直扩通信中的伪码捕获技术研究

论文摘要

扩频通信是二十世纪通信领域研究最广泛深入的一种通信体制之一。目前,扩展频谱通信以其众多的优点愈来愈受到人们的关注。但是,扩频通信系统也有许多比普通通信系统更加复杂的技术问题,这也使扩频通信的发展受到一定的限制。其中,PN码的同步问题就是扩频通信中的一项重点和难点技术,一般来说,PN码的同步分两步实现:捕获和跟踪。伪码同步的实现是直扩系统中的一个关键问题,尤其是伪码捕获更是目前人们研究的热点问题。常用的伪随机码捕获方法存在捕获时间长或电路结构复杂等缺点,难以有效完成低信噪比或是大多普勒频移下长PN码的捕获。本文首先研究直扩系统中常用的伪码捕获方法——滑动相关法和匹配滤波法,理论推导了它们在捕获时间上的差异,并通过MATLAB仿真它们在白噪声和多普勒频移下的捕获性能。通过分析可知,虽然这两种捕获方法原理简单,实现容易,但是它们都是基于时域相关来完成伪码捕获的,这导致在信噪比很低或是存在大的多普勒频移时,这两种方法不能有效地完成伪码捕获。鉴于时域相关伪码捕获方法存在的问题,本文最后提出了两种利用FFT改进的方法来完成苛刻条件下的伪码捕获。第一种是针对低信噪比下的改进,利用FFT运算将收、发端伪码在时域的滑动相关计算通过将收、发端序列分别做FFT运算,然后频域相乘再做IFFT运算恢复到时域。由于FFT算法的高效性能够大大节省运算量,减少捕获时间;更重要是,通过将相邻几个伪码周期进行相干积累和非相干积累,能够有效地提高相关峰值,从而使该方法能够工作在极低的信噪比条件下。第二种是针对大频偏下的改进,将接收信号和本地伪码等分为几段,然后对每段做部分相关,最后利用FFT消除频偏对相关值的影响。文章中详细分析了该方法的理论基础,并实际仿真说明分段数目和FFT点数对该方法性能的影响。最后,给出了该方法的具体实现步骤,并用MATLAB仿真验证其可实现性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 扩展频谱通信概述
• 1.1.2 PN码同步在扩频通信中的意义
• 1.2 研究现状和发展趋势
• 1.2.1 扩频通信技术的发展现状
• 1.2.2 PN码捕获技术的发展现状
• 1.3 章节安排
• 第二章 直扩系统的基本理论及其伪码同步
• 2.1 直扩系统的基本原理
• 2.2 直扩系统的理论基础
• 2.3 直扩系统的性能指标
• 2.4 直扩系统的主要特点
• 2.5 直扩系统对伪码同步的要求
• 2.6 本章小结
• 第三章 扩频系统中的伪随机码
• 3.1 伪随机序列的概念
• 3.2 伪随机序列的相关性
• 3.3 几种常见的伪随机序列
• 3.3.1 m序列
• 3.3.2 Gold序列
• 3.3.3 M序列
• 3.4 本章小结
• 第四章 直扩系统常用的伪码捕获方法
• 4.1 并行捕获方法
• 4.2 滑动相关捕获方法
• 4.3 PN码双向滑动捕获方法
• 4.3.1 PN码双向滑动捕获的原理
• 4.3.2 无虚警条件下的捕获时间
• 4.3.3 存在虚警条件下的捕获时间
• 4.4 匹配滤波器捕获方法
• 4.5 仿真分析
• 4.5.1 发送端信号产生
• 4.5.2 滑动相关和匹配滤波在白噪声下的捕获性能比较
• 4.5.3 滑动相关和匹配滤波在多普勒频移下的捕获性能比较
• 4.6 本章小结
• 第五章 两种基于FFT的改进伪码捕获方法
• 5.1 极低信噪比下基于FFT伪码捕获方法
• 5.1.1 捕获思想及原理
• 5.1.2 捕获方法的性能及实现
• 5.1.3 仿真结果及分析
• 5.2 大频偏下部分相关与FFT结合的捕获方法
• 5.2.1 频偏对时域相关捕获方法的影响
• 5.2.2 一种抗频偏捕获方法的理论推导
• 5.2.3 分段个数与FFT点数对捕获性能的影响
• 5.2.4 捕获方法的实现及仿真
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献