系統(tǒng)同步捕獲方法研究

林朋

根據(jù)擴(kuò)頻序列的相關(guān)性，如果本地?cái)U(kuò)頻序列與接收擴(kuò)頻信號的相位差大于一個(gè)碼片間隔，接收機(jī)就不能實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的正確解擴(kuò)，信號將淹沒在噪聲中。而同步的定時(shí)偏移主要來源于收、發(fā)信機(jī)之間的頻率偏移，電波傳播的延時(shí)，多普勒頻移，多徑傳播等因素。在極低速率短波數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通常是以突發(fā)的形式發(fā)送的，即每次發(fā)送數(shù)據(jù)都要建立同步，如果同步的時(shí)間過長，會很大程度的降低系統(tǒng)效率。如果要求擴(kuò)頻增益很大的話，必須增加偽碼的長度。因此提高擴(kuò)頻增益和縮短同步建立時(shí)間是一對矛盾，需要對兩者綜合考慮。

1.捕獲方法理論分析

本文采用多進(jìn)制正交碼擴(kuò)頻技術(shù)，擴(kuò)頻碼為序列與Walsh序列模2加后的復(fù)合碼，具有良好的自相關(guān)性和互相關(guān)性。這種良好的自相關(guān)性和互相關(guān)性就成為進(jìn)行偽碼捕獲的依據(jù)。

相關(guān)FFT技術(shù)能夠較好地實(shí)現(xiàn)大頻差、極低信噪比條件下的偽碼捕獲、精同步和數(shù)據(jù)解擴(kuò)。然而如果能在相關(guān)檢測的性能影響不大的情況下提高FFT的速度，那么就可以縮短捕獲的時(shí)間。為此，本文在相關(guān)FFT技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了分段相關(guān)FFT技術(shù)，即將接收序列與本地序列分段相關(guān)之后的相關(guān)值再做FFT變換，這樣所作的FFT點(diǎn)數(shù)和運(yùn)算量大大減小，從而保證了系統(tǒng)快速捕獲數(shù)據(jù)的可實(shí)現(xiàn)性。分段相關(guān)的原理圖如圖1所示。

取兩條本地偽碼共4 096個(gè)碼元，每個(gè)碼元為一段，對應(yīng)一個(gè)相關(guān)器共分為段，即4 096=×。接收序列同樣每

個(gè)碼元為一段，每個(gè)分段對應(yīng)一個(gè)相關(guān)器，這樣就對4 096個(gè)碼元進(jìn)行了分段相關(guān)，得到了個(gè)相關(guān)值，再對這個(gè)相關(guān)值做N點(diǎn)FFT，之后進(jìn)行峰值判決。每段的碼元數(shù)目越多，分段越少，則所作的FFT點(diǎn)數(shù)越少，相應(yīng)的運(yùn)算次數(shù)也越少，從而提高了運(yùn)算速度。

2.仿真結(jié)果分析

取兩條相同的2 048長的本地偽碼作分段相關(guān)FFT，加入多普勒頻移為75，碼元速率為=2 400，在信噪比為-20的情況下，圖2為2×2048分段、4×1，024分段、8×512分段和16×256四種分段方式的頻譜。FFT運(yùn)算的點(diǎn)數(shù)對應(yīng)分段數(shù)，很明顯，分段數(shù)越少，對應(yīng)的FFT的點(diǎn)數(shù)越少，譜的分辨率就越低，譜峰值也越小。

現(xiàn)在通過軟件對其在捕獲中的性能進(jìn)行仿真驗(yàn)證。在信噪比為-20，好信道條件下，捕獲時(shí)滑動步長均取為23，對不同的分段進(jìn)行捕獲率測試。為了簡化，我們認(rèn)為只要在每次捕獲到數(shù)據(jù)之后，其捕獲位置正確就是捕獲成功，而不考慮以后的解擴(kuò)。每種情況測試1000次，測試結(jié)果如圖3所示。

從上圖中可以看出，每段的碼元越多，總的段數(shù)就越少，相應(yīng)的相關(guān)值就越少，則FFT運(yùn)算的點(diǎn)數(shù)越少，捕獲時(shí)間減少，但捕獲率隨之下降。但在后面的數(shù)據(jù)中，我們發(fā)現(xiàn)雖然FFT的點(diǎn)數(shù)仍在減少，但捕獲的時(shí)間并沒有像前面那樣明顯下降。尤其對于256點(diǎn)FFT的情況，其捕獲率變得很差。綜合以上分析，我們采用了折中的方案，即選取8×512分段方式，在保證一定的捕獲率前提下，捕獲用時(shí)明顯縮短了，基本滿足了系統(tǒng)快速捕獲的要求。

3.結(jié)束語

經(jīng)過仿真測試，我們發(fā)現(xiàn)分段相關(guān)FFT技術(shù)完全可以實(shí)現(xiàn)低速信號的快速捕獲。利用分段相關(guān)FFT技術(shù)，我們就可以通過軟件方式實(shí)現(xiàn)快速捕獲，從而避免了增加硬件開銷，使其具有很大的靈活性；同時(shí)，分段相關(guān)FFT算法適合在DSP上實(shí)現(xiàn)，完全可以滿足數(shù)字接收機(jī)對實(shí)時(shí)性、高精度的要求。后續(xù)將進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證研究。