本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，更為具體的，涉及一種擴(kuò)頻前導(dǎo)序列的高精度時(shí)頻同步系統(tǒng)、方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、擴(kuò)頻通信相比于窄帶通信，具有頻譜利用率高、抗干擾性強(qiáng)、抗多徑干擾、可以實(shí)現(xiàn)碼分多址等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代無線通信領(lǐng)域，在擴(kuò)頻信號(hào)的基礎(chǔ)上，突發(fā)擴(kuò)頻信號(hào)持續(xù)時(shí)間短、發(fā)射隱蔽，要求接收端在較短的時(shí)間內(nèi)完成突發(fā)信號(hào)的時(shí)頻同步。

2、擴(kuò)頻突發(fā)信號(hào)調(diào)制的信息按照發(fā)送順序分別為前導(dǎo)序列、幀頭序列、數(shù)據(jù)序列三個(gè)部分，其中前導(dǎo)序列通常是已知的符號(hào)，用于在接收端用來執(zhí)行時(shí)頻同步和信道估計(jì)等功能，幀頭序列用于確定有效數(shù)據(jù)的開始位置與幀同步，數(shù)據(jù)序列為有效信息數(shù)據(jù)，按照設(shè)計(jì)文件傳輸信息。因此，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中接收端對(duì)前導(dǎo)序列的時(shí)頻高精度同步是信號(hào)解擴(kuò)及恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)的重要前提和可靠保證。

3、前導(dǎo)序列作為已知的符號(hào)可以是無意義的，但通過一定的信號(hào)處理方法可以使前導(dǎo)序列攜帶特殊的控制信息或系統(tǒng)信息。拓展前導(dǎo)序列在通信系統(tǒng)中的功能可以提升系統(tǒng)的頻帶利用率、增強(qiáng)系統(tǒng)的有效性，如利用前導(dǎo)序列中攜帶的信息可以表示發(fā)送端的特殊標(biāo)識(shí)以進(jìn)行加密、承載用于身份鑒權(quán)的數(shù)字簽名信息等。

4、由于發(fā)射端與接收端之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，接收端接收到的信號(hào)具有較大的多普勒頻移，且當(dāng)它們之間的徑向運(yùn)動(dòng)存在加、減速時(shí)，接收信號(hào)出現(xiàn)多普勒變化率與高階變化率，不利于信號(hào)同步檢測(cè)。當(dāng)突發(fā)信號(hào)占用發(fā)射端較小功率時(shí)，突發(fā)信號(hào)更不易被發(fā)現(xiàn)，抗偵察截獲的能力很強(qiáng)，但此時(shí)信號(hào)高動(dòng)態(tài)特性對(duì)信號(hào)同步的影響更為嚴(yán)重，突發(fā)信號(hào)的檢測(cè)更加困難，因此高動(dòng)態(tài)、低信噪比條件下突發(fā)信號(hào)的時(shí)頻同步方法具有重要意義。

5、傳統(tǒng)的擴(kuò)頻前導(dǎo)序列時(shí)頻同步方法主要分為時(shí)域檢測(cè)算法和頻域檢測(cè)算法，時(shí)域檢測(cè)算法有短時(shí)能量法、高階累積量法等，頻域檢測(cè)算法有基于離散傅里葉變換法、基于循環(huán)譜檢測(cè)方法等。傳統(tǒng)方法通常利用已知的前導(dǎo)序列和信號(hào)降采樣序列進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)，然后用補(bǔ)零的方法進(jìn)行高分辨率fft，最后通過峰值搜索得到多普勒頻率，該方法運(yùn)算量大、頻率估計(jì)精度低、實(shí)時(shí)性差，無法滿足信號(hào)在高動(dòng)態(tài)、低信噪比條件下擴(kuò)頻通信系統(tǒng)前導(dǎo)序列時(shí)頻同步精度的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種擴(kuò)頻前導(dǎo)序列的高精度時(shí)頻同步系統(tǒng)、方法及裝置，具有時(shí)頻同步精度高、接收靈敏度高和動(dòng)態(tài)適應(yīng)范圍大的優(yōu)點(diǎn)，能夠在高動(dòng)態(tài)、低信噪比條件下實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻通信體制前導(dǎo)序列的高精度時(shí)頻同步，顯著提升擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的時(shí)頻同步精度和接收靈敏度。

2、本發(fā)明的目的是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種擴(kuò)頻前導(dǎo)序列的高精度時(shí)頻同步系統(tǒng)，包括：

4、積分降采模塊、存讀控制模塊、第一級(jí)解相關(guān)模塊、第二級(jí)解相關(guān)模塊和檢測(cè)解算模塊；

5、積分降采模塊對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行積分降采處理，存讀控制模塊采用降采數(shù)據(jù)循環(huán)異步存讀處理架構(gòu)實(shí)現(xiàn)信號(hào)降采與數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)并行，第一級(jí)解相關(guān)模塊采用匹配濾波和相干積分進(jìn)行擴(kuò)頻偽碼的并行相位解擴(kuò)，第二級(jí)解相關(guān)模塊采用滑動(dòng)相關(guān)和補(bǔ)零fft進(jìn)行前導(dǎo)序列的信息解調(diào)，檢測(cè)解算模塊采用積分峰與自適應(yīng)檢測(cè)門限進(jìn)行比較判決，并采用最小二乘擬合進(jìn)行擴(kuò)頻前導(dǎo)序列的高精度時(shí)頻同步。

6、進(jìn)一步地，所述積分降采模塊對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行積分降采處理，具體包括：

7、積分降采模塊的降采頻率fs為lrs，采用計(jì)算公式cws＝fs×232/fad進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，其中，l為降采整倍數(shù)，rs為擴(kuò)頻偽碼速率，fad為接收信號(hào)數(shù)據(jù)頻率，得到積分降采頻率控制字cws，通過直接數(shù)字頻率合成器dds生成清零脈沖；然后采用累加器對(duì)接收信號(hào)不斷相干累加，在清零脈沖有效時(shí)輸出降采數(shù)據(jù)和使能脈沖，并對(duì)累加器進(jìn)行清零操作。

8、進(jìn)一步地，所述存讀控制模塊采用降采數(shù)據(jù)循環(huán)異步存讀處理架構(gòu)實(shí)現(xiàn)信號(hào)降采與數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)并行，具體包括：

9、存讀控制模塊在使能脈沖有效時(shí)將降采數(shù)據(jù)存寫至數(shù)據(jù)緩存模塊，存寫地址awr從0順次增加到amax，當(dāng)存寫地址awr為amax時(shí)，存寫地址awr初始化從0開始；控制計(jì)數(shù)cntwr在使能脈沖有效時(shí)從0順次增加到cntmax，當(dāng)控制計(jì)數(shù)cntwr為ln時(shí)，控制計(jì)數(shù)cntwr初始化為0，同時(shí)產(chǎn)生讀取使能脈沖erd和讀取初始地址aini，讀取初始地址aini滿足如下關(guān)系式：

10、

11、其中，amax為數(shù)據(jù)緩存最大值，n為擴(kuò)頻偽碼周期，m為前導(dǎo)序列周期；當(dāng)讀取使能脈沖erd有效時(shí)，讀取地址ard從aini順次增加到aini+ln×m-1，當(dāng)ard≥amax時(shí)滿足ard＝ard-amax，將數(shù)據(jù)緩存模塊輸出的ln×m個(gè)降采數(shù)據(jù)輸出至第一級(jí)解相關(guān)模塊。

12、進(jìn)一步地，所述第一級(jí)解相關(guān)模塊采用匹配濾波和相干積分進(jìn)行擴(kuò)頻偽碼的并行相位解擴(kuò)，具體包括：第一級(jí)解相關(guān)模塊對(duì)數(shù)據(jù)緩存模塊輸出的ln×m個(gè)降采數(shù)據(jù)，結(jié)合擴(kuò)頻偽碼模塊輸出的n個(gè)擴(kuò)頻偽碼，采用匹配濾波法對(duì)ln×m個(gè)降采數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻偽碼的并行相位解擴(kuò)，進(jìn)行l(wèi)n點(diǎn)相干積分，得到ln×m個(gè)解擴(kuò)數(shù)據(jù)，以先行后列方式將ln×m個(gè)解擴(kuò)數(shù)據(jù)存寫至相關(guān)緩沖模塊。

13、進(jìn)一步地，所述第二級(jí)解相關(guān)模塊采用滑動(dòng)相關(guān)和補(bǔ)零fft進(jìn)行前導(dǎo)序列的信息解調(diào)，具體包括：第二級(jí)解相關(guān)模塊從相關(guān)緩沖模塊以先列后行方式讀取m×ln個(gè)解擴(kuò)數(shù)據(jù)，結(jié)合前導(dǎo)序列模塊輸出的m個(gè)前導(dǎo)序列，采用滑動(dòng)相關(guān)法對(duì)m×ln個(gè)解擴(kuò)數(shù)據(jù)進(jìn)行前導(dǎo)序列的信息解調(diào)，得到m×ln個(gè)解調(diào)數(shù)據(jù)；再對(duì)m×ln個(gè)解調(diào)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)零操作，轉(zhuǎn)換成km×ln個(gè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行l(wèi)n次km點(diǎn)快速傅里葉變換，得到km×ln個(gè)積分?jǐn)?shù)據(jù)。

14、進(jìn)一步地，所述檢測(cè)解算模塊采用積分峰與自適應(yīng)檢測(cè)門限進(jìn)行比較判決，具體包括：檢測(cè)解算模塊對(duì)第二級(jí)解相關(guān)模塊輸出的km×ln個(gè)積分?jǐn)?shù)據(jù)采用比較搜索法得到積分峰vvpp，其對(duì)應(yīng)的頻率指數(shù)/偽碼指數(shù)為kvpp/τvpp；采用加權(quán)平均法得到積分均值vavg，結(jié)合檢測(cè)門限比例因子κthr，得到自適應(yīng)檢測(cè)門限vthr為κthr×vavg；將積分峰vvpp與自適應(yīng)檢測(cè)門限vthr進(jìn)行比較判決，當(dāng)vvpp>vthr時(shí)，表明同步成功，否則同步失敗。

15、進(jìn)一步地，所述采用最小二乘擬合進(jìn)行擴(kuò)頻前導(dǎo)序列的高精度時(shí)頻同步，具體包括：檢測(cè)解算模塊同步成功時(shí)，在積分峰頻率指數(shù)kvpp左、右各取k/2個(gè)積分?jǐn)?shù)據(jù)和積分峰vvpp得到k+1個(gè)積分?jǐn)?shù)據(jù)，將k+1個(gè)積分?jǐn)?shù)據(jù)帶入二次函數(shù)v＝ak2+bk+c，其中a為二次項(xiàng)系數(shù)，b為一次項(xiàng)系數(shù)，c為常數(shù)項(xiàng)系數(shù)，得到矩陣方程式為

16、其中，為積分?jǐn)?shù)據(jù)矩陣，為頻率指數(shù)矩陣，為函數(shù)參數(shù)矩陣，采用最小二次法求解矩陣方程式v＝f×d，得到函數(shù)參數(shù)最小二次解為其中為二次項(xiàng)系數(shù)解，為一次項(xiàng)系數(shù)解，為常數(shù)項(xiàng)系數(shù)解，則檢測(cè)解算得到序列位置為載波頻率為

17、進(jìn)一步地，還包括數(shù)據(jù)緩存模塊，用于緩存相關(guān)數(shù)據(jù)。

18、一種擴(kuò)頻前導(dǎo)序列的高精度時(shí)頻同步方法，包括以下步驟：

19、s1，構(gòu)建如上任一項(xiàng)所述的擴(kuò)頻前導(dǎo)序列的高精度時(shí)頻同步系統(tǒng)；

20、s2，將步驟s1構(gòu)建的系統(tǒng)，用于擴(kuò)頻通信系統(tǒng)前導(dǎo)序列時(shí)頻同步。

21、一種擴(kuò)頻前導(dǎo)序列的高精度時(shí)頻同步裝置，包括處理器和存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器加載時(shí)執(zhí)行如上所述的方法。

22、本發(fā)明的有益效果包括：

23、(1)時(shí)頻同步精度高。本發(fā)明采用降采數(shù)據(jù)循環(huán)異步存讀處理架構(gòu)實(shí)現(xiàn)信號(hào)降采與數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)并行，極大地減小了長(zhǎng)時(shí)間降采數(shù)據(jù)處理過程中大時(shí)延導(dǎo)致的定時(shí)誤差；采用整倍數(shù)的降采頻率對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行積分降采處理，具有更高精度的前導(dǎo)序列定時(shí)位置；采用補(bǔ)零fft與最小二乘擬合相結(jié)合的方法，進(jìn)一步提高了載波頻率的測(cè)量精度，相對(duì)于傳統(tǒng)同步方法，本發(fā)明可提供更高精度的序列位置和載波頻率。

24、(2)接收靈敏度高。本發(fā)明采用兩級(jí)解相關(guān)積分處理架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了整個(gè)擴(kuò)頻前導(dǎo)序列的全相干積分處理，確保了降采數(shù)據(jù)在累積處理中沒有積分損耗；采用整倍數(shù)的降采頻率對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行積分降采處理，削弱了擴(kuò)頻偽碼初始相位模糊導(dǎo)致的增益損耗；采用補(bǔ)零fft法對(duì)解調(diào)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)頻轉(zhuǎn)換，消除了解調(diào)數(shù)據(jù)截短后頻譜泄露形成“柵欄效應(yīng)”導(dǎo)致的增益損耗，相對(duì)于傳統(tǒng)同步方法，本發(fā)明具有更高的積分增益以達(dá)到更高的接收靈敏度。

25、(3)應(yīng)用普適范圍大。本發(fā)明采用降采數(shù)據(jù)循環(huán)異步存讀處理架構(gòu)實(shí)現(xiàn)信號(hào)降采與數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)并行，可以適應(yīng)短時(shí)突發(fā)條件下快速同步需求；采用滑動(dòng)相關(guān)法對(duì)解擴(kuò)數(shù)據(jù)進(jìn)行前導(dǎo)序列的信息解調(diào)，可以適應(yīng)多種調(diào)制前導(dǎo)序列的解調(diào)需求；采用補(bǔ)零fft法對(duì)解調(diào)數(shù)據(jù)進(jìn)行大點(diǎn)數(shù)的快速傅里葉變換，能夠適應(yīng)高動(dòng)態(tài)條件下大范圍載波頻率的高精度測(cè)量需求，相對(duì)于傳統(tǒng)同步方法，本發(fā)明具備在高動(dòng)態(tài)、低信噪比、短時(shí)突發(fā)等復(fù)雜場(chǎng)景下應(yīng)用需求。