[发明专利]基于范数拟合的非周期长码直扩信号时延估计方法及系统

说明书

本发明属于信号处理技术领域，特别涉及一种基于范数拟合的非周期长码直扩信号时延估计方法及系统，对接收信号进行载波同步和定时同步，获取非周期长码直扩CDMA基带波形；将长码直扩信号建模为含缺失观测的短码直扩信号，依据信息码码元宽度将基带波形重排为缺失数据矩阵，并获取缺失数据矩阵的F范数曲线；设定等效周期，将缺失数据矩阵表示为元胞矩阵的循环重复表示，并依据元胞矩阵和筛查矩阵，获取用户信号F范数曲线平方模板；将多用户信号F范数曲线建模为模板曲线的循环卷积，并利用最小二乘对模型求解，获取各用户失步时间参数。本发明可实现非合作接收条件下对大容量异步NPLC‑DSSS‑CDMA系统时延估计，在保证良好估计精度同时，有效降低系统运行复杂度。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，特别涉及一种基于范数拟合的非周期长码直扩信号时延估计方法及系统。

背景技术

直接序列扩频(DSSS)信号因其显著的安全性被广泛应用于多种重要的通信场合，如大量商用通信等。同时，其还具有优良的抗干扰和多址能力，尤其是较好的抗信道衰落性能使得其应用场景不断被拓展，近年来逐渐被应用于移动通信以及水下通信等强干扰系统。DSSS发射机采用伪随机序列对发送序列进行调制，在扩展频谱的同时降低了发送功率，使接收信号显现出类高斯白噪声的特性，导致传统的分析方法往往难以直接应用。因此，非合作接收条件下，对此类信号的检测分析一直是研究的热点和难点。通常，根据伪码周期和信息码周期之间的倍数关系，DSSS信号可分为三类：当伪码周期与信息码周期相等时，称为短码直扩信号(SC-DSSS)；当伪码周期为信息码周期的整数倍时，称为周期长码直扩信号(PLC-DSSS)；当伪码周期大于信息码周期且二者无整数倍关系时，称为非周期长码直扩信号(NPLC-DSSS)，此类信号已在实际的通信系统中得以应用，如跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)。非周期长码直扩信号码分多址系统(NPLC-DSSS-CDMA)，对不同用户的发送波形采用不同的伪随机码进行调制后叠加发射，接收信号表现为多个随机符号起始位置的NPLC-DSSS信号的叠加。DSSS信号分析的核心是估计扩频码，大量的研究工作中都假设各用户时延已知，实际上对于第三方接收而言，多用户条件下用户功率及伪码序列未知，加之符号的随机调制和低信噪比环境，使得时延估计并不简单。

针对SC-DSSS及PLC-DSSS信号同步技术的研究已进行多年，已有较为成熟的方法，如Frobenius范数法(以下简称F范数)、自相关包络法、特征值分解法等。其中基于自相关矩阵F范数方法的原理可以概括为不同的失步时间对应不同的相关矩阵F范数，当同步时矩阵F范数达到最大。针对NPLC-DSSS信号而言，由于伪码周期内波形被信息符号随机调制，周期分段时，同一符号下信号相关矩阵F范数不能实现累加，导致该方法不能直接应用，且目前针对异步多用户盲同步技术的研究成果十分有限，未见有足以应对大容量NPLC-DSSS-CDMA系统盲同步的可靠方案。

发明内容

为此，本发明提供一种基于范数拟合的非周期长码直扩信号时延估计方法及系统，能够实现非合作接收条件下对大容量异步NPLC-DSSS-CDMA系统的时延估计，在保证良好估计精度的同时，能够有效降低系统运行复杂度。

按照本发明所提供的设计方案，一种基于范数拟合的非周期长码直扩信号时延估计方法，包含如下内容：

对接收信号进行载波同步和定时同步，获取非周期长码直扩CDMA基带波形；

将长码直扩信号建模为含缺失观测的短码直扩信号，依据信息码码元宽度将基带波形重排为缺失数据矩阵，并获取缺失数据矩阵的F范数曲线平方；

结合基带波形中信息码码元宽度和扩频伪码序列长度，设定非周期长码直扩CDMA信号的等效周期，将缺失数据矩阵表示为元胞矩阵的循环重复表示，通过对元胞矩阵中同符号元素位置判定来得到元胞矩阵的筛查矩阵，以获取用户信号F范数曲线平方模板；

依据标准拟合范数曲线构成，将用户信号F范数曲线建模为模板曲线的循环卷积，并利用最小二乘对模型求解，获取各用户失步时间参数。