《電子技術應用》
您所在的位置：首頁 > 通信与网络 > 设计应用 > 利用帧头扩展扩频系统多普勒容限的方法
利用帧头扩展扩频系统多普勒容限的方法
来源：电子技术应用2011年第6期
党 群， 吴广伟
(西北工业大学 365研究所， 陕西 西安710072)
摘要： 由于伪随机序列具有多普勒频移敏感特性，所以扩频接收机需要在频域和时域同时进行捕获。为缩短捕获时间，可在数据解调支路采用并行多通道进行叉—点积法进行频率估计，但传统的叉—点积法鉴频范围仅为数据速率的1/4，多普勒容限较小。为此，提出了一种利用数据帧头避免叉—点积方法中频率符号反转的方法，可以将数据解调支路多普勒容限扩大一倍。
中圖分類號： TN914
文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2011)06-113-02
A method of Doppler tolerance extension using frame header in spread spectrum communication system
Dang Qun, Wu Guangwei
The 365th Institute of Northwest Polytechnical University, Xi’an 710072, China
Abstract： The two dimensional searching processes in frequency and time domain are needed for the PN-code sensitivity to Doppler shift. In order to reduce acquisition time, receiver estimates the frequency using traditional CPAFC(Cross-Product Automatic Frequency Control) with 1/4 data rate discriminate range. A method is proposed to avoid the frequency sign inversion and double the Doppler tolerance data channel by using data frame header.
Key words : Doppler tolerance; spread spectrum; bust transmission; parallel multiple channel


　在突發(fā)擴頻數(shù)傳系統(tǒng)中，多普勒頻移導致相關峰下降并可能使解調數(shù)據(jù)極性反向，這就要求接收機在頻域和時域同時進行捕獲。傳統(tǒng)的基于FFT[1,2]的方法或者鎖頻法均難以實現(xiàn)在幾個數(shù)據(jù)碼元內的頻率捕獲。而在數(shù)據(jù)解調支路中利用多個并行通道進行頻率估計可以在很短的時間內實現(xiàn)頻率的粗同步。但在頻率估計過程中，當多普勒頻移超過數(shù)據(jù)速率1/4時，叉—點積法估計的頻率將產生符號反轉，從而輸出錯誤的頻率估計。為提高叉—點積法的頻率鑒別范圍，可在同一個數(shù)據(jù)符號內采樣從而擴大多普勒鑒頻容限[3]，但該方法要求相關累加后的相鄰的I和Q采樣是在同一個數(shù)據(jù)位內，因此僅適合類似GPS這種一個數(shù)據(jù)符號內有多個偽碼周期的場合。本文提出了利用已知的數(shù)據(jù)幀頭作為叉—點積法中的符號，可有效消除普勒頻移超過數(shù)據(jù)速率1/4并且小于數(shù)據(jù)速率1/2時符號反轉導致的錯誤頻率估計，使頻率估計的多普勒容限擴大一倍。
1 叉—點積法頻率估計原理
　突發(fā)擴頻數(shù)傳接收機內部設置捕獲和數(shù)據(jù)解調兩個通道, 捕獲通道通過匹配器實現(xiàn)偽碼的快捕。每一幀數(shù)據(jù)到來時, 匹配器捕獲偽碼以后,通過設置本地偽碼發(fā)生器的相位獲得同步偽碼,數(shù)據(jù)解調通道則利用同步偽碼實現(xiàn)接收信號的解擴解調和頻率估計,接收機利用頻率估計值在幾個并行的數(shù)據(jù)解調支路中選擇一路輸出,這幾路并行的數(shù)據(jù)解調支路結構完全相同,不同的只是數(shù)字下變頻時的本振頻率不一樣。通過設置不同數(shù)據(jù)解調支路的本振頻率,實現(xiàn)不同多普勒頻移接收信號的最佳匹配。通過捕獲通道和多路并行數(shù)據(jù)解調支路,即可實現(xiàn)突發(fā)擴頻信號的快速捕獲并克服多普勒頻移對于數(shù)據(jù)解調的影響。
　圖1給出了擴頻通信接收機捕獲通道和一路數(shù)據(jù)解調支路框圖(注：捕獲通道和這一路數(shù)據(jù)解調支路共用一路本振)。

 

 

 

進入相關器的零中頻正交雙通道信號為：

 


2 多普勒頻率估計容限擴展原理
    由式(10)和圖2可以看出傳統(tǒng)叉—點積法鑒頻范圍是|fd|≤1/(4T)。當多普勒頻移絕對值大于1/(4T)時，同相路附加的相移絕對值超過π/2，從而引起數(shù)據(jù)極性判決反轉，導致頻率估計錯誤。在利用匹配濾波器獲得偽碼同步后，為擴大數(shù)據(jù)解調支路的多普勒容限，利用每一幀數(shù)據(jù)的前面已知幀頭數(shù)據(jù)的符號代替式(10)中的sign(I3)，即可消除同相路數(shù)據(jù)極性判決反轉導致的不利影響，數(shù)據(jù)解調支路頻率估計的多普勒容限擴大為1/(2T)。
　頻率誤差表達式為：

　圖3給出了式(11)對應的多普勒容限擴大后的鑒頻特性，其中橫坐標為頻率誤差fdT，縱坐標為歸一化的頻率誤差e。

　以上多普勒頻移容限擴展方案利用了幀頭數(shù)據(jù)極性的先驗知識，可有效避免數(shù)據(jù)解調時符號反轉導致的頻率估計錯誤。仿真及試驗表明，可將傳統(tǒng)叉—點積法頻率估計范圍擴大一倍。結合多路并行數(shù)據(jù)解調，可有效增強突發(fā)擴頻通信中數(shù)據(jù)解調時的動態(tài)適應性。
參考文獻
[1] 王君，安建平，宋淑娟. 一種新的高動態(tài)直擴接收機快速碼捕獲方法[J].北京理工大學學報，2004，24(5):439-441.
[2] SPILLARD G L. A serial-parallel FFT correlator for PN  code acquisition  from LEO Satellite. Spread Spectrum  Techniques and Applications[C].  IEEE  5th International Symposium, 1998:446-448.
[3] KAPLAN E D著.GPS原理與應用[M]. 邱致和，王萬義, 譯. 北京：電子工業(yè)出版社，2002.
[4] 董淵文，官洪運，胡輝.GPS接收機偽碼跟蹤技術研究及仿真[J]. 系統(tǒng)仿真學報，2006，18(11):3209-3216.  
[5] Hu Hui, Xu Luchao. GPS carrier tracking research and simulation[C]. International Symposium on information Science and Engieering,2008:414-416.

此內容為AET網(wǎng)站原創(chuàng)，未經(jīng)授權禁止轉載。

相關內容