CN106230477A - 一种适用于混合扩频的载波跟踪方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于混合扩频的载波跟踪方法，步骤为：(1)利用本地跳频图案合成本地跳频载波，对接收信号进行解跳；(2)生成本地直扩码字，对解跳后的信号进行解扩并进行累加；(3)对累加后的信号进行去基带数据调制处理；(4)通过搜索最大模值的方式搜索得到去调制后的混合扩频信号中心频率对应的频偏值和混合扩频信号的初始相位值；(5)对频偏值进行累积，当累积值超过设定门限时，将设定的门限值作为最终的频偏值输出；(6)根据本地跳频图案对最终输出的频偏值进行修正，以得到和本地跳频载波频率对应的跳频载波频偏值；(7)将跳频载波频偏反馈至频率合成器处，对合成的本地跳频载波的频率进行修正，从而实现对载波的持续跟踪。

Description

一种适用于混合扩频的载波跟踪方法

技术领域

本发明属于通信领域，涉及一种DS/FH混合扩频信号的载波跟踪方法。

背景技术

载波跟踪是DS/FH(direct sequence/frequency hopping，直接序列/频率跳变)混合扩频系统的一项关键技术，其性能好坏直接决定了混合扩频系统在各种条件下的载波频偏跟踪能力，也即决定了混合扩频系统在各种条件下的测速能力。

传统的载波跟踪一般采用锁相环路实现。但是，DS/FH混合扩频信号解跳之后的载波相位在跳频频率跳变处是不连续的，存在相位阶跃变化。这就会导致锁相环路一直处于暂态跟踪状态，不能进入稳态跟踪，甚至导致跟踪失锁，不能完成载波频偏和相位的跟踪。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有的锁相环路对DS/FH混合扩频信号载波相位阶跃变化的敏感性所导致的跟踪不稳定的问题，提出了一种适用于DS/FH混合扩频的载波跟踪方法，可实现对载波频偏和相位的持续稳定跟踪。

本发明的技术解决方案是：一种适用于混合扩频的载波跟踪方法，包括如下步骤：

(1)利用本地跳频图案合成本地跳频载波，对接收信号进行解跳处理，并对解跳后的信号进行低通滤波；

(2)生成本地直扩码字，利用本地直扩码字对解跳和低通滤波后的信号进行解扩处理，并对解扩后的信号进行累加；累加时的累加长度不超过一跳；

(3)对解扩累加后的信号进行去基带数据调制处理，消除基带调制数据对接收信号载波相位的影响；

(4)生成一组不同频率的本地复载波信号，然后将本地复载波信号与去基带数据调制处理后的信号进行复数乘法并累加，求取累加结果模值中的最大值，将最大模值对应的本地复载波信号的频率作为去基带数据调制处理后信号的中心频率对应的频偏值f_d，将最大模值对应的累加结果的相位值作为去基带数据调制处理后信号的初始相位值θ₀；

(5)对所述的中心频率对应的频偏值f_d进行累积，当累积结果超出设定的频率范围[-f_L,f_L]时，则输出频偏量-f_L或f_L，同时将累积结果加上或减去f_L，以使其重新回到设定的[-f_L,f_L]范围内；

(6)根据本地跳频图案对输出频偏量-f_L或f_L进行修正，以得到与当前跳频载波的频率对应的跳频载波频偏；修正的计算公式为或其中f_i表示第i跳的跳频载波的频率值，f₀为混合扩频信号的中心频率值；

(7)利用所述的跳频载波频偏对本地跳频载波的频率进行修正，使其与接收信号的跳频载波的频率一致。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明方法通过搜索最大模值的方式得到当前跳频载波的频偏和相位，从而避免了载波相位阶跃变化带来的不利影响。本发明方法将搜索得到的频偏值进行累积，只有当累积值超过设定的门限时才输出频偏量，可以避免某一次频偏搜索结果存在较大误差时带来的不利影响，特别适用于对DS/FH混合扩频信号的载波频偏和相位的持续稳定跟踪。

附图说明

图1为本发明方法的原理图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明方法的原理框图，主要步骤如下：

(1)解跳。

首先根据跳频图案合成得到本地跳频载波，然后利用本地跳频载波对接收信号进行解跳，并进行低通滤波，以滤除带外倍频分量和其他无用信号，得到频谱较为干净的解跳后的接收信号。

(2)解扩。

首先由直扩码生成器生成本地直扩码字，然后对解跳后的接收信号进行解扩，最后进行累加。

由于解跳之后相邻两跳之间的载波相位存在阶跃变化，因此，此处的累加长度不能超过一跳，否则会造成累加之后的信号信噪比的损失。

(3)去基带数据调制。

解扩、累加之后得到的信号为包含基带数据和载波频偏的I、Q信号，去调制环节用于将其中的基带数据信息去掉，即去掉基带数据对载波相位的影响。其原理描述如下。

混合扩频接收信号可以表示为

$r\left(t\right)=d\left(t\right)c\left(t\right)e^{j\&lsqb;2\mathrm{\&pi;}(f_i+f_{di})t+{\mathrm{\&theta;}}_0\&rsqb;},{\mathrm{iT}}_h\&le;t<(i+1)T_h---\left(1\right)$

上式中，d(t)表示基带调制数据，c(t)表示直扩码字，f_i表示第i跳的跳频载波频率，f_di表示第i跳的跳频载波频偏，θ₀为初始相位，T_h为一跳的持续时间。

这样，解跳、解扩并在一跳内进行累加之后得到的信号r₁(iT_h)可以表示为

$r_1\left({\mathrm{iT}}_h\right)=d\left({\mathrm{iT}}_h\right)e^{j\&lsqb;2{\mathrm{\&pi;f}}_{di}{\mathrm{iT}}_h+{\mathrm{\&theta;}}_0\&rsqb;}---\left(2\right)$

得到上式的过程中，假设直扩码相位理想同步，此处不讨论码相位偏差带来的影响。

为了去掉调制数据对载波频偏的影响，需对上述信号做如下处理。

$\begin{array}{c}{r}_{2I}\left({\mathrm{iT}}_h\right)=re{\&lsqb;r_1\left({\mathrm{iT}}_h\right)\&rsqb;}^2-im{\&lsqb;r_1\left({\mathrm{iT}}_h\right)\&rsqb;}^2=\cos (2\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;2f_{di}{\mathrm{iT}}_h+2{\mathrm{\&theta;}}_0)\\ r_{2Q}\left({\mathrm{iT}}_h\right)=2re{\&lsqb;r_1\left({\mathrm{iT}}_h\right)\&rsqb;}^2\&CenterDot;im\&lsqb;r_1\left({\mathrm{iT}}_h\right)\&rsqb;=\sin (2\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;2f_{di}{\mathrm{iT}}_h+2{\mathrm{\&theta;}}_0)\end{array}---\left(3\right)$

上式中，re[r₁(iT_h)]表示r₁(iT_h)的实部，im[r₁(iT_h)]表示r₁(iT_h)的虚部。这样得到去调制后的信号r₂(iT_h)的复表达式为

$r_2\left({\mathrm{iT}}_h\right)=e^{j\&lsqb;2\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;2f_{di}{\mathrm{iT}}_h+2{\mathrm{\&theta;}}_0\&rsqb;}---\left(4\right)$

可见，此处的信号中已经不存在调制数据的信息。

(4)频偏和相位搜索。

根据前面的描述，去调制之后的信号如式(4)所示。假设混合扩频信号中心频率为f₀，其对应的频偏为f_d，那么式(4)中的f_di可以表示为

$f_{di}=\frac{f_i}{f_0}{f}_d---\left(5\right)$

因此，式(4)可以进一步表示为

$r_2\left({\mathrm{iT}}_h\right)=e^{j2\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;\frac{2f_i}{f_0}\&CenterDot;f_d\&CenterDot;{\mathrm{iT}}_h+2{\mathrm{\&theta;}}_0}---\left(6\right)$

由上式可知，载波频率的跳变造成载波相位的阶跃变化，且随着时间的增加，i越来越大，载波频率的跳变造成的载波相位的阶跃变化也越来越大。

在本发明中，通过搜索最大模值的方式搜索得到载波频偏和相位，避开了对载波相位的直接跟踪，是一种适用于混合扩频信号载波跟踪的方法，其原理描述如下：

首先生成一组固定频率间隔的本地复载波信号，其频率范围定义为[-f_L,f_L]，固定频率间隔定义为Δf，其采样间隔为T_h，与式(6)表示的接收信号的采样间隔一致。然后将该组本地复载波信号与式(6)表示的接收信号进行复数乘法并累加。一方面，需要求取累加结果的模值，并搜索模值中的最大值，最大模值对应的本地复载波信号的频率就是混合扩频信号的中心频率对应的频偏值f_d；另一方面，需要求取累加结果的相位值，最大模值对应的累加结果的相位值就是混合扩频信号的初相值θ₀。

搜索得到频偏值和初始相位值之后，用搜索结果将式(6)表示的接收信号的频偏和相偏消除掉，从而得到载波跟踪完毕之后的接收信号。同时，搜索得到的频偏值还需要输出至后端，进行处理之后，对本地跳频载波的频率进行修正。

(5)频偏累积。

对前面搜索得到的中心频率对应的频偏值f_d进行累积，当累积结果超出设定的频率范围[-f_L,f_L]时，则输出频偏量-f_L或f_L，同时将累积结果加上或减去f_L，以使其重新回到设定的[-f_L,f_L]范围内。

该部分主要有两个方面的作用：一是输出频偏量对本地频率合成器合成的跳频载波的频率进行修正，防止频偏过大从而超出频偏的搜索范围[-f_L,f_L]；二是对频偏搜索结果进行一定的平滑，避免某一次频偏搜索结果误差偏大造成的载波跟踪波动。

(6)频偏修正部分。

对于混合扩频信号来说，前面搜索得到的频偏量表示的是中心频率对应的频偏量，但是，混合扩频信号的实际频率值是跳变的，因此，需要根据当前跳频载波的频率值计算其对应的跳频载波频偏，计算公式同前面的公式(5)，只不过需要将其中的f_d换为-f_L或f_L。计算得到跳频载波频偏之后，将其输出至本地频率合成器处对合成的本地跳频载波的频率进行修正，不断重复前面描述的这一跟踪过程就可以实现混合扩频信号载波的持续稳定跟踪。

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 (5)

1.一种适用于混合扩频的载波跟踪方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)利用本地跳频图案合成本地跳频载波，对接收信号进行解跳处理，并对解跳后的信号进行低通滤波；

(2)生成本地直扩码字，利用本地直扩码字对解跳和低通滤波后的信号进行解扩处理，并对解扩后的信号进行累加；

(3)对解扩累加后的信号进行去基带数据调制处理，消除基带调制数据对接收信号载波相位的影响；

(4)生成一组不同频率的本地复载波信号，然后将本地复载波信号与去基带数据调制处理后的信号进行复数乘法并累加，求取累加结果模值中的最大值，将最大模值对应的本地复载波信号的频率作为去基带数据调制处理后信号的中心频率对应的频偏值f_d，将最大模值对应的累加结果的相位值作为去基带数据调制处理后信号的初始相位值θ₀；

(5)对所述的中心频率对应的频偏值f_d进行累积，当累积结果超出设定的频率范围[-f_L,f_L]时，则输出频偏量-f_L或f_L，同时将累积结果加上或减去f_L，以使其重新回到设定的[-f_L,f_L]范围内；

(6)根据本地跳频图案对输出频偏量-f_L或f_L进行修正，以得到与当前跳频载波的频率对应的跳频载波频偏；

(7)利用所述的跳频载波频偏对本地跳频载波的频率进行修正，使其与接收信号的跳频载波的频率一致。

2.根据权利要求1所述的一种适用于混合扩频的载波跟踪方法，其特征在于：所述步骤(6)中利用本地跳频图案对输出频偏量-f_L或f_L进行修正的计算公式为或其中f_i表示第i跳的跳频载波的频率值，f₀为混合扩频信号的中心频率值。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于混合扩频的载波跟踪方法，其特征在于：所述步骤(2)中对解扩后的信号进行累加时的累加长度不超过一跳。

4.根据权利要求1或2所述的一种适用于混合扩频的载波跟踪方法，其特征在于：所述步骤(3)中去基带数据调制处理后的信号r₂(iT_h)为：

其中r₁(iT_h)为去基带数据调制处理前的信号，f_di表示第i跳的跳频载波频偏，θ₀为初始相位，T_h为一跳的持续时间，re[r₁(iT_h)]表示r₁(iT_h)的实部，im[r₁(iT_h)]表示r₁(iT_h)的虚部。

5.根据权利要求1或2所述的一种适用于混合扩频的载波跟踪方法，其特征在于：所述步骤(4)中本地复载波信号的采样间隔与去基带数据调制处理后信号的采样间隔一致。