系統同步捕獲方法研究

林朋

根據擴頻序列的相關性，如果本地擴頻序列與接收擴頻信號的相位差大于一個碼片間隔，接收機就不能實現對數據信息的正確解擴，信號將淹沒在噪聲中。而同步的定時偏移主要來源于收、發信機之間的頻率偏移，電波傳播的延時，多普勒頻移，多徑傳播等因素。在極低速率短波數據傳輸通信系統中，數據通常是以突發的形式發送的，即每次發送數據都要建立同步，如果同步的時間過長，會很大程度的降低系統效率。如果要求擴頻增益很大的話，必須增加偽碼的長度。因此提高擴頻增益和縮短同步建立時間是一對矛盾，需要對兩者綜合考慮。

1.捕獲方法理論分析

本文采用多進制正交碼擴頻技術，擴頻碼為序列與Walsh序列模2加后的復合碼，具有良好的自相關性和互相關性。這種良好的自相關性和互相關性就成為進行偽碼捕獲的依據。

相關FFT技術能夠較好地實現大頻差、極低信噪比條件下的偽碼捕獲、精同步和數據解擴。然而如果能在相關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間。為此，本文在相關FFT技術的基礎上提出了分段相關FFT技術，即將接收序列與本地序列分段相關之后的相關值再做FFT變換，這樣所作的FFT點數和運算量大大減小，從而保證了系統快速捕獲數據的可實現性。分段相關的原理圖如圖1所示。

取兩條本地偽碼共4 096個碼元，每個碼元為一段，對應一個相關器共分為段，即4 096=×。接收序列同樣每

個碼元為一段，每個分段對應一個相關器，這樣就對4 096個碼元進行了分段相關，得到了個相關值，再對這個相關值做N點FFT，之后進行峰值判決。每段的碼元數目越多，分段越少，則所作的FFT點數越少，相應的運算次數也越少，從而提高了運算速度。

2.仿真結果分析

取兩條相同的2 048長的本地偽碼作分段相關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運算的點數對應分段數，很明顯，分段數越少，對應的FFT的點數越少，譜的分辨率就越低，譜峰值也越小。

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

從上圖中可以看出，每段的碼元越多，總的段數就越少，相應的相關值就越少，則FFT運算的點數越少，捕獲時間減少，但捕獲率隨之下降。但在后面的數據中，我們發現雖然FFT的點數仍在減少，但捕獲的時間并沒有像前面那樣明顯下降。尤其對于256點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，捕獲用時明顯縮短了，基本滿足了系統快速捕獲的要求。

3.結束語

經過仿真測試，我們發現分段相關FFT技術完全可以實現低速信號的快速捕獲。利用分段相關FFT技術，我們就可以通過軟件方式實現快速捕獲，從而避免了增加硬件開銷，使其具有很大的靈活性；同時，分段相關FFT算法適合在DSP上實現，完全可以滿足數字接收機對實時性、高精度的要求。后續將進行進一步驗證研究。