突发直接序列扩频系统的载波同步方法

摘要

本发明公开了一种突发直接序列扩频系统的载波同步方法，主要解决现有DSSS通信系统载波同步技术中载波偏差估计精度低，载波偏差估计范围小的问题。其实现步骤是：首先通过基于导频辅助的平均周期图法和ML相偏估计法对载波频偏相偏进行粗估计；然后确定细估计中每次迭代的频偏细估计区间；在每次迭代的频偏细估计区间内，以解扩输出信息均方值最大化为准则进行搜索，得到载波频偏和相偏的精确估计值，实现DSSS系统的载波同步。本发明能利用较少的导频开销校正大的载波偏差，实现有效的载波同步，获得接近理想的误比特性能，适用于突发DSSS通信系统。

主权项

1.一种突发直接序列扩频系统的载波同步方法，包括如下步骤：（1）在发送端，将信息比特序列进行直接序列扩频调制，并均匀分为若干段数据，在每段数据前放置相同长度的导频序列组成一个数据帧，对该数据帧依次进行数字基带调制和上变频后，发送射频信号；（2）在接收端，将接收到的射频信号经过滤波、下变频、数字采样后，得到基带复信号r；（3）从基带复信号r中通过公式${S1}_k^i=r_{(i-1)L/K+k},i=\mathrm{1,2},...,K;k=\mathrm{1,2},...,L_1,$提取出每段数据的导频信号其中，r_(i-1)L/K+k为基带复信号r的第i段数据序列中的第k个序列值，K为分段数，L是基带复信号r的长度，L₁为本地存储的导频信号S_k的长度；（4）利用上述导频信号通过基于导频辅助的平均周期图法对载波频偏进行粗估计，得到载波频偏的粗估计值f_co，并将f_co赋给细估计频偏搜索区间的中心频率f₀；（5）利用载波频偏的粗估计值f_co通过基于导频辅助的最大似然ML相偏估计方法计算出每段数据序列的相偏粗估计值并通过复相位旋转的方法将得到的相偏粗估计值对应地补偿到每段接收数据序列上，得到相偏补偿信号其中，为相偏补偿信号r1₀的第i段数据序列，rⁱ为基带复信号r的第i段数据序列；（6）确定载波频偏细估计的频偏偏移区间长度、频偏偏移区间搜索步长和总迭代次数：（6a）根据平均周期图法理论得到频偏粗估计会出现的最大误差ε，确定第一次迭代的频偏偏移区间的长度ΔF₁＝3.2ε，第一次迭代的频偏偏移区间搜索步长τ₁＝μ₁ΔF₁，其中μ₁表示第1次迭代的步进因子，μ₁取0.075；（6b）将第一次迭代的频偏偏移区间搜索步长τ₁作为第二次迭代的频偏偏移区间长度ΔF₂，即ΔF₂＝τ₁，利用ΔF₂和μ₂，将第二次迭代的频偏偏移区间搜索步长取为τ₂＝μ₂ΔF₂，其中μ₂表示第2次迭代的步进因子，μ₂取0.25；（6c）利用ΔF₁、每次迭代μ的取值和应用通信系统要求的频偏估计精度ξ，通过公式ξ≤μ₁·μ₂·...·μ_Q·ΔF₁，求出总迭代次数Q，其中μ_i,i＝1,2,...,Q表示第i次迭代的步进因子，μ_i＝0.25,i＝2,...,Q；（6d）重复步骤（6b），得到第p次迭代的频偏偏移区间的长度ΔF_p＝τ_p-1和频偏偏移区间搜索步长τ_p＝μ_pΔF_p，p≤Q；（7）利用步骤（4）中的载波频偏的粗估计值f_co和步骤（6）中的总迭代次数Q、每次迭代的频偏偏移区间的长度ΔF_p和该区间对应的搜索步长τ_p，进行载波频偏和相偏的细估计：（7a）迭代次数初始化，令p＝1；（7b）利用每次迭代的频偏偏移区间长度ΔF_p确定每次迭代的频偏偏移区间为[-ΔF_p/2,ΔF_p/2]，然后以τ_p为间隔，将区间[-ΔF_p/2,ΔF_p/2]离散化，得到离散的频偏偏移值δ_m,其中m＝1,2,...,G，表示向下取整；（7c）利用频偏偏移值δ_m和细估计频偏搜索区间的中心频率f₀，得到G个测试频偏值f_m＝f₀+δ_m，将G个测试频偏值f_m通过复相位旋转方法对相偏补偿信号r1_p-1进行校正，得到测试频偏校正信号r2(f_m)的第i段数据序列中的第k个序列值r2(f_m)_(i-1)L/K+k，再将i从1取到K，k从1取到L/K，即可得到与f_m一一对应的测试频偏校正信号r2(f_m)；（7d）对校正信号r2(f_m)进行解调，解扩，得到G个对应的解扩输出序列Λ(f_m)，求出每个解扩输出序列Λ(f_m)的均方值C(f_m)；（7e）找到所有均方值C(f_m)中最大值对应的测试频偏值作为本次迭代的频偏估计值f_d，并将f_d赋给细估计频偏搜索的中心频率f₀，然后利用f₀通过基于导频辅助的ML相偏估计方法求出本次迭代中各段数据序列的相偏细估计值（7f）通过复相位旋转法，将本次迭代中每段数据序列的相偏细估计值补偿给复基带信号r，得到本次迭代的相偏补偿信号r1_p；（7g）将迭代次数p加1；（7h）将当前迭代次数p与总迭代次数Q进行比较，若p≤Q，则执行步骤(7b)～(7g)，若p＞Q，则执行步骤（8）；（8）将最后一次迭代得到的频偏估计值f_d和相偏细估计值分别作为精确频偏估计值和精确相偏估计值φⁱ，并利用频偏精确估计值和相偏精确估计值φⁱ，通过复相位旋转方法对基带复信号r进行校正，得到精确频偏和精确相偏校正信号y的第i段数据序列中的第k个序列值y_(i-1)L/K+k；再将i从1取到K，k从1取到L/K，即得到精确频偏和精确相偏校正信号y；（9）将精确频偏和精确相偏校正信号y进行解调、解扩，得到解扩后的信息序列，并对解扩后的信息序列进行硬判决，即将大于0的信息序列值判为1，小于0的信息序列值判为0，恢复传输信息比特。