一种基于直接差分相干积累的直扩信号传输方法技术

本发明专利技术公开了一种基于直接差分相干积累的直扩信号传输方法，属于扩频信号接受处理技术领域。将解扰后的信号进行前后共轭相乘以及相干积分的直扩信号捕获方法，其中将前后共轭相乘这一操作称为差分相干；其中接收信号解扰后应该是两段相同的PN序列，即发送的伪随机序列在加扰前应该是两段相同的PN序列。本发明专利技术的核心在于对信号的粗同步头进行特别设计，接收端通过对接收信号的粗同步头进行前后共轭相乘(差分相干)消除了频偏的影响，使得相干积分的时候不再受到多普勒频偏带来的数据位跳变的影响。由于需要的序列长度仅仅与信噪比有关，本算法在一定的信噪比下，能够在一定的序列长度下搜索极大频率范围内的直扩信号。

A Direct Spread Spectrum Signal Transmission Method Based on Direct Differential Coherent Accumulation

The invention discloses a direct spread spectrum signal transmission method based on direct differential coherent accumulation, which belongs to the technical field of spread spectrum signal reception and processing. The method of acquisition of DSSS signals by conjugate multiplication and coherent integration is presented, in which the operation of conjugate multiplication is called differential coherence, in which the received signal should be decoupled into two identical PN sequences, i.e., the transmitted pseudo-random sequence should be two identical PN sequences before the interference. The core of the present invention is to design the coarse synchronization head of the signal in particular. The receiver eliminates the influence of frequency offset by conjugate multiplication (differential coherence) of the coarse synchronization head of the received signal, so that the data bit hopping caused by Doppler frequency offset is no longer affected in the coherent integration. Since the required sequence length is only related to the signal-to-noise ratio (SNR), the algorithm can search the DSSS signal in the maximum frequency range under a certain sequence length.

【技术实现步骤摘要】
一种基于直接差分相干积累的直扩信号传输方法
本专利技术属于扩频信号接受处理
，涉及一种能够在较大多普勒频偏下完成直接序列扩频信号同步的粗捕获方法。具体为一种基于差分共轭相乘以及相干积分的直扩信号同步方法。
技术介绍
直接序列扩频技术(简称“直扩”)是数字通信的核心领域之一，直接序列扩频技术最初作为抵抗干扰以及截获威胁的手段而运用于军事通信网络，但如今随着4G/5G为代表的移动通信系统、认知无线电、传感网与物联网等民用通信系统和网络的快速发展，现已广泛运用于商用系统,并已成为若干无线、移动通信标准的一部分。直接序列扩频信号通常具有极强的隐蔽性，并能在极低信噪比下传输并在接收端实现无差错恢复。但是，直接序列扩频信号的同步对多普勒频偏十分敏感，用于扩频的伪随机序列越长，解扩后越容易因为多普勒频偏引起的数据位跳变而同步失败。在申请号为CN201710307117.8的专利技术专利“一种直接序列扩频信号快速捕获方法”中，提出了一种存在频偏下直扩信号的同步技术。该技术首先对接收信号补零进行FFT，其次将接收信号的FFT序列循环移位并与本地参考序列的FFT进行共轭相乘，并对共轭相乘的FFT序列做IFFT以及非相干积累，最后取最大值作为粗捕获的判决值，当判决值超过门限后，进行FFT寻找频偏频点。此算法能够在较低信噪比、一定频偏下对直扩信号进行捕获。但其计算量与频率搜索范围成正比，想获得更大的频率搜索范围，必须增加FFT的点数以及次数。因此，在大频偏下搜索直扩信号需要付出较大的计算量。因此，在针对高速移动的无线通信时，随着相对移动速度的加大，多普勒频偏将会越来越大，为实现直扩信号同步而付出的代价将越来越大。
技术实现思路
本专利技术针对大频偏下直扩信号解扩后出现数据位跳变的问题，提出了一种基于直接差分相干积累的直扩信号传输方法，用以完成大频偏下直扩信号的同步粗捕获。本专利技术将解扰后的信号进行前后共轭相乘以及相干积分的直扩信号捕获方法，其中将前后共轭相乘这一操作称为差分相干；其中接收信号解扰后应该是两段相同的PN序列，即发送的伪随机序列在加扰前应该是两段相同的PN序列。本专利技术的核心在于对信号的粗同步头进行特别设计，接收端通过对接收信号的粗同步头进行前后共轭相乘(差分相干)消除了频偏的影响，使得相干积分的时候不再受到多普勒频偏带来的数据位跳变的影响。由于需要的序列长度仅仅与信噪比有关，本算法在一定的信噪比下，能够在一定的序列长度下搜索极大频率范围内的直扩信号。本专利技术技术方案为一种基于直接差分相干积累的直扩信号传输方法,该方法包括：步骤1、设置发端采样率，保证至少一个扩频码片采样两次以上；设置参数，包括扩频码的长度，设扩频使用的PN码PNCode，发送端的扩频伪随机序列s[n]为两段相同的PN序列，设前一段为PN1，后一段为PN2，则s[n]应该满足以下格式：s[n]＝[PN1PN2]＝[PNCodePNCode]步骤2、对s[n]进行扰码，加扰使用的伪码为ScrPNCode，ScrPNCode周期与s[n]的长度相等，以使得对s[n]加扰后直接对其前一段伪码和后一段伪码进行相关不会起到解扩的效果；步骤3、接收端按照固定的时间间隔对接收信号进行采样，仍保证至少一个扩频码片采样两次以上；将当前采样的数据压入存储队列中RAM；RAM满足：RAM＝[RAM1RAM2]步骤4、对RAM中的数据使用伪码ScrPNCode进行解扰；步骤5、将解扰后RAM1中的序列与RAM2中的序列共轭相乘，得到相关序列：R[n]＝RAM1[n]*RAM2[n]*；步骤6、对R[n]进行相干积分，取模值得到最终的相关值COR＝|∑R[n]|；步骤7、将COR与设定的门限值Threshold进行比较，如果COR＞Threshold，则说明捕获到了信号，并且获得了接收信号的起始位置，完成信号的粗捕获；进行后续频偏估计过程。由此可见，本方法有三大特点：第一、通过对粗同步头进行特别设计，使得接收端在进行步骤5的时候起到了解扩的效果；第二、前后共轭相乘起到了解调的效果，能够移除频偏，因此运用本方法在考虑使用序列长度时仅仅需要从抗噪声的角度进行。第三、由于每隔半个扩频码片就重复以上操作，使得系统的实时性较高。从算法复杂度的角度分析，步骤5的共轭相乘操作需要较多乘法器完成，这是本方法所需计算量的主要来源。附图说明图1为本专利技术在发端的必要参数初始化的流程图；图2为本专利技术在收端的处理流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例，详述本专利技术的技术方案。但不应将此理解为本专利技术上述主体的范围仅限于以下实施例，凡基于本
技术实现思路
所实现的技术均属于本专利技术的范围。图1所示是本专利技术的一个具体实施例的发送端的必要参数初始化的流程图。包括以下步骤：步骤1、设置一个扩频码片周期内采样2个点，即采样率为数据率的两倍，正好等于奈奎斯特率。步骤2、选择长度为1024的m序列作为PNCode。步骤3、将PNCode复制成两段相同的PN序列构成粗同步头扩频序列s[n]，此时s[n]的长度应该为2048步骤4、选取一段长度为2048的m序列作为伪码ScrPNCode，令其前1024位为Scr1，后1024位数据为Sc2r，即ScrPNCode＝[Scr1Scr2]。对s[n]加扰，得到加扰后的发送信号sScr＝s*ScrPNCode＝[PNCode*Scr1PNCode*Scr2]图2所示是本专利技术基于图1的具体实施例的接收端处理系统框图。包括以下步骤：步骤1、不考虑噪声，设发送信号被完全接收，因此采样后，接收到的频偏下信号r[n]为:1.其中为频偏，Δθ表示后1024位数据带的频偏与前1024位数据带的频偏之间对应位置的相位差。将r[n]压入存储队列RAM中，则步骤2、对RAM中的数据进行解扰，得到解扰后的信息序列m[n]：2.从以上操作可以看到加扰这一操作对信号的接收质量没有影响。步骤3、将解扰后的RAM序列m[n]前后两部分共轭相乘，得到相关序列R[n]：由以上操作可一看到前后共轭相称后，频偏被移除。步骤4、设N＝1024；对R[n]进行相干积分，得到∑R[n]＝Ne-jΔθ，因此COR＝|∑R[n]|＝N。经过门限判决后，即为本次捕获情况。由于发送信号被完全接收，门限判决的结果必然为COR＝N＞Threshold，显示捕获成功。因此此时存储在队列中被解扰的m[n]可用来进行频偏估计。关于频偏估计方法众多，此处不再枚举。值得注意的是，当考虑噪声的影响时，前后共轭相乘会时噪声因为相乘而被放大。此时等效的扩频增益实际上为：如果使用常规的直接序列扩频，此时扩频增益为：通过对比可以发现本算法对噪声更为敏感，因此需要比常规的直接序列扩频更长的序列长度来抵抗相同功率的噪声。但由于频偏被移除，因此计算量不会随着频率搜索范围的扩大而增大。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于直接差分相干积累的直扩信号传输方法,该方法包括：步骤1、设置发端采样率，保证至少一个扩频码片采样两次以上；设置参数，包括扩频码的长度，设扩频使用的PN码PNCode，发送端的扩频伪随机序列s[n]为两段相同的PN序列，设前一段为PN1，后一段为PN2，则s[n]应该满足以下格式：s[n]＝[PN1 PN2]＝[PNCode PNCode]步骤2、对s[n]进行扰码，加扰使用的伪码为ScrPNCode，ScrPNCode周期与s[n]的长度相等，以使得对s[n]加扰后直接对其前一段伪码和后一段伪码进行相关不会起到解扩的效果；步骤3、接收端按照固定的时间间隔对接收信号进行采样，仍保证至少一个扩频码片采样两次以上；将当前采样的数据压入存储队列中RAM；RAM满足：RAM＝[RAM1 RAM2]步骤4、对RAM中的数据使用伪码ScrPNCode进行解扰；步骤5、将解扰后RAM1中的序列与RAM2中的序列共轭相乘，得到相关序列：R[n]＝RAM1[n]*RAM2[n]*；步骤6、对R[n]进行相干积分，取模值得到最终的相关值COR＝|∑R[n]|；步骤7、将COR与设定的门限值Threshold进行比较，如果COR＞Threshold，则说明捕获到了信号，并且获得了接收信号的起始位置，完成信号的粗捕获；进行后续频偏估计过程。...

【技术特征摘要】
1.一种基于直接差分相干积累的直扩信号传输方法,该方法包括：步骤1、设置发端采样率，保证至少一个扩频码片采样两次以上；设置参数，包括扩频码的长度，设扩频使用的PN码PNCode，发送端的扩频伪随机序列s[n]为两段相同的PN序列，设前一段为PN1，后一段为PN2，则s[n]应该满足以下格式：s[n]＝[PN1PN2]＝[PNCodePNCode]步骤2、对s[n]进行扰码，加扰使用的伪码为ScrPNCode，ScrPNCode周期与s[n]的长度相等，以使得对s[n]加扰后直接对其前一段伪码和后一段伪码进行相关不会起到解扩的效果；步骤3、接收端按照固定的时间间隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈延涛，董彬虹，赵宇轩，李芊饶，崔亚笛，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51