道并行处理后合路的方法，由于没有浪费下边带的能量，从而提高了信号捕获的灵敏度； 

（2）本发明方法对于不同通道间采用了统一时钟触发的缓存处理方式实现了本地通道间的信号同步，从而提高了捕获输出结果的伪码相位精度； 

（3）本发明方法在发生电文翻转时，通过采用二分法进行分段处理，提高了模糊判决的速度； 

（4）本发明方法在信号捕获判决阶段，依据实测信噪比的估计值对门限进行设置，与峰均比判决法相比，缩短了捕获时间。 

附图说明

图1为本发明方法的原理图； 

图2为本发明方法中通道同步的原理图； 

图3为本发明方法中捕获判决的实现原理图； 

图4为本发明方法中捕获判决时电文解模糊的原理图。 

具体实施方式

本发明方法根据TDDM-BOC信号的特性，采用双边带四通道分路处理的方式，将TDDM信号与BOC信号并行处理。对于TDDM调制的接收信号而言，如果导航电文为+1，采用TDDM调制的结果和BOC调制结果相同，如果导航电文为-1，采用TDDM调制的结果为-1，+1交互出现。因此，将信号通过TDDM支路与BOC支路并行处理既能实现捕获。此外，从避免能量损失的角度采用上下边带信号同时处理，即确定了上下边带四通道的捕获方法。 

如图1所示，为本发明TDDM-BOC信号捕获方法的原理框图。接收到的 去载波的TDDM-BOC信号S_carrier-off（t）的表达式如下： 

其中p代表TDDM-BOC信号功率值，sw(2πf_sct)代表方波副载波，其中f_sc代表方波副载波的频率，PN(t)代表TDDM-BOC信号的伪码，data(t)代表电文数据，符号⊕表示模2加法运算； 

利用滤波器在频域对信号的上、下边带分别进行滤波，从而将TDDM-BOC信号分为上边带信号S_{carrier-off-up}（t）和下边带信号S_{carrier-off-down}（t）。 

在码时钟数控晶振提供的时钟驱动下产生本地码PN(t)并送至副载波生成，经过副载波调制的信号为PN_boc(t)=sw(2πf_sct)PN(t)，经过副载波调制后的信号再进行TDDM调制，经过TDDM调制的信号为： 

之后，生成的本地信号PN_boc(t)、PN_TDDM-BOC(t)进行通道同步，通道同步的具体原理如图2所示，通过利用本地时钟及移位寄存器进行时序控制实现。两路本地信号PN_boc(t)、PN_TDDM-BOC(t)分别输入移位寄存器中，PN_boc(t)信号输入移位寄存器1，PN_TDDM-BOC(t)信号输入移位寄存器2。为了节省资源，移位寄存器长度无法存储伪码的所有码片数据，同时，由于BOC信号比TDDM-BOC信号早进入移位寄存器中，因此以本地时钟为驱动的输出控制单元根据两个移位寄存器的输入情况进行输出控制。当移位寄存器1中的数据到达移位寄存器末端时，标记下移位寄存器2中的第一位PN_TDDM-BOC(t)数据位置，作为输出位置，此时以本地时钟为驱动输出PN_boc(t)和PN_TDDM-BOC(t)即实现同步。 

在实现了同步后，本地PN_TDDM-BOC(t)与上边带信号S_{carrier-off-up}（t）和下边带信号S_{carrier-off-down}（t）分别进行TDDM-BOC相关，本地PN_boc(t)与上边带信号S_{carrier-off-up}（t）和下边带信号S_{carrier-off-down}（t）分别进行BOC相关，得到四个通道的相关结果分别为R_up-boc（t）、R_up-TDDM-BOC（t）、R_down-boc（t）、R_{down-TDDM-BOC}（t），其表达式如下： 

R_up-boc（t）=S_{carrier-off-up}（t）*PN_boc(t) 

R_up-TDDM-BOC（t）=S_{carrier-off-up}（t）*PN_TDDM-BOC(t) 

R_down-boc（t）=S_{carrier-off-down}（t）*PN_boc(t) 

R_{down-TDDM-BOC}（t）=S_{carrier-off-down}（t）*PN_TDDM-BOC(t) 

其中*代表卷积运算。 

将R_up-boc（t）与R_down-boc（t）进行合路得到BOC支路相关结果R_boc（t），将R_up-TDDM-BOC（t）与R_{down-TDDM-BOC}（t）进行合路（对应相加）得到TDDM-BOC支路相关结果R_TDDM-BOC（t）。 

得到的R_boc（t）、R_TDDM-BOC（t）输入到捕获判决部分进行捕获判决。捕获判决原理如图3所示。由于接收机信噪比估计值

（dB）中，噪声N越大，信噪比数值越小，对应的捕获门限Gate就要越大，因此将所能捕获到的最低信噪比值 

对应捕获门限最大值Gate_max，将无噪声条件下捕获门限作为最小值即捕获基础门限值Gate₀，首先将信噪比

（dB）数值化为（数值）归一化，归一化后的信噪比数值为由此可知，门限的确定只与噪底相关，噪底越高，门限越高，由于接收机内部估计信噪比的时候首先估计噪底，因此，在门限计算时利用接收机估算的噪底值即可。门限计算公式可记为： 

$\mathrm{Gate}\left(t\right)={\mathrm{Gate}}_0+\frac{{\mathrm{Gate}}_{\max }-{\mathrm{Gate}}_0}{N_{\max }}\&times;N\left(t\right)$

由此得到了捕获门限Gate(t)，将R_boc（t）、R_TDDM-BOC（t）与Gate(t)进行比较，从而完成捕获判决。 

（A）当R_boc（t）>Gate(t)>R_TDDM-BOC（t）时为BOC扩频，对应电文为+1的正向扩频； 

（B）当R_boc（t）<Gate(t)<R_TDDM-BOC（t）时为TDDM-BOC扩频，对应电文为-1的逆向扩频； 

（C）当R_boc（t）>R_TDDM-BOC（t）>Gate(t)或R_TDDM-BOC（t）>R_boc（t）>Gate(t)时，捕获成功，但存在电文翻转，则需要对电文进行解模糊，从而找到电文的翻转位置， 并判决电文是+1还是-1。 

当且仅当发生（A）、（B）和（C）中的任意一种情况时，TDDM-BOC信号捕获成功并结束；否则判断捕获失败，利用捕获判决结果调整本地码PN(t)相位，重新进行四个通道的相关处理和捕获判决，直至TDDM-BOC信号捕获成功后结束。 

进行解模糊的方法如图4所示，二分法是效率较高的一种算法，通过二分法的方式，能够快速定位翻转位置，从而将电文模糊解析。对于第一次分段，将本地码PN(t)在其中间位置将其平均分为2段，然后分别进行循环相关运算，并分别进行捕获判决，当

或者 

时，（k代表分段次数）对该段进行再一次平均分段，分别进行循环相关运算，并分别进行捕获判决，如此循环，直至捕获判决时只出现 ${R_{\mathrm{boc}}}^{\left(k\right)}\left(t\right)>\frac{\mathrm{Gate}\left(t\right)}{2^k}>{R^{\left(k\right)}}_{\mathrm{TDDM}-\mathrm{BOC}}\left(t\right)$ 或者 ${R^{\left(k\right)}}_{\mathrm{TDDM}-\mathrm{BOC}}\left(t\right)>\frac{\mathrm{Gate}\left(t\right)}{2^k}>{R_{\mathrm{boc}}}^{\left(k\right)}\left(t\right),$ 停止分段相关，从而完成电文翻转的解析。 

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。 

Claims (2)

1.一种TDDM-BOC信号双边带四通道捕获方法，其特征在于步骤如下：

（1）接收外部输入的TDDM-BOC信号，对TDDM-BOC信号进行去载波处理，得到去载波的TDDM-BOC信号S_carrier-off（t），

其中p代表TDDM-BOC信号功率值，sw(2πf_sct)代表方波副载波，f_sc代表方波副载波的频率，PN(t)代表TDDM-BOC信号的伪码，data(t)代表电文数据，符号⊕表示模2加法运算；

（2）利用滤波器分别对信号S_carrier-off（t）的上边带和下边带进行滤波，从而将去载波后的TDDM-BOC信号分为上边带信号S_{carrier-off-up}（t）和下边带信号S_{carrier-off-down}（t）；

（3）在码时钟数控晶振提供的时钟驱动下产生本地码PN(t)，对本地码PN(t)进行副载波调制后得到信号PN_boc(t)=sw(2πf_sct)PN(t)，然后再对信号PN_boc(t)进行TDDM调制，得到信号

（4）利用本地时钟进行输出控制，使得信号PN_boc(t)和信号PN_TDDM-BOC(t)同步输出；

（5）利用步骤（4）同步输出的PN_TDDM-BOC(t)信号，分别与步骤（2）中得到的上边带信号S_{carrier-off-up}（t）和下边带信号S_{carrier-off-down}（t）进行TDDM-BOC相关，得到两路相关信号R_up-TDDM-BOC（t）和R_{down-TDDM-BOC}（t）；利用步骤（4）同步输出的PN_boc(t)信号，分别与步骤（2）中得到的上边带信号S_{carrier-off-up}（t）和下边带信号S_{carrier-off-down}（t）进行BOC相关，得到两路相关信号R_up-boc（t）和R_down-boc（t）；将信号R_up-boc（t）与R_down-boc（t）进行合路得到BOC支路相关结果R_boc（t），将信号R_up-TDDM-BOC（t）与R_{down-TDDM-BOC}（t）进行合路得到TDDM-BOC支路相关结果R_TDDM-BOC（t）；其中

R_up-boc（t）=S_{carrier-off-up}（t）*PN_boc(t)

R_up-TDDM-BOC（t）=S_{carrier-off-up}（t）*PN_TDDM-BOC(t)

R_down-boc（t）=S_{carrier-off-down}（t）*PN_boc(t)

R_{down-TDDM-BOC}（t）=S_{carrier-off-down}（t）*PN_TDDM-BOC(t)

符号*代表卷积运算；

（6）根据接收机信噪比估计值设定判决门限Gate(t)，将步骤（5）中计算得到的R_boc（t）和R_TDDM-BOC（t）分别与判决门限Gate(t)进行比较进行捕获判决；

（A）当R_boc（t）>Gate(t)>R_TDDM-BOC（t）时判断TDDM-BOC信号捕获成功，为BOC扩频，对应电文为+1的正向扩频；

（B）当R_boc（t）<Gate(t)<R_TDDM-BOC（t）时判断TDDM-BOC信号捕获成功，为TDDM-BOC扩频，对应电文为-1的逆向扩频；

（C）当R_boc（t）>R_TDDM-BOC（t）>Gate(t)或R_TDDM-BOC（t）>R_boc（t）>Gate(t)时，判断TDDM-BOC信号捕获成功，但存在电文翻转，对电文数据进行解模糊找到翻转位置并判决电文是+1还是-1；

如果发生除所述（A）、（B）和（C）三种情况以外的情况，则判断TDDM-BOC信号捕获失败，通过调整本地码PN(t)重新进行四个通道的相关处理和捕获判决，直至TDDM-BOC信号捕获成功后结束。

2.根据权利要求1所述的一种TDDM-BOC信号双边带四通道捕获方法，其特征在于：所述步骤（6）中进行解模糊的方法为：采用二分法的方式，对于第一次分段，将本地码PN(t)从其中间位置平均分为两段，然后执行步骤（3）～（5），并按照步骤（6）中的判决方法进行进行捕获判决，当满足条件 ${R_{\mathrm{boc}}}^{\left(k\right)}\left(t\right)>{R^{\left(k\right)}}_{\mathrm{TDDM}-\mathrm{BOC}}\left(t\right)>\frac{\mathrm{Gate}\left(t\right)}{2^k}$ 或者 ${R^{\left(k\right)}}_{\mathrm{TDDM}-\mathrm{BOC}}\left(t\right)>{R_{\mathrm{boc}}}^{\left(k\right)}\left(t\right)>\frac{\mathrm{Gate}\left(t\right)}{2^k}$ 时，k代表分段次数，对满足条件的那一段再一次平均分段，k的值加一，对新分成的两段再一次执行步骤（3）～（5），并按照步骤（6）中的判决方法再次进行捕获判决，如此循环，直至最新一次的分段结果中有一段本地码按照步骤（6）中的方法判决只出现情况（A）或者情况（B），则停止分段相关，完成电文翻转的解模糊。

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