[发明专利]一种适用于大频偏无线信道下自适应匹配滤波器方法

说明书

技术领域

本发明属于无线数据链领域，涉及一种相关数据链的快速捕获与同步方法，尤其是一种适用于大频偏无线信道下自适应匹配滤波器方法。

背景技术

在无线通信环境中，信道的多径效应产生的大尺度衰落对通信质量造成非常严重的影响，而直接序列扩频技术在一定程度上克服了多径效应，这也是直接序列扩频技术普遍应用于无线数据链领域的原因之一。目前针对直接序列扩频信号的捕获普遍采用了折叠匹配滤波器算法，该算法捕获时间短，资源利用率高，如果系统不存在较大的频偏影响，捕获效果出色。折叠匹配滤波器结构如图2所示，其特点是扩频码按照1或0存储在1bit的伪码寄存器中，数据输入速率与计算输出结果均与扩频码速率相同，理论上系统计算一个符号周期即可捕获到伪码的相关峰值。但是当存在较大频偏时(频偏大于数据符号的1/2)，该匹配滤波器无法正常工作，即捕获失败。

但在某些应用场合，如GPS信号接收，多普勒频移产生的大频偏对通信的影响将非常严重，如果不采取措施，无线数据链系统将无法正常工作。为了解决这一难题，以GPS接收机为代表的接收机系统采用了基于相位和频率的二维FFT运算，但是采用此方法需要对频偏范围进行“频率井”的划分，在频域上实际进行了分区域搜索，这就大大降低了系统捕获和同步的时间，以GPS接收机为例，其捕获和同步时间是以秒级为单位的。可见GPS捕获算法适用于连续信号的捕获，如果通信方式为猝发通信模式，信号发送时间短促，又存在较大的频偏影响，该现有方法无法完成捕获任务。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于高动态大频偏的通信环境下的捕获方法，在相位和频率二维空间内同时进行搜索，最终达到快速捕获与同步的目的。

本发明所采用的技术方案是：

一种适用于大频偏无线信道下自适应匹配滤波器方法，输入信号x(k)经自适应折叠匹配滤波器得到输出信号y(k)，再利用输出信号y(k)与理想输出信号d(k)的差值动态自适应的调整滤波器系数W_n(k)；每个滤波器系数用多比特表示，其中最高位为符号位；所述输入信号x(k)与系数W_n(k)先进行有符号数乘法运算，再进行加/减运算以及延时单元运算。

如上所述的一种适用于大频偏无线信道下自适应匹配滤波器方法，其中：采用最小均方方法更新系数，更新方程为：

W_n(k+1)＝W_n(k)+2μe(k)x(k)

其中，W_n(k)是折叠匹配滤波器的系数，x(k)是折叠匹配滤波器的输入信号，e(k)是输出值与理想值的差值，μ是收敛因子。

如上所述的一种适用于大频偏无线信道下自适应匹配滤波器方法，其中：所述系数W_n(k)的初始值为1或-1。

如上所述的一种适用于大频偏无线信道下自适应匹配滤波器方法，其中：所述理想输出信号d(k)计算方法为：扩频因子N乘以输入信号x(k)的最佳采样值，所述x(k)最佳采样值为最大有符号数。

本发明的有益效果是：

(1)将本发明提出的方法应用于数据链系统，数据链系统采用直接扩频体制，能够实现最大频偏为信息符号速率的5倍，捕获和同步时间不大于10ms。

(2)本算法与目前其他算法相比，具有算法难度适中，资源开销较小，捕获与同步快，易于FPGA实现的特点。

(3)通过采用折叠匹配滤波器，并用多比特表示滤波器每个系数，使折叠匹配滤波器的系数与伪随机码和频率同时具有相关性，成功完成捕获任务。

附图说明

图1是本发明提出的一种适用于大频偏无线信道下自适应匹配滤波器方法的系统示意图；

图2是普通的折叠匹配滤波器结构示意图；

图3是本发明提出的一种适用于大频偏无线信道下自适应匹配滤波器方法所采用的改进折叠匹配滤波器结构示意图；

图4针对方法收敛性仿真的结果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的一种适用于大频偏无线信道下自适应匹配滤波器方法进行介绍：