[发明专利]一种高动态环境中无线通信系统的同步捕获方法

说明书

本发明属于通信技术领域，尤其涉及在高动态环境中无线通信系统的同步捕获方法。本发明的方法先对接收信号的差分解调软信息序列与本地同步捕获序列进行一级相关，差分解调可以有效地克服大频偏对相关峰值的影响；然后多个一级相关值构成的图案和本地二级捕获图案进行二级相关，若二级相关峰值大于门限则认为时间同步捕获成功；时间同步捕获成功后，再用接收的同步信号波形和本地同步捕获波形进行多级频偏估计和补偿，完成频率同步，从而完成系统的同步捕获；与传统的同步捕获方法相比，本发明的方法在相同的虚警概率下可提高同步捕获概率，并可大大提高频偏估计范围和频偏估计精度，可以在高动态环境中很好地完成同步捕获。

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及在高动态环境中无线通信系统的同步捕获方法。

背景技术

在无线通信系统中，同步是数据正确传输的前提，同步捕获作为同步技术中最重要的一环，包括时间同步和频率同步两部分。通常情况下，接收端并不知道信号的开始位置，无法直接接收并解调出数据信息，故需要时间同步；接收信号的载波和本地载波也并不完全同步，存在频率偏移(简称频偏)，故需要频率同步；尤其当接收机处于高动态环境中时，收发相对运动产生的多普勒效应将导致接收信号与发射信号间存在较大频偏，大频偏将对传统同步方法的时间同步捕获性能造成很大影响，因此如何实现高动态环境中无线通信系统的时间同步和频率同步是同步捕获的一个难题。

针对高动态环境中无线通信系统的同步捕获问题，国内外很多学者进行了大量的研究工作，通常采用以下方法：1)多通道时域(或频域)并行捕获方法，该方法对接收信号同时进行不同支路的频率补偿，以大于门限的相关值中最大值所在支路对应的时刻位置、多普勒变化率和频偏作为时间同步和频率同步结果；2)基于时域滑动相关的同步串行捕获方法，该方法是在时域对接收信号与本地同步序列进行滑动相关，当相关值大于门限时认为时间同步捕获完成，并根据多个相关值进行频偏估计；3)基于快速傅里叶变换(FastFourier Transformation，FFT)的快速捕获方法，该方法是方法2的频域快速实现，以频域相乘操作来等价完成时域的相关操作，对比时域滑动相关操作，这种方法大大减少了捕获时间；4)基于分段匹配滤波(Partial Matched Filtering，PMF)的PMF-FFT算法，该方法在时域选取长序列的一部分进行相关，可以在一定程度上抵抗频偏对长序列的影响，再用部分相关值做FFT估计频率，可以提高频率估计范围。

多通道时域(或频域)并行捕获方法原理相对简单，可以完成高动态环境中的时间和频率同步，但在频偏较大的环境中需要多路并行处理，实现复杂度过高；基于时域滑动相关的同步串行捕获方法和基于FFT的快速捕获方法结构简单，其中FFT方法复杂度大大低于时域滑动相关，但二者性能一致，这两种方法都适用于完整周期伪随机序列的捕获，在小频偏时，同步序列越长，相关性越好，但在大频偏时，长序列的相关性受频偏影响很大，从而会降低同步捕获性能，因此，大频偏时这两种方法只适用较短序列进行捕获，与长序列相比，短序列的频偏估计范围虽然较大，但其相关性较差，在低信噪比和小频偏时不能满足系统同步捕获性能要求，因此，同步捕获序列长度的选择需兼顾序列相关性和频偏估计范围，过长和过短都无法满足系统需求；PMF-FFT是目前比较常用的长码捕获算法，基于兼顾相关性较好和频偏估计范围较大的需求，选择了长序列的部分相关，但部分相关的操作破坏了长序列的好相关特性，对相关峰值造成一定损失，降低了时间同步捕获性能，同时部分相关的时间长度也决定了频偏估计范围，抵抗大频偏的能力有限，因此这三种方法虽然可以应对有一定频偏的环境，但很难应对高速飞行的空地通信、空空通信等具有更大频偏的高动态环境。

发明内容