专利名称：一种具有判决门限自适应估计功能的pn码捕获方法
技术领域：
本发明涉及在直接序列扩频(DSSS)通信系统中，实现信号在发射机和接收机间传输同步，消除接收机PN码定时误差的一种PN码捕获方法。
背景技术：
PN码的同步是直接序列扩频(DSSS)通信系统的关键技术之一。同步过程通常分为两步，即捕获和跟踪[1]。捕获过程将接收机PN码定时误差减小到一个码片的时间范围内，跟踪则继续将定时误差缩小到要求的精度并保持同步。
由于信号在发射机和接收机之间的传输时延是未知的，捕获需要在所有的可能时延范围内进行搜索。搜索有多种策略，包括串行搜索、并行搜索以及串行和并行混合搜索。无论哪种搜索策略，都需要构造一个假设检验装置，以判决接收机是否已完成PN码的捕获。在假设检验装置构造时，判决门限的设置非常重要。文献[1][A.J Viterbi，CDMAPrinciples of Spread Spectrum Communication，Addison-Wesley Pub，1995]在对判决量统计特性分析的基础上，给出了在纽曼-皮尔逊检测准则下的门限值。由于门限值中包含了等效高斯白噪声方差V，而在实际系统中V通常是未知的，因此文献[1]的门限值确定方法不具有实用性。为了构造出具有实用价值的检验装置，人们提出了多种判决门限自适应设置方法。文献[2][R.D.Gaudenzi，Direct Sequence Spread Spectrum ReceiverIncluding Code Acpuisition and Detection Using an AutoadaptiveThreshold，US Patent，5,818,868，1998.]提出的门限估计方法非常简单，且检验装置在低信噪比条件下仍具有较好性能。但是，它是在并行搜索的基础上进行门限估计。当搜索范围较大时，其设置量将非常庞大。文献[3][刘乃安等，高速突发通信中的自适应门限技术及其性能，电子学报，1998，26(1)111-114.]在门限估计时，忽略了噪声的影响。因此当信噪比较低时，该方法不再适用。文献[4][黄倩等，一种基于相关检测的自适应门限控制算法，上海大学学报(自然科学版)，2002，8(1)11-14.]能够跟踪噪声的变化，但是在其门限自适应估计算法中，却有多项参数需要人工设置。而且其门限估计算法还存在收敛速度慢的问题。
在已提出的专利申请中，发明专利“直序扩频通信PN码捕获方法及电路装置”[申请号02116874.1]给出了一种PN码捕获方法，该发明在高信噪比时仍能捕获PN码，且捕获速度较快。但是，由于该发明采用对输入信号按信噪比分区，分别采用捕获装置进行捕获。因此，其要求的设备量非常庞大。且在进行信号分区时，需要对输入信号信噪比的分布具有先验知识，而这在某些应用环境下是不现实的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于不同信噪比条件，检测门限值的估计自适应完成，性能优异，结构简单，设备量小，易于工程实现，可用于直接序列扩频通信系统，也可用于采用PN码实现同步的各种通信系统中、有判决门限自适应估计功能的PN码捕获方法。
本发明的目的是通过实施下述技术方案来实现的1、一种具有判决门限自适应估计功能的PN码捕获方法，由下述步骤实现a、首先构建具有连接交叉结构的4路并行的滑动相关器Cll、Clθ、Cθθ、Cθl，将扩频信号的同相分量rl及本地PN码的同相分量an(l)和正交分量an(θ)，分别输入到相关器Cll、Clθ、中，将扩频信号的正交分量rQ及本地PN码的正交分量an(θ)和同向分量an(l)，分别输入到相关器Cθθ、Cθl中，实现相关；b、将滑动相关器Cll的输出信号与Cθθ的输出信号进行交叉相加处理，将Clθ输出信号与Cθl的输出信号进行交叉相加处理，并分别对两个交叉相加处理过的信号进行平方求模，然后将两个模数相加，以克服频偏的影响；c、将相关值模值输入相干累加器，得到了改善信噪比的PN码同步检验判决量；其特征在于d、相干累加器将得到的PN码同步检验判决量输入缓存器，该缓存器通过三路将该判决量输出，一路输出至累加器，完成一个PN码周期内各时间相位相关值的累加，用于检测门限自适应估计；另一路输出至比较器，完成一个PN码周期内各个时间相位的相关值比较，选出其中的最大值；第三路输出至判决器；e、将累加器输出的累加值与比较器输出的最大值相减，得到的差值乘因子 即得到判决器所需的对检测判决量进行判断的自适应判决门限，其中α为PN码的捕获虚警概率，根据系统性能选定，N为一个PN码的周期长度；f、判决器将输入的PN码同步检验判决量与输入的自适应判决门限相比较，当判决量低于判决门限值时，其对应的时间相位与本地PN码没有同步，缓存器输出下一个时间相位的检验判决量，与判决门限比较，如此重复，直到某一个时间相位对应的检验判决量大于判决门限，则其对应的时间相位与本地PN码同步，判决器输出PN码同步指示信号，PN码捕获完成。
附加技术特征是所述将相关值模值输入相干累加器，得到输出的PN码同步检验判决量，是指相干累加器在多个周期L，对相同时间相位上的模数相关值进行累加，得到提高检测性能的检测判决量。
本发明的优点在于由于采用了纽曼-皮尔逊准则估计检测门限，并且能够利用判决量自适应估计噪声方差，因此本发明在PN码捕获时能够根据输入信号信噪比情况，对判决门限进行自适应调整。同时，由于采用了判决量相干累加方法，对信噪比非常低的情况，本发明仍能有比较好的捕获性能，因此，本发明可适用于不同的信噪比环境，并且结构简单、设备量小，易于工程实现，可应用于直接序列扩频通信系统的PN码捕获，也可应用于采用PN码实现同步的各种通信系统。
图1为本发明PN码捕获方法实现示意2为各滑动相关器实现扩频信号与本地PN码相关的示意3为相干累加器在多个周期，对相同时间相位上的模数相关值进行累加运算的示意4为信噪比为5dB和10dB时，本发明的PN码同步虚警概率与检测概率的关系中标记ri为扩频信号同相分量，rQ为扩频信号正交分量，Cll、Clθ、Cθθ、Cθl为滑动相关器，an(l)、an(θ)分别为产生的本地PN码的同相及正交分量，符号为加法运算，( )2为平方运算，M1、M2...MN为贮存器，为乘法运算，Z-1为扩频信号一个码片延时，a(N)、a(N-1)，...a(3)、a(2)、a(1)为本地PN码。
具体实施例方式
在本发明的实施例中，接收机信号是直接序列扩展频谱(DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum)信号，调制方式为四相相移键控(QPSK，Quadrature Phase Shift Keying)，两个正交支路分别采用不同的PN码进行扩频(an(l)和an(θ))，即接收信号类型为DSSS/QPSK信号。其中PN码采用周期为1023的m序列，在码序列末端插入一个0码，将PN码周期扩展为1024。数据速率为2.4kpbs，扩频增益为30.1dB。扩频方式采用码同步方式，即PN码码片(chip)与信息码元同步，且PN码周期等于信息码元时间。
在实施例中，后期累加数目L为3。根据系统对PN码捕获性能要求，设定的PN码捕获虚警概率为0.0001。由此，可计算出在估计判决门限时需要乘上的因子值为-ln0.0011024-1≈9.211023.]]>至此，我们完成了码捕获装置中判决门限估计参数的设置。
接收扩频信号(DSSS/QPSK)经非相干解调后，分为正交的I、Q两路，分别送入到四路并行的滑动相关器CII、CIQ、CQQ和CQI。进行各个时间相位的输入信号与本地PN码的两路正交扩频码an(I)和an(θ)的相关。为了消除经非相干解调带来的相位偏差对相关值的影响，滑动相关器Cii与CQQ，CiQ与CQi的输出分别由加法器进行交叉相加。再分别对交叉相加处理后的输出信号由平方器平方求模，再对两路的相关值的模植相加，送入相干累加器，进行相干累加得到检验判决量，并改善相关器输出相关值的信噪比。
将相干累加器得到的检验判决量输出信号送入缓存器，缓存器可以存储一个PN码周期长度的、经相干累加后的相关值。缓存器中的检验判决量分为三路输出第一路输出到累加器N，累加器N完成一个PN码周期内各个时间相位相关值的累加；第二路输出到比较器，比较器比较一个PN码周期内各个时间相位的相关值，并选取出其中最大值；第三路将检验判决量输出到判决器，与判决门限(自适应估计得到)比较，得到PN码捕获信号。
累加器N的输出值和比较器输出的最大值，由减法器相减取差值并乘上根据实施例中得到的因子 就得到了PN码捕获所需的自适应估计的判决门限。
缓存器的第三路输出与估计得到的判决门限进行比较。当检验判决量相关值低于判决门限时，则其对应的时间相位与本地PN码没有同步，缓存器输出下一个时间的检验判决量相关值，与判决门限进行比较；如此重复，直到某一个时间相位对应的检验判决量相关值大于判决门限，则其对应的时间相位与本地PN码同步，判决器输出PN码同步指示信号，PN码捕获完成。
在实施例中，PN码捕获全部由硬件实现。在实际应用时，设计者可以根据情况选择具体的软件实现方式。
图4给出了信噪比分别为5dB和10dB时，本实施例的PN码同步虚警概率和检测概率的关系，其性能与文献[1]的理论分析结果非常一致，表明本发明的有效性。
权利要求
1.一种具有判决门限自适应估计功能的PN码捕获方法，由下述步骤实现a、首先构建具有交叉连接结构的4路并行的滑动相关器C11、C1Q、CQQ、CQ1，将扩频信号的同相分量r1及本地PN码的同相分量αn(1)和正交分量αn(θ)，分别输入到相关器C11、C1Q、中，将扩频信号的正交分量rQ及本地PN码的正交分量αn(θ)和同向分量αn(1)，分别输入到相关器CQQ、CQ1中，实现相关；b、将滑动相关器C11的输出信号与CQQ的输出信号进行交叉相加处理，将C1Q输出信号与CQ1的输出信号进行交叉相加处理，并分别对两个交叉相加处理过的信号进行平方求模，然后将两个模数相加，以克服频偏的影响；c、将相关值模值输入相干累加器，得到了改善信噪比的PN码同步检验判决量；其特征在于d、相干累加器将得到的PN码同步检验判决量输入缓存器，该缓存器通过三路将该判决量输出，一路输出至累加器，完成一个PN码周期内各时间相位相关值的累加，进一步降噪；另一路输出至比较器，完成一个PN码周期内各个时间相位的相关值比较，选出其中的最大值；第三路输出至判决器；e、将累加器输出的累加值与比较器输出的最大值相减，得到的差值乘因子 即得到判决器所需的对检测判决量进行判断的自适应判决门限，其中α为PN码的捕获虚警概率，根据系统性能选定，N为一个PN码的周期长度；f、判决器将输入的PN码同步检验判决量与输入的自适应判决门限相比较，当判决量低于判决门限值时，其对应的时间相位与本地PN码没有同步，缓存器输出下一个时间相位的检验判决量，与判决门限比较，如此重复，直到某一个时间相位对应的检验判决量大于判决门限，则其对应的时间相位与本地PN码同步，判决器输出PN码同步指示信号，PN码捕获完成。
2.按照权利要求1所述的具有判决门限自适应估计功能的PN码捕获方法，其特征在于所述将模数相关值输入相干累加器，得到输出的PN码同步检验判决量，是指相干累加器在多个周期L，对相同时间相位上的模数相关值进行累加，得到提高检测性能的检测判决量。
全文摘要
本发明公开了一种具有判决门限自适应估计功能的PN码捕获方法，首先构建有交叉结构的滑动相关器，实现扩频信号与本地PN码的相关，输出信号经交叉相加、平方求模相加后输入相干累加器得到PN码同步检验判决量，特征是该量输入缓存器后，一路输至累加器，另一路输至比较器，由累加器输出值减去比较器输出最大值的差值乘因子
文档编号H04J13/02GK1622482SQ20031011102
公开日2005年6月1日 申请日期2003年11月27日 优先权日2003年11月27日
发明者薛巍 申请人:中国电子科技集团公司第三十研究所