高动态环境下猝发直扩通信解调算法的实现

宋迎东，张志华

中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄 050081

高动态环境下猝发直扩通信解调算法的实现

宋迎东，张志华

中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄 050081

针对高动态环境下猝发直扩通信伪码序列难以快速捕获的问题，设计了一种快速伪码捕获与FFT校频相结合的一种解调方案，给出了具体的实现思路，并在FPGA为基础的系统平台上进行了测试。结果表明，该解调方案对解决高动态环境下猝发直扩通信伪码序列难以快速捕获的问题有着明显的改善，且实现复杂度没有明显的增加，具有一定的应用价值。

高动态环境；伪码捕获；猝发通信

0 引言

直扩通信以其抗干扰性好、隐蔽性高、保密性好、抗多径能力强且易于实现码分多址的优点，在卫星通信、导航、GPS以及移动通信的得到了广泛的应用。

同步技术一直是直扩系统研究的重点，主要包括伪码同步、位同步、帧同步与载波同步，其性能好坏直接影响系统各方面的性能。在高动态环境，由于多普勒频域的影响，同步问题解决更加困难。

针对这一现象，设计了一种快速伪码捕获与FFT校频相结合的一种解调方案。

1 符号同步的快速捕获

为满足猝发通信的要求，伪码捕获方式采用并行搜索，首先提取符号相关峰。

多普勒频移对滑动相关算法的影响已经被广泛研究，其相关器归一化幅度响应公式为：

其中fd表示频移，N表示伪码长度，T表示伪码周期。

根据上式可以得到归一化幅度响应曲线，通过计算，可见，当fd〈1/2T 时，可以获取相关峰，且损失不超过3dB。

因此，根据以上结论，可将输入信号按照多普勒频移的最大偏差范围分段进行处理。最大多普勒频移为±150kHz，扩频带宽10MHz，扩频码长度为127位，通过计算可知，取f 0=75kHz进行分频段处理，可将信号分成四个频段：（-150kHz，-75kHz）、（-75kHz，0kHz）、（0kHz，75kHz）、（75kHz，150kHz）。

匹配滤波器消耗资源较大，若采用多路处理会进一步增加资源消耗，因此需将数据先进行并串变换，同时需先将各支路信息经过码片速率量级的滑动积分器，这样匹配滤波器的累加器阶数即等于扩频码的长度，而提取的时钟控制精度仍可为码片符号的1/4以下，便于下面介绍的本地序列对齐。

2 校频与跟踪

校频与跟踪采用同一环路处理，利用捕获的符号同步时钟，调整本地扩频码相位与接收信号对齐，进行解扩处理。在发射端发送信息前，先发送一段全零或者全1的扩频序列，然后再进行携带调制信息的扩频信号的传输，这样全零或者全1的扩频序列对应的接收信号解扩后恢复成单频信号，然后进行频率初步估计，计算系统此时的频偏并将频偏反馈到下变频端将频偏去掉。此时FFT分析可将频偏控制在±1/64个符号以内，即可以满足解调的要求，又能在不超过100个符号内完成初步校频。在利用携带调制信息对后续数据进行解调，并将解调恢复的码流反馈至前端与信号对齐，通过解扩即可将携带的信息处理掉，剩余收发的频差，完成跟踪的过程，处理框图如图2所示。

3 解调与信噪比估计

当系统频偏变化量与符号速率比值超过1/200，建议采用差分相干解调的方式，按照FFT分辨精度1/64码速率计算，频偏导致解调性能损失在0.5dB以内，若采用BPSK或者QPSK相干解调，频偏导致解调性能损失在1~2.5dB之间，可见足以弥补差分解调导致的性能损失；若剩余频差进一步增到损失还会进一步增大。

采用基于眼图的信噪比估计方式，已知盲估计的方式在信噪比低受解调误码影响有着很大的偏离，充分利用帧头部分的已知序列，可使得信噪比估计性能得到很大的改善。（图3）

4 系统性能测试

为验证方案的可行性，搭建的测试平台，测试频率5.7GHz，工作方式TDD，猝发帧长度640个，扩频码速率10Mbit/s，扩频码长度127，设计最大频率偏移±150kHz，频移的变化量500Hz/ms，系统测试门限为-110dBm，相对无频偏条件测试损失在1dB以内，其他结果见表1。

5 结论

采用分段处理结合扩频码逆调的方式可以快速的跟踪系统频偏的变化，去除大多普勒对直扩通信解调性能的影响，系统处理的复杂度增加有限。因此，本方案在高动态环境下完成直扩通信解调具有一定的参考价值。

表1 测试结果

[1]William H.Tranter，K.Sam Shanmugan.肖明波，杨光松，等，译.通信系统仿真原理与无线应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]William C.Y.Lee.宋维模，姜焕成，等，译.移动通信工程理论和应用[M].北京，人民邮电出版社，2002.

[3]Michel C.Jeruchim.周希元，陈卫东，毕见鑫，等，译.通信系统仿真：建模、方法和技术[M]，北京：国防工业出版社，2004.

[4]John G.Proakis.数字通信[M].张力军，张宗橙，郑宝玉，等，译.4版.电子工业出版社，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

宋迎东，工程师，研究方向：无线通信