基于重采樣技術的短碼直擴信號偽碼估計

，，

(國防科技大學電子對抗學院，安徽 合肥 230037)

0 引言

直接序列擴頻(Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS)通信具有優異的抗干擾能力、多址能力、保密和抗多徑性能，因而被廣泛地應用于無人機遙控、衛星導航和3G蜂窩手機等軍事和民用通信系統中。短碼直接序列擴頻是用一個周期偽碼序列(Pseudo Noise Code，PN Code)去調制一個信息碼元，是目前應用較為廣泛和研究較多的直擴體制[1]。

在通信對抗行動中，通信偵察方期望獲得敵方直擴通信的擴頻偽碼序列，進而解擴得到信息序列。然而作為非合作方所能獲得的有關通信協議十分有限，因此如何利用有限的先驗知識快速而準確地從截獲信號中估計擴頻偽碼序列就是極為重要和迫切需要解決的。

目前常見的短碼直擴信號的偽碼估計方法有神經網絡方法[2]、時域相關檢測方法[3-4]、矩陣特征分解方法[5-7]等。這些方法要求先以整數倍碼元速率的采樣率對空中信號進行采樣，然后從采樣信號解調得到基帶0/1偽碼采樣序列，再按一定間隔從中提取出擴頻偽碼。然而非合作方偵收到的信號一般質量較差，直接從空中采樣信號解調基帶0/1序列會有較大誤碼，給擴頻偽碼估計的準確性帶來很大影響；另一方面，實際中偵察獲取采樣信號時，采樣設備所能提供的采樣率難以與直擴信號碼元速率成整數倍關系，使得每個碼元上的采樣點數不相一致，提取擴頻偽碼時的抽樣判決點的正確選擇變得十分困難，方法估計性能大為下降，魯棒性難以得到滿足，距離實際的工程應用還有較大差距。

本文針對上述估計方法存在的問題，提出了基于重采樣技術的短碼直擴信號偽碼估計方法。該方法能夠克服非整數倍碼元速率的采樣率情況下偽碼估計時抽樣判決點選取的不確定性，實驗驗證了方法的有效性和可靠性。

1 基本理論

1.1 信號模型

圖1所示為短碼直擴信號的發射和接收處理模型[1]。

假設擴頻信號通過加性高斯白噪聲信道，接收機收到信號經過混頻濾波，得到中頻信號[8]：

r(t)=d(t)p(t)cosω0t+n(t)

(1)

以采樣率fs對r(t)進行等間隔采樣，得到離散的數字中頻信號：

r(n)=d(n)p(n)cosω0n+n(n)

(2)

1.2 重采樣機理

由于本文研究的是基于非整數倍碼元速率的采樣率情況，因而需要做非整數倍的采樣率變換。可以先作I倍內插再作D倍抽取來實現，即將采樣率變為原來的I/D倍，需要注意的是必須內插在前、抽取在后，以確保中間序列的譜寬度滿足信號無失真恢復的最小要求。非整數倍采樣率變換的實現框圖[9]如圖2所示。

圖中將2個級聯的低通濾波器等效為1個低通濾波器，帶寬為minπ/D,π/I，I表示I倍內插器，D表示D倍抽取器。

2 偽碼估計方法

一段受到空中噪聲污染的短碼直擴信號的中頻采樣信號波形如圖3所示。

本文方法直接對接收端中頻采樣的空中信號做處理，處理流程如圖4所示。

首先估計出偽碼采樣信號周期和偽碼起始點兩個參數，在此基礎上進行信號重采樣，最后實現偽碼估計。

2.1 相關參數估計

2.1.1偽碼采樣信號周期估計

(3)

式中，M為數據分段數，L為每段數據包含的采樣點數；Sm(τ)為第m段數據的自相關值，P(τ)為分段自相關的模和。

對圖3所示的中頻采樣信號進行采樣數據分段，畫出自相關疊加譜圖如圖5所示。

2.1.2偽碼起始點估計

窗口1每滑動一個采樣點，窗口2要滑動一個區間的采樣點，計算內積值prt=〈w1,w2〉，則可得到一個內積值數組，以其中的最值作為窗口1的起點在當前采樣點時的前后信號窗口內積值。逐個采樣點地滑動窗口1，當前后信號窗口內積值單調變化并且正負發生改變時，改變之前的內積最值對應的窗口1起點即為rst1。

2.2 信號重采樣實現

(4)

在2.1節中，已經找出采樣信號r中的偽碼起始點rst1，從該點取出之后的采樣信號：

(5)

以式(4)確定的新的采樣率對r(1)重采樣：

(6)

以上即完成了對接收端數字中頻采樣信號的重采樣。

2.3 偽碼估計

完成信號重采樣之后，每段偽碼周期上均有相等的采樣點數，從偽碼起始點提取出k段連續的偽碼重采樣信號，分析其調制樣式，再以軟件無線電的方法[9]實現解調得到偽碼序列。下面以常見的2DPSK調制樣式為例，說明偽碼估計的具體方法。

r(3)=r1(2),r2(2),…,rk(2)

(7)

3 實驗與結果分析

實驗的相關參數設置如表1所示。

表1 實驗參數設置Tab.1 Parameters forexperiment used

3.1 偽碼估計實驗

3.1.1偽碼起始點估計實驗

滑動信號窗口，畫出前后窗口內積值如圖7所示，尋找偽碼起始點rst1；依次尋找各個偽碼起始點，進而計算出各段偽碼采樣點數Ni如圖8所示。

3.1.2信號重采樣實驗

經過重采樣后，信號在時域上的采樣點更加密集，時域波形更加準確真實。

3.1.3偽碼恢復實驗

對重采樣后的采樣信號按2.3節的方法處理，遵循偽碼0、1分布平衡的原則，等間隔選取合適的抽樣判決點，輸出最優偽碼序列，結果如圖10所示。

與實驗設置的偽碼序列比較，恢復出的偽碼序列達到了100%的正確率。

3.2 對比實驗

以經典的矩陣特征分解方法為對比，說明本文方法在非整數倍碼元速率的采樣率情況下的可靠性。矩陣特征分解方法恢復的偽碼采樣序列如圖11所示。

4 結論

本文提出了基于重采樣技術實現短碼直擴信號偽碼估計的方法。該方法直接對空中截獲的中頻采樣信號進行處理，通過重采樣使得每個直擴信號碼元上的采樣點數變為相等的整數個，即將非整數倍采樣問題簡化為整數倍采樣問題，最后用數字正交解調實現偽碼估計。實驗結果表明，方法能夠克服非整數倍碼元速率的采樣率情況下偽碼估計時抽樣判決點選取的不確定性，實現有效可靠的偽碼估計。方法克服了采樣設備的采樣率限制，提高了偽碼估計的魯棒性，估計出的偽碼序列可為之后進行欺騙干擾提供有效支持，具有較高的工程應用價值。

參考文獻:

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