本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種適應(yīng)于長碼字應(yīng)用的改進(jìn)PMF-FFT捕獲方法。

背景技術(shù)：

直接序列擴(kuò)頻(DSSS)具有發(fā)射功率低、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好等優(yōu)點(diǎn)，成為多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)采用的物理層通信技術(shù)，廣泛應(yīng)用于多種通信領(lǐng)域。DSSS系統(tǒng)優(yōu)越性的前提是精確的同步接收，因此接收端的捕獲是其關(guān)鍵技術(shù)之一。頻偏會(huì)引起偽碼同步的相關(guān)峰衰落，在實(shí)際數(shù)字通信中，采用低成本晶振，若用傳統(tǒng)的匹配濾波器捕獲方法，晶振產(chǎn)生的頻率漂移會(huì)造成捕獲運(yùn)算中相關(guān)峰值的嚴(yán)重衰減，捕獲性能惡化，因此本文研究的是低信噪比環(huán)境下存在隨機(jī)頻偏時(shí)長碼字的捕獲問題。

針對(duì)頻偏存在時(shí)的捕獲算法，國內(nèi)外學(xué)者已有一定的研究。采用差分捕獲可以消除頻偏的影響，但隨著碼長增加，差分引起的抗噪聲性能損失較大。有學(xué)者提出的PMF-FFT算法將時(shí)域相關(guān)與頻域FFT相結(jié)合，比二維串行算法速度快，且比時(shí)域的FFT并行捕獲消耗的資源更小。很多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了擴(kuò)展和研究，其中有通過求平均來計(jì)算相關(guān)捕獲，有針對(duì)資源受限的情況通過時(shí)分復(fù)用來減小資源開銷的改進(jìn)方法，但抗噪性能損失大。Ying通過增加相關(guān)積累長度來改善捕獲性能，但資源開銷太大。Qi將PMF-FFT算法和折疊濾波器結(jié)合，但缺點(diǎn)是抗噪聲性能差。Wen提出基于PMF-FFT算法通過復(fù)用實(shí)現(xiàn)多碼元相干累積，主要適用于GPS信號(hào)中，且頻偏范圍較小。PMF-FFT算法是串行搜索偽碼相位、并行搜索頻偏的捕獲算法，其存在的一個(gè)較大問題是由于FFT點(diǎn)數(shù)有限而引起相關(guān)增益的扇貝損失(Scalloping Loss)，該損失可通過補(bǔ)零法和加窗法得到一定的改善，但各有缺點(diǎn)，Zhang提出通過加漢寧窗減少扇貝損失，但加窗法不可避免的問題是對(duì)輸出峰值的衰減較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種適應(yīng)于長碼字應(yīng)用的改進(jìn)PMF-FFT捕獲方法，可以滿足極低信噪比和隨機(jī)頻偏下的捕獲性能需求。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種適應(yīng)于長碼字應(yīng)用的改進(jìn)PMF-FFT捕獲方法，包括以下步驟：

(1)將長為M的全匹配器分為N段X長的部分匹配濾波器，其中，M＝N*X；

(2)按照傳統(tǒng)PMF-FFT方法取接收信號(hào)與本地偽碼相乘信號(hào)進(jìn)行X長度累加，獲得N個(gè)部分相關(guān)值，做N點(diǎn)的FFT；

(3)對(duì)N點(diǎn)FFT輸出的頻譜分量做相鄰頻譜數(shù)據(jù)差分，并與系數(shù)因子Q相乘完成歸一化；

(4)將處理后的頻譜分量與FFT輸出的原始頻譜分量對(duì)應(yīng)比較，選擇較大模值作為該點(diǎn)頻譜值輸出，用于判決；

(5)將系統(tǒng)輸出的頻譜分量與自動(dòng)門限比較，選取大于門限的最大值分量為頻偏值，同時(shí)對(duì)應(yīng)的偽碼位置為同步相位，完成偽碼同步。

所述步驟(3)中，N點(diǎn)FFT輸出的頻譜分量為其中k＝0,1,2,...,N-1，Δf為系統(tǒng)頻偏值，T_c為碼片周期，對(duì)相鄰的k與k+1譜線，當(dāng)N較大時(shí)，近似有(N-1)/N≈1，則可得到即相鄰頻譜分量相減，實(shí)際是對(duì)應(yīng)模值相加，增加能量。

所述步驟(5)中最大值分量為頻偏值為Δf＝k_max/(T_cXN)，其中k_max為超過自動(dòng)門限的最大頻譜功率所對(duì)應(yīng)的頻譜分量。

所述步驟(5)后還包括采用L次確認(rèn)方法以降低捕獲虛警概率的步驟。

有益效果

由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：本發(fā)明將PMF-FFT輸出的相鄰譜線做差分并與固定因子相乘，然后與直接FFT的結(jié)果比較并擇其大者，與自適應(yīng)門限比較判決，可以減小扇貝損失，提高低信噪比下的檢測(cè)概率。同時(shí)為降低虛警概率，判決時(shí)增加比較判決的確認(rèn)操作。該改進(jìn)算法可以滿足極低信噪比和隨機(jī)頻偏下的捕獲性能需求。本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)捕獲方法，在低信噪比下具有更高的捕獲性能，非常適應(yīng)于超低接收靈敏度的通信應(yīng)用場(chǎng)景。該方法也可以應(yīng)用于IEEE802.15.4k標(biāo)準(zhǔn)超長碼字、超低信噪比、遠(yuǎn)距離通信應(yīng)用領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種適應(yīng)于長碼字應(yīng)用的改進(jìn)PMF-FFT捕獲方法，如圖1所示，包括以下步驟：

首先將偽碼周期長度為M的全匹配器分為N段，每段X個(gè)，形成N個(gè)部分匹配濾波器(PMF)，其中，M為偽碼周期長度，N為FFT點(diǎn)數(shù)，X為部分匹配濾波器長度，滿足M＝N*X。

按照傳統(tǒng)PMF-FFT捕獲方法，將接收信號(hào)輸入N個(gè)PMF中，與本地偽碼相乘，然后分別進(jìn)行X長度的累加，獲得N個(gè)部分相關(guān)值，送入N點(diǎn)FFT。

對(duì)FFT輸出的N個(gè)頻譜分量做相鄰頻譜差分運(yùn)算，記FFT輸出的頻譜分量為S(Δf,k)，其中k＝0,1,2,...,N-1，Δf為系統(tǒng)頻偏值。相鄰頻譜差分運(yùn)算后得到DS(Δf,k)＝S(Δf,k)-S(Δf,k+1)；當(dāng)偽碼同步上時(shí)，N點(diǎn)FFT輸出的分量為T_c為碼片周期。對(duì)相鄰的k與k+1譜線，當(dāng)N較大時(shí)，近似有(N-1)/N≈1，則可得到

因此，當(dāng)偽碼同步上時(shí)，

其中，s為FFT輸出的頻譜值，|·|為取模值運(yùn)算，為相位。

將DS(Δf,k)乘以系數(shù)Q進(jìn)行歸一化，為方便簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，可取Q為0.75。

將差分處理后的頻譜分量與FFT輸出的原始頻譜分量進(jìn)行比較，選取最大值為當(dāng)前分量的頻譜值。

FFT_out(Δf,k)＝max(|Q*DS(Δf,k)|,|S(Δf,k)|),k＝0,1,2,...,N-1

最后將FFT_out各個(gè)頻譜分量的值與自動(dòng)門限比較，選取超過門限的最大值分量為系統(tǒng)頻偏值Δf＝k_max/(T_cXN)，其中k_max為超過自動(dòng)門限的最大頻譜功率所對(duì)應(yīng)的頻譜分量，同時(shí)對(duì)應(yīng)的偽碼相位為同步相位，完成偽碼同步。

值得一提的是，完成偽碼同步后可根據(jù)系統(tǒng)信噪比需求，選擇采用L次(L＝1,2,3,…)確認(rèn)方法，進(jìn)一步降低捕獲虛警概率。

本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)的PMF-FFT捕獲算法，在資源、成本不增加的基礎(chǔ)上，大大降低了其存在的扇貝損失，提供了捕獲算法抗頻偏能力以及抗噪聲能力，適應(yīng)于低信噪比、長碼字應(yīng)用場(chǎng)景。具體表現(xiàn)在：本發(fā)明利用相鄰頻譜分量，將頻偏落入FFT譜線中間的分量進(jìn)行了累加增強(qiáng)，使得頻偏落入FFT譜線中間這種傳統(tǒng)FFT分析性能最差的情況與落在譜線上的情況一樣，具有非常高的增益。本發(fā)明通過相鄰譜線分量相減與原始FFT輸出分量進(jìn)行聯(lián)合考慮，選取最大值作為判決輸入，綜合了頻偏落入譜線中間與頻偏落入譜線上兩種極端情況的優(yōu)勢(shì)，使得本方法對(duì)各種頻偏扇貝損失都很少。