专利名称：一种pswf脉冲调制信号的同步捕获方法
技术领域：
本发明涉及无线电中的信号同步捕获方法，尤其涉及一种椭圆球面波函数(PSWF)脉冲调制信号的同步捕获方法。
背景技术：
早在1959年，Shannon在参观贝尔实验室时就曾提出一个著名的问题一个函数在多大程度上它的频谱限制在有限带宽而同时又在时域上集中分布？贝尔实验室的Slepian等人提出带限函数集-捕圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Functions,简称PSWF)的能量可最大程度地集中于给定时间区间内，具有高能量聚集性，非常有利于提高信号传输和辐射的效率，这使其在众多应用领域都 具有潜在优势，备受学术界关注。近年来，学术界也展开了椭圆球面波函数在通信及雷达领域中的应用研究。R. S. Dilmaghani等利用椭圆球面波函数的高能量聚集性和频谱可控的特点实现了超宽带通信系统以及认知无线电系统中的波形设计；A.AlC0Cerd等将椭圆球面波函数集作为基函数用于信道估计和雷达中的杂波空间估计，简化了系统结构、提高了估计性能；A. Mohamed将椭圆球面波函数用于CDMA系统码片波形设计，提高了系统容量和频带利用率、降低了干扰。为了有效提高通信系统的功率利用率和单位频带利用率，专利“非正弦时域正交调制方法”(见文献王红星，赵志勇，刘锡国等.非正弦时域正交调制方法.国家发明专利，专利号ZL200810159238. 3，中国，2011.)公开了一种非正弦波调制方法，该方法采用PSWF设计频谱交叠的时域正交脉冲组传输信息，无码间干扰条件下的单位频带利用率可快速接近2B/Hz。椭圆球面波函数作为一种新的信息载体用于通信领域，在提高系统性能的同时，也对同步方法带来了新的难点问题。对于PSWF脉冲调制信号来说，PSffF脉冲的自相关特性呈现多峰值特性，且随着通信频段的提高及相对带宽的减小，多峰值特性越严重，在基于检测理论进行信号同步时，极大提高了对相位搜索精度的要求，给同步捕获门限设置带来了较大的困难，难以实现系统同步。对于PSWF脉冲调制信号的同步问题，基于辅助序列的同步捕获方法是一种有效解决方案(见文献赵志勇，王红星，刘锡国等.基于PSWF的非正弦时域正交调制信号的同步方法[J].电子与信息学报，2010,32(11) :2588-2592.)。在该类方法中，通过设计具有良好自相关特性的辅助序列实现捕获同步信号，数据基于帧格式传输，辅助序列以同步头的形式发送。该类辅助序列通常是基带信号形式，为了实现射频传输，需要经过正弦载波调制将其频谱搬移至通信信道频段。在接收端，必须首先获得与发送端频率相同的正弦载波信号，将辅助序列从射频频段再搬移至基带频段，然后捕获同步信号。而对于PSWF脉冲调制信号来说，该类调制信号通常是无载波调制方式，如专利公开的“非正弦时域正交调制方法”，若仍采用上述传统的辅助序列同步方法，势必会使发射机和接收机结构复杂，提高硬件实现的难度。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明公开了一种PSWF脉冲调制信号的同步捕获方法。在该方法中，数据基于帧格式传输，在发信端，采用具有良好自相关特性的伪随机序列调制具有单峰值包络特征的带通PSWF脉冲信号作为辅助序列，在同步头时隙内送往信道直接进行传输，在收信端，将接收到的辅助序列与本地模板信号相乘，通过包络检波器将其转换为由带通PSWF脉冲信号单峰值包络函数构造的辅助序列，再基于检测理论捕获同步信号。本发明的目的是通过如下技术措施来达到①发信端辅助序列设计 为了不影响收信端信息的正确接收，数据基以帧格式传输，所设计的辅助序列以同步头的形式传输。虽然带通PSWF脉冲的自相关特性呈现多峰值特性，但是，由椭圆球面波函数的性质可知，O阶和I阶带通PSWF脉冲都具有单峰值包络曲线，这为设计具有单峰值自相关特征的辅助序列实现信号同步提供了一种有效手段。在本发明中，发信端采用具有良好自相关特性的伪随机序列调制具有单峰值包络特征的O阶带通PSWF脉冲设计辅助序列，原理框图如图I中的发信端模块所示，I阶带通PSWF脉冲也适用于本发明提出的辅助序列设计，其设计原理相同，这里不再赘述。具有良好自相关特性的伪随机序列有多种形式，如M序列、巴克码序列、威廉德序列等，为了便于说明本发明的技术特征，这里仅以巴克码序列为例，对于本领域内的普通技术人员而言，关于其它一些众所周知伪随机序列情况，这里不再进行详细阐述。发信端辅助序列可表示为
冲)发信端
jTs)(I)其中，B(J)为具有良好自相关特性的伪随机序列的第j位，这里采用的是巴克码伪随机序列，其它伪随机序列同样适用。(K(c，t)为O阶带通PSWF脉冲，C表示带通PSWF脉冲的时间带宽积因子，Ts为码元宽度，M为所采用伪随机序列的位数。②基于检测理论的信号同步捕获对于PSWF调制信号来说，可采用的同步捕获方法主要有两类一类是基于估计理论的同步捕获方法，该类方法是利用脉冲序列的统计特性实现信号的同步捕获，主要算法有基于循环平稳特性算法、基于有噪模板算法等，该类方法通常同步捕获时间较长，尤其是对于多路正交脉冲调制信号来说，由于脉冲序列状态随机特性的增加，更是难以从接收信号中提取统计信息；另一类是基于检测理论的同步捕获方法。在本发明中，由于在收信端构造的辅助序列具有尖锐的自相关特性，因此，适合采用相干检测方法捕获同步信号。相干检测是根据本地模板信号与接收信号的相干检测值来捕获同步信号，主要包括串行捕获、并行捕获、串并混合捕获、MAX/TC算法等，其中，以MAX/TC算法捕获方案性能较为优异。因此，为了便于说明本发明的技术特征，这里仅以MAX/TC算法为例阐述同步捕获方法，对于本领域内的普通技术人员而言，关于其它一些众所周知的同步捕获方法，这里不再进行叙述。基于检测理论的信号同步捕获方案如图I所示。为了减少相位搜索空间，捕获同步信号分为粗同步和细同步两个阶段。首先利用滑动相关捕获法先将同步大致位置快速定位于一个小的搜索区间，完成粗捕获，再采用MAX/TC算法在这个小的搜索区间内进行细捕获，从而捕获同步信号。在粗捕获阶段，缓存器读取M码元时间的收信端信号，在相乘器内与本地模板信号相乘。假定接收端接收到的辅助序列信号为
权利要求
1.一种PSWF脉冲调制信号的同步捕获方法，是基于辅助序列的信号同步捕获方法，数据基于帧格式传输，在发信端，采用具有良好自相关特性的伪随机序列调制具有单峰值包络特征的带通PSWF脉冲信号作为辅助序列，在同步头时隙内进行传输，在收信端，将接收到的辅助序列与本地模板信号相乘，相乘后的信号送入包络检波器，包络检波后的信号送入积分器，该积分结果与判决门限比较后，再捕获同步信号。
2.根据权利要求I所述的PSWF脉冲调制信号的同步捕获方法，所述的发信端用于构造辅助序列的带通PSWF脉冲为O阶和I阶带通PSWF脉冲信号。
全文摘要
本发明提供了一种PSWF脉冲调制信号的同步捕获方法。在该方法中，数据基于帧格式传输，在发信端，采用具有良好自相关特性的伪随机序列调制具有单峰值包络特征的带通PSWF脉冲信号作为辅助序列，在同步头时隙内送往信道直接进行传输，在收信端，将接收到的辅助序列与本地模板信号相乘，相乘后的信号送入包络检波器，包络检波后的信号送入积分器，积分结果与判决门限比较，再捕获同步信号。该同步方法解决了PSWF脉冲调制信号的多峰值自相关特征所致同步困难的问题，为PSWF在通信、雷达领域走向应用提供了有效的技术支持。
文档编号H04B1/7077GK102769476SQ201210266029
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月18日 优先权日2012年7月18日
发明者刘锡国, 康家方, 王红星, 赵志勇, 钟佩琳, 陈昭男 申请人:王红星