CN104022793A

CN104022793A - 基于三段论协同的新型直扩捕获兼容模型

Info

Publication number: CN104022793A
Application number: CN201410220783.4A
Authority: CN
Inventors: 刘芳; 冯永新
Original assignee: Shenyang Ligong University
Current assignee: Shenyang bangcui Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2034-05-23
Also published as: CN104022793B

Abstract

基于三段论协同的新型直扩捕获兼容模型，该模型由快速搜索、时频估计、反转估计三阶段组成，三个阶段协同完成新调制信号的捕获。快速搜索阶段通过多通道并行I-Q补偿来克服载波频率模糊问题，通过同向及正交处理克服信息反转位模糊问题，通过分段叠加处理提高处理速度。时频估计阶段通过补偿通道选择及本地信号分段处理，来估计接收信号的载波频率及伪码相位。反转估计阶段通过1/2分段处理及峰值算子计算来高效地估计信息反转位。本发明可实现载波频率、伪码相位、信息反转位的估计，可提供兼容BOC调制、TDDM调制信号的快速、高精捕获的功能，且具有模糊抑制、可扩展、适应性强等特点。

Description

基于三段论协同的新型直扩捕获兼容模型

技术领域

本发明属于扩频通信技术领域，特别涉及到通信技术专业的一种新型直扩捕获兼容模型。

背景技术

直接序列扩频（直扩）通信在提高信号接收质量，抗干扰，保密性，增加系统容量方面都有突出的优点，因此直扩通信在民用，商用通信领域得到了广泛的应用。进一步，随着新调制技术的发展，新型直扩信号相继被提出，如BOC调制、TDDM调制信号。正是由于新型信号的出现，引发了捕获过程中载波频率、伪码相位及信息反转位等模糊问题。现有的捕获方法大多采用了基于FFT的相关运算、多通道混频运算、多滤波器处理等手段，然而目前的方法不能解决BOC、TDDM机制引发的系列模糊问题，且不能兼容两类信号的捕获。为此，一种可兼容BOC及TDDM信号的捕获模型成为了亟待解决的新方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型直扩捕获兼容模型，本模型通过建立三段论协同方案，提供兼容BOC调制、TDDM调制信号的快速、高精捕获方法。该模型可实现新调制信号的载波频率、伪码相位、信息反转位的估计，且具有模糊抑制、可扩展、适应性强等特点。

采用的技术方案是：

基于三段论协同的新型直扩捕获兼容模型，由快速搜索、时频估计、反转估计三阶段组成，三阶段协同完成可兼容BOC调制、TDDM调制信号的捕获。

上述的快速搜索阶段，其功能为：对接收信号进行积累，产生本地扩频伪码；根据参数设置补偿频率，然后通过多通道并行I-Q补偿、分段叠加、同向及正交处理，对接收及本地信号进行相应处理；进一步，进行多通道的圆周相关运算、比例峰值计算；最后，通过最大比例峰值进行门限判决，并输出相应结果。此阶段的主要目的是快速解决时、频的模糊问题，包括通过多通道并行I-Q补偿来去除补偿频率与积累时间存在的模糊现象；通过同向及正交处理克服新调制机制引发的信息反转位模糊问题；通过分段叠加处理提高处理速度。

上述的时频估计阶段，其功能为：根据快速搜索阶段的输出结果进行补偿频率计算及补偿通道选择，并输入快速搜索阶段的M段本地信号；然后，对本地信号进行分段处理；进一步，进行多通道的圆周相关运算、比例峰值计算；最后，计算比例峰值中的最大值并输出计算结果。此阶段的主要目的是通过补偿通道选择及本地信号分段处理，来估计接收信号的载波频率及伪码相位。

上述的反转估计阶段，其功能为：根据时频估计阶段的输出结果进行载波频率及伪码相位计算；利用计算结果重新进行频率补偿处理，并重新产生本地扩频伪码；对本地扩频伪码进行同向及正交处理；然后，对处理后的本地及接收信号进行1/2分段处理；进一步，对四通道信号进行相关运算，并进行最大值和最小值计算；最后利用相关峰值进行峰值算子计算，从而估计信息反转位。此阶段的主要目的是通过1/2分段处理及峰值算子计算来高效地估计信息反转位。

本发明的优点：

本模型可在单PC机及网络上实现全数字化的可兼容的捕获处理。由快速搜索、时频估计、反转估计三阶段组成，三个阶段协同工作。本模型能够完成BOC调制、TDDM调制信号的捕获，能够克服模糊问题，并快速估计载波频率、伪码相位、信息反转位。

附图说明

图1是快速搜索阶段的流程图。

图2是时频估计阶段的流程图。

图3是反转估计阶段的流程图。

具体实施方式

基于三段论协同的新型直扩捕获兼容模型，本模型通过建立三段论协同方案，提供兼容BOC调制、TDDM调制信号的快速、高精捕获方法。

所述的快速搜索阶段，快速搜索阶段的处理流程如图1所示，其具体描述如下：

Step1：首先进行参数设置，设置积累时间、分段数、频率补偿步进量及通道数等。

Step2：参数设置完毕，判断是否启动，如果启动则进入Step3，否则回到Step1，即重新进行参数设置。

Step3：对接收信号进行积累，共积累一个信息码长度。其降频、采样处理后的接收信号可以表示为式1，其中，为中频频率，为载波相位，为基带信号，可表示为式2。其中，为信息码，为扩频伪码，是频率为的方波。当接收信号为TDDM调制信号，如果积累时间内，信息码符号为正，则TDDM扩频后结果等效为信息码与扩频伪码的乘积；如果积累时间内，信息码符号为负，则TDDM扩频后结果等效为信息码与扩频伪码乘积后，再与为伪码速率1/2的方波的乘积。当接收信号为BOC调制信号，扩频后结果等效为信息码与扩频伪码的乘积，并进行相应频率的方波调制。

（1）

（2）

Step4：为去除补偿频率与积累时间存在的模糊现象，引入最小残差频率，对接收信号进行多通道并行I-Q补偿处理。设补偿通道为次，第通道的I-Q补偿结果如式3~4，其中，为第通道的本地补偿基础频率值，为第通道的补偿基础载波相位，为最小残差频率值，等于积累时间的倒数乘以1/2，为第通道补偿后的相位值，为第通道补偿后等效的I支路频率值，为第通道补偿后的Q支路数字频率值。可见，Q支路的补偿频率是在I支路的补偿频率基础上加上了1/2倍的最小残差频率。

（3）

（4）

Step5：补偿后的各通道的I、Q支路结果相加，第通道的处理结果如式5。

（5）

Step6：产生本地扩频伪码，其长度为接收信号的倍。

Step7：为克服新调制机制引发的信息反转位模糊问题，对本地扩频伪码进行同向及正交处理，同向处理结果仍与本地扩频伪码本身相等，正交处理为本地扩频伪码与频率的方波相乘结果。同向、正交处理结果分别与、系数相乘，然后两路结果进行相加运算，结果如式6。如果接收信号为TDDM调制信号，则可设置、为1、1，如果接收信号为BOC调制信号，则可设置、为1、0。

（6）

Step8：由于接收信号的起始时间是未知的，而且时间偏差较大，为此，为提高处理速度，对同向、正交处理后的本地信号进行分段叠加处理。每段本地伪码设为式6，为分段的总数，为每段的相关处理点数，为同向、正交处理并相加运算后的序列，为取值变量。分段叠加后的本地信号为式7。

（7）

Step9：对处理后的多通道接收信号进行FFT运算，并进行共轭处理。

Step10：分段叠加后的本地信号进行FFT运算。

Step11：Step9和Step10的处理结果进行复数乘法运算，然后进行IFFT运算及绝对值运算。Step9～Step11过程等效圆周相关运算，第通道圆周相关结果如式8。其中，为矩形序列，为的共轭并圆周移位处理结果。为与接收信号无相关的扩频伪码，为此，与接收信号相关后结果也可等效为噪声项。

（8）

Step10：对多通道的相关结果进行比例峰值计算，如式9。

（9）

Step12：计算中的最大值，并利用最大比例峰值进行门限判决，如果最大值比例峰值小于门限要求，则返回Step6，重新接收信号，重复上述运算；如果大于门限要求，则接收信号进入时频估计阶段，且结果参数输出。

所述的时频估计阶段，时频估计阶段的处理流程如图2所示，其具体描述如下：

Step1：时频估计阶段启动，快速搜索阶段的结果参数输入。

Step2：进行补偿频率计算，利用快速搜索阶段输出的最大比例峰值所在的通道，可初步估计补偿频率。

Step3：进行补偿通道选择，选择式3、4的第通道的处理结果、。

Step4：快速搜索阶段中式6的段本地信号输入，对其进行分段处理，各段分别位于1个支路，共个支路。

Step5：处理后的段本地数据分别进行FFT运算。

Step6：、分别进行FFT运算，并进行共轭处理。

Step7：Step5和Step6的运算结果进行复数乘法运算，然后进行IFFT运算及绝对值运算。Step5～Step7过程等效进行个支路的圆周相关运算，如式10~11。为一组与无相关性的伪码。

（10）

（11）

Step8：对式10~11的相关结果进行比例峰值计算，如式12~13。

Step9：分别计算I支路各通道最大值和I支路各通道最大值。

Step10：进一步，计算Step9结果中的最大值，如式14。

Step11：输出计算的结果。通过此阶段的运算，载波频率及伪码相位都可控制在一定范围内。但是信息反转位仍存在模糊现象,为此需进入反转估计阶段。

（12）

（13）

（14）

所述的反转估计阶段，反转估计阶段的处理流程如图3所示，其具体描述如下：

Step1：反转估计阶段启动，时频估计阶段的结果输入。

Step2：进行载波频率及伪码相位计算，利用时频估计阶段输出最大值所在的I、Q通道数，估计载波频率，锁定频率范围在内。同时最大值所在的通道值决定了本地伪码的第段与接收信号有相关性，且可计算第通道最大值的位置，从而估计伪码相位。

Step3：以对接收信号重新进行频率补偿处理，且对处理后信号进行1/2分段处理，即前1/2段和后1/2段，每段长度为半个信息码持续时间，采样后信号点数设为。两段信号的处理结果分别为式15~16，其中，为处理后的频率差值，且。

（15）

（16）

Step4：从位置重新产生本地扩频伪码，本地扩频伪码分两通道，分别进行同向处理和正交处理，且每支路进行1/2分段处理，为此，处理后的本地信号共分为四个通道，前1/2段的同向和正交处理结果分别如式17、18。后1/2段的同向和正交处理结果分别如式19、20。

（17）

（18）

（19）

（20）

Step5：处理后的前1/2段同向、正交通道本地信号分别与前1/2段接收信号进行相关运算，如式21~22。处理后的后1/2段同向、正交通道本地信号分别与后1/2段接收信号进行相关运算，如式23~24。

（21）

（22）

（23）

（24）

Step6：计算四通道的相关结果中的最大值和最小值分别如式25和式26。

（25）

（26）

Step7：设信息码在每段中的信息反转位估计值为，设峰值为中间变量。当接收信号为TDDM调制信号时，为与在不同的段数，且调制方式相同的通道的相关值；当接收信号为BOC调制信号时，为与在相同的段数，且调制方式不相同的通道的相关值。因此，利用相关峰值进行峰值算子计算，针对TDDM调制信号、BOC调制信号的信息反转位估计分别如式27及28。

（27）

（28）

通过此捕获方法，可以高效地估计得载波频率，伪码相位，信息反转位。

Claims

1.基于三段论协同的新型直扩捕获兼容模型，其特征在于由快速搜索、时频估计、反转估计三阶段组成，三阶段协同完成可兼容BOC调制、TDDM调制信号的捕获。

2.根据权利要求1所述的基于三段论协同的新型直扩捕获兼容模型，其特征在于所述的快速搜索阶段，包括以下步骤：

为去除补偿频率与积累时间存在的模糊现象，引入最小残差频率，对接收信号进行多通道并行I-Q补偿处理，且补偿后的各通道的I、Q支路结果相加，其中，最小残差频率等于积累时间的倒数乘以1/2，Q支路的补偿频率是在I支路的补偿频率基础上加上了1/2倍的最小残差频率；

为克服新调制机制引发的信息反转位模糊问题，对本地扩频伪码进行同向及正交处理，同向处理结果仍与本地扩频伪码本身相等，正交处理为本地扩频伪码与频率的方波相乘结果，然后，同向、正交处理结果分别与、系数相乘，且两路结果进行相加运算；

为提高处理速度，对同向、正交处理后的本地信号进行分段叠加处理。

3.根据权利要求1所述的基于三段论协同的新型直扩捕获兼容模型，其特征在于所述的时频估计阶段，包括以下步骤：

进行补偿频率计算，利用快速搜索阶段输出的最大比例峰值所在的通道，可初步估计补偿频率，且进行补偿通道选择；

将段本地信号输入并进行分段处理，各段分别位于1个支路，共个支路，且进行个支路的圆周相关运算。

4.根据权利要求1所述的基于三段论协同的新型直扩捕获兼容模型，其特征在于所述的反转估计阶段，包括以下步骤：

进行载波频率及伪码相位计算，利用时频估计阶段输出最大值所在的I、Q通道数，估计载波频率；同时最大值所在的通道值决定了本地伪码的第段与接收信号有相关性，且可计算第I通道最大值的位置，从而估计伪码相位；

以估计载波频率对接收信号重新进行频率补偿处理，且对处理后信号进行1/2分段处理，即前1/2段和后1/2段，每段长度为半个信息码持续时间；同时从位置重新产生本地扩频伪码，本地扩频伪码分两通道，分别进行同向处理和正交处理，且每支路进行1/2分段处理，为此，处理后的本地信号共分为四个通道；

处理后的前1/2段同向、正交通道本地信号分别与前1/2段接收信号进行相关运算；处理后的后1/2段同向、正交通道本地信号分别与后1/2段接收信号进行相关运算；

计算四通道相关结果中的最大值和最小值，通过相关峰值进行峰值算子计算，从而估计信息反转位。