[发明专利]一种长周期扩频码的频率折叠时频并行搜索方法

说明书

技术领域

本发明属于扩频通信中的扩频码捕获技术领域。

背景技术

扩频通信具有很多优点，应用甚广。扩频信号可以对抗或者抑制干扰的有害影响，例如信道中其他用户引起的干扰；扩频信号以低功率发送来隐蔽信号，使得信号难以被窃听者检测到；可以实现保密通信。扩频通信技术广泛应用于军事、民用等领域。

3G通信的3个主要标准WCDMA、TD-SCDMA、CDMA-2000都是以扩频通信技术为基础的。目前应用最广的卫星导航系统——全球定位系统(GPS)，也是以扩频通信技术为基础的。扩频码捕获则是实现扩频通信的根本基础。只有完成了码捕获才能在接收端与发射端建立同步，才能在接收端实现解扩，完成信号处理功能。

与短周期扩频码相比，长周期扩频码能提供更好的抗干扰、抗衰落、反欺骗能力以及更高的测距精度，广泛应用于现代通信和导航定位系统中。例如目前广泛应用的全球定位系统(GPS)，其精密定位服务便是以周期长达7天，码速率高达10.23Mchip/s的P(Y)码为基础来提供的。扩频码的搜索捕获过程往往是一个二维的搜索过程，如图1所示。由于发送端与接收端在时间上的不同步，需要对码相位进行搜索，这是第一维，如图1横轴所示。由于发送端与接收端间存在相对运动，需要对载波多普勒进行搜索，这是第二维，如图1纵轴所示。

在进行扩频码捕获时，与短周期扩频码相比长周期扩频码具有更大的待搜索范围。例如GPS中，其短码C/A码的码速率为1.023Mchip/s，周期为1ms，在进行码搜索时，至多有1023个待搜索的伪码码片；但对GPS的长码P(Y)码则不同，其速率高达10.23Mchip/s，周期长达7天，发送端与接收端间即使只有1s的时间不确定度，其待搜索的伪码码片都有1.023×10⁷个之多，是C/A码的10000倍，搜索工作量极大。由于发送端与接收端的相对运动，接收端往往需要在较大的载波多普勒范围内对频率进行搜索。以载波多篇勒范围为±5kHz、频率搜索步长为1kHz计算，则有10个频率单元需要搜索。

现有的扩频码搜索方法主要有：串行时频搜索方法、频率并行搜索方法、多个码相位并行搜索方法。下面将分别予以介绍。

串行时频搜索方法以相关器形式串行搜索每个时频单元格。如图1所示，该方法首先以串行的方式搜索第一个频率格所对应的N个码相位单元，然后再搜索第二格频率格所对应的N个码相位单元，再搜索第三个频率格所对应的N个码相位单元，这样依次搜索下去，直到搜索完所有的时频单元格或者找到大于门限的单元格为止。因此该方法的搜索速度很慢，现在用的很少，不过该方法却是现代各种搜索技术的基础。

频率并行搜索方法的核心是对频率单元进行并行搜索，使得搜索速度比串行搜索方法要快的多。缺点是在码相位上依旧是串行搜索。如图1所示，该方法首先并行搜索码相位单元1所对应的K个频率单元，再并行搜索码相位单元2所对应的K个频率单元，依次搜索下去，直到搜索完所有的时频单元格或找到大于门限的单元格为止。与串行搜索方法相比，该方法在搜索频率单元格上是并行的，因此理论上其搜索速度比串行搜索方法要快K倍。

这类方法的一个典型代表是基于FFT的频率并行搜索方法。该方法通过对每个码相位单元所对应的多个相关积分值进行FFT运算，并行搜索每个码相位单元所对应的K个频率单元，以达到并行搜索频率单元的目的。

多个码相位并行搜索方法是现行长码搜索领域中用的较多的一类搜索方法。这类方法的核心是对多个码相位进行并行搜索。但在频率单元上却是串行搜索的。如图1所示，这类方法先并行搜索第一个频率单元所对应的多个码相位单元，然后再并行搜索第二个频率单元所对应的多个码相位单元，依次搜索下去，直到搜索完所有的时频单元格或找到大于门限的单元格为止。

由于长码搜索过程中，待搜索的码相位范围非常大，受处理器件和方法复杂度等因素的影响，这类方法在码相位上往往是部分并行的。例如上述提到的GPS中的P(Y)码搜索问题，其待搜索的伪码码片是1.023×10⁷个，以1/2码片为步长则有2.046×10⁷个待搜索的伪码相位。实现这么多伪码相位完全并行搜索是非常困难的，也完全没有这个必要。一种较为折中的方法是在伪码相位上实现部分并行搜索，例如可以每次只并行搜索几百、几千、几万或几十万个伪码相位。这样可以减小方法复杂度，同时也具有较快的搜索速度。

这类方法从整体上而言在码相位上是并行的，在频率上是串行的。由于待搜索的频率单元往往比待搜索的伪码相位要少的多，因此这类方法往往比频率并行搜索方法有较快的搜索速度。