[发明专利]基于最大似然估计的扩频捕获方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于最大似然估计 的扩频捕获方法。

背景技术

扩频捕获是扩频系统最为关键的技术之一，也叫做粗同步。扩频 捕获的目的是粗略估计接收到的码序列相位，以便调整本地码序列相 位，使得本地码序列相位与接收码序列相位之差在1个码片之内。整 个不确定相位区域是由若干个in-phase相位(H₁)和out-of-phase相 位(H₀)组成。H₁相位表示与接收码序列相位之差在1个码片之内 的本地码序列相位，而H₀则表示与接收码序列相位之差大于1个码片 的本地码序列相位。传统直接序列扩频系统下，一般认为不确定区域 内只有一个H₁相位，剩下的都是H₀相位。但是在多径环境下，可能 存在多个H₁相位。对于实际的扩频捕获系统，整个不确定相位区域为 一个码序列周期N_cT_c，其中N_c为码序列码片数，T_c为码片周期，采样 率T_s则为离散相位的基本单元，因此不确定的相位共有N_cT_c/T_s个。

一般来讲，扩频捕获过程分搜索阶段和验证阶段两个阶段。在搜 索阶段，接收机按照某种搜索策略，在整个不确定相位区域内进行搜 索，不断地步进调整本地码相位，直到搜索到H₁相位。这个搜索到的 H₁相位是暂时的，有待进一步验证。然后在验证阶段，接收机进一步 验证所搜索到的H₁相位是否正确。对于没有验证阶段的扩频捕获系 统，称为单次驻留系统；对于有验证阶段的扩频捕获系统，则称为多 次驻留系统；对于在验证阶段仅验证一次的系统，称为双驻留系统。 双驻留系统在实际应用中更为广泛。

传统扩频捕获方法如图一所示。在搜索阶段本地序列与接收序列 进行相关运算，运算结果作为判决量与第一门限进行比较，如果小于 第一门限，则认为本地序列相位为H₀相位，需要调整本地序列相位后， 继续进行比较，直到相关值大于等于第一门限，此时暂时认为本地序 列相位为一个H₁相位，系统进入验证阶段。值得说明的是，如果捕获 系统每个码序列周期才判决一次，则称采用了滑动相关法；如果捕获 系统每个采样间隔都判决一次，则称采用了匹配滤波法。显然由于匹 配滤波法每个采样间隔内就需要计算出相关值，因此对硬件电路计算 速率要求较高，但可大大缩短捕获时间。在验证阶段，捕获系统保持 本地序列与接收序列的相对相位不变，进行同步滑动相关。如果相关 值小于第二门限，则验证失败，系统重新返回搜索阶段；否则认为验 证成功，从而系统捕获成功。该系统为一个双驻留系统。需要说明的 是，图一中所示的系统采用的是相干检测，如果是非相干检测，那么 用于判决比较的就不是相关值，而是相关值的一范数或者二范数。一 范数为实部与虚部的绝对值之和，二范数为实部与虚部的平方和。

图1为传统扩频捕获方法的流程示意框图。该传统扩频捕获方法 在扩频序列较长、信道为加性白高斯信道时工作较好，然而，这种方 法存在着如下缺陷：

1)对于包交换通信系统，采用长的扩频序列会增大不确定相位 区域(整个不确定区域为一个码序列周期)，使得捕获时间较长，导 致用于捕获的开销较大。尽管采用匹配滤波法可以减少捕获时间，但 是对硬件计算速率要求过高，难以实现。

2)实际系统在码片速率采样的情况下(T_s＝T_c)会存在两个相邻 的H₁相位，因为采样不可能刚好采在相关峰的那一点，而是会采在相 关峰的左右两边，这两个点相位差为一个码片。这样先被检测到的H₁相位有可能对应的能量较小，从而在验证阶段验证失败的概率较大。 这不仅会增大系统捕获时间，也会影响整个通信系统的稳定性。同样， 对于过采样系统，即一个码片采样多个点的系统，更会存在类似情况。

3)在多径环境下，由于存在多个H₁相位，每个H₁相位对应某一 条独立径。如果搜索阶段搜索到一条能量较小的径，那么在验证阶段 验证失败的概率就会较大。这也会增大系统捕获时间，影响整个通信 系统的稳定性。