基于Hebb规则优化的扩频码序列识别与同步方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Hebb规则优化的扩频码序列识别与同步方法，包括如下步骤：步骤一、将采样后的扩频码序列划分为M部分，每部分包含(L+1)N个采样点；步骤二、把i和j的初始值分别设为0和1；步骤三、用第

Recognition and synchronization method of spread spectrum code sequence based on Hebb rule optimization

The invention discloses a method of identifying and synchronizing spread code sequence based on Hebb rule optimization, including steps: Step 1, dividing the sequence of spread spectrum code after sampling into M part, each part contains (L+1) N sampling point; step two, the initial values of I and j are set to 0 and 1 respectively; step three, use the first.

【技术实现步骤摘要】
基于Hebb规则优化的扩频码序列识别与同步方法
本专利技术涉及一种基于Hebb规则优化的扩频码序列识别与同步方法。
技术介绍
直接序列扩频通信(DirectSequenceSpreadSpectrum，DSSS)技术由于具有较好的抗干扰性，高通信速率、易于实现码分多址和隐蔽性强等特点，当前已被广泛的运用于军事通信、民用通信和导航领域，如GPS导航系统、通信电台、移动通信CDMA、WCDMA和WiFi标准等。扩频通信中的扩频码一般采用伪随机序列与待传输信息进行模二相加使得调制信号的频谱得以扩展，单位带宽上的功率很小即信号的功率谱密度很低，因此外界很难截获传送的信息。在非合作通信条件下实现对DSSS信号的扩频码序列识别，是后续成功解扩接收信息的前提，对认知无线电、频谱监测、网络安全分析等领域具有重要意义。由于扩频码序列识别是在缺少先验知识的情况下进行，具有较大难度。典型的DSSS信号发射和接收系统原理框图如图1所示。接收到并经过采样后的DSSS信号表达式为：其中，{d(kTc)}代表原始数据符号，{c(kTc)}表示扩频码序列的离散采样点表达式，Tc为各采样点的时间间隔，S代表信号能量，{n(kTc)}表示零均值，方差为σ2的高斯白噪声。为了表述方便，以下用{c1,...,cN}，ci∈{±1}表示扩频码序列，且di表示第i个传输的BPSK调制信息符号，di∈{±1}。在实际中，通常选取伪随机PN序列作为扩频码序列，在扩频之前的信噪比可表示为：扩频码序列识别的作用即为从截获的信号序列{rk}中识别得到{c1,...,cN}。传统方法是通过基于特征值分解(EVD)的方法对信号扩频码开展识别和分析，计算量较大，易受噪声影响，在低信噪比条件下性能不理想。在常见的基于特征值分解的算法中接收到的DSSS信号样本点根据非重叠的时间窗口进行划分，窗长度为扩频码周期，然后计算自相关矩阵的特征向量和特征值，经证明通过最大两个特征值和特征向量则可正确识别出扩频码序列，这种算法的缺点是计算复杂度较高，并且由于需要精确获取扩频码起始位置，在实际应用中有较大局限性，不适合工程实现。另一方面，采用了长码扩频的DSSS信号伪码周期较长，接收端通常无法收到一个完整周期的序列，且一个伪码周期内包含多个信息码元，传统方法包括基于特征值子空间分解的算法，对长码的识别性能较差，以及需要采集较多的信号样本点，计算处理量大，在很多实际场合中容易失效，还有如Frobenius范数法等利用了短码信号的结构，因而不能用于长码DSSS信号。对于扩频码盲同步处理而言，在实际DSSS通信例如CDMA系统中，用户扩频码不可能完全正交，且在传输过程中，恶劣的信道也会使得扩频码的正交性严重恶化，必然会产生多址干扰、远近效应和多径效应，使得第三方在截获过程中获取用户信号同步的难度进一步加大。目前，通过专利检索，尚未发现对DSSS信号进行盲同步处理的解决方案。检索到的、已提出专利申请的类似方法有：1.“基于序贯蒙特卡罗的扩频码及信息序列联合估计方法”，(公开号：104539312A，申请号：201410850610.0，申请人：中国人民解放军海军航空工程学院，专利技术人：钟兆根，张立民，王建雄等)。该方法设计了一种基于序贯蒙特卡罗的扩频码及信息序列联合估计方法，通过建立信号参数的联合后验分布模型，并对各参量的状态空间模型进行分析。该方法不能对DSSS信号长码扩频序列进行完全有效识别估计，也不适用于对多用户的情况；2.“直接序列扩频系统伪随机码估计方法”，(公开号：101662305，申请号：200910024051.7，申请人：西安电子科技大学，专利技术人：安金坤，田斌，易克初等)。该专利设计了一种直接序列扩频系统伪随机码估计、识别方法，由二次谱和相关函数二阶矩获得伪码周期、扩频码序列。该方法计算量较大，并未研究对长码扩频调制及多用户扩频码的识别思路。DSSS信号具有低信噪比、低截获概率等特点，给信号的接收处理带来很大难度。要成功解扩DSSS信号，需要实现同步以及正确识别出扩频码序列。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术提供了一种基于Hebb规则优化的扩频码序列识别与同步方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于Hebb规则优化的扩频码序列识别与同步方法，包括如下步骤：步骤一、将采样后的扩频码序列划分为M部分，每部分包含(L+1)N个采样点；步骤二、把i和j的初始值分别设为0和1；步骤三、用第i部分构建确立优化矩阵步骤四、计算的值；步骤五、将j的值增加1，判断是否满足j≤N-1，若是则返回步骤三，若否，则进入步骤六；步骤六、搜索的最大值，从而得出相应j(i)即为扩频码同步点估计结果。与现有技术相比，本专利技术的积极效果是：本专利技术提出了一种基于Hebb规则优化的扩频码序列识别和同步方法的新方法，适用于多种情况，抗噪性能好。该方法具有计算量相对较小，数值稳定性好，易于工程实现的优点。针对目前扩频信号盲同步方法效果不理想，运算处理复杂的问题，本专利技术还设计了新型的扩频码相关性度量函数作为最优同步点估计器，提高了算法效率，在低信噪比的复杂电磁环境中性能优越。本专利技术方法可以在认知无线电、频谱监测和网络安全分析等方面发挥作用。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为DSSS信号发射和接收系统处理流程图；图2为对DSSS信号非合作接收系统的原理框图；图3为扩频相关性度量J(Rk)函数曲线；图4为周期长码扩频信号等效多用户模型；图5为本专利技术的扩频码识别方法与传统方法性能对比曲线；图6为本专利技术的同步估计正确概率曲线。具体实施方式本专利技术提出了一种扩频码序列识别和同步方法，采用基于Hebb规则的优化思路和长码分段模型，从而成功的估计出长码、短码扩频序列；在新方法中进行了特征矩阵维数的化简处理；并分析完成了对扩频码的盲同步处理。短码扩频模型——在扩频周期内仅调制一位信息码元，基带模型可采用下式表示：其中，ai表示信息符号的序列，{ai＝±1}，A表示信号幅度，Ts表示符号周期，n(t)表示方差为的高斯白噪声。P表示扩频码序列长度，信息符号的波形可表示为并且有：上式中ck表示扩频码序列，{ck＝±1,k＝0,...,P-1}以及Tc为码周期，pc(t)表示传输信道及滤波器的响应，h(t)表示扩频码序列与信道响应的卷积。基带数据波形一般为矩形脉冲形式。长码扩频模型——对应于每个扩频周期内调制多个信息码元，其基带模型还可表示为下式：其中，dk代表独立同分布的数据信息序列，n(t)表示高斯白噪声变量，Ts表示数据符号的周期，cu(u＝0,1,,...,KN-1)表示扩频长码序列的第u个码元，Tc表示码元宽度且Tc＝Ts/N，N表示扩频长码序列对应于数据符号的划分长度。将接收到的LN个扩频码元分成L部分，因此每部分都包含了一个完整的伪码周期。根据最大似然准则可得出：其中f(r|c)表示接收信号的条件概率分布函数，以及指的是待估计的扩频码序列。扩频信号数据向量d是随机的，用r(n)和d(n)分别表示在第n部分符号中的接收和发送的数据符号，对于DSSS/BPSK调制信号，将d进行平均处理，得到下式，其中cosh表示偶函数。扩频码序列识别方法对于非合作情况下的DSSS信号处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Hebb规则优化的扩频码序列识别与同步方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、将采样后的扩频码序列划分为M部分，每部分包含(L+1)N个采样点；步骤二、把i和j的初始值分别设为0和1；步骤三、用第i部分构建确立优化矩阵

【技术特征摘要】
1.一种基于Hebb规则优化的扩频码序列识别与同步方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、将采样后的扩频码序列划分为M部分，每部分包含(L+1)N个采样点；步骤二、把i和j的初始值分别设为0和1；步骤三、用第i部分构建确立优化矩阵步骤四、计算的值；步骤五、将j的值增加1，判断是否满足j≤N-1，若是则返回步骤三，若否，则进入步骤六；步骤六、搜索的最大值，从而得出相应j(i)即为扩频码同步点估计结果。2.根据权利要求1所述的基于Hebb规则优化的扩频码序列识别与同步方法，其特征在于：在对扩频码序列进行划分时，建立如下短码扩频模型：其中，ai表示信息符号的序列，{ai＝±1}，A表示信号幅度，Ts表示符号周期，n(t)表示方差为的高斯白噪声，P表示扩频码序列长度，b(t)表示信息符号的波形，h(t)表示扩频码序列与信道响应的卷积，式中ck表示扩频码序列，{ck＝±1,k＝0,...,P-1}，pc(t)表示传输信道及滤波器的响应，Tc为码周期。3.根据权利要求2所述的基于Hebb规则优化的扩频码序列识别与同步方法，其特征在于：在对扩频码序列进行划分时，建立如下长码扩频模型：

【专利技术属性】
技术研发人员：熊刚，胡宗恺，胥桓，饶志宏，蒋天瑜，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51