專利名稱：一種pswf脈沖調(diào)制信號的同步捕獲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電中的信號同步捕獲方法，尤其涉及一種橢圓球面波函數(shù)(PSWF)脈沖調(diào)制信號的同步捕獲方法。
背景技術(shù)：
早在1959年，Shannon在參觀貝爾實驗室時就曾提出一個著名的問題一個函數(shù)在多大程度上它的頻譜限制在有限帶寬而同時又在時域上集中分布？貝爾實驗室的Slepian等人提出帶限函數(shù)集-捕圓球面波函數(shù)(Prolate Spheroidal Wave Functions,簡稱PSWF)的能量可最大程度地集中于給定時間區(qū)間內(nèi)，具有高能量聚集性，非常有利于提高信號傳輸和輻射的效率，這使其在眾多應(yīng)用領(lǐng)域都 具有潛在優(yōu)勢，備受學(xué)術(shù)界關(guān)注。近年來，學(xué)術(shù)界也展開了橢圓球面波函數(shù)在通信及雷達(dá)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究。R. S. Dilmaghani等利用橢圓球面波函數(shù)的高能量聚集性和頻譜可控的特點實現(xiàn)了超寬帶通信系統(tǒng)以及認(rèn)知無線電系統(tǒng)中的波形設(shè)計；A.AlC0Cerd等將橢圓球面波函數(shù)集作為基函數(shù)用于信道估計和雷達(dá)中的雜波空間估計，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高了估計性能；A. Mohamed將橢圓球面波函數(shù)用于CDMA系統(tǒng)碼片波形設(shè)計，提高了系統(tǒng)容量和頻帶利用率、降低了干擾。為了有效提高通信系統(tǒng)的功率利用率和單位頻帶利用率，專利“非正弦時域正交調(diào)制方法”(見文獻(xiàn)王紅星，趙志勇，劉錫國等.非正弦時域正交調(diào)制方法.國家發(fā)明專利，專利號ZL200810159238. 3，中國，2011.)公開了一種非正弦波調(diào)制方法，該方法采用PSWF設(shè)計頻譜交疊的時域正交脈沖組傳輸信息，無碼間干擾條件下的單位頻帶利用率可快速接近2B/Hz。橢圓球面波函數(shù)作為一種新的信息載體用于通信領(lǐng)域，在提高系統(tǒng)性能的同時，也對同步方法帶來了新的難點問題。對于PSWF脈沖調(diào)制信號來說，PSffF脈沖的自相關(guān)特性呈現(xiàn)多峰值特性，且隨著通信頻段的提高及相對帶寬的減小，多峰值特性越嚴(yán)重，在基于檢測理論進(jìn)行信號同步時，極大提高了對相位搜索精度的要求，給同步捕獲門限設(shè)置帶來了較大的困難，難以實現(xiàn)系統(tǒng)同步。對于PSWF脈沖調(diào)制信號的同步問題，基于輔助序列的同步捕獲方法是一種有效解決方案(見文獻(xiàn)趙志勇，王紅星，劉錫國等.基于PSWF的非正弦時域正交調(diào)制信號的同步方法[J].電子與信息學(xué)報，2010,32(11) :2588-2592.)。在該類方法中，通過設(shè)計具有良好自相關(guān)特性的輔助序列實現(xiàn)捕獲同步信號，數(shù)據(jù)基于幀格式傳輸，輔助序列以同步頭的形式發(fā)送。該類輔助序列通常是基帶信號形式，為了實現(xiàn)射頻傳輸，需要經(jīng)過正弦載波調(diào)制將其頻譜搬移至通信信道頻段。在接收端，必須首先獲得與發(fā)送端頻率相同的正弦載波信號，將輔助序列從射頻頻段再搬移至基帶頻段，然后捕獲同步信號。而對于PSWF脈沖調(diào)制信號來說，該類調(diào)制信號通常是無載波調(diào)制方式，如專利公開的“非正弦時域正交調(diào)制方法”，若仍采用上述傳統(tǒng)的輔助序列同步方法，勢必會使發(fā)射機(jī)和接收機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，提高硬件實現(xiàn)的難度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明公開了一種PSWF脈沖調(diào)制信號的同步捕獲方法。在該方法中，數(shù)據(jù)基于幀格式傳輸，在發(fā)信端，采用具有良好自相關(guān)特性的偽隨機(jī)序列調(diào)制具有單峰值包絡(luò)特征的帶通PSWF脈沖信號作為輔助序列，在同步頭時隙內(nèi)送往信道直接進(jìn)行傳輸，在收信端，將接收到的輔助序列與本地模板信號相乘，通過包絡(luò)檢波器將其轉(zhuǎn)換為由帶通PSWF脈沖信號單峰值包絡(luò)函數(shù)構(gòu)造的輔助序列，再基于檢測理論捕獲同步信號。本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)措施來達(dá)到①發(fā)信端輔助序列設(shè)計 為了不影響收信端信息的正確接收，數(shù)據(jù)基以幀格式傳輸，所設(shè)計的輔助序列以同步頭的形式傳輸。雖然帶通PSWF脈沖的自相關(guān)特性呈現(xiàn)多峰值特性，但是，由橢圓球面波函數(shù)的性質(zhì)可知，O階和I階帶通PSWF脈沖都具有單峰值包絡(luò)曲線，這為設(shè)計具有單峰值自相關(guān)特征的輔助序列實現(xiàn)信號同步提供了一種有效手段。在本發(fā)明中，發(fā)信端采用具有良好自相關(guān)特性的偽隨機(jī)序列調(diào)制具有單峰值包絡(luò)特征的O階帶通PSWF脈沖設(shè)計輔助序列，原理框圖如圖I中的發(fā)信端模塊所示，I階帶通PSWF脈沖也適用于本發(fā)明提出的輔助序列設(shè)計，其設(shè)計原理相同，這里不再贅述。具有良好自相關(guān)特性的偽隨機(jī)序列有多種形式，如M序列、巴克碼序列、威廉德序列等，為了便于說明本發(fā)明的技術(shù)特征，這里僅以巴克碼序列為例，對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，關(guān)于其它一些眾所周知偽隨機(jī)序列情況，這里不再進(jìn)行詳細(xì)闡述。發(fā)信端輔助序列可表示為
沖)發(fā)信端
jTs)(I)其中，B(J)為具有良好自相關(guān)特性的偽隨機(jī)序列的第j位，這里采用的是巴克碼偽隨機(jī)序列，其它偽隨機(jī)序列同樣適用。(K(c，t)為O階帶通PSWF脈沖，C表示帶通PSWF脈沖的時間帶寬積因子，Ts為碼元寬度，M為所采用偽隨機(jī)序列的位數(shù)。②基于檢測理論的信號同步捕獲對于PSWF調(diào)制信號來說，可采用的同步捕獲方法主要有兩類一類是基于估計理論的同步捕獲方法，該類方法是利用脈沖序列的統(tǒng)計特性實現(xiàn)信號的同步捕獲，主要算法有基于循環(huán)平穩(wěn)特性算法、基于有噪模板算法等，該類方法通常同步捕獲時間較長，尤其是對于多路正交脈沖調(diào)制信號來說，由于脈沖序列狀態(tài)隨機(jī)特性的增加，更是難以從接收信號中提取統(tǒng)計信息；另一類是基于檢測理論的同步捕獲方法。在本發(fā)明中，由于在收信端構(gòu)造的輔助序列具有尖銳的自相關(guān)特性，因此，適合采用相干檢測方法捕獲同步信號。相干檢測是根據(jù)本地模板信號與接收信號的相干檢測值來捕獲同步信號，主要包括串行捕獲、并行捕獲、串并混合捕獲、MAX/TC算法等，其中，以MAX/TC算法捕獲方案性能較為優(yōu)異。因此，為了便于說明本發(fā)明的技術(shù)特征，這里僅以MAX/TC算法為例闡述同步捕獲方法，對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，關(guān)于其它一些眾所周知的同步捕獲方法，這里不再進(jìn)行敘述?；跈z測理論的信號同步捕獲方案如圖I所示。為了減少相位搜索空間，捕獲同步信號分為粗同步和細(xì)同步兩個階段。首先利用滑動相關(guān)捕獲法先將同步大致位置快速定位于一個小的搜索區(qū)間，完成粗捕獲，再采用MAX/TC算法在這個小的搜索區(qū)間內(nèi)進(jìn)行細(xì)捕獲，從而捕獲同步信號。在粗捕獲階段，緩存器讀取M碼元時間的收信端信號，在相乘器內(nèi)與本地模板信號相乘。假定接收端接收到的輔助序列信號為
權(quán)利要求
1.一種PSWF脈沖調(diào)制信號的同步捕獲方法，是基于輔助序列的信號同步捕獲方法，數(shù)據(jù)基于幀格式傳輸，在發(fā)信端，采用具有良好自相關(guān)特性的偽隨機(jī)序列調(diào)制具有單峰值包絡(luò)特征的帶通PSWF脈沖信號作為輔助序列，在同步頭時隙內(nèi)進(jìn)行傳輸，在收信端，將接收到的輔助序列與本地模板信號相乘，相乘后的信號送入包絡(luò)檢波器，包絡(luò)檢波后的信號送入積分器，該積分結(jié)果與判決門限比較后，再捕獲同步信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PSWF脈沖調(diào)制信號的同步捕獲方法，所述的發(fā)信端用于構(gòu)造輔助序列的帶通PSWF脈沖為O階和I階帶通PSWF脈沖信號。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種PSWF脈沖調(diào)制信號的同步捕獲方法。在該方法中，數(shù)據(jù)基于幀格式傳輸，在發(fā)信端，采用具有良好自相關(guān)特性的偽隨機(jī)序列調(diào)制具有單峰值包絡(luò)特征的帶通PSWF脈沖信號作為輔助序列，在同步頭時隙內(nèi)送往信道直接進(jìn)行傳輸，在收信端，將接收到的輔助序列與本地模板信號相乘，相乘后的信號送入包絡(luò)檢波器，包絡(luò)檢波后的信號送入積分器，積分結(jié)果與判決門限比較，再捕獲同步信號。該同步方法解決了PSWF脈沖調(diào)制信號的多峰值自相關(guān)特征所致同步困難的問題，為PSWF在通信、雷達(dá)領(lǐng)域走向應(yīng)用提供了有效的技術(shù)支持。
文檔編號H04B1/7077GK102769476SQ201210266029
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者劉錫國, 康家方, 王紅星, 趙志勇, 鐘佩琳, 陳昭男 申請人:王紅星