高動態環境下猝發直擴通信解調算法的實現

宋迎東，張志華

中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊 050081

高動態環境下猝發直擴通信解調算法的實現

宋迎東，張志華

中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊 050081

針對高動態環境下猝發直擴通信偽碼序列難以快速捕獲的問題，設計了一種快速偽碼捕獲與FFT校頻相結合的一種解調方案，給出了具體的實現思路，并在FPGA為基礎的系統平臺上進行了測試。結果表明，該解調方案對解決高動態環境下猝發直擴通信偽碼序列難以快速捕獲的問題有著明顯的改善，且實現復雜度沒有明顯的增加，具有一定的應用價值。

高動態環境；偽碼捕獲；猝發通信

0 引言

直擴通信以其抗干擾性好、隱蔽性高、保密性好、抗多徑能力強且易于實現碼分多址的優點，在衛星通信、導航、GPS以及移動通信的得到了廣泛的應用。

同步技術一直是直擴系統研究的重點，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各方面的性能。在高動態環境，由于多普勒頻域的影響，同步問題解決更加困難。

針對這一現象，設計了一種快速偽碼捕獲與FFT校頻相結合的一種解調方案。

1 符號同步的快速捕獲

為滿足猝發通信的要求，偽碼捕獲方式采用并行搜索，首先提取符號相關峰。

多普勒頻移對滑動相關算法的影響已經被廣泛研究，其相關器歸一化幅度響應公式為：

其中fd表示頻移，N表示偽碼長度，T表示偽碼周期。

根據上式可以得到歸一化幅度響應曲線，通過計算，可見，當fd〈1/2T 時，可以獲取相關峰，且損失不超過3dB。

因此，根據以上結論，可將輸入信號按照多普勒頻移的最大偏差范圍分段進行處理。最大多普勒頻移為±150kHz，擴頻帶寬10MHz，擴頻碼長度為127位，通過計算可知，取f 0=75kHz進行分頻段處理，可將信號分成四個頻段：（-150kHz，-75kHz）、（-75kHz，0kHz）、（0kHz，75kHz）、（75kHz，150kHz）。

匹配濾波器消耗資源較大，若采用多路處理會進一步增加資源消耗，因此需將數據先進行并串變換，同時需先將各支路信息經過碼片速率量級的滑動積分器，這樣匹配濾波器的累加器階數即等于擴頻碼的長度，而提取的時鐘控制精度仍可為碼片符號的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路處理，利用捕獲的符號同步時鐘，調整本地擴頻碼相位與接收信號對齊，進行解擴處理。在發射端發送信息前，先發送一段全零或者全1的擴頻序列，然后再進行攜帶調制信息的擴頻信號的傳輸，這樣全零或者全1的擴頻序列對應的接收信號解擴后恢復成單頻信號，然后進行頻率初步估計，計算系統此時的頻偏并將頻偏反饋到下變頻端將頻偏去掉。此時FFT分析可將頻偏控制在±1/64個符號以內，即可以滿足解調的要求，又能在不超過100個符號內完成初步校頻。在利用攜帶調制信息對后續數據進行解調，并將解調恢復的碼流反饋至前端與信號對齊，通過解擴即可將攜帶的信息處理掉，剩余收發的頻差，完成跟蹤的過程，處理框圖如圖2所示。

3 解調與信噪比估計

當系統頻偏變化量與符號速率比值超過1/200，建議采用差分相干解調的方式，按照FFT分辨精度1/64碼速率計算，頻偏導致解調性能損失在0.5dB以內，若采用BPSK或者QPSK相干解調，頻偏導致解調性能損失在1~2.5dB之間，可見足以彌補差分解調導致的性能損失；若剩余頻差進一步增到損失還會進一步增大。

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

4 系統性能測試

為驗證方案的可行性，搭建的測試平臺，測試頻率5.7GHz，工作方式TDD，猝發幀長度640個，擴頻碼速率10Mbit/s，擴頻碼長度127，設計最大頻率偏移±150kHz，頻移的變化量500Hz/ms，系統測試門限為-110dBm，相對無頻偏條件測試損失在1dB以內，其他結果見表1。

5 結論

采用分段處理結合擴頻碼逆調的方式可以快速的跟蹤系統頻偏的變化，去除大多普勒對直擴通信解調性能的影響，系統處理的復雜度增加有限。因此，本方案在高動態環境下完成直擴通信解調具有一定的參考價值。

表1 測試結果

[1]William H.Tranter，K.Sam Shanmugan.肖明波，楊光松，等，譯.通信系統仿真原理與無線應用[M].北京：機械工業出版社，2005.

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

[3]Michel C.Jeruchim.周希元，陳衛東，畢見鑫，等，譯.通信系統仿真：建模、方法和技術[M]，北京：國防工業出版社，2004.

[4]John G.Proakis.數字通信[M].張力軍，張宗橙，鄭寶玉，等，譯.4版.電子工業出版社，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