大频偏条件短时猝发高扩频通信接收系统的载波恢复方法

摘要

本发明涉及一种大频偏条件下短时猝发高扩频通信接收系统载波恢复方法。现有方法无法在极低信噪比门限情况下，依靠短时前导码元序列完成大频偏条件下载波的恢复。本发明首先计算扩频码相关峰值，通过改变接收系统本地载波频率，对相关峰值进行比较、定位，以获取载波频偏的粗略估计值；然后通过状态机完成扩频码的同步并对数据进行解扩；对解扩的数据进行复数快速傅里叶变换，进一步修正接收系统本地载波频率；最终利用I/Q数据构造出锁相环路完成载波频率的精确同步和相位的跟踪。本发明方法可以准确快速可靠的完成载波恢复，可对付的载波频偏范围大，且工作门限低。

主权项

大频偏条件短时猝发高扩频通信接收系统的载波恢复方法，设定载波的多普勒频移范围为[f_c‑Δf,f_c+Δf,]，其中f_c为该通信系统中载波的标定值，Δf为最大多普勒频移，其特征在于该方法的具体步骤是：步骤(1)设置接收系统本地载波频率f_d＝f_c‑Δf，用于对输入中频信号进行频谱搬移；步骤(2)将经过正交解调，完成频谱搬移后仍存在残留频差的两路准基带码片数据序列I_chip(n)和Q_chip(n)依次送到扩频码匹配滤波器计算相关峰值“*”表示卷积运算，coff(n)是匹配滤波器抽头系数，为扩频码序列的反向序列；在一个码元周期内，比较并记录该周期内相关峰的最大值MP，总共记录K个码元周期，从而获得K个最大相关峰值MP(i),i＝1,2,...,K；对上述K个码元周期内的最大相关峰值求和并记录，参数K取3、4、5或6；步骤(3)将本地载波频率增加R_s/2，即设定f_d＝f_c‑Δf+R_s/2，重复步骤(2)，记录下各次的最大相关峰值总和，直到本地载波频率f_d≥f_c+Δf，即达到或超过频偏范围上限；此时共获得J个最大相关峰值总和，记为S(j),j＝1,2,...,J，其中R_s表示码元速率；步骤(4)比较J个最大相关峰值和S(j)，找出其中的最大值S(j_max)；若S(j_max)小于某一设定阈值，则认为此时接收系统并未收到扩频信号，将返回步骤(1)重新执行；否则，根据j_max修正接收系统本地载波频率f_d＝f_c‑Δf+(j_max‑1)·R_s/2，进入步骤(5)，此时本地载波和接收信号载波之间的频差变为Δf',|Δf'|≤R_s/2；步骤(5)继续比较扩频码匹配滤波器输出的相关峰值P，若则记录当前时钟T，并在后续一个码元周期内不再对P进行比较，同时设定置信度C＝1；其中α为比例系数，其取值范围为0.6～0.8；步骤(6)当时钟t＝T+T_s时，再次比较相关峰值P，其中T_s＝1/R_s，为码元周期；若则置信度C加1；否则C减1；步骤(7)将时钟T增加T_s，重复步骤(6)，期间若置信度C大于某一阈值，则认为扩频码同步完成，进入步骤(8)进行数据解扩；若置信度C＝0，则返回到步骤(5)重新执行；步骤(8)以当前时刻T作为起始时刻，同步产生本地扩频码序列PN(n)，分别计算$I\left(m\right)=\Sigma I_{\mathrm{chip}}\left(n\right)·\mathrm{PN}\left(n\right),Q\left(m\right)=\Sigma Q_{\mathrm{chip}}\left(n\right)·\mathrm{PN}\left(n\right)$得到I、Q两路码元数据序列；步骤(9)令Cp(m)＝I(m)+i·Q(m)，构造M个复数码元Cp(m),m＝1,2,...,M，对该复数码元序列进行快速傅里叶变换，得到M个频域值；对M个频域值取绝对值后并求出最大值及其对应位置的下标L；根据下标L再次修正接收系统本地载波频率以完成载波频率的粗同步：若则f_d＝f_c‑Δf+(j_max‑1)·R_s/2+(L‑1)·R_s/M；否则，f_d＝f_c‑Δf+(j_max‑1)·R_s/2‑(M‑L)·R_s/M；步骤(10)计算鉴相值Z(m)，Z(m)＝[I(m)+Q(m)]·[I(m)‑Q(m)]·I(m)·Q(m)确定归一化鉴相值$E\left(m\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& Z\left(m\right)\ge 0\\ -1,& Z\left(m\right)<0\end{array}\right.$计算环路滤波后的输出Acc(m)，Acc(m)＝Acc(m‑1)+E(m)·G1则载波相位φ(m)按下式更新：φ(m)＝φ(m‑1)+G3·(G2·E(m)+Acc(m))从而完成载波的精确恢复和相位跟踪；其中参数G1,G2,G3均表示环路增益。