高動(dòng)態(tài)環(huán)境下猝發(fā)直擴(kuò)通信解調(diào)算法的實(shí)現(xiàn)

宋迎東，張志華

中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北石家莊 050081

高動(dòng)態(tài)環(huán)境下猝發(fā)直擴(kuò)通信解調(diào)算法的實(shí)現(xiàn)

宋迎東，張志華

中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北石家莊 050081

針對高動(dòng)態(tài)環(huán)境下猝發(fā)直擴(kuò)通信偽碼序列難以快速捕獲的問題，設(shè)計(jì)了一種快速偽碼捕獲與FFT校頻相結(jié)合的一種解調(diào)方案，給出了具體的實(shí)現(xiàn)思路，并在FPGA為基礎(chǔ)的系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行了測試。結(jié)果表明，該解調(diào)方案對解決高動(dòng)態(tài)環(huán)境下猝發(fā)直擴(kuò)通信偽碼序列難以快速捕獲的問題有著明顯的改善，且實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度沒有明顯的增加，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

高動(dòng)態(tài)環(huán)境；偽碼捕獲；猝發(fā)通信

0 引言

直擴(kuò)通信以其抗干擾性好、隱蔽性高、保密性好、抗多徑能力強(qiáng)且易于實(shí)現(xiàn)碼分多址的優(yōu)點(diǎn)，在衛(wèi)星通信、導(dǎo)航、GPS以及移動(dòng)通信的得到了廣泛的應(yīng)用。

同步技術(shù)一直是直擴(kuò)系統(tǒng)研究的重點(diǎn)，主要包括偽碼同步、位同步、幀同步與載波同步，其性能好壞直接影響系統(tǒng)各方面的性能。在高動(dòng)態(tài)環(huán)境，由于多普勒頻域的影響，同步問題解決更加困難。

針對這一現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了一種快速偽碼捕獲與FFT校頻相結(jié)合的一種解調(diào)方案。

1 符號(hào)同步的快速捕獲

為滿足猝發(fā)通信的要求，偽碼捕獲方式采用并行搜索，首先提取符號(hào)相關(guān)峰。

多普勒頻移對滑動(dòng)相關(guān)算法的影響已經(jīng)被廣泛研究，其相關(guān)器歸一化幅度響應(yīng)公式為：

其中fd表示頻移，N表示偽碼長度，T表示偽碼周期。

根據(jù)上式可以得到歸一化幅度響應(yīng)曲線，通過計(jì)算，可見，當(dāng)fd〈1/2T 時(shí)，可以獲取相關(guān)峰，且損失不超過3dB。

因此，根據(jù)以上結(jié)論，可將輸入信號(hào)按照多普勒頻移的最大偏差范圍分段進(jìn)行處理。最大多普勒頻移為±150kHz，擴(kuò)頻帶寬10MHz，擴(kuò)頻碼長度為127位，通過計(jì)算可知，取f 0=75kHz進(jìn)行分頻段處理，可將信號(hào)分成四個(gè)頻段：（-150kHz，-75kHz）、（-75kHz，0kHz）、（0kHz，75kHz）、（75kHz，150kHz）。

匹配濾波器消耗資源較大，若采用多路處理會(huì)進(jìn)一步增加資源消耗，因此需將數(shù)據(jù)先進(jìn)行并串變換，同時(shí)需先將各支路信息經(jīng)過碼片速率量級(jí)的滑動(dòng)積分器，這樣匹配濾波器的累加器階數(shù)即等于擴(kuò)頻碼的長度，而提取的時(shí)鐘控制精度仍可為碼片符號(hào)的1/4以下，便于下面介紹的本地序列對齊。

2 校頻與跟蹤

校頻與跟蹤采用同一環(huán)路處理，利用捕獲的符號(hào)同步時(shí)鐘，調(diào)整本地?cái)U(kuò)頻碼相位與接收信號(hào)對齊，進(jìn)行解擴(kuò)處理。在發(fā)射端發(fā)送信息前，先發(fā)送一段全零或者全1的擴(kuò)頻序列，然后再進(jìn)行攜帶調(diào)制信息的擴(kuò)頻信號(hào)的傳輸，這樣全零或者全1的擴(kuò)頻序列對應(yīng)的接收信號(hào)解擴(kuò)后恢復(fù)成單頻信號(hào)，然后進(jìn)行頻率初步估計(jì)，計(jì)算系統(tǒng)此時(shí)的頻偏并將頻偏反饋到下變頻端將頻偏去掉。此時(shí)FFT分析可將頻偏控制在±1/64個(gè)符號(hào)以內(nèi)，即可以滿足解調(diào)的要求，又能在不超過100個(gè)符號(hào)內(nèi)完成初步校頻。在利用攜帶調(diào)制信息對后續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)，并將解調(diào)恢復(fù)的碼流反饋至前端與信號(hào)對齊，通過解擴(kuò)即可將攜帶的信息處理掉，剩余收發(fā)的頻差，完成跟蹤的過程，處理框圖如圖2所示。

3 解調(diào)與信噪比估計(jì)

當(dāng)系統(tǒng)頻偏變化量與符號(hào)速率比值超過1/200，建議采用差分相干解調(diào)的方式，按照FFT分辨精度1/64碼速率計(jì)算，頻偏導(dǎo)致解調(diào)性能損失在0.5dB以內(nèi)，若采用BPSK或者QPSK相干解調(diào)，頻偏導(dǎo)致解調(diào)性能損失在1~2.5dB之間，可見足以彌補(bǔ)差分解調(diào)導(dǎo)致的性能損失；若剩余頻差進(jìn)一步增到損失還會(huì)進(jìn)一步增大。

采用基于眼圖的信噪比估計(jì)方式，已知盲估計(jì)的方式在信噪比低受解調(diào)誤碼影響有著很大的偏離，充分利用幀頭部分的已知序列，可使得信噪比估計(jì)性能得到很大的改善。（圖3）

4 系統(tǒng)性能測試

為驗(yàn)證方案的可行性，搭建的測試平臺(tái)，測試頻率5.7GHz，工作方式TDD，猝發(fā)幀長度640個(gè)，擴(kuò)頻碼速率10Mbit/s，擴(kuò)頻碼長度127，設(shè)計(jì)最大頻率偏移±150kHz，頻移的變化量500Hz/ms，系統(tǒng)測試門限為-110dBm，相對無頻偏條件測試損失在1dB以內(nèi)，其他結(jié)果見表1。

5 結(jié)論

采用分段處理結(jié)合擴(kuò)頻碼逆調(diào)的方式可以快速的跟蹤系統(tǒng)頻偏的變化，去除大多普勒對直擴(kuò)通信解調(diào)性能的影響，系統(tǒng)處理的復(fù)雜度增加有限。因此，本方案在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成直擴(kuò)通信解調(diào)具有一定的參考價(jià)值。

表1 測試結(jié)果

[1]William H.Tranter，K.Sam Shanmugan.肖明波，楊光松，等，譯.通信系統(tǒng)仿真原理與無線應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]William C.Y.Lee.宋維模，姜煥成，等，譯.移動(dòng)通信工程理論和應(yīng)用[M].北京，人民郵電出版社，2002.

[3]Michel C.Jeruchim.周希元，陳衛(wèi)東，畢見鑫，等，譯.通信系統(tǒng)仿真：建模、方法和技術(shù)[M]，北京：國防工業(yè)出版社，2004.

[4]John G.Proakis.數(shù)字通信[M].張力軍，張宗橙，鄭寶玉，等，譯.4版.電子工業(yè)出版社，2004.

[5]Bernard Sklar，Rayleigh Fading Channels in Mobile Digital Communication Systems[J].IEEE Communications Magazine，1997（7）：90-100.

TN91

A

1674-6708（2015）138-0128-01

宋迎東，工程師，研究方向：無線通信