[发明专利]突发直接序列扩频系统的载波同步方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更进一步涉及数字通信中突发直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS)信号的载波同步方法，可用于突发DSSS系统在极低信噪比环境下大频偏、大相偏的估计与补偿。

背景技术

突发DSSS系统相对于其他通信系统，具有极低的发射功率谱密度使有用的信号完全湮没在噪声之中即工作在极低信噪比下，降低了被截获的概率，从而具有良好的安全性。另外，突发DSSS系统还具有很强的抗干扰特性和强选择性寻址能力，相对其它系统在抗干扰、测距分辨率高等方面有着无可比拟的优势。鉴于以上优点，突发DSSS系统被广泛地应用于突发数据通信领域，例如卫星通信，第三代地面移动系统等。

工作在极低信噪比下的突发DSSS系统对载波同步技术提出了新的要求。由于极低信噪比下，DSSS系统一般使用长扩频码，扩频调制后的数据长度很长，这就要求载波同步要有足够的精度才能使补偿后的信号无损失地恢复出信息码元。此外，突发数据通信系统要求系统在很短的时间内实现精确的载波同步。目前，针对极低信噪比下的高精度载波同步方法主要有以下两种：

第一种方法：使用闭环回路实现高精度载波同步方法。

针对极低信噪比下的载波同步问题，国内外已经提出了很多方案，例如，频偏跟踪采用锁频环FLL，FLL通常采用自动控制AFC环或在其基础上的改进AFC环；相位跟踪则采用锁相环PLL。

极低信噪比下使用环路进行载波同步的方案有单独使用锁频环FLL或锁相环PLL的，还有结合PLL和FLL一起使用的，具体参见Francis D.Natali AFC tracking algorithms[J].IEEE Trans-COM，1984，32(8)：935-947.；张颂，杨景曙，胡海娜.DSSS导航系统中数字科斯塔斯环的FPGA设计与实现[J].世界电子元器件，2008：80-84.；卢辉斌，王伟伟，谷青川.低信噪比高动态条件下的载波同步技术[J].信息与控制，2010：451-454。以上文章中提出的方案都可以在极低的信噪比下正常工作，但是，这些载波跟踪环路由于都需要很长的时间才能进入锁定状态且不稳定，因而不能满足突发通信系统快速同步的要求。

第二种方法：基于数据辅助的开环载波同步方法。

基于数据辅助的开环同步方法主要有两类算法：一类是基于快速傅立叶变换FFT的载波同步方法，另一类是基于编码辅助的载波同步方法。

基于快速傅立叶变换FFT的载波同步方法，具有代表性的方法主要有以下现有技术：

一是龚超等人在“基于FFT的快速高精度载波参数联合估计算法”(电子学报，Apr.2010，38(4)：766-770)中针对数据辅助的突发信号载波同步，提出了一种基于FFT的载波参数联合估计算法。其基本思想是在利用周期图峰值进行粗估的基础上，利用峰值左右两条谱线的幅度进行插值对频偏进行细估计。算法的频偏估计范围达到50％符号速率，且随着数据长度的增加频偏估计可以工作在很低的信噪比下。该方法的不足之处是：当载波频偏在两条谱线正中间时，性能会下降；相偏估计的信噪比工作门限很高，当信噪比低于门限值时，相偏估计性能会明显下降；数据速率高的情况下，估计精度不够高。因此，该方法不能满足极低信噪比下高数据速率的突发DSSS系统的要求。

二是司江渤等人的发明专利“极低信噪比下频率偏移的估计与补偿方法”([P].中国，CN101702701A，2010.05.05)提出一种极低信噪比下频偏估计与补偿方法。该发明基于FFT方法采用了非均匀迭代方式对接收信号进行迭代跟踪，使频偏估计在很低的信噪比下具有较高的精度。该发明的不足之处在于：频偏捕获范围小，无法估计载波相偏，不能满足高数据速率、大频偏相偏突发DSSS系统的要求。

基于编码辅助的载波同步方法，具有代表性的方法主要有唐发建等人在专利“极低信噪比下的迭代同步方法”([P].中国：CN102075476A，2011.5.25)中提出一种LDPC-Hadamard码辅助的迭代载波同步方法，该方法采用低码率的LDPC-Hadamard码辅助载波同步，将载波同步嵌入到迭代译码中，利用纠错能力很强的译码软输出信息辅助同步。这种方法虽然可以在极低的信噪比下实现精确的同步和正确的译码，但又因载波同步的估计范围很小，不能适用于大频偏和大相偏的通信系统。

发明内容