CN104682997B - 一种基于相关器组的并行组合扩频通信系统的快速捕获方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于扩频通信技术领域，涉及一种基于相关器组的并行组合扩频通信系统的快速捕获方法。本发明包括：在发射并行组合扩频数据前发送相同的同步头扩频序列,长度为L，同步头扩频序列是并行组合扩频系统M个PN码序列中的特定序列，第1个序列为同步头扩频序列；在接收端接收到的同步头信息；按照同步头扩频序列的间隔码元。该方法使用相关器组大大降低同步头捕获时间，通过相关器组加速实现快速捕获同步头，减少专用捕获同步头电路，大大减少同步头平均捕获时间，有效解决并行组合扩频通信同步捕获效率和复杂度的矛盾，既节约的序列资源，又降低了并行组合扩频系统的复杂度，还可以使用相关器组保证判断同步头帧结束不需要较多硬件电路。
Description
技术领域
本发明属于扩频通信技术领域，涉及一种基于相关器组的并行组合扩频通信系统的快速捕获方法。
背景技术
宽带数字通信对系统同步捕获的要求日益增高。并行组合扩频通信是一种软扩频通信的改进方式，是一种具有较高通信效率的扩频通信方式，并且继承了常规扩频通信抗干扰、抗侦破等优点。并行组合扩频通信方式得到国内外学者的好评，并被国内外学者在学术杂志上介绍。并行组合扩频通信系统相对于其他通信系统，具有较低的发射功率谱密度，使有用的信号完全湮没在噪声之中，降低了被截获的概率，从而具有良好的安全性。传统并行组合扩频通信系统使用的同步方法消耗较多同步头序列，接收机首先对同步头序列进行捕获，一般使用单独的同步头捕获电路进行滑动相关捕获，平均捕获时间为序列长度一半，时间过长，且消耗较多资源，而且判断同步头帧结束时还需要特定的帧同步电路，又消耗较多硬件资源。并行组合扩频通信系统对同步技术提出了更高的要求。目前，针对并行组合扩频通信系统的同步方法主要有串行同步头法。在郭黎利、刘佳鑫、李北明等人的“并行组合扩频组合伪码捕获算法研究”(遥测遥控，2014年05月：1-6页)中提出同步头捕获法，采用同步头先进行捕获再进行并扩数据解扩。该方法和一般扩频系统的同步头法相似。采用同步头捕获法，捕获的时间和效果取决于滑动相关捕获效果，平均捕获时间为序列长度一半，需要消耗较多资源。而且同步头序列和发送的组合序列不同，浪费一个序列，而且在同步头捕获以后，依靠并行组合扩频数据解扩不断保证捕获效果，易于出现假捕获，没有一个较强的条件保证捕获效果；在假捕获情况下数据解扩极易出现序列错误，从而导致整桢数据出错；又需要不同的电路检测同步头帧结束的电路，增加了并行组合扩频系统的复杂度。
发明内容
本发明的目的在于针对传统并行组合扩频通信系统的同步头捕获时间过长，消耗较多的硬件资源和序列资源，易于后续出现假捕获情况，针对现有技术的不足，提供一种基于相关器组的并行组合扩频通信系统的快速捕获方法。
本发明的目的是这样实现的：
(1)在发射并行组合扩频数据前发送相同的同步头扩频序列,长度为L，同步头扩频序列是并行组合扩频系统M个PN码序列中的特定序列，第1个序列为同步头扩频序列；
(2)在接收端接收到的同步头信息，和本地载波fc相乘；
(3)使用接收端的M个相关器，按照同步头扩频序列的间隔码元d＝[L/(M-1)+1],[]表示取整数，对第i个相关器，i＝0，1，…,M-1，的同步头扩频序列分别进行循环左移或者循环右移，第i个相关器移位i*d个码元；
(4)使用接收端M个相关器中同步头扩频序列不同捕获相位和接收到的同步头信息进行相关捕获，从M个相关器输出中选取最大值和第一级捕获门限进行比较，如果大于第一级捕获门限，则进入步骤(6)，如果小于第一级捕获门限，则进入步骤(5)；
(5)由于没有在任何一个相关器出现捕获相位，对此时的M个相关器都同步左移或者右移1个码元，再重复步骤(4)进行相位捕获判断；
(6)此时从M个相关器输出中选取的最大值大于第一级捕获门限，而且最大值对应的相关器为第k个相关器已经进行了j个码元，j∈﹛0，1，…,d-1﹜的左移或者右移码元，相当于原同步头移位k*d+j位码元，把此时的第k个相关器移动j个码元的状态输入到所有M个相关器中，完成第一级捕获，启动第二级捕获，进入步骤(7)；
(7)把再接收到的同步头信息，分别和载波fc±p*fd相乘后，p＝1，2，…,(M/2-1)，fd是系统允许最小多普勒频移间隔，再和步骤(6)中形成的M个相关器进行相关捕获判断，从M个相关器输出值中选取最大值和第二级捕获门限进行比较，确定此时系统的多普勒频移大小范围p’，完成第二级捕获，进入步骤(8)，进行并行组合扩频同步帧判断处理；
(8)把再接收到的数据和加上多普勒频移的载波fc+p’*fd相乘后，和M个相关器进行相关解扩处理，此时M个相关器输入M个并行组合扩频序列值，此时M个相关器输入M个并行组合扩频序列值，并对所有相关器都进行左移或者右移j个相位码元调整，对这样的M个相关器进行相关解扩处理，从中选出最大值的r个相关器，这些r个相关器中包括第1个相关器的同步头扩频序列，而且同时检测其他r-1个序列的相关器输出值是否大于帧结束门限，大于门限表示并行组合扩频数据发送，发送同步头扩频序列结束，进入步骤(9)小于门限表示系统还是发送同步头扩频序列；
步骤(9)完成帧同步检测，同步捕获完成，以后进入并行组合扩频数据的解扩和逆映射处理。
在步骤(4)中，如果经过M个相关器都循环移位d个码元后仍然没有相关器输出最大值大于第一级捕获门限，则表示没有发送同步头和数据，并行组合扩频系统没有发送信号。
同步头扩频序列和并行组合扩频系统中的M序列族使用同一序列。
在步骤(1)，在发射并行组合扩频数据前发送相同的同步头扩频序列,同步头数量根据平均捕获概率，一般为[L/M/2]个同步头扩频序列。
本发明的有益效果在于：
本发明与现有技术相比较，本发明解决了常规并行组合扩频的同步捕获效率低的问题，同时利用现有的相关器组加速同步头捕获，大大减少了同步头捕获时间，并且减少同步头数量，解决了同步头对系统传输效率的影响问题，较好的解决了并行组合扩频通信同步效率和复杂度的矛盾。针对传统并行组合扩频通信系统使用的同步方法消耗较多同步头序列，接收机首先对同步头序列进行捕获，一般使用单独的同步头捕获电路进行滑动相关捕获，平均捕获时间为序列长度一半，时间过长，且消耗较多资源，而且判断同步头帧结束时还需要特定的帧同步电路，又消耗较多硬件资源。并行组合扩频通信系统对同步技术提出了更高的要求。针对在郭黎利、刘佳鑫、李北明等人的“并行组合扩频组合伪码捕获算法研究”(遥测遥控，2014年05月：1-6页)中提出同步头捕获法，本发明提出一种基于相关器组的并行组合扩频通信系统的快速捕获方法，可以有效解决并行组合扩频通信同步效率和复杂度的矛盾，既节约的序列资源，又降低了并行组合扩频系统的复杂度。该方法使用相关器组大大降低同步头捕获时间，通过相关器组加速实现快速捕获同步头，减少专用捕获同步头电路，大大减少同步头平均捕获时间，有效解决并行组合扩频通信同步捕获效率和复杂度的矛盾，既节约的序列资源，又降低了并行组合扩频系统的复杂度，还可以使用相关器组保证判断同步头帧结束不需要较多硬件电路。
附图说明
图1为本发明的步骤S1所示并行组合扩频通信系统发送机序列结构图。
图2为本发明的并行组合扩频通信系统快速捕获方法过程步骤图。
图3为本发明的步骤S5中相关器组都同步循环左移或者右移一个码元过程框图。
图4为本发明的步骤S7中相关器组和载波fc±p*fd相乘后第二级捕获过程框图。
图5为本发明的步骤S8中相关器组判断帧同步结束结构图。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述：
通过相关器组加速实现快速捕获同步头，减少专用捕获同步头电路，大大减少同步头平均捕获时间，有效解决并行组合扩频通信同步捕获效率和复杂度的矛盾，既节约的序列资源，又降低了并行组合扩频系统的复杂度，还可以保证判断同步头帧结束不需要较多硬件电路。
本发明的技术解决方案是：
一种基于相关器组的并行组合扩频通信系统的快速捕获方法，包括如下步骤：
步骤S1，在发射并行组合扩频数据前发送若干个相同的同步头扩频序列,长度为L，同步头扩频序列是并行组合扩频系统M个PN码序列中的某一个特定序列，例如假定为第1个序列为同步头扩频序列；
步骤S2，在接收端接收到的同步头信息，和本地载波fc相乘；
步骤S3，使用接收端特有的M个相关器，按照同步头扩频序列的间隔码元d＝[L/(M-1)+1],[]表示取整数，对第i个相关器(i＝0，1，…,M-1)的同步头扩频序列分别进行循环左移或者循环右移，第i个相关器移位i*d个码元；
步骤S4，使用接收端M个相关器中同步头扩频序列不同捕获相位和接收到的同步头信息进行相关捕获，从M个相关器输出中选取最大值和第一级捕获门限进行比较，如果大于第一级捕获门限，则进入步骤S6，如果小于，则进入步骤S5；
步骤S5，由于没有在任何一个相关器出现捕获相位，对此时的M个相关器都同步左移或者右移1个码元，再重复步骤S4进行相位捕获判断；
步骤S6，此时从M个相关器输出中选取的最大值大于第一级捕获门限，而且最大值对应的相关器为第k个相关器已经进行了j个码元(j∈﹛0，1，…,d-1﹜)的左移或者右移码元，相当于原同步头移位k*d+j位码元，把此时的第k个相关器移动j个码元的状态输入到所有M个相关器中，完成第一级捕获，启动第二级捕获，进入步骤S7；
步骤S7，把再接收到的同步头信息，分别和载波fc±p*fd相乘后(p＝1，2，…,(M/2-1))，fd是系统允许最小多普勒频移间隔，再和步骤S6中形成的M个相关器进行相关捕获判断，从M个相关器输出值中选取最大值和第二级捕获门限进行比较，确定此时系统的多普勒频移大小范围p’，完成第二级捕获，进入步骤S8，进行并行组合扩频同步帧判断处理；
步骤S8,把再接收到的数据和加上多普勒频移的载波fc+p’*fd相乘后，和M个相关器进行相关解扩处理，此时M个相关器输入M个并行组合扩频序列值，此时M个相关器输入M个并行组合扩频序列值，并对所有相关器都进行左移或者右移j个相位码元调整，对这样的M个相关器进行相关解扩处理，从中选出最大值的r个相关器，这些r个相关器中包括第1个相关器的同步头扩频序列，而且同时检测其他(r-1)个序列的相关器输出值是否大于帧结束门限，大于门限表示并行组合扩频数据发送，发送同步头扩频序列结束，进入步骤S9，小于门限表示系统还是发送同步头扩频序列；
步骤S9,完成帧同步检测，同步捕获完成，以后进入并行组合扩频数据的解扩和逆映射处理。
在步骤S4中，如果经过M个相关器都循环移位d个码元后仍然没有相关器输出最大值大于第一级捕获门限，则表示没有发送同步头和数据，并行组合扩频系统没有发送信号。
同步头扩频序列和并行组合扩频系统中的M序列族使用同一序列，既节约的序列资源，又降低了并行组合扩频系统的复杂度。
在步骤S1，在发射并行组合扩频数据前发送若干个相同的同步头扩频序列,同步头数量根据平均捕获概率，一般为[L/M/2]个同步头扩频序列，平均捕获时间降低为滑动相关的平均捕获时间的1/M。
结合图1，一种基于相关器组的并行组合扩频通信系统的快速捕获方法的步骤S1，并行组合扩频通信系统发送机序列结构，在发射并行组合扩频数据前发送若干个相同的同步头扩频序列,长度为255，同步头扩频序列是并行组合扩频系统M＝16个PN码序列中的某一个特定序列，例如假定为第1个序列为同步头扩频序列PN1，根据并行组合扩频通信特点，每次发送数据从M＝16个PN码序列选取r＝3个序列并行组合发送；
步骤S2，在接收端接收到的同步头信息，和本地载波fc相乘；
步骤S3，使用接收端特有的16个相关器，按照同步头扩频序列的间隔码元d＝[255/(16-1)+1]＝1,[]表示取整数，对第i个相关器(i＝0，1，…,15)的同步头扩频序列分别进行循环左移或者循环右移，第i个相关器移位i*18个码元(i＝0，1，…,15)；
步骤S4，使用接收端16个相关器中同步头扩频序列不同捕获相位和接收到的同步头信息进行相关捕获，从16个相关器输出中选取最大值和第一级捕获门限进行比较，如果大于第一级捕获门限，则进入步骤S6，如果小于，则进入步骤S5；
步骤S5，由于没有在任何一个相关器出现捕获相位，对此时的16个相关器都同步左移或者右移1个码元，再重复步骤S4进行相位捕获判断，如图3所示；
步骤S6，此时从16个相关器输出中选取的最大值大于第一级捕获门限，而且最大值对应的相关器为第k个相关器已经进行了j个码元(j∈﹛0，1，…,d-1﹜)的左移或者右移码元，相当于原同步头移位k*18+j位码元，把此时的第k个相关器移动j个码元的状态输入到所有16个相关器中，完成第一级捕获，启动第二级捕获，进入步骤S7；
步骤S7，把再接收到的同步头信息，分别和载波fc±p*fd相乘后(p＝1，2，…,7)，fd是系统允许最小多普勒频移间隔，再和步骤S6中形成的16个相关器进行相关捕获判断，从16个相关器输出值中选取最大值和第二级捕获门限进行比较，确定此时系统的多普勒频移大小范围p’，完成第二级捕获，进入步骤S8，进行并行组合扩频同步帧判断处理；
步骤S8,把再接收到的数据和加上多普勒频移的载波fc+p’*fd相乘后，和16个相关器进行相关解扩处理，此时16个相关器输入16个并行组合扩频序列值，此时16个相关器输入16个并行组合扩频序列值，并对所有相关器都进行左移或者右移j个相位码元调整，对这样的16个相关器进行相关解扩处理，从中选出最大值的r个相关器，这些r个相关器中包括第1个相关器的同步头扩频序列，而且同时检测其他2个序列的相关器输出值是否大于帧结束门限，大于门限表示并行组合扩频数据发送，发送同步头扩频序列结束，进入步骤S9，小于门限表示系统还是发送同步头扩频序列；
步骤S9,完成帧同步检测，同步捕获完成，以后进入并行组合扩频数据的解扩和逆映射处理。
在步骤S4中，如果经过16个相关器都循环移位18个码元后仍然没有相关器输出最大值大于第一级捕获门限，则表示没有发送同步头和数据，并行组合扩频系统没有发送信号。
在步骤S1，在发射并行组合扩频数据前发送若干个相同的同步头扩频序列,同步头数量根据平均捕获概率，一般为8个同步头扩频序列，平均捕获时间降低为滑动相关的平均捕获时间的1/16。
Claims (4)
1.一种基于相关器组的并行组合扩频通信系统的快速捕获方法，其特征是，包括如下步骤：
(1)在发射并行组合扩频数据前发送相同的同步头扩频序列,长度为L，同步头扩频序列是并行组合扩频系统M个PN码序列中的特定序列，第1个序列为同步头扩频序列；
(2)在接收端接收到的同步头信息，和本地载波fc相乘；
(3)使用接收端的M个相关器，按照同步头扩频序列的间隔码元d＝[L/(M-1)+1],[]表示取整数，对第i个相关器，i＝0，1，…,M-1，的同步头扩频序列分别进行循环左移或者循环右移，第i个相关器移位i*d个码元；
(4)使用接收端M个相关器中同步头扩频序列不同捕获相位和接收到的同步头信息进行相关捕获，从M个相关器输出中选取最大值和第一级捕获门限进行比较，如果大于第一级捕获门限，则进入步骤(6)，如果小于第一级捕获门限，则进入步骤(5)；
(5)由于没有在任何一个相关器出现捕获相位，对此时的M个相关器都同步左移或者右移1个码元，再重复步骤(4)进行相位捕获判断；
(6)此时从M个相关器输出中选取的最大值大于第一级捕获门限，而且最大值对应的相关器为第k个相关器已经进行了j个码元的左移或者右移码元，j∈﹛0，1，…,d-1﹜，相当于原同步头移位k*d+j位码元，把此时的第k个相关器移动j个码元的状态输入到所有M个相关器中，完成第一级捕获，启动第二级捕获，进入步骤(7)；
(7)把再接收到的同步头信息，分别和载波fc±p*fd相乘后，p＝1，2，…,(M/2-1)，fd是系统允许最小多普勒频移间隔，再和步骤(6)中形成的M个相关器进行相关捕获判断，从M个相关器输出值中选取最大值和第二级捕获门限进行比较，确定此时系统的多普勒频移大小范围p’，完成第二级捕获，进入步骤(8)，进行并行组合扩频同步帧判断处理；
(8)把再接收到的数据和加上多普勒频移的载波fc+p’*fd相乘后，和M个相关器进行相关解扩处理，此时M个相关器输入M个并行组合扩频序列值，此时M个相关器输入M个并行组合扩频序列值，并对所有相关器都进行左移或者右移j个相位码元调整，对这样的M个相关器进行相关解扩处理，从中选出最大值的r个相关器，这些r个相关器中包括第1个相关器的同步头扩频序列，而且同时检测其他r-1个序列的相关器输出值是否大于帧结束门限，大于门限表示并行组合扩频数据发送，发送同步头扩频序列结束，进入步骤(9)，小于门限表示系统还是发送同步头扩频序列；
(9)完成帧同步检测，同步捕获完成，以后进入并行组合扩频数据的解扩和逆映射处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于相关器组的并行组合扩频通信系统的快速捕获方法，其特征在于：在步骤(4)中，如果经过M个相关器都循环移位d个码元后仍然没有相关器输出最大值大于第一级捕获门限，则表示没有发送同步头和数据，并行组合扩频系统没有发送信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于相关器组的并行组合扩频通信系统的快速捕获方法，其特征在于：同步头扩频序列和并行组合扩频系统中的M序列族使用同一序列。
4.根据权利要求1所述的一种基于相关器组的并行组合扩频通信系统的快速捕获方法，其特征在于：在步骤(1)，在发射并行组合扩频数据前发送相同的同步头扩频序列,同步头数量根据平均捕获概率，一般为[L/M/2]个同步头扩频序列。
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Granted publication date: 20170524 |