CN108011651A - 一种用于卫星信道短突发扩频调制技术的解调装置及方法 - Google Patents

一种用于卫星信道短突发扩频调制技术的解调装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于卫星信道的短突发扩频调制技术的低信噪比解调装置及方法，该方法采用短突发帧的帧头，实现数据辅助的信号捕获，即帧同步，利用整个突发帧完成跟踪定时同步，利用独特字和有效数据部分完成载波恢复和模糊校正。采用该发明，可以实现普通解调方法所不具备的对低信噪比下短突发扩频调制方式数据的解调，特别适合卫星信道的短突发扩频调制技术的实际解调应用。

Description

一种用于卫星信道短突发扩频调制技术的解调装置及方法
技术领域
本发明涉及卫星通信领域的采用的一种解调方法，特别适用于采用短突发扩频调制技术的解调系统。
背景技术
扩频技术由于抗干扰能力强、保密性良好,具有多址能力和高精度测距能力等优点,无论在通信领域还是导航测距领域都得到了广泛应用。而在突发模式下,由于信号持续时间短,此时,扩频信号伪码跟踪定时就成了重点和难点,特别是在低信噪比情况下，扩频信号伪码跟踪采用传统的跟踪技术已经不能满足性能要求，同时，信号持续时间短也对解扩后数据的载波恢复提出了更高的要求。
发明内容
鉴于背景技术中提及的低信噪比突发扩频解调的技术难度，本发明的目的在于提供了一种新的低信噪比下突发扩频信号的解调方法，本发明还具有多速率、同步时间短、集成化程度高、性能稳定可靠、实现简单等特点。
本发明所采用的技术方案为：一种适用于卫星信道的短突发扩频调制技术的解调装置，包括突发帧捕获单元1、解扩定时单元2、频率校正单元3、独特字搜索单元4和载波相位恢复单元5。
所述的突发帧捕获单元1用于接收外部输入的突发扩频信号和解扩定时单元2输入的本地码字，用本地码字对突发扩频信号进行捕获产生捕获同步信号和码字产生指示，将捕获同步信号、码字产生指示和突发扩频信号均输出至解扩定时单元2；解扩定时单元2根据突发帧捕获单元1输入的码字产生指示通过调整外部输入的8倍码片时钟产生本地码钟，根据本地码钟控制产生本地码字，输出给突发帧捕获单元1，同时将本地码字与输入的突发扩频信号在捕获同步信号指示下进行相关解扩并定时输出符号数据和符号时钟给频率校正单元3；频率校正单元3在符号时钟的作用下对定时后的符号数据的频偏进行校正，输出频偏校正后的符号数据和符号时钟给独特字搜索单元4；独特字搜索单元4在符号时钟的作用下对频偏校正后的符号数据进行独特字的搜索，输出独特字位置指示和频偏校正后的符号数据给载波相位恢复单元5；载波相位恢复单元5利用独特字位置指示从频偏校正后的符号数据中提取出独特字和有效数据完成载波相位估计并恢复，输出符号时钟和解调数据至外部。
其中，解扩定时单元2包括相关器组模块6、功率统计及比较模块7、本地码生成模块8和码钟产生模块9；所述的本地码生成模块8在突发帧捕获单元1送来的码字产生指示的控制下和码钟产生模块9产生的本地码钟驱动下产生本地码字，输出本地码字分别至突发捕获单元1和相关器组模块6；相关器组模块6接收突发捕获单元1输入的捕获同步信号和突发扩频信号，在捕获同步信号的指示下，将突发扩频信号分别和不同时延的本地码字进行相关，产生七路滑动相关数据和符号时钟，并分别将七路相关数据和符号时钟均输出至码钟产生模块9和功率统计及比较模块7；码钟产生模块9在符号时钟的作用下利用七路相关数据中超前、滞后半个码钟的两路相关数据的功率差作为误差来调整输入的8倍码片时钟产生本地码钟，将本地码钟输出至本地码生成模块8；功率统计及比较模块7利用相关器组模块6输入的符号时钟和七路相关数据分别进行一定长度的功率计算并进行比较，输出符号时钟和功率最大的一路相关值至频率校正单元3。
其中，载波相位恢复单元5包括数据缓存模块10、功率控制模块11、载波相位估计模块12、数字下变频模块13和数据相位处理模块14；所述的数据缓存模块10在独特字位置指示下将频偏校正后的符号数据进行存储，并读出有效数据，将读出的有效数据输出至功率控制模块11；功率控制模块11根据输入有效数据的功率进行数据幅度的调整，使有效数据的功率保证基本恒定，输出功率调整后的数据至数字下变频模块13；数字下变频模块13利用载波相位估计模块12输出的频率控制字对功率调整后的数据进行载波相位的校正，输出相位校正后的数据分别至载波相位估计模块12和模块数据相位处理模块14；载波相位估计模块12对数字下变频模块13输出的相位校正后的数据进行载波相位估计，得到频率控制字，并输出至数字下变频模块13；数据相位处理模块14根据独特字部分对相位校正后的数据进行相位调整，消除相位模糊，输出符号时钟和解调数据至外部。
一种适用于卫星信道的短突发扩频调制技术的解调方法，包括以下步骤：
(1)解扩定时单元生成一个周期的扩频码字，将扩频码字作为当前本地码字输出至突发帧捕获单元；
(2)突发帧捕获单元存储一个捕获长度的本地码字，并将接收的突发扩频信号和本地码字进行匹配比较同步后产生捕获同步信号和码字产生指示，分别将捕获同步信号、码字产生指示和突发扩频信号均输出至解扩定时单元；
(3)解扩定时单元在捕获同步后根据码字产生指示和输入的8倍码片时钟产生本地码钟，根据本地码钟生成本地码字，用不同时延的本地码字和突发扩频信号分别进行相关，得到七路相关数据和符号时钟，并对产生的七路相关数据的功率进行比较，将功率最大的一路相关值和符号时钟输出至频率校正单元；
(4)频率校正单元对功率最大的一路相关值进行频率校正，输出频率校正后的数据至独特字搜索单元；
(5)独特字搜索单元利用已知的序列对频率校正后的数据进行滑动搜索，得出的相关值进行功率累加，大于一定门限后认为搜索成功，并将独特字指示信号和频率校正后的数据输出至载波相位恢复单元；
(6)载波相位恢复单元在独特字指示信号指示下对频率校正后的数据中独特字和有效数据进行缓存处理，缓存的数据先倒序读再正序读进行锁相环路，再利用独特字实现数据相位的纠模糊处理，输出解调数据和时钟，返回步骤1。
其中,步骤(3)包括以下步骤：
(301)解扩定时单元利用突发帧捕获单元的码字产生指示和输入的8倍码片时钟产生本地码钟，在本地码钟的控制下生成本地码字；
(302)解扩定时单元完成突发捕获后，将扩频信号分别和七路不同时延的本地码字进行相关，得到七路相关数据和符号时钟；
(303)解扩定时单元利用符号时钟对七路相关数据进行一定时间内的功率统计；
(304)解扩定时单元对七路相关数据的功率进行比较，挑选功率最大值的一路数据作为解扩定时后的数据输出。
其中,步骤(6)包括以下步骤：
(601)载波相位恢复单元在独特字指示信号指示下对频率校正后的数据中独特字和有效数据进行缓存处理，并对缓存的数据读取的顺序采用先倒序读再正序读；
(602)载波相位恢复单元对读出的缓存数据进行功率控制，将信号的功率控制在一定范围内基本不变；
(603)载波相位恢复单元对功率控制后的信号进行载波相位估计，将相位估计的结果以频率控制字的形式送入数字下变频模块进行载波相位校正；
(604)载波相位恢复单元对载波相位校正的数据进行独特字相位的判断，以纠正载波恢复的相位模糊，输出解调数据。
本发明与背景技术相比，具有如下优点：
1.本发明采用匹配滤波方法实现对突发扩频信号帧头的捕获，采用多路相关值功率比较的方法实现信号的解扩定时同步；采用数据回溯式的方法实现载波相位恢复。可以实现在一定范围内可变扩频比的解调信号的精确同步，信号的信噪比恶化小于0.5dB。
2.本发明可移植性强，功耗低，性能稳定可靠。
3.本发明结构简单，实现复杂度很低，成本低，具有推广应用价值。
附图说明
图1是本发明的用于扩频的数据帧结构图。
图2是本发明的原理方框图。
图3是本发明解扩定时单元3的电原理图。
图4是本发明载波相位恢复单元6的电原理图。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步解释说明。
一种适用于卫星信道的短突发扩频调制技术的解调装置，如图2所示，包括突发帧捕获单元1、解扩定时单元2、频率校正单元3、独特字搜索单元4和载波相位恢复单元5。所述的突发帧捕获单元1用于接收外部输入的突发扩频信号和解扩定时单元2输入的本地码字，用本地码字对突发扩频信号进行捕获产生捕获同步信号和码字产生指示，将捕获同步信号、码字产生指示和突发扩频信号均输出至解扩定时单元2；解扩定时单元2根据突发帧捕获单元1输入的码字产生指示通过调整外部输入的8倍码片时钟产生本地码钟，根据本地码钟控制产生本地码字，输出给突发帧捕获单元1，同时将本地码字与输入的突发扩频信号在捕获同步信号指示下进行相关解扩并定时输出符号数据和符号时钟给频率校正单元3；频率校正单元3在符号时钟的作用下对定时后的符号数据的频偏进行校正，输出频偏校正后的符号数据和符号时钟给独特字搜索单元4；独特字搜索单元4在符号时钟的作用下对频偏校正后的符号数据进行独特字的搜索，输出独特字位置指示和频偏校正后的符号数据给载波相位恢复单元5；用于扩频的数据帧结构图如图1所示；载波相位恢复单元5利用独特字位置指示从频偏校正后的符号数据中提取出独特字和有效数据完成载波相位估计并恢复，输出符号时钟和解调数据至外部。
其中，解扩定时单元2包括相关器组模块6、功率统计及比较模块7、本地码生成模块8和码钟产生模块9；如图3所示，所述的本地码生成模块8在突发帧捕获单元1送来的码字产生指示的控制下和码钟产生模块9产生的本地码钟的驱动下产生本地码字，输出本地码字分别至突发捕获单元1和相关器组模块6；相关器组模块6接收突发捕获单元1输入的捕获同步信号和突发扩频信号，在捕获同步信号的指示下，将突发扩频信号分别和不同时延的本地码字进行相关，产生七路滑动相关数据和符号时钟，并分别将七路相关数据和符号时钟均输出至码钟产生模块9和功率统计及比较模块7；码钟产生模块9在符号时钟的作用下利用七路相关数据中超前、滞后半个码钟的两路相关数据的功率差作为误差来调整输入的8倍码片时钟产生本地码钟，将本地码钟输出至本地码生成模块8；功率统计及比较模块7利用相关器组模块6输入的符号时钟和七路相关数据分别进行一定长度的功率计算并进行比较，输出符号时钟和功率最大的一路相关值至频率校正单元3。
其中，载波相位恢复单元5包括数据缓存模块10、功率控制模块11、载波相位估计模块12、数字下变频模块13和数据相位处理模块14，如图4所示；所述的数据缓存模块10在独特字位置指示下将频偏校正后的符号数据进行存储，并读出有效数据，将读出的有效数据输出至功率控制模块11；功率控制模块11根据输入有效数据的功率进行数据幅度的调整，使有效数据的功率保证基本恒定，输出功率调整后的数据至数字下变频模块13；数字下变频模块13利用载波相位估计模块12输出的频率控制字对功率调整后的数据进行载波相位的校正，输出相位校正后的数据分别至载波相位估计模块12和模块数据相位处理模块14；载波相位估计模块12对数字下变频模块13输出的相位校正后的数据进行载波相位估计，得到频率控制字，并输出至数字下变频模块13；数据相位处理模块14根据独特字部分对相位校正后的数据进行相位调整，消除相位模糊，输出符号时钟和解调数据至外部。
一种适用于卫星信道的短突发扩频调制技术的解调方法，包括以下步骤，
(1)解扩定时单元生成一个周期的扩频码字，将扩频码字作为当前本地码字输出至突发帧捕获单元；
(2)突发帧捕获单元存储一个捕获长度的本地码字，并将接收的突发扩频信号和本地码字进行匹配比较同步后产生捕获同步信号和码字产生指示，分别将捕获同步信号、码字产生指示和突发扩频信号均输出至解扩定时单元；
(3)解扩定时单元在捕获同步后根据码字产生指示和输入的8倍码片时钟产生本地码钟，根据本地码钟生成本地码字，用不同时延的本地码字和突发扩频信号分别进行相关，得到七路相关数据和符号时钟，并对产生的七路相关数据的功率进行比较，将功率最大的一路相关值和符号时钟输出至频率校正单元；
(4)频率校正单元对功率最大的一路相关值进行频率校正，输出频率校正后的数据至独特字搜索单元；
(5)独特字搜索单元利用已知的序列对频率校正后的数据进行滑动搜索，得出的相关值进行功率累加，大于一定门限后认为搜索成功，并将独特字指示信号和频率校正后的数据输出至载波相位恢复单元；
(6)载波相位恢复单元在独特字指示信号指示下对频率校正后的数据中独特字和有效数据进行缓存处理，缓存的数据先倒序读再正序读进行锁相环路，再利用独特字实现数据相位的纠模糊处理，输出解调数据和时钟，返回步骤(1)。
其中，其特征在于,步骤(3)包括以下步骤；
(301)解扩定时单元利用突发帧捕获模块的码产生指示控制码钟生成模块产生码片时钟，从码片时钟驱动本地码产生模块生成本地扩频码；
(302)解扩定时单元完成突发捕获后，将扩频信号分别和7路不同时延的本地码字进行相关，得到七路相关数据和符号时钟；
(303)解扩定时单元利用符号时钟对七路相关数据进行一定时间内的功率统计；
(304)解扩定时单元对七个支路相关值的功率行比较比较，挑选功率最大值的一路相关值作为解扩定时后的数据输出。
其中，其特征在于,步骤(6)包括以下步骤：
(601)载波相位恢复单元在独特字指示信号指示下对独特字和有效数据进行缓存处理，并对缓存的数据读取的顺序采用先倒序读再正序读；
(602)载波相位恢复单元对读出的缓存数据进行功率控制，将信号的功率控制的一定范围内基本不变；
(603)载波相位恢复单元对功率控制后的信号进行载波相位估计，将相位估计的结果以频率控制字的形式送入数字下变频模块进行载波相位校正；
(604)载波相位恢复单元对载波相位校正的数据进行独特字相位的判断，以纠正载波恢复的相位模糊，输出解调数据。

Claims (6)

1.一种用于卫星信道短突发扩频调制技术的解调装置，其特征在于：包括突发帧捕获单元(1)和解扩定时单元(2)；其特征在于，还包括频率校正单元(3)、独特字搜索单元(4)和载波相位恢复单元(5)；
所述的突发帧捕获单元(1)用于接收外部输入的突发扩频信号和解扩定时单元(2)输入的本地码字，用本地码字对突发扩频信号进行捕获产生捕获同步信号和码字产生指示，将捕获同步信号、码字产生指示和突发扩频信号均输出至解扩定时单元(2)；解扩定时单元(2)根据突发帧捕获单元(1)输入的码字产生指示通过调整外部输入的8倍码片时钟产生本地码钟，根据本地码钟控制产生本地码字，输出给突发帧捕获单元(1)，同时将本地码字与输入的突发扩频信号在捕获同步信号指示下进行相关解扩并定时输出符号数据和符号时钟给频率校正单元(3)；频率校正单元(3)在符号时钟的作用下对定时后的符号数据的频偏进行校正，输出频偏校正后的符号数据和符号时钟给独特字搜索单元(4)；独特字搜索单元(4)在符号时钟的作用下对频偏校正后的符号数据进行独特字的搜索，输出独特字位置指示和频偏校正后的符号数据给载波相位恢复单元(5)；载波相位恢复单元(5)利用独特字位置指示从频偏校正后的符号数据中提取出独特字和有效数据完成载波相位估计并恢复，输出符号时钟和解调数据至外部。
2.根据权利要求1所述的一种用于卫星信道短突发扩频调制技术的解调装置，其特征在于：解扩定时单元(2)包括相关器组模块(6)、功率统计及比较模块(7)、本地码生成模块(8)和码钟产生模块(9)；所述的本地码生成模块(8)在突发帧捕获单元(1)送来的码字产生指示的控制下和码钟产生模块(9)产生的本地码钟的驱动下产生本地码字，输出本地码字分别至突发捕获单元(1)和相关器组模块(6)；相关器组模块(6)接收突发捕获单元(1)输入的捕获同步信号和突发扩频信号，在捕获同步信号的指示下，将突发扩频信号分别和不同时延的本地码字进行相关，产生七路相关数据和符号时钟，并分别将七路相关数据和符号时钟均输出至码钟产生模块(9)和功率统计及比较模块(7)；码钟产生模块(9)在符号时钟的作用下利用七路相关数据中超前半个码钟、滞后半个码钟的两路相关数据的功率差作为误差来调整输入的8倍码片时钟产生本地码钟，将本地码钟输出至本地码生成模块(8)；功率统计及比较模块(7)利用相关器组模块(6)输入的符号时钟和七路相关数据分别进行一定长度的功率计算并进行比较，输出符号时钟和功率最大的一路相关值至频率校正单元(3)。
3.根据权利要求1所述的一种用于卫星信道短突发扩频调制技术的解调装置，其特征在于：载波相位恢复单元(5)包括数据缓存模块(10)、功率控制模块(11)、载波相位估计模块(12)、数字下变频模块(13)和数据相位处理模块(14)；所述的数据缓存模块(10)在独特字位置指示下将频偏校正后的符号数据进行存储，并读出有效数据，将读出的有效数据输出至功率控制模块(11)；功率控制模块(11)根据输入有效数据的功率进行数据幅度的调整，使有效数据的功率保证基本恒定，输出功率调整后的数据至数字下变频模块(13)；数字下变频模块(13)利用载波相位估计模块(12)输出的频率控制字对功率调整后的数据进行载波相位的校正，输出相位校正后的数据分别至载波相位估计模块(12)和模块数据相位处理模块(14)；载波相位估计模块(12)对数字下变频模块(13)输出的相位校正后的数据进行载波相位估计，得到频率控制字，并输出至数字下变频模块(13)；数据相位处理模块(14)根据独特字部分对相位校正后的数据进行相位调整，消除相位模糊，输出符号时钟和解调数据至外部。
4.一种用于卫星信道短突发扩频调制技术的解调方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)解扩定时单元生成一个周期的扩频码字，将扩频码字作为当前本地码字输出至突发帧捕获单元；
(2)突发帧捕获单元存储一个捕获长度的本地码字，并将接收的突发扩频信号和本地码字进行匹配比较同步后产生捕获同步信号和码字产生指示，分别将捕获同步信号、码字产生指示和突发扩频信号均输出至解扩定时单元；
(3)解扩定时单元在捕获同步后根据码字产生指示和输入的8倍码片时钟产生本地码钟，根据本地码钟生成本地码字，用不同时延的本地码字和突发扩频信号分别进行相关，得到七路相关数据和符号时钟，并对产生的七路相关数据的功率进行比较，将功率最大的一路相关值和符号时钟输出至频率校正单元；
(4)频率校正单元对功率最大的一路相关值进行频率校正，输出频率校正后的数据至独特字搜索单元；
(5)独特字搜索单元利用已知的序列对频率校正后的数据进行滑动搜索，得出的相关值进行功率累加，大于一定门限后认为搜索成功，并将独特字指示信号和频率校正后的数据输出至载波相位恢复单元；
(6)载波相位恢复单元在独特字指示信号指示下对频率校正后的数据中独特字和有效数据进行缓存处理，缓存的数据先倒序读再正序读进行锁相环路，再利用独特字实现数据相位的纠模糊处理，输出解调数据和时钟，返回步骤(1)。
5.根据权利要求4所述的一种用于卫星信道短突发扩频调制技术的解调方法，其特征在于,步骤(3)包括以下步骤：
(301)解扩定时单元利用突发帧捕获单元的码字产生指示和输入的8倍码片时钟产生本地码钟，在本地码钟的控制下生成本地码字；
(302)解扩定时单元完成突发捕获后，将扩频信号分别和七路不同时延的本地码字进行相关，得到七路相关数据和符号时钟；
(303)解扩定时单元利用符号时钟对七路相关数据进行一定时间内的功率统计；
(304)解扩定时单元对七路相关数据的功率进行比较，挑选功率最大值的一路数据作为解扩定时后的数据输出。
6.根据权利要求4所述的一种用于卫星信道短突发扩频调制技术的解调方法，其特征在于,步骤(6)包括以下步骤：
(601)载波相位恢复单元在独特字指示信号指示下对频率校正后的数据中独特字和有效数据进行缓存处理，并对缓存的数据读取的顺序采用先倒序读再正序读；
(602)载波相位恢复单元对读出的缓存数据进行功率控制，将信号的功率控制在一定范围内基本不变；
(603)载波相位恢复单元对功率控制后的信号进行载波相位估计，将相位估计的结果以频率控制字的形式送入数字下变频模块进行载波相位校正；
(604)载波相位恢复单元对载波相位校正的数据进行独特字相位的判断，以纠正载波恢复的相位模糊，输出解调数据。
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