[发明专利]短时突发扩频信号传输与接收方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信中的扩频技术，具体地，涉及一种短时突发扩频信号传输与接收方法。 

背景技术

扩频通信技术由于具有抗干扰、抗多径、保密性好、不易截获等诸多的优点，而被广泛地应用于民用、军事等诸多领域。无线信道在通信过程中信道参数往往随时间呈现出相对剧烈的变化，因此通常采用突发模式。 

突发模式传输的难点在于同步参数和信道参数的快速估计上，而采用直接序列扩频技术的突发信号接收更加大了对快速捕获以及快速估计的难度。突发传输模式是以单个数据包为单位传送数据，可以间歇或连续地发送数据包单元。考虑到在移动信道环境下两个突发数据包发送时间上的不连续，解调前一个数据包所得到的同步信息和信道参数信息往往不能为解调下一个数据包所利用，每一个数据包均需要重新估计各种参数。为了实现快速同步捕获和估计各种信道参数，通常是在每一个要发送的数据包前面插入一个特定图案的前导序列，接收机利用前导序列作为辅助数据来进行定时同步和载波恢复，在有限的前导序列期间，突发解调器需要实现快速可靠的同步捕获以及载频、相位信息的快速估计。因此，传统的锁相环等连续反馈控制算法较难应用于这种短突发通信模式。 

突发模式扩频收发信机物理层要求支持最小一个时隙突发的信息传输。在通信过程中的大多数情况下，以时隙为最小传输单位的信息传输是不连续的，收发信机接收到任何两个时隙突发的时间间隔是不定的。目前应用最为广泛的还是基于前导序列的突发系统，前导同步技术有以下优点：参数估计过程简单，实现规模可以接受，性能好，同步速度快，信噪比门限低。对于基于前导序列的同步，需要前导序列来完成信号捕获，同步参数的粗估计以及帧数据起始位置指示。前导序列一般就分为两部分，包括一部分固定为全“1”或全“0”的辅助捕获字段和独特码（唯一字）段，参见公开文献“管云峰，张朝阳，焦向峰，仇佩亮。突发模式DS-CDMA-QPSK接收机的设计与实现。电路与系统学报，2001，6(4)：45-50”。突发扩频信号的捕获算法主要有：基于载波信号功率谱特性的快速捕获算法，通过计算解扩信号功率谱最大值与次大值的比值，并将该比值与判决门限进行比较， 从而判断捕获成功与否，参见公开文献“陆继珍, 卜爱民。高动态短时突发扩频信号的快速捕获技术研究。半导体技术，2008，33(6): 530-533”。针对短时突发模式下直接序列扩频通信系统要求在有限时间内以很低虚警和漏警概率捕获PN 码相位这一难题，公开文献“安建平, 沈业兵, 王爱华, 罗常青。一种低输入信噪比和低恒虚警约束下的PN码快捕算法。兵工学报，2007， 28(11)：1320-1321” 提出了一种基于数字匹配滤波器(DMF) 的多码元非相干累加单次驻留检测的PN码快速捕获算法。它在传统单次驻留算法的基础上，用多码元累加来提高码相位判决量的信噪比，从而大大降低了低输入信噪比和低恒虚警约束下的平均捕获时间。公开文献“张桂华，王缚鹏。一种快速捕获短时突发直扩序列的方法。无线电工程，2004，34(7): 24-55”采用中频积累和视频积累相结合、等待式伪码级联相关计算的技术，较好地解决了短时突发伪随机码的快速捕获问题。公开文献“王祖良，姚春光，王娟，郑林华。复杂环境下突发短帧扩频通信系统处理算法设计与综合性能仿真。信号处理，2008，24(4): 696-699”提出采用基于频域的并行捕获方法，并且采用变频率范围、变频率步进和变积分时间的搜索策略，使系统既能在大频偏条件下工作，又能在低信噪比条件下工作。公开文献“王君，安建平，宋淑娟。一种新的高动态直扩接收机快速码捕获方法。北京理工大学学报，2004，24(5): 439-465”以快速捕获为目标，提出了分段匹配滤波相关法、最大选择检测法和多通道频率并行搜索加FFT校频技术的PN码捕获方法，仿真结果表明该方法可以容忍更大的频率动态范围, 在较低信噪比下快速完成码捕获。这些算法或者不使用突发帧的前导序列，或者仅使用突发帧中前导序列的全“1”或全“0”部分，并没有考虑独特码的应用，将突发信号检测、PN码同步与帧同步割裂了开来，这使得同步过程需要的前导序列变长，降低了传输效率。 

本发明提出了一种短时突发扩频信号传输与接收方法。本发明在突发前导序列中仅使用独特码，而不使用全“1”或全“0”序列，提高了传输效率。同时，本发明还提出了基于差分运算的突发信号接收方法，可同时快速完成突发信号检测、PN码捕获、频偏估计、帧同步检测和位定时捕获等任务。 

发明内容