CN104378140A - 一种长伪码快速捕获方法 - Google Patents

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胡登鹏
王世练
朱淑梅
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Abstract

本发明提出了一种长伪码的快速捕获方法。利用本地伪码序列取值为±1的特性，将复杂的乘法运算转换成简单的加减法运算，并采用多层叠加的方式，进一步减少了加减法的运算量，能够利用较少的系统资源，较小的运算量，较短的运算时间实现长伪码的捕获。该方法解决了扩频通信领域伪码捕获时捕获时间和系统资源占用相矛盾的问题，为扩频通信领域里伪码快速捕获问题提供了一种新的解决方案，具有较好的实用价值。

Description

一种长伪码快速捕获方法
技术领域
本发明创建了一种长伪码的快速捕获方法——多层叠加法，可以以较短的时间，较少的运算量以及较少的系统资源实现对长伪码的快速捕获。 
背景技术
扩频通信系统比常规的通信系统具有强的多的抗人为干扰，抗窄带干扰、抗多径干扰的能力。此外，还具有信息隐蔽、较低的空间无线电波“通量密度”及多址保密通信等优点。因此得到了广泛应用。扩频码的同步问题是扩频通信系统中一项重点和难点问题。扩频码的同步，分为两步来实现：首先是捕获阶段，调整和选择本地扩频码序列，使它与接收到的扩频码序列相位保持在一个码元宽度内；然后是跟踪阶段，使本地扩频码序列的相位一直跟踪接收到的扩频码相位变化，且一直保持在一个码片内。 
建立捕获是实现同步的首要工作，只有PN码实现了真正的捕获，才能进行数据的正确接收。如果进入了假同步，则跟踪环不能跟踪接收到的PN码序列，接收机必须重回捕获模式。因此，一个可靠、有效的捕获方法对于扩频系统是必要的；同时，快速、可靠的PN码捕获，能够使得扩频系统应用到更加苛刻的环境中。目前对伪捕获的研究主要集中在对周期较长的伪码实现捕获的问题上，也就是快速捕获的问题。常用的伪码捕获方法主要有并行捕获法、滑动捕获法、以前采用的主要是串行捕获方法，这种方案实现简单，但捕获速度不能满足要求；现在大规模集成电路的应用使并行捕获方案成为可能，但是系统的复杂度很高，因此研究能使伪码捕获时间性能和系统复杂度折衷的方案具有重要意义。 
发明内容
本发明正是针对上述背景技术中的不足之处提出的一种快速伪码捕获方法。 
假设伪码捕获时的相关式为： 
Y(n)=∑Xn-iPi
其中x(n)为接收的符号序列，Pi为本地伪码序列，y(n)为本地伪码与接收符号的相关值，伪码长度为M。在y(n)超过门限时，即认为伪码捕获。
实现时，首先将接收到的长度为M的伪码序列存入FPGA内相应的存储单元，进行一次相关运算。具体过程为：由于本地伪码序列的取值为固定的+1和-1，因此x(n) 与Pi的乘积项求和，就可以看成是相应x(n)序列的正负项的求和。这样在FPGA运算过程中就无需使用乘法器，因此可以大大减少运算量并且可以节省大量系统资源。具体过程为：首先把相邻项进行两两相加，待下一个时钟到来时，再把所得项进行两两相加，直到所有的x(n)序列的正负项全部相加完毕，计算结果即为y(n)。这一过程所需时间为Log2 M +1个时钟周期，需要占用M-1个加法器和2M-1个存储单元。若y(n)没有超过门限，则将伪码序列进行移位，再进行一次相关运算，直到y(n)超过门限值为止。根据伪码序列自相关特性，只有本地序列与接收到的伪码序列相位同步时，y(n)产生最大值，其余时间y(n)均较小，因此采用本方法可实现对伪码序列相位的快速捕获。 
当系统时钟高于符号率时，可将加法器和存储单元进行复用以节省资源。假设上例中的系统时钟为符号率的2倍，则可在每个符号间隔内进行两次运算。将伪码序列分为2段，第一次计算前半部分，第二次计算后半部分。经过复用后，在第5个符号周期将两个时钟的计算值求和，得到输出的相关值y(n)。经过复用后，计算所需的时间为Log2 M +1个符号周期，需占用M/2个加法器和M*3/2-1个存储单元。 
经过分析可得，当系统工作时钟为符号率的N（N为2的幂次方）倍时，需占用M/N个加法器和M+M/N-1个存储单元。 
本发明的优点主要有： 
（1）运算量小。
本发明将复杂的乘法运算转换成简单的加减运算。且采用多层叠加的方式进一步减少运算量。若PN码长度为M，则采用多层叠加的方式使得加减运算次数仅为Log2 M +1次，而滤波器法不仅要进行M次乘法运算，还要进行M-1次加减法运算。 
（2）占用资源少。 
本发明运算过程只需占用加法器和存储单元，无需占用乘法器，可大大节省系统资源，利于系统实现并行处理。 
（3）捕获时间短。 
若PN码长度为M，则本发明最大捕获时间为Log2 M +1个周期，而匹配滤波器法最大捕获时间为M个周期。若对FPGA的资源进行复用，还可实现更快的捕获速度。 
附图说明
图1为伪码长度M为16时的捕获原理图，图中bn、cn、dn、en、fn为存储单元。第1个时钟时，将bn进行移位，将输入的新符号x(n)存储在b0；第2个时钟时，根据本地伪码序列pi的值，进行加减运算，并将所得的结果存储在Cn中；第3~5个时钟周期时，分别进行叠加，得到输出的相关值y(n)。  

Claims (1)

1.基于分层叠加结构的一种长伪码的快速捕获方法，利用PN序列取值特性，将复杂乘法运算转换成简单加减法运算，并利用分层叠加的结构形式进行相关运算的方法。
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