一种基于折半搜索策略的跳频系统低复杂度载波跟踪方法技术方案

本发明专利技术公开的一种基于折半搜索策略的跳频系统低复杂度载波跟踪方法，属于通信信号处理领域。本发明专利技术通过若干次折半搜索获取到当前跳数据的频偏估值完成频偏补偿，然后根据跳频图案规律，直接得到下一跳的频偏搜索起点，下一跳数据在此基础上再进行较少次数的折半搜索完成本跳的频偏估计与补偿，后续数据均经过相同的迭代操作，实现载波跟踪。本发明专利技术利用多符号累积增益实现频偏估计，能够工作在低信噪比环境下；本发明专利技术采用折半搜索法搜索频率，每次搜索只需进行少量的复乘与加法运算，算法复杂度低；本发明专利技术在跟踪过程中结合跳频图案规律，后续跳数据的频偏搜索起点均由前一跳的频偏估值直接得出，经过较少次的迭代就能得到较高精确的频偏估值。高精确的频偏估值。高精确的频偏估值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于折半搜索策略的跳频系统低复杂度载波跟踪方法


[0001]本专利技术涉及一种基于折半搜索策略的跳频系统低复杂度载波跟踪方法，属于通信信号处理领域。

技术介绍

[0002]频率跳变扩频系统，又称跳频系统，是扩频系统的重要形式之一，其用特定的伪随机码序列控制频率合成器，使得载波频率按一定图案规律不断跳变，进而实现频谱的扩展。跳频系统由于具备强抗干扰、抗衰落、抗截获能力等诸多优势，在现代军事通信以及民用移动通信中获得了广泛应用，如：跳频电台、全球移动通信系统、家庭射频系统等。
[0003]同步技术是跳频通信系统设计的关键问题之一，其同步估计精度直接决定整个系统性能的优劣。其中，载波同步是同步问题中的重要一环，特别是在低信噪比、大带宽的猝发通信跳频体制中，宽带跳频频点上的载波多普勒呈现“不一致”特性，即基带符号等效频偏在不同的跳频频点上相差较大，跟踪难度较高，因此精确的载波同步与跟踪技术是十分必要的。
[0004]跳频通信系统多采用多进制相移键控调制方式，因其在误码率与频谱利用效率上具备优异的折中性能。多进制相移键控调制方式的跳频通信系统常用的载波同步跟踪方法主要包括数据辅助法和盲同步法。
[0005]数据辅助法需要发送端在发送数据中插入一段或多段导频符号，接收端以此来提取载波实现载波同步跟踪，然而增加额外的导频序列会降低数据传输的有效性，且随着信噪比降低，为实现有效同步所需导频长度增大，系统有效性会随之降低。
[0006]盲同步法直接利用接收有用信号提取载波，发送端无需传输额外的数据，按照不同反馈结构包括：闭环载波同步跟踪方法以及开环载波同步跟踪方法。闭环载波同步跟踪方法基于锁相环路技术对载波的频率进行跟踪，包括科斯塔斯环、M次方环等；闭环载波同步跟踪技术的性能很大程度取决于环路滤波器性能，稳定性、抗噪声性能较差，不适用于高动态、短帧猝发的通信体制。相比于闭环载波跟踪方法，开环载波同步跟踪方法实现复杂度低、结构简单、同步时间短，能够工作在更低信噪比下；传统的开环载波同步跟踪方法包括：基于快速傅里叶变换进行载波频率估计的FFT方法以及基于最大似然估计的L&R方法与Fitz方法。FFT方法利用快速傅里叶变换直接得到载波频偏估值，频偏估计精度受限于做快速傅里叶变换数据的有效点数；L&R方法与Fitz方法利用时域自相关函数中具备的频偏信息得到频偏估值，具备较高的估计精度，但频偏估计范围不大，且上述方法均具有较大的算法复杂度。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种基于折半搜索策略的跳频系统低复杂度载波跟踪方法，属于盲同步法中的开环载波同步跟踪方法。本专利技术基于设定的频偏搜索范围，通过若干次折半搜索确定同步跳(即第1跳)数据的频偏估计，根据跳频图案规律，直接获取下一跳数据
的频偏搜索起点，经过下一跳数据基于频偏搜索起点的迭代，获取高精度的频偏估值，能够在高动态的跳频系统中实现更快速的载波跟踪。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0009]本专利技术的一种基于折半搜索策略的跳频系统低复杂度载波跟踪方法，包括如下步骤：
[0010]步骤一，发送端生成原始信息序列，并完成跳频处理：
[0011]发送端生成多进制相移键控调制的原始信息序列D，以时间信息和原始密钥数据作为伪随机码发生器的初始数据产生伪随机码，并与时间信息和原始密钥数据经过相应的非线性操作得到跳频图案f，如式(1)所示：
[0012]f＝{f1,f2,...,f
h
,...,f
H
}，1≤h≤H
ꢀꢀꢀ
(1)
[0013]其中，f
h
为第h跳跳频频点，H为跳频频点数；
[0014]利用所得跳频图案对原始信息序列进行多进制频移键控，将原始信息序列调制为跳频信号集合，如式(2)所示：
[0015]X＝{x1,x2,...,x
h
,...,x
H
}，1≤h≤H
ꢀꢀꢀ
(2)
[0016]其中，X为跳频信号集合，x
h
为跳频信号集合中的第h跳跳频信息序列；
[0017]步骤二，接收跳频信号集合，进行跳频同步，完成解跳，并进行去调制处理：
[0018]接收步骤一发送的跳频信号集合，从接收数据的第1跳数据中确定时间信息，根据接收数据的第1跳数据的时间信息修正收端的时间信息，结合固定的密钥和频率集确定当前跳频频点，实现跳频图案的同步，完成接收数据的解跳，得到带有残余频偏的基带信号集合R，如式(3)所示：
[0019]R＝{r1,r2,...r
h
,...r
H
}，1≤h≤H
ꢀꢀꢀ
(3)
[0020]其中，r
h
＝[r
h
(1) r
h
(2) ... r
h
(n) ... r
h
(N)]为解跳后的第h跳跳频信息序列，其中r
h
(n)是解跳后的第h跳跳频信息序列中的第n个符号，N为解跳后的每跳跳频信息序列包含的符号个数，r
h
(n)如式(4)所示：
[0021][0022]其中，Ω(n)为第n个符号的多进制相移键控调制的符号相位，Ω(n)∈{0,2π/M,...,2(M
‑
1)π/M}，M为调制阶数，Δf
h
以及分别为解跳后的第h跳跳频信息序列的残余频偏以及残余相偏，T为符号周期，z(n)为均值为0、方差为σ2的复高斯白噪声；
[0023]对带有残余频偏的基带信号集合R进行M次方处理，去除调制信息，得到去调制信号集合Y，如式(5)所示：
[0024]Y＝{y1,y2,...,y
h
,...,y
H
}
ꢀꢀꢀ
(5)
[0025]其中，y
h
＝[y
h
(1) y
h
(2) ... y
h
(n) ... y
h
(N)]为解跳后的第h跳跳频信息序列对应的第h跳去调制信号序列，y
h
(n)为第h跳去调制信号序列的第n个符号，如式(6)所示：
[0026][0027]其中，z
′
(n)为去调制信号携带的噪声信号；
[0028]步骤三，对第1跳去调制信号序列进行折半搜索，得到频偏估值，并对解跳后的第1跳跳频信息序列做频偏补偿：
[0029]确定第1跳去调制信号序列y1进行折半搜索的频偏搜索起点f
10
，如式(7)所示：
[0030][0031]其中，f
i
为频偏最大搜索范围内无频偏去调制信号序列对应的|Y(f)|曲线对应的零点，f
i
＝(i
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于折半搜索策略的跳频系统低复杂度载波跟踪方法，其特征在于：属于盲同步法中的开环载波同步跟踪方法，基于设定的频偏搜索范围，通过若干次折半搜索确定同步跳(即第1跳)数据的频偏估计，根据跳频图案规律，直接获取下一跳数据的频偏搜索起点，经过下一跳数据基于频偏搜索起点的迭代，获取高精度的频偏估值，能够在高动态的跳频系统中实现更快速的载波跟踪，包括如下步骤：步骤一，发送端生成原始信息序列，并完成跳频处理：发送端生成多进制相移键控调制的原始信息序列D，以时间信息和原始密钥数据作为伪随机码发生器的初始数据产生伪随机码，并与时间信息和原始密钥数据经过相应的非线性操作得到跳频图案f，如式(1)所示：f＝{f1,f2,...,f
h
,...,f
H
}，1≤h≤H
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，f
h
为第h跳跳频频点，H为跳频频点数；利用所得跳频图案对原始信息序列进行多进制频移键控，将原始信息序列调制为跳频信号集合，如式(2)所示：X＝{x1,x2,...,x
h
,...,x
H
}，1≤h≤H
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，X为跳频信号集合，x
h
为跳频信号集合中的第h跳跳频信息序列；步骤二，接收跳频信号集合，进行跳频同步，完成解跳，并进行去调制处理：接收步骤一发送的跳频信号集合，从接收数据的第1跳数据中确定时间信息，根据接收数据的第1跳数据的时间信息修正收端的时间信息，结合固定的密钥和频率集确定当前跳频频点，实现跳频图案的同步，完成接收数据的解跳，得到带有残余频偏的基带信号集合R，如式(3)所示：R＝{r1,r2,...r
h
,...r
H
}，1≤h≤H
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，r
h
＝[r
h
(1) r
h
(2) ... r
h
(n) ... r
h
(N)]为解跳后的第h跳跳频信息序列，其中r
h
(n)是解跳后的第h跳跳频信息序列中的第n个符号，N为解跳后的每跳跳频信息序列包含的符号个数，r
h
(n)如式(4)所示：其中，Ω(n)为第n个符号的多进制相移键控调制的符号相位，Ω(n)∈{0,2π/M,...,2(M
‑
1)π/M}，M为调制阶数，Δf
h
以及分别为解跳后的第h跳跳频信息序列的残余频偏以及残余相偏，T为符号周期，z(n)为均值为0、方差为σ2的复高斯白噪声；对带有残余频偏的基带信号集合R进行M次方处理，去除调制信息，得到去调制信号集合Y，如式(5)所示：Y＝{y1,y2,...,y
h
,...,y
H
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中，y
h
＝[y
h
(1) y
h
(2) ... y
h
(n) ... y
h
(N)]为解跳后的第h跳跳频信息序列对应的第h跳去调制信号序列，y
h
(n)为第h跳去调制信号序列的第n个符号，如式(6)所示：其中，z
′
(n)为去...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁旭辉，陈嘉雯，李高阳，卜祥元，杨凯，代计博，吕德东，郭玉婷，唐平，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：