專利名稱：一種無線擴(kuò)頻接收機(jī)精確同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線擴(kuò)頻接收機(jī)精確同步方法，主要用于無線通信系統(tǒng)中，例如擴(kuò)頻通信和碼分多址(CDMA)系統(tǒng)中擴(kuò)頻碼(PN碼或偽碼)的定時(shí)同步。
背景技術(shù)：
擴(kuò)頻通信和碼分多址(CDMA)系統(tǒng)中首要考慮的關(guān)鍵性問題就是擴(kuò)頻碼(PN碼或偽碼)的定時(shí)同步。擴(kuò)頻碼(PN碼或偽碼)定時(shí)同步一般在捕獲PN碼初始相位完成后采用延遲鎖定環(huán)(Delay-locked loop)來完成。在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，為了能在有限的帶寬里提供多種數(shù)據(jù)接入速率(視不同的信噪比條件和可靠性要求)，系統(tǒng)常常采用多種擴(kuò)頻因子，且常采用擾碼式擴(kuò)頻。所謂擾碼式擴(kuò)頻方式生成一個(gè)很長(zhǎng)的擴(kuò)頻序列Ml ；當(dāng)擴(kuò)頻因子SF = N時(shí)，先將數(shù)據(jù)流中每個(gè)數(shù)據(jù)重復(fù)SF = N次，然后用Ml進(jìn)行擾碼，這樣擾碼的同時(shí)完成了擴(kuò)頻；當(dāng)擴(kuò)頻因子SF = 1時(shí)，即通常所說的擾碼。為了降低系統(tǒng)干擾，節(jié)省功率，接收機(jī)通常工作在與所采用的擴(kuò)頻因子相對(duì)應(yīng)的極限解調(diào)門限附近，即信噪比極低。傳統(tǒng)的延遲鎖定環(huán)不支持多擴(kuò)頻因子(特別是擴(kuò)頻因子很小的情況)。當(dāng)擴(kuò)頻因子SF很小時(shí)(如SF = 1或2)，采用傳統(tǒng)的延遲鎖定環(huán)不能得到定時(shí)誤差S曲線或不能得到較好的S曲線，也就不能有效地閉環(huán)跟蹤PN碼。而且當(dāng)信噪比很低時(shí)，傳統(tǒng)延遲鎖定環(huán)的噪聲性能很差，容易失鎖一特別是在擴(kuò)頻因子較小時(shí)。諾基亞的申請(qǐng)?zhí)枮?0048000413.4的專利“無線電接收機(jī)延遲鎖定環(huán)電路和相關(guān)方法”，電子與信息學(xué)報(bào)的論文“一種改進(jìn)型PN碼定時(shí)跟蹤環(huán)，電子與信息學(xué)報(bào)， Vol. 28, No. 4，Apr. 2006”，以及 TI 的專利號(hào)為 US6373862 的美國(guó)專利 “Channel-aided， decision-directed delay-locked loop”，都利用了準(zhǔn)時(shí)支路的輸出，與超前、滯后支路的輸出復(fù)乘，消除了頻偏、相位、調(diào)制，獲得了一定性能改善，但在低信噪比下的性能仍然受限，并且不能支持單倍或較小擴(kuò)頻因子等應(yīng)用。IEEE Transaction on Communications 的期干Il 論文 “R. D. Gaudenzi，M. Luise, Decision-directed coherent delay-lock tracking loop for DS-spread-spectrum signals，IEEE Transaction on Communications, Vol. 39, No. 5, May 1991 ”，米用了相干判決反饋，雖然消除了調(diào)制而獲得了比非判決指向更好的跟蹤性能，但是要實(shí)現(xiàn)判決要求載波和相位已經(jīng)被消除，并且判決反饋抵消發(fā)生在超前、滯后支路的相關(guān)累加之后，也同樣不能支持單倍擴(kuò)頻或較小擴(kuò)頻因子等情況。中興的申請(qǐng)?zhí)枮?91M412. 5中國(guó)專利“一種寬帶碼分多址系統(tǒng)的PN碼精確同步的方法及裝置”，也利用了判決結(jié)果，并利用了信道估計(jì)的結(jié)果。但是要實(shí)現(xiàn)判決必須在完全消除載波和相位之后，并且判決抵消發(fā)生在超前、滯后支路的相關(guān)累加之后，也不能支持單倍擴(kuò)頻或較小擴(kuò)頻因子等情況。也有一種可能的方法采用 Gardner 的文獻(xiàn)(F. M. Gardner，Interpolation in digital modems-Part I -Fundamentals, IEEE Trans. On Comunications, Vol. 41, No. 3,Mar. 1993)中所提到的鑒相方法實(shí)現(xiàn)對(duì)單倍擴(kuò)頻的同步跟蹤，超過單倍的擴(kuò)頻則采用傳統(tǒng)延遲鎖定環(huán)。這種方法不僅帶來環(huán)路、鑒相方式等的切換，而且在低信噪比下性能相當(dāng)差一特別是當(dāng)擴(kuò)頻比較小時(shí)(比如擴(kuò)頻因子為2)。綜上所述，現(xiàn)有的方法沒有統(tǒng)一的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)對(duì)多擴(kuò)頻因子的同步跟蹤，不支持單倍擴(kuò)頻和較小擴(kuò)頻的因子，且在低信噪比下性能差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無線擴(kuò)頻接收機(jī)精確同步方法，采用統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)各種擴(kuò)頻因子的同步，并且在極低信噪比下具有良好的跟蹤性能。本發(fā)明技術(shù)解決方案一種無線擴(kuò)頻接收機(jī)精確同步的方法，構(gòu)建超前、滯后、準(zhǔn)時(shí)三個(gè)支路；利用準(zhǔn)時(shí)支路的角度信息補(bǔ)償超前、滯后支路；然后，對(duì)超前支路和滯后支路的補(bǔ)償結(jié)果分別求和；超前支路、滯后支路的求和結(jié)果相減，相減結(jié)果作為環(huán)路誤差；環(huán)路誤差濾波后反饋到前端相乘閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，完成精確同步。所述形成閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方式為插值、采樣點(diǎn)選擇、調(diào)整PN碼發(fā)生器相位。所述構(gòu)成超前、滯后、準(zhǔn)時(shí)三個(gè)支路的的實(shí)現(xiàn)方式有插值后不同延遲、選擇不同相位的采樣點(diǎn)、利用不同的PN碼相位。所述的補(bǔ)償是利用了準(zhǔn)時(shí)支路的角度對(duì)超前和滯后支路進(jìn)行補(bǔ)償。所述的環(huán)路誤差濾波后可反饋到數(shù)控振蕩器、采樣點(diǎn)選擇器、PN碼發(fā)生器。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(1)能夠利用一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多種擴(kuò)頻因子的擴(kuò)頻碼同步跟蹤，解決了不能統(tǒng)一同步的問題(2)在門限信噪比附近具備良好的跟蹤性能(3)支持MPSK調(diào)制方式(4)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單本發(fā)明一般涉及無線通信系統(tǒng)，例如擴(kuò)頻通信和碼分多址(CDMA)系統(tǒng)中擴(kuò)頻碼 (PN碼或偽碼)的定時(shí)同步方法。在無線擴(kuò)頻接收機(jī)初始捕獲完成后，頻偏大小適中的情況下，實(shí)現(xiàn)精確的同步跟蹤，以準(zhǔn)確保持碼片的定時(shí)同步，適應(yīng)多種擴(kuò)頻因子、門限信噪比、 MPSK調(diào)制方式?？蓱?yīng)用于移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、導(dǎo)航等。


圖1為利用插值的數(shù)字延遲鎖定環(huán)結(jié)構(gòu)；圖2為選擇采樣點(diǎn)位置的數(shù)字延遲鎖定環(huán)結(jié)構(gòu)；圖3為調(diào)整本地PN碼相位的數(shù)字延遲鎖定環(huán)結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例給出三種結(jié)構(gòu)，但不僅限于這三種結(jié)構(gòu)。只要是滿足權(quán)利要求的結(jié)構(gòu)均可以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明給出的三種結(jié)構(gòu)如圖1，2，3所示，其輸入信號(hào)為采樣的數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)可以是數(shù)字基帶信號(hào)，也可以是數(shù)字中頻信號(hào)。下面首先對(duì)圖1所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖1采用插值的數(shù)字延遲鎖定環(huán)，如圖1 所示，輸入信號(hào)為插值輸出的過采樣基帶數(shù)字?jǐn)U頻信號(hào)。插值輸出的過采樣基帶信號(hào)進(jìn)過適當(dāng)?shù)难舆t，得到超前、滯后、準(zhǔn)時(shí)三個(gè)支路。如圖1中，從上到下，第1路為超前支路，第2 路為滯后支路，第3路為準(zhǔn)時(shí)支路。超前、滯后、準(zhǔn)時(shí)三個(gè)支路分別和本地PN碼相關(guān)。其工作過程為(1)采樣數(shù)字信號(hào)經(jīng)過插值器后，輸出插值數(shù)據(jù)；(2)插值輸出數(shù)據(jù)直接進(jìn)入超前支路，延遲1個(gè)單位作為準(zhǔn)時(shí)支路的輸入，延遲2 個(gè)單位作為滯后支路的輸入；(3)偽碼發(fā)生器產(chǎn)生所需的PN碼；(4)在超前、準(zhǔn)時(shí)、滯后支路中，PN碼與各自輸入數(shù)據(jù)做相關(guān)運(yùn)算，分別得到超前、 準(zhǔn)時(shí)、滯后支路相關(guān)輸出；(5)準(zhǔn)時(shí)支路相關(guān)輸出求和，對(duì)求和結(jié)果求得角度θ ；(6)超前、滯后支路的相關(guān)輸出經(jīng)過延時(shí)后，用上述步驟(5)得到的角度θ補(bǔ)償超前、滯后支路的延時(shí)輸出，得到補(bǔ)償后的輸出；(7)對(duì)超前、滯后支路補(bǔ)償后的輸出進(jìn)行累加，得到超前、滯后支路的累加求和輸出；(8)將超前、滯后支路的累加求和輸出相減，得到環(huán)路定時(shí)誤差；(9)步驟8)得到的環(huán)路定時(shí)誤差經(jīng)環(huán)路濾波后輸出給數(shù)控振蕩器，進(jìn)而控制控制插值器，最終完成對(duì)擴(kuò)頻碼相位的閉環(huán)跟蹤。通過上述1-9的步驟，形成閉環(huán)的插值延遲鎖定跟蹤環(huán)路，完成了擴(kuò)頻碼的同步跟蹤。圖1中虛線框A和B內(nèi)部的次序可以交換?；谕瑯拥墓ぷ髟?，除了圖1所示的實(shí)現(xiàn)方案外，還有圖2 (采用的是采樣點(diǎn)選擇的方法)、圖3 (調(diào)整本地PN碼相位的方法)。下面對(duì)圖2所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖2采樣點(diǎn)選擇式的數(shù)字延遲鎖定環(huán)，其工作過程為(1)采樣數(shù)字信號(hào)經(jīng)過采樣選擇器，選擇前一個(gè)樣點(diǎn)、當(dāng)前樣點(diǎn)、下一個(gè)樣點(diǎn)分別作為超前支路、滯后支路、準(zhǔn)時(shí)支路的輸入；(2)偽碼發(fā)生器產(chǎn)生所需的PN碼；(3)在超前、準(zhǔn)時(shí)、滯后支路中，PN碼與各自輸入數(shù)據(jù)做相關(guān)運(yùn)算，分別得到超前、 準(zhǔn)時(shí)、滯后支路相關(guān)輸出；(4)準(zhǔn)時(shí)支路相關(guān)輸出求和，對(duì)求和結(jié)果求得角度θ ；(5)超前、滯后支路的相關(guān)輸出經(jīng)過延時(shí)后，用上述步驟( 得到的角度θ補(bǔ)償超前、滯后支路的延時(shí)輸出，得到補(bǔ)償后的輸出；(6)對(duì)超前、滯后支路補(bǔ)償后的輸出進(jìn)行累加，得到超前、滯后支路的累加求和輸出；(7)將超前、滯后支路的累加求和輸出相減，得到環(huán)路定時(shí)誤差；(8)將定時(shí)誤差濾波后直接去控制采樣點(diǎn)的選擇下面對(duì)圖3所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖3是調(diào)整本地PN碼相位的數(shù)字延遲鎖定環(huán)， 其工作過程為
(1)產(chǎn)生三種不同的PN碼相位(超前相位、滯后相位、準(zhǔn)時(shí)相位)，分別作為超前支路、滯后支路、準(zhǔn)時(shí)支路的本地PN碼輸入(2)在超前、準(zhǔn)時(shí)、滯后支路中，PN碼與輸入采樣數(shù)據(jù)做相關(guān)運(yùn)算，分別得到超前、 準(zhǔn)時(shí)、滯后支路相關(guān)輸出；(3)準(zhǔn)時(shí)支路相關(guān)輸出求和，對(duì)求和結(jié)果求得角度θ ；(4)超前、滯后支路的相關(guān)輸出經(jīng)過延時(shí)后，用上述步驟C3)得到的角度θ補(bǔ)償超前、滯后支路的延時(shí)輸出，得到補(bǔ)償后的輸出；(5)對(duì)超前、滯后支路補(bǔ)償后的輸出進(jìn)行累加，得到超前、滯后支路的累加求和輸出；(6)將超前、滯后支路的累加求和輸出相減，得到環(huán)路定時(shí)誤差；(7)將環(huán)路定時(shí)誤差經(jīng)環(huán)路濾波后輸出給數(shù)控振蕩器，進(jìn)而控制本地PN碼發(fā)生器的相位，最終完成對(duì)擴(kuò)頻碼相位的閉環(huán)跟蹤上述圖1 圖3中，虛線框A和B內(nèi)部的次序可以交換。由于本方法可以對(duì)短PN 碼進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間累加，從根本上解決了多種擴(kuò)頻因子的同步問題；同時(shí)通過避免傳統(tǒng)的乘法運(yùn)算，防止了在低信噪比下產(chǎn)生大的噪聲，故在低信噪比下性能可逼近LDPC譯碼門限；并且上述實(shí)現(xiàn)方法對(duì)角度調(diào)制不敏感，可以支持MPSK調(diào)制；由框圖可見，顯然其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)統(tǒng)一。由于調(diào)整PN碼相位，與調(diào)整接收信號(hào)的采樣位置是等效的，所以無論是插值獲取最佳采樣點(diǎn)的結(jié)構(gòu)(圖1)，還是選擇采樣點(diǎn)位置的結(jié)構(gòu)(圖2)，或是調(diào)整本地PN碼相位的結(jié)構(gòu)(圖幻，本質(zhì)上都一樣，都具有超前-準(zhǔn)時(shí)-滯后三個(gè)相關(guān)支路。
權(quán)利要求
1.一種無線擴(kuò)頻接收機(jī)精確同步方法，其特征在于構(gòu)建超前、滯后、準(zhǔn)時(shí)三個(gè)支路； 利用準(zhǔn)時(shí)支路的角度信息補(bǔ)償超前、滯后支路；對(duì)超前支路和滯后支路的補(bǔ)償結(jié)果分別求和；超前支路、滯后支路的求和結(jié)果相減，相減結(jié)果作為環(huán)路誤差；環(huán)路誤差濾波后反饋到前端相乘閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，完成精確同步。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線擴(kuò)頻接收機(jī)精確同步方法，其特征在于所述形成閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方式為插值、采樣點(diǎn)選擇、調(diào)整PN碼發(fā)生器相位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線擴(kuò)頻接收機(jī)精確同步方法，其特征在于所述構(gòu)成超前、滯后、準(zhǔn)時(shí)三個(gè)支路的的實(shí)現(xiàn)方式有插值后不同延遲、選擇不同相位的采樣點(diǎn)、利用不同的PN碼相位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線擴(kuò)頻接收機(jī)精確同步方法，其特征在于所述的補(bǔ)償是利用了準(zhǔn)時(shí)支路的角度對(duì)超前和滯后支路進(jìn)行補(bǔ)償。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線擴(kuò)頻接收機(jī)精確同步方法，其特征在于所述的環(huán)路誤差濾波后可反饋到數(shù)控振蕩器、采樣點(diǎn)選擇器、PN碼發(fā)生器。
全文摘要
一種無線擴(kuò)頻接收機(jī)精確同步方法，其實(shí)是一種能夠支持多擴(kuò)頻因子和低信噪下的擴(kuò)頻碼定時(shí)跟蹤的算法，可用于擴(kuò)頻通信和碼分多址(CDMA)系統(tǒng)中的擴(kuò)頻碼(偽碼)定時(shí)同步跟蹤。該算法能夠利用一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多種不同擴(kuò)頻因子(特別是當(dāng)存在小擴(kuò)頻因子甚至是單倍擴(kuò)頻的情況)的同步，解決了對(duì)多種擴(kuò)頻因子(含單倍擴(kuò)頻和小擴(kuò)頻因子)不能用一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)完成同步的問題，并且在極低信噪比下具有良好的跟蹤性能。同時(shí)，支持MPSK調(diào)制方式，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。典型應(yīng)用如對(duì)移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、導(dǎo)航等。
文檔編號(hào)H04B1/7073GK102244527SQ201110236589
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者匡巍, 李昌華, 鄒光南 申請(qǐng)人:航天恒星科技有限公司