CN108900220B - 一种多个用户信号快速同步方法、装置及调制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多个用户信号快速同步方法、装置及调制器，其中，接收机基于同一引导码对多个用户信号进行捕获；其中每个用户信号携带有引导码、信息码；所述多个用户信号中的引导码相同、信息码不同；并且在捕获成功到多个用户信号后，获得每个用户信号的载波多普勒和伪码相位粗略估计值；基于载波多普勒和伪码相位粗略估计值，启动对应数量的跟踪进程分别对该多个用户信号进行精确跟踪，并在实现精确同步后，获得信息段中的有效信息。本发明采用相同引导码，可以用一个捕获模块快速同步捕获到多个用户信号；采用不同信息码能区分捕获后跟踪到的多个用户信号，并能够通过多个跟踪进程并行跟踪该多个用户信号，从而能够大大减少了同步时间。

Description

一种多个用户信号快速同步方法、装置及调制器

技术领域

本发明涉及扩频通信领域，尤其涉及一种多个用户信号快速同步技术。

背景技术

扩频系统具有窄带通信系统所不具备的许多优点，人们对扩频技术的关注越来越多，该技术的应用前景也非常广阔。

在扩频通信的应用中，除了要实现载波同步、帧同步和位同步等一般的数字通信要求的同步外，还要实现它独特的伪随机序列码同步，也就要实现伪码同步，即需要通过捕获和跟踪来保证接收机本地伪码发生器产生的伪随机噪声(Pseudo-random Noise，PN)序列(也称为PN伪码)必须与接收到的PN序列严格同步，接收机才能恢复出原始信息。如果不同步，则接收机无法正确解调出原始信息，扩频通信也就毫无应用价值。因此，扩频系统和普通通信系统相比，有着更复杂的技术问题。其中，实现PN伪码同步是扩频系统的一个关键问题。

PN伪码同步的工作原理如下：首先要在捕获阶段实现PN伪码的捕获和载波的捕获，这一捕获阶段也称为粗同步，通过调整和选择接收机的本地扩频序列，使它与接收到的扩频序列的相位保持在一个码片宽度内，实现初步的载波同步和伪码同步，并将载波多普勒和伪码相位的粗略估计值送入跟踪模块。然后，再在跟踪阶段实现PN伪码的跟踪和载波的跟踪，这一阶段也称为精同步，跟踪模块根据捕获时得到载波多普勒和伪码相位的粗略估计值进行跟踪，使本地扩频序列相位一直跟踪接收到的伪码相位变化，与接收到的伪码保持精确同步，跟踪环路通过不断校正本地序列的时钟相位，使本地序列相位变化与接收信号相位变化保持一致，实现对接收信号相位锁定，尽可能地缩小同步误差，达到正常接收扩频信号的目的，解调出信号中的有效信息。由此可见在PN码同步过程中，包括捕获和跟踪两部分工作，实现信号同步即可以知道信号是如何变化的，使解调信号中的信息变得可行，否则信号如不断飘动的幕布，不跟踪就永远无法看清幕布的内容。只有实现真正的捕获，才能正确接收数据。如果捕获失误，则跟踪阶段无法完成精同步，接收机就必须重回捕获模式。因此，捕获是信号同步的关键，捕获性能直接影响同步精度。

而且对于某些应用场合下，接收机必须同时捕获跟踪多个信号，如天基物联网卫星数据采集系统、卫星定位终端等。这种情况下，有如下要求：(1)要捕获多个信号，不能错过信号；(2)捕获速度要快；(3)捕获信号后还需要区分各个信号。

现有技术一般情况下利用傅立叶变换来进行捕获，这种捕获方法虽然能够降低捕获时间，但是其只实现了针对单通道信号的捕获。对于多通道信号捕获，一般采用逐一串行搜索方法，这样导致捕获时间仍然较长。

后来，某些单位研究了多通道联合捕获的排序问题，探索了在已知参数条件下如何有效提高捕获性能，这也算是一种串行方法，即分别对各个通道进行捕获。多通道串行捕获算法虽然能够节省资源，但是造成了捕获时间的增加，直接影响了捕获速度。

为了提高捕获速度，可以使用多个捕获模块对多个通道同时进行捕获，但是这样会使资源使用率成倍提高。因此如何快速、准确、并行捕获多个信号，是一个需要解决的技术难题。

发明内容

本发明针对问题，提出了一种多个用户信号快速同步方法，其能够解决现有捕获速度慢、捕获用时长且消耗资源高的技术问题。

本发明通过如下技术方案实现：

本发明提供一种多个用户信号快速同步方法，其包括：

步骤S10，接收机基于同一引导码对多个用户信号进行捕获；其中每个用户信号携带有引导码、信息码；所述多个用户信号中的引导码相同、信息码不同；

步骤S20，判断是否捕获成功？若是，则执行步骤30；若否，则返回步骤S10；

步骤S30，捕获模块捕获得到多个用户信号，并获得每个用户信号的载波多普勒和伪码相位粗略估计值；

步骤S40，接收机基于载波多普勒和伪码相位粗略估计值，启动对应数量的跟踪进程分别对捕获得到的多个用户信号进行精确跟踪，并在实现精确同步后，获得信息段中的有效信息。

其中，所述步骤S40包括：

步骤401，基于捕获得到的载波多普勒和伪码相位粗略估计值，启动对多个用户信号的并行跟踪进程；

步骤402，在跟踪过程中，跟踪获得用户信号的信息码；

步骤403，基于用户信号的信息码以及捕获得到的载波多普勒和伪码相位粗略估计值对用户信号的信息段跟踪，并且获得信息段的有效信息。

本发明还提供一种多个用户信号快速同步装置，其包括：

一个捕获模块和多个跟踪模块；

所述捕获模块对多个用户信号进行捕获，捕获得到多个用户信号，并获得每个用户信号的载波多普勒和伪码相位粗略估计值；

所述多个跟踪模块基于载波多普勒和伪码相位粗略估计值，启动对应数目的跟踪进程分别对捕获得到的多个用户信号进行精确跟踪，并在实现精确同步后，获得信息段中的有效信息。

本发明还提供一种与上述的一种多个用户信号快速同步装置对应的调制器，其中，经所述调制器调制后的每个用户信号携带有：引导码和信息码；且经调制后的多个用户信号携带的引导码相同、信息码不同。

由上述本发明的技术方案可以看出，本发明具有如下技术效果：

本发明通过规范用户信号的结构，使得每一个用户信号携带引导码+信息码，采用同一个扩频码(即伪随机序列码)作为引导码，对多个用户建立同步，采用不同的扩频码作为信息码来区分多个用户信息。由此可以使得本发明具有如下优势：

(1)采用相同引导码，可以用一个捕获模块快速同步捕获到多个用户信号；

(2)采用不同信息码能区分捕获后跟踪到的多个用户信号，并能够通过多个跟踪进程并行跟踪该多个用户信号；

(3)与传统的串行同步方式相比，大大减少了同步时间；

(4)与传统的多捕获模块并行捕获相比，大大减少资源消耗。

(5)易于工程实现。

附图说明

图1为本发明的多个用户信号快速同步方法的实施流程图；

图2位本发明的信号跟踪的实施流程图；

图3为本发明的多个用户信号快速同步装置的结构示意图。

附图中：

捕获模块100、跟踪模块200。

具体实施方式

为使本发明更为清晰，下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例一：

本发明实施例一提供了一种多个用户信号快速同步方法，其中的用户信息经过调制后，用户信号的结构如表1所示：

表1用户信号的结构表

引导码

信息码

信息段

可以看出，每个用户信号携带有引导码、信息码和信息段。该多个用户信号具有如下特点：

1、所有的用户信号用同一引导码，该引导码用于快速捕获用户信号；

2、不同用户信号采用不同的信息码，该信息码用于跟踪用户信号；

3、信息段是指用户信号所携带的有效信息；

4、接收机收到的用户信号中，信息码经过了引导码一层调制(或加密)，信息段经过信息码和引导码的二层调制(或加密)。

本发明的一种多个用户信号快速同步方法，基于上述多个用户信号的结构(引导码+信息码+信息段)，在利用引导码对多个用户信号建立同步的同时，又可以采用不同的信息码来区分多个用户的信息段，从而达到了多个用户信号捕获及区分的功能。本发明实施例一的实施流程如图1所示，包括如下步骤：

步骤S10，接收机基于同一引导码对多个用户信号进行捕获；

在接收端，接收机启动捕获模块对多个用户信号进行捕获，并在捕获过程中不断地调整和选择接收机的本地扩频序列。

步骤S20，判断是否捕获成功？若是，则执行步骤30；若否，则返回步骤S10。

步骤S30，捕获模块捕获得到多个用户信号，并获得每个用户信号的载波多普勒和伪码相位粗略估计值；

由于多个用户信号都采用相同的引导码，因此捕获模块根据该引导码可以快速地调整和选择接收机的本地扩频序列，使其与接收到的引导码的相位保持在一个码片宽度内，这样能够快速实现载波和伪码的初步同步，由此可以快速地捕获到具有同一引导码的多个用户信号。

捕获模块基于同一引导码捕获到具有同一引导码的多个用户信号后，就会获得保持在一个码片宽度内的多个用户信号的载波多普勒和伪码相位的粗略估计值。

步骤S40，接收机基于载波多普勒和伪码相位粗略估计值，启动M个跟踪进程分别对捕获得到的多个用户信号进行精确跟踪，并在实现精确同步后，获得信息段中的有效信息。

其中的M为跟踪模块数量。上述被捕获的用户信号的数量设为N个，其满足N≤M。

上述步骤S40的具体执行过程如图2所示，包括如下子步骤：

步骤401，基于捕获得到的载波多普勒和伪码相位粗略估计值，启动对多个用户信号的并行跟踪进程；

接收机将保持在一个码片宽度内的载波多普勒和伪码相位的粗略估计值送入跟踪模块后，就会启动M个跟踪进程并行地对捕获得到的多个用户信号进行跟踪。

步骤402，在跟踪过程中，跟踪获得用户信号的信息码；

在跟踪过程中，对用户信号做第一层解调，解调出用户信号中的信息码。

步骤403，基于用户信号的信息码以及捕获得到的载波多普勒和伪码相位粗略估计值对用户信号的信息段跟踪，并且获得信息段的有效信息。

根据捕获得到的载波多普勒和伪码相位粗略估计值继续对用户信号的信息段跟踪，跟踪过程中，通过经第一层解调出的信息码，再对信息段做第二层解调，解调出信息段中的有效信息。

实施例二：

本发明实施例还提供一种多个用户信号快速同步装置，其结构如图2所示，包括一个捕获模块100和多个跟踪模块200(如图中的跟踪模块1、跟踪模块2…跟踪模块M)。

上述的捕获模块100对多个用户信号(如用户信号1～用户信号N)进行捕获，捕获得到多个用户信号，并获得每个用户信号的载波多普勒和伪码相位粗略估计值。

接收机基于载波多普勒和伪码相位粗略估计值，触发上述跟踪模块启动对应数目的跟踪进程分别对捕获得到的多个用户信号进行精确跟踪，并在实现精确同步后，获得信息段中的有效信息。如N个用户信号捕获成功，则启动N个跟踪进程别对捕获得到的多个用户信号进行精确跟踪。

在上述跟踪过程中，跟踪模块首先对用户信号做第一层解调，解调出用户信号中的信息码；然后基于用户信号的信息码，以及捕获得到的载波多普勒和伪码相位粗略估计值启动对用户信号信息段跟踪，并且在跟踪过程中，通过经第一层解调出的信息码，再对信息段做第二层解调，解调出信息段中的有效信息。

实施例三：

实施例三还提供一种与多个用户信号快速同步装置对应的调制器，该调制器采用如表1中所示的格式对多个用户信号进行调制。调制后的每个用户信号携带引导码、信息码和信息段。该多个用户信号具有如下特点：

1、所有的用户信号用同一引导码，该引导码用于快速捕获用户信号；

2、不同用户信号采用不同的信息码，该信息码用于跟踪用户信号；

3、信息段是指用户信号所携带的有效信息；

4、用户信号中，信息码经过了引导码一层调制(或加密)，信息段经过信息码和引导码的二层调制(或加密)。

由上述本发明的实施方案可以看出，本发明采用相同引导码，可以用一个捕获模块快速同步捕获到多个用户信号；通过采用不同信息码的能区分捕获后跟踪到的多个用户信号，并能够通过多个跟踪进程并行跟踪该多个用户信号；这与传统的串行同步方式相比，大大减少了同步时间。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (4)

1.一种多个用户信号快速同步方法，其特征在于，所述多个用户信号快速同步方法包括：

步骤S10，接收机基于同一引导码对多个用户信号进行捕获；其中每个用户信号携带有引导码、信息码和信息段；所述多个用户信号中的引导码相同、信息码不同；所述信息码经过了引导码一层调制，所述信息段经过所述信息码和引导码的二层调制；

步骤S20，判断是否捕获成功？若是，则执行步骤30；若否，则返回步骤S10；

步骤S30，捕获模块捕获得到携带同一引导码的多个用户信号，并获得每个用户信号中携带的信息码对应的载波多普勒和伪码相位粗略估计值；

步骤S40，接收机基于载波多普勒和伪码相位粗略估计值，启动对应数量的跟踪进程分别对捕获得到的多个用户信号进行并行精确跟踪，并在实现精确同步后，获得信息段中的有效信息。

2.根据权利要求1所述的一种多个用户信号快速同步方法，其特征在于，所述步骤S40包括：

步骤401，基于捕获得到的载波多普勒和伪码相位粗略估计值，启动对多个用户信号的并行跟踪进程；

步骤402，在跟踪过程中，跟踪获得用户信号的信息码；

步骤403，基于用户信号的信息码以及捕获得到的载波多普勒和伪码相位粗略估计值对用户信号的信息段跟踪，并且获得信息段的有效信息。

3.一种多个用户信号快速同步装置，其特征在于，所述多个用户信号快速同步装置包括：

一个捕获模块(100)和多个跟踪模块(200)；

所述捕获模块(100)基于同一引导码对多个用户信号进行捕获，其中每个用户信号携带有引导码、信息码和信息段；所述多个用户信号中的引导码相同、信息码不同；所述捕获模块(100)捕获得到多个用户信号，并获得每个用户信号的载波多普勒和伪码相位粗略估计值；

所述多个跟踪模块(200)基于载波多普勒和伪码相位粗略估计值，启动对应数目的跟踪进程分别对捕获得到的多个用户信号进行精确跟踪，并在实现精确同步后，获得信息段中的有效信息。

4.一种与权利要求3所述的一种多个用户信号快速同步装置对应的调制器，其特征在于，

经所述调制器调制后的每个用户信号携带有：引导码和信息码；且经调制后的多个用户信号携带的引导码相同、信息码不同。

Images