CN104716981A - 一种基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获方法。本发明采用在发送并行组合扩频信息数据的同时，并行发送一个同步头序列，主要解决现有并行组合扩频系统发送若干串行同步头占用信息单元，导致信息效率降低的问题，并且通过对并行同步头实时进行捕获保持系统处于捕获状态。本发明的方法还可根据不同的环境自适应地调节比值门限实现同步捕获检测，消除调整门限带来的虚警概率的起伏变化。本发明从并行同步头和比值着手，在接收机收到并行组合扩频信号后，对扩频信号进行捕获，同时估算同步头和其他相关器最大值输出的比值关系，当捕获成功次数大于一定范围并且比值保持稳定范围时，进而实现并行组合扩频通信的同步捕获。

Description

一种基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获方法

技术领域

本发明属于扩频通信技术领域，尤其涉及一种能够提高同步捕获效率的，基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获方法。

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串行同步头，占用系统信息资源较多，而且同步捕获后由于没有串行同步头继续进行捕获跟踪，易于失锁，重新进行同步捕获还要等到新的串行同步头重新发送过程。并行组合扩频通信系统对同步技术提出了更高的要求。由于多个组合序列叠加组合发送，直接自同步过程较一般扩频通信系统较为复杂和困难。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)中提出串行同步头捕获法，采用串行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。采用串行同步头捕获法，捕获的时间和效果取决于同步头的数量。然而，串行同步头方法更容易受到假相关的影响，且这种短码可能被有意地干扰或复制，容易被敌方侦破和干扰。而且串行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电路和组合序列电路，增加了并行组合扩频系统的复杂度。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够提高同步捕获效率的，基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获方法，包括以下几个步骤，

步骤一：发送机从M个PN码序列中选取一个并行同步头序列和r-1个序列并行组合发送；步骤二：接收机接收到信号后，将接收到的信号与M个PN码序列进行相关解扩处理，将相关器输出值按由大到小排列，选取前r个序列，判断其是否包含并行同步头序列，如果不包含进行步骤三，如果包含进行步骤四；

步骤三：把接收机的M个PN码序列都同步循环左移或者右移一个码元后和接收到信号进行相关处理，将相关器输出值按由大到小排列，选取前r个序列，判断其是否包含并行头序列，如果包含进行步骤四，如果不包含，重复步骤三，直到循环移动L个码元后仍不包含并行头序列，返回步骤二；

步骤四：从相关器输出值中选取第r+1个序列Cr+1，获得第r+1个序列Cr+1和第r个序列Cr的比值η＝Cr+1/Cr，如果满足η≤ε条件，则捕获成功，将捕获成功次数加1，进行步骤五；否则返回步骤三；

步骤五：判断当前捕获成功次数是否达到预设值M1，如果达到预设值M1，进行步骤六，否则返回步骤二；

步骤六：将接收机的M个PN码序列都同步循环左移或者右移p个码元，设置捕获参数，进入步骤七；

步骤七：接收机接收信号，将接收的信号进行比值η的计算，判断比值满足条件η≤ε的次数是否达到阈值M2，如果没有达到阈值，则返回步骤一，如果达到阈值，则完成捕获，进行并行组合扩频数据的解扩和逆映射处理，恢复出数据。

有益效果

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，同时也较好的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的串行同步头方法容易被敌方侦破和干扰，消耗较多的序列资源，易于后续出现假捕获情况，针对现有技术的不足，提供一种基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获方法，通过并行同步头的这一强条件加速捕获过程，避免固定的一个同步序列被敌方侦破和干扰。针对郭黎利、刘佳鑫、李北明等人在“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)中不足，提出并行同步头捕获法，对并行同步头进行捕获的同时完成并行组合扩频数据解扩。采用串行同步头捕获法，捕获的时间和效果取决于同步头的数量。然而，串行同步头方法更容易受到假相关的影响，且这种短码可能被有意地干扰或复制，容易被敌方侦破和干扰。而且串行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电路和组合序列电路，增加了并行组合扩频系统的复杂度。

为了进一步提高并行组合扩频通信的同步效果，本发明提出一种基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获方法，通过并行同步头的这一强条件加速捕获过程，避免固定的一个同步序列被敌方侦破和干扰，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，还可以保证在整帧数据解扩中捕获验证。

附图说明

图1为本发明的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同步捕获过程步骤图。

图3为本发明的M个PN码序列都同步循环左移或者右移一个码元过程框图。

图4为本发明的捕获验证成功、共M1+M2次、允许1次不满足比值条件示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步详细说明。

一种基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获方法，包括如下步骤：

步骤S1，在并行组合扩频通信系统发送机从M个PN码序列中选取某一个特定序列，例如假定为第1个序列做为并行同步头序列，根据并行组合扩频通信特点，每次发送数据从M个PN码序列选取r个序列并行组合发送，其中每次都必须选择并行同步头序列，其余r-1个序列是从其他M-1个PN码序列中选择发送，根据信源选择不再是r个，而是选择r－1个序列组合；

步骤S2、在并行组合扩频通信系统的接收机接收到信号后，与M个PN码序列进行相关解扩处理，从相关器输出值中选取最大的r个值所对应的序列进行判断，如果不包含并行同步头序列，则进行步骤S31处理，如果包含并行同步头序列，则进行步骤S32处理；

步骤S31、把接收机的M个PN码序列都同步循环左移或者右移一个码元，再和接收到信号进行相关处理，从相关器输出值中选取最大的r个值所对应的序列进行判断，判断是否包含并行同步头序列，如果连续循环移动L个码元都不包括并行同步头序列，则表示没有发送并行组合信息，换下一接收数据在进行步骤S2判断；

步骤S32、如果包含并行同步头序列，再从相关器输出值中选取第r+1个最大值，和第r个最大值进行比值，η＝Cr+1/Cr，如果η≤ε，表示捕获成功，则进行步骤S4处理，否则返回执行步骤S31；；

步骤S4、判断步骤S32中的捕获成功次数是否到达预设值M1；M1为正整数；如果结果为是，则执行步骤S5；如果判断结果为否，则返回执行步骤S2；

步骤S5、对接收机的M个PN码序列都同步循环左移或者右移p个码元，设置捕获参数，捕获参数调整结束，进入捕获验证过程，执行步骤S5；

步骤S6、将以后接收到的信号连续进行比值η估算，如果获得的比值η估算值η≤ε的次数是否到达预设值M2，M2为正数；如果判断结果为否，则返回执行步骤S1；如果判断结果为是，完成一次基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获，实现同步捕获的闭环控制。同时进行并行组合扩频数据的解扩和逆映射处理，恢复出数据。

一种基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的同步捕获方法，属于扩频通信系统的伪码捕获技术领域。该方法采用在发送并行组合扩频信息数据的同时，并行发送一个同步头序列，主要解决现有并行组合扩频系统发送若干串行同步头占用信息单元，导致信息效率降低的问题，并且通过对并行同步头实时进行捕获保持系统处于捕获状态。本发明的方法还可根据不同的环境自适应地调节比值门限实现同步捕获检测，消除调整门限带来的虚警概率的起伏变化。本发明从并行同步头和比值着手，在接收机收到并行组合扩频信号后，对扩频信号进行捕获，同时估算同步头和其他相关器最大值输出的比值关系，当捕获成功次数大于一定范围并且比值保持稳定范围时，进而实现并行组合扩频通信的同步捕获。

本发明显优于常规并行组合扩频通信，在相同条件下直接并行组合扩频系统同步效率更高一些。通过本方法利用并行同步头进行相位捕获和判断，大大提高了捕获效率和针对性，节约了接收机系统资源，降低系统复杂度。通过本方法，改进了常规并行组合扩频通信同步方法，提高并行组合扩频通信整体通信的有效性。明显优于常规并行组合扩频通信，在相同条件下直接并行组合扩频系统同步效率更高一些。

结合图1，一种基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获方法的步骤S1，并行组合扩频通信系统发送机序列结构，在并行组合扩频通信系统发送机从M＝16个PN码序列中选取某一个特定序列，例如假定为第1个序列PN1做为并行同步头序列，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，其中每次都必须选择并行同步头序列PN1，其余2个序列是从其他15个PN码序列中选择发送，根据信源选择不再是3个，而是选择2个序列组合发送出去；

结合图2，一种基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获方法的同步捕获过程框图。在步骤S2中、在并行组合扩频通信系统的接收机接收到信号后，与M＝16个PN码序列进行相关解扩处理，从16个相关器输出值中选取最大的r＝3个值所对应的序列进行判断，如果这3个序列不包含并行同步头序列PN1，则进行步骤S31处理，如果包含并行同步头序列PN1，则进行步骤S32处理；

步骤S31、把接收机的M＝16个PN码序列都同步循环左移或者右移一个码元，如图3所示，16个PN码序列都同步循环左移或者右移一个码元过程框图，再和接收到信号进行相关处理，从相关器输出值中选取最大的r＝3个值所对应的序列进行判断，判断是否包含并行同步头序列PN1，如果已经连续循环移动L个码元(L为扩频序列码长)都不包括并行同步头序列PN1，则表示没有发送并行组合信息，换下一接收数据在进行步骤S2判断；

步骤S32、如果包含并行同步头序列PN1，再从相关器输出值中选取第4个最大值，和第3个最大值进行比值，η＝C4/C3，如果η≤ε，表示捕获成功，则进行步骤S4处理，否则返回执行步骤S31；；

步骤S4、判断步骤S32中的捕获成功次数是否到达预设值M1＝20；M1为正整数；如果结果为是，则执行步骤S5；如果判断结果为否，则返回执行步骤S2；

步骤S5、对接收机的16个PN码序列都同步循环左移或者右移p个码元，设置捕获参数，捕获参数调整结束，进入捕获验证过程，执行步骤S5；

步骤S6、将以后接收到的信号连续进行比值η估算，如果获得的比值η估算值η≤ε的次数是否到达预设值M2＝10，M2为正数；如果判断结果为否，则返回执行步骤S1；如果判断结果为是，完成一次基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获，实现同步捕获的闭环控制。同时进行并行组合扩频数据的解扩和逆映射处理，恢复出数据。

根据本方法的一次基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获方法，步骤S31中所述从16个相关器输出中选取3个最大值序列中包含并行同步头PN1和步骤S32中所述的包含相关器输出值中选取第4个最大值，和第3个最大值进行比值，η＝C4/C3，η≤ε的两个条件，并且这样持续30次以上，实现此方法的最佳捕获。

根据本方法所述的一次基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获方法，由于并行组合扩频通信系统工作在低信噪时，允许在30以上次的判断中，允许η>ε情况出现1次，不影响系统整体捕获效果，实现此方法的次佳效果捕获。

根据本方法所述的一次基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获方法，如图4所示，要求捕获过程和捕获验证过程的参数满足M2＝M1/2，一般M1≥10，M1过小易于出现假同步，M1过大使同步捕获时间过长。

根据本方法所述的一次基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获方法，其中所述系统将所述阈值ε指定为在0.4≤ε≤0.7的范围内的一个值。

本发明提出一种基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获方法，通过并行同步头PN1的这一强条件加速捕获过程，避免直接暴露固定的一个同步序列PN1被敌方侦破和干扰，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，还可以保证在整帧数据解扩中捕获验证。

Claims (1)

1.一种基于并行同步头的并行组合扩频通信系统的捕获方法，其特征在于：包括以下几个步骤，

步骤一：发送机从M个PN码序列中选取一个并行同步头序列和r-1个序列并行组合发送；

步骤二：接收机接收到信号后，将接收到的信号与M个PN码序列进行相关解扩处理，将相关器输出值按由大到小排列，选取前r个序列，判断其是否包含并行同步头序列，如果不包含进行步骤三，如果包含进行步骤四；

步骤三：把接收机的M个PN码序列都同步循环左移或者右移一个码元后和接收到信号进行相关处理，将相关器输出值按由大到小排列，选取前r个序列，判断其是否包含并行头序列，如果包含进行步骤四，如果不包含，重复步骤三，直到循环移动L个码元后仍不包含并行头序列，返回步骤二；

步骤四：从相关器输出值中选取第r+1个序列Cr+1，获得第r+1个序列Cr+1和第r个序列Cr的比值η＝Cr+1/Cr，如果满足η≤ε条件，则捕获成功，将捕获成功次数加1，进行步骤五；否则返回步骤三；

步骤五：判断当前捕获成功次数是否达到预设值M1，如果达到预设值M1，进行步骤六，否则返回步骤二；

步骤六：将接收机的M个PN码序列都同步循环左移或者右移p个码元，设置捕获参数，进入步骤七；

步骤七：接收机接收信号，将接收的信号进行比值η的计算，判断比值满足条件η≤ε的次数是否达到阈值M2，如果没有达到阈值，则返回步骤一，如果达到阈值，则完成捕获，进行并行组合扩频数据的解扩和逆映射处理，恢复出数据。