專利名稱：一種ffh系統(tǒng)中基于pn序列信噪比的同步捕獲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信抗干擾技術(shù)領(lǐng)域，涉及快速跳頻(Fast Frequency Hopping, FFH)通信 系統(tǒng)，尤其是FFH通信系統(tǒng)中的同步方法。
背景技術(shù)：
跳頻通信系統(tǒng)(Frequency Hopping Communication System)是一種抗干擾、抗衰落能力較強(qiáng) 的無線電通信系統(tǒng)，在無線通信領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。為了實(shí)現(xiàn)跳頻通信系統(tǒng)之間的正常通信， 收發(fā)雙方必須實(shí)現(xiàn)同步，即在同一時(shí)間同步地跳變到同一跳頻頻率(或者收發(fā)雙發(fā)的跳頻頻率 在同一時(shí)間相差一個(gè)固定中頻)，跳頻通信系統(tǒng)的載波頻率偽隨機(jī)變化著，由于傳輸信道存在 多普勒頻移，定時(shí)時(shí)鐘存在相對(duì)誤差等因素，系統(tǒng)同時(shí)存在頻率和時(shí)間的不確定性，時(shí)間的 不確定性可以通過收發(fā)雙方使用同一跳頻圖案來解決，而時(shí)間的不確定性則要通過跳頻同步 技術(shù)(包括同步捕獲和同步跟蹤)來消除。
一般跳頻電臺(tái)的同步指標(biāo)和同步信號(hào)要求如下(1)初始同步的建立時(shí)間短，不超過0.3
秒；(2)遲后入網(wǎng)的時(shí)間不超過6秒；(3)同步系統(tǒng)在信道誤碼率為0.1時(shí)，同步捕獲概率 需大于90%; (4)同步信號(hào)存在的時(shí)間要短，使偵聽方難以在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)同步信號(hào)。
在FFH系統(tǒng)中，頻率跳變速率大于或等于信息調(diào)制器輸出的符號(hào)速率，每跳信號(hào)最多只 攜帶一個(gè)同步chip,所含的同步信息量少，需要利用多跳信號(hào)才能實(shí)現(xiàn)同步捕獲，因而實(shí)現(xiàn) 同步變得更加困難。目前關(guān)于FFH系統(tǒng)的同步捕獲方法較少，主要是基于串行搜索匹配濾波 器與分集合并技術(shù)相結(jié)合提出的捕獲方法，該方法有以下局限(1)合并結(jié)果并不可靠，在
捕獲過程中，收發(fā)窗口還未對(duì)準(zhǔn)，每跳的基帶頻點(diǎn)能量(或信噪比)不僅受到前一跳和后一
跳信號(hào)的影響，而且此時(shí)基帶調(diào)制頻點(diǎn)在當(dāng)前跳接收口內(nèi)并不正交；(2)門限的選取受信道 信噪比的影響較大，準(zhǔn)確選取比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種FFH系統(tǒng)中基于PN序列信噪比的同步捕獲方法，以實(shí)現(xiàn)FFH通信系 統(tǒng)收發(fā)雙發(fā)的同步。
在闡述本發(fā)明方法之前，首先介紹本發(fā)明中所用的術(shù)語
(1)跳頻頻率-同步PN序列雙圖案發(fā)送方用M個(gè)同步跳頻頻率調(diào)制長(zhǎng)度為N的同步PN序列(M S N,K = N/M， K為正 整數(shù))，每個(gè)跳頻頻率調(diào)制一個(gè)同步PN-chip， M個(gè)跳頻同步頻率構(gòu)成了一個(gè)跳頻頻率圖案 F-(f。,f;,fi,…,U (fi記為第i號(hào)同步頻率，0《i《M-l)， N個(gè)同步PN-chip構(gòu)成一個(gè)
PN序列圖案S^PN。,PNi,PNi,…,PNwJ，跳頻頻率圖案和同步PN序列圖案共同構(gòu)成了跳
頻頻率-PN序列雙圖案，如說明書附1所示。
(2)同步PN-chip信噪比
利用本地跳頻信號(hào)對(duì)當(dāng)前跳接收到的跳頻信號(hào)進(jìn)行混頻解跳，生成解跳后同步信號(hào)，對(duì) 該信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)過IFFTI2 (FFT: Fast Fourier Transform,快速傅氏變換算法；|x |2 : 復(fù)數(shù)x模的平方)和噪聲歸一化處理后，根據(jù)本地PN序列值取出2FSK基帶信號(hào)對(duì)應(yīng)調(diào)制頻 點(diǎn)的信噪比，該信噪比成稱為當(dāng)前跳同步PN-chip信噪比。
(3) 同步PN信噪比序列
連續(xù)N跳按照上述(2)處理后，各同步PN-chip信噪比形成長(zhǎng)度為N的同步PN信噪比 序列。
(4) 同步信號(hào)信噪比相關(guān)檢測(cè)值
對(duì)當(dāng)前同步PN信噪比序列進(jìn)行代數(shù)求和，得到的代數(shù)和值為同步信號(hào)信噪比相關(guān)檢測(cè)值。
(5) 早、遲門信號(hào)
對(duì)當(dāng)前跳同步信號(hào)解跳，生成解跳后同步信號(hào)，在時(shí)間上將該解跳后同步信均分為兩個(gè) 跳，前半跳信號(hào)稱為早門信號(hào)，對(duì)應(yīng)地，后半跳信號(hào)稱為遲門信號(hào)。
本發(fā)明的整個(gè)同步捕獲系統(tǒng)鏈路如圖2所示，包括1、跳頻信號(hào)解跳，2、中頻濾波，3、 A/D， 4、早門IFFlf， 5、早門噪聲歸一化模塊，6、早門本地PN序列，7、早門同步PN信 噪比序列，8、遲門IFFlf， 9、遲門噪聲歸一化模塊，10、遲門本地PN序列，11、遲門同步 PN信噪比序列，12、 K路同步門限判決，13、同步控制單元，14、跳頻頻率合成器。
本發(fā)明詳細(xì)技術(shù)方案如下
一種FFH系統(tǒng)中基于PN序列信噪比的同步捕獲方法，如圖3所示，包括以下步驟 設(shè)定FFH系統(tǒng)發(fā)送方采用M個(gè)同步跳頻頻率調(diào)制長(zhǎng)度為N的同步PN序列(M《N,K = N/M， K為正整數(shù))，每個(gè)跳頻頻率調(diào)制一個(gè)同步PN-chip, M個(gè)跳頻同步頻
率構(gòu)成了一個(gè)跳頻同步頻率圖案F^^f。,f;,f;,…,fM.j (f;記為第i個(gè)同步頻率，
0《i《M — 1 )，N個(gè)同步PN-chip構(gòu)成一個(gè)同步PN序列圖案S-(PN。,PNi,PNi,…,PNNj, 跳頻同步頻率圖案和同步PN序列圖案共同構(gòu)成跳頻頻率-PN序列雙圖案。
步驟1:同步處理開始時(shí)，接收方采用與發(fā)送方相同的跳頻同步頻率圖案，以該跳頻同 步頻率圖案中的任意一個(gè)頻率作為起始頻率進(jìn)行解跳處理，同時(shí)同步跳計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值C從
1開始計(jì)數(shù)。
步驟2:解跳時(shí)，分別對(duì)第C跳早門和遲門信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過快速傅氏變換和 取模的平方(即IFFTf處理)處理和噪聲歸一化處理；由于有K-N/M個(gè)相位依次相差為M 的早、遲門本地同步PN序列值，故得到第C跳第w(w二l,2，…,K)個(gè)本地同步PN序列值對(duì)
應(yīng)的早門基帶信號(hào)的2FSK調(diào)制頻點(diǎn)的信噪比，即早門同步PN-chip信噪比Xf :同時(shí)得到 第C跳第W(w^l,2,…,K)個(gè)本地同步PN序列值對(duì)應(yīng)的遲門基帶信號(hào)的2FSK調(diào)制頻點(diǎn)的信
噪比，即遲門同步PN-chip信噪比JT，。
步驟3:將步驟2所得的連續(xù)C跳早門同步PN-chip信噪比義f和遲門同步PN-chip信 噪比X，按跳數(shù)的先后順序分別組成第"("二1,2,…,K)個(gè)早門信噪比序列(A7^和遲門信 噪比序列(JC^。
步驟4:當(dāng)C》N時(shí)，分別舍去早門信噪比序列(Xf }和遲門信噪比序列{%,}中前
C — N跳信噪比義f (1《C < N)和Zf (1《C <N)，得到長(zhǎng)度為N的K路早門同步PN信
噪比序列和K路遲門同步PN信噪比序列，分別對(duì)K路早門同步PN信噪比序列和遲門同步 PN信噪比序列求代數(shù)和，得到K個(gè)早門同步信號(hào)信噪比相關(guān)檢測(cè)值和K個(gè)遲門同步信號(hào)信 噪比相關(guān)檢測(cè)值。
步驟5:早、遲門分別進(jìn)行K路信噪比相關(guān)檢測(cè)值門限判決，判斷由步驟4所得的2K
個(gè)同步信號(hào)信噪比相關(guān)檢測(cè)值中是否存在大于或等于同步捕獲門限^yn^的情況；若存在，
則轉(zhuǎn)入步驟6;若不存在且C〈mN (m為正整數(shù))，則在下一跳同步跳計(jì)數(shù)器C增加1的同 時(shí)返回步驟2;若不存在且OmN (m為正整數(shù))，則在下一跳將同步跳計(jì)數(shù)器C清零后重
6新開始從l計(jì)數(shù)，并更換本地初始頻率，返回步驟2。 步驟6:進(jìn)行同步PN序列定位。
根據(jù)步驟1中采用的起始頻率的頻率號(hào)i(0《i《M-1)，并根據(jù)出現(xiàn)大于或等于同步捕 射頂Csyn-th關(guān)灘^憾t匕織涵鍾錯(cuò),PN織,歹U偉wfi (w二l,2,…,K)和同步跳數(shù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值C，計(jì)算接收方需要等待的跳數(shù)W，等待跳 數(shù)完成后，能使下一跳收發(fā)雙方頻率在第0號(hào)頻率f。上對(duì)準(zhǔn)，并且PN序列相位偏移為0的 位置；其中，等待跳數(shù)W的計(jì)算公式為W = (mxN — i —C —nxM)%N，(其中符號(hào)％ 表示求模運(yùn)算)。
步驟7:進(jìn)行捕獲驗(yàn)證。
如果連續(xù)V個(gè)同步PN信噪比序列都檢測(cè)到大于或等于同步捕獲門限^，&的同步信號(hào)
信噪比相關(guān)檢測(cè)值，則同步捕獲成功，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入同步跟蹤狀態(tài)；如果連續(xù)V個(gè)同步PN信噪 比序列中任何一個(gè)未能檢測(cè)到大于或等于同步捕獲門限Ap^的同步信號(hào)信噪比相關(guān)檢測(cè)
值，則下一跳更換本地初始頻率，轉(zhuǎn)入步驟2重新進(jìn)行同步捕獲。
本發(fā)明提供了FFH系統(tǒng)的一種同步捕獲的方法，采用雙圖案的同步捕獲頭設(shè)計(jì)，充分利 用跳頻頻率和同步PN序列信息；采用噪聲歸一化方法，使同步捕獲門限的選擇簡(jiǎn)單可靠； 采用早、遲門信號(hào)同時(shí)進(jìn)行解調(diào)，可以在不增加系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，提高未完全同步 帶時(shí)解調(diào)的可靠性；采用基于頻率-PN序列圖案信噪比作為同步捕獲的軟判量，減少了同步 信息的損失。綜合上述各優(yōu)點(diǎn)，使FFH系統(tǒng)在干擾信道和衰落信道下具有更強(qiáng)的魯棒性，提 高了系統(tǒng)的同步捕獲性能。


圖1是跳頻頻率-PN序列雙圖案。
其中M是同步跳頻頻率個(gè)數(shù)；N是同步PN序列長(zhǎng)度。 圖2是FFH系統(tǒng)同步捕獲系統(tǒng)整體鏈路圖。
其中l(wèi)為跳頻信號(hào)解跳，2為中頻濾波，3為A/D， 4為早門IFFTf， 5為早門噪聲歸一 化模塊，6為早門本地PN序列，7為早門同步PN信噪比序列，8為遲門IFFlf， 9為遲門噪聲歸一化模塊，IO為遲門本地PN序列，11為遲門同步PN信噪比序列，12為K路同步門限 判決，13為同步控制單元，14為跳頻頻率合成器。
圖3是本發(fā)明提供的一種FFH系統(tǒng)中基于PN序列信噪比的同步捕獲方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明FFH系統(tǒng)的一種基于頻率-PN序列圖案信噪比的同步捕獲方法，其主要?jiǎng)?chuàng)新是采 用基于頻率-PN序列圖案信噪比作為同步捕獲軟判決量，減少了同步信息的損失；采用早遲 門解調(diào)方法削弱了未完全同步帶來的解調(diào)的不可靠性，在不增加系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的基礎(chǔ)上， 提高FFH系統(tǒng)的同步捕獲性能;另外充分利用了跳頻頻率圖案和同步PN序列圖案的雙圖案信 息。各種優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，使同步系統(tǒng)在干擾信道和衰落信道下具有更強(qiáng)的魯棒性。
計(jì)算機(jī)仿真表明，取M-21個(gè)跳頻頻率，長(zhǎng)度為N43的PN序列(具體可采用自相關(guān)性 好的m序列)，同步捕獲頭長(zhǎng)度為9072跳，若2N跳后，仍未檢測(cè)到同步相關(guān)峰則計(jì)數(shù)器清 零，且強(qiáng)制更改本地起始頻率，捕獲驗(yàn)證次數(shù)為V-3次，跳頻速率為100000慰fe/秒，每跳發(fā) 送lbit同步數(shù)據(jù)，每跳信號(hào)采樣256各樣點(diǎn)時(shí)，在AWGN信道下，信噪比為2dB、信道誤碼 率為0.2264時(shí)，選取合適的同步捕獲門限使PN序列虛警概率為1E-5時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的同步捕 獲概率為98%，完全滿足FFH系統(tǒng)要求信道誤碼率為0.1時(shí)，同步捕獲概率需大于90%的同 步性能規(guī)定。
權(quán)利要求
1、一種FFH系統(tǒng)中基于PN序列信噪比的同步捕獲方法，包括以下步驟設(shè)定FFH系統(tǒng)發(fā)送方采用M個(gè)同步跳頻頻率調(diào)制長(zhǎng)度為N的同步PN序列，M≤N，K＝N/M，K為正整數(shù)，每個(gè)跳頻頻率調(diào)制一個(gè)同步PN-chip，M個(gè)跳頻同步頻率構(gòu)成了一個(gè)跳頻同步頻率圖案F＝{f0，f1，fi，...，fM-1}，fi記為第i個(gè)同步頻率，0≤i≤M-1，N個(gè)同步PN-chip構(gòu)成一個(gè)同步PN序列圖案S＝{PN0，PN1，PNi，...，PNN-1}，跳頻同步頻率圖案和同步PN序列圖案共同構(gòu)成跳頻頻率-PN序列雙圖案；步驟1同步處理開始時(shí)，接收方采用與發(fā)送方相同的跳頻同步頻率圖案，以該跳頻同步頻率圖案中的任意一個(gè)頻率作為起始頻率進(jìn)行解跳處理，同時(shí)同步跳計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值C從1開始計(jì)數(shù)；步驟2解跳時(shí)，分別對(duì)第C跳早門和遲門信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過快速傅氏變換和取模的平方處理，即|FFT|2處理，并進(jìn)行噪聲歸一化處理；由于有K＝N/M個(gè)相位依次相差為M的早、遲門本地同步PN序列值，故得到第C跳第n，n＝1，2，…，K，個(gè)本地同步PN序列值對(duì)應(yīng)的早門基帶信號(hào)的2FSK調(diào)制頻點(diǎn)的信噪比XznC，即早門同步PN-chip信噪比XznC；同時(shí)得到第C跳第n，n＝1，2，…，K，個(gè)本地同步PN序列值對(duì)應(yīng)的遲門基帶信號(hào)的2FSK調(diào)制頻點(diǎn)的信噪比，即遲門同步PN-chip信噪比XcnC；步驟3將步驟2所得的連續(xù)C跳早門同步PN-chip信噪比XznC和遲門同步PN-chip信噪比XcnC按跳數(shù)的先后順序分別組成第n(n＝1，2，…，K)個(gè)早門信噪比序列{XznC}和遲門信噪比序列{XcnC}；步驟4當(dāng)C≥N時(shí)，分別舍去早門信噪比序列{XznC}和遲門信噪比序列{XcnC}中前C-N跳信噪比XznC，1≤C＜N，和XcnC，1≤C＜N，得到長(zhǎng)度為N的K路早門同步PN信噪比序列和K路遲門同步PN信噪比序列，分別對(duì)K路早門同步PN信噪比序列和遲門同步PN信噪比序列求代數(shù)和，得到K個(gè)早門同步信號(hào)信噪比相關(guān)檢測(cè)值和K個(gè)遲門同步信號(hào)信噪比相關(guān)檢測(cè)值；步驟5早、遲門分別進(jìn)行K路信噪比相關(guān)檢測(cè)值門限判決，判斷由步驟4所得的2K個(gè)同步信號(hào)信噪比相關(guān)檢測(cè)值中是否存在大于或等于同步捕獲門限ζSyn-th的情況；若存在，則轉(zhuǎn)入步驟6；若不存在且C＜mN，m為正整數(shù)，則在下一跳同步跳計(jì)數(shù)器C增加1的同時(shí)返回步驟2；若不存在且C≥mN，則在下一跳將同步跳計(jì)數(shù)器C清零后重新開始從1計(jì)數(shù)，并更換本地初始頻率，返回步驟2；步驟6進(jìn)行同步PN序列定位；根據(jù)步驟1中采用的起始頻率的頻率號(hào)i，0≤i≤M-1，并根據(jù)出現(xiàn)大于或等于同步捕獲門限ζSyn-th的同步信號(hào)信噪比相關(guān)檢測(cè)值所在的同步PN似然比序列中的n值和同步跳數(shù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值C，計(jì)算接收方需要等待的跳數(shù)W，等待跳數(shù)完成后，能使下一跳收發(fā)雙方頻率在第0號(hào)頻率f0上對(duì)準(zhǔn)，并且PN序列相位偏移為0的位置；其中，等待跳數(shù)W的計(jì)算公式為W＝(m×N-i-C-n×M)％N，其中符號(hào)％表示求模運(yùn)算；步驟7進(jìn)行捕獲驗(yàn)證；如果連續(xù)V個(gè)同步PN信噪比序列都檢測(cè)到大于或等于同步捕獲門限ζSyn-th的同步信號(hào)信噪比相關(guān)檢測(cè)值，則同步捕獲成功，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入同步跟蹤狀態(tài)；如果連續(xù)V個(gè)同步PN信噪比序列中任何一個(gè)未能檢測(cè)到大于或等于同步捕獲門限ζSyn-th的同步信號(hào)信噪比相關(guān)檢測(cè)值，則下一跳更換本地初始頻率，轉(zhuǎn)入步驟2重新進(jìn)行同步捕獲。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的FFH系統(tǒng)中基于PN序列信噪比的同步捕獲方法，其特征在于，其特征在于，所述M取正整數(shù)21，所述N取正整數(shù)63;所述PN序列采用自相關(guān)性好的m序列。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的FFH系統(tǒng)中基于PN序列信噪比的同步捕獲方法，其特征在于，步驟5中所述m取正整數(shù)2。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的FFH系統(tǒng)中基于PN序列信噪比的同步捕獲方法，其特征在于，步驟7中所述V取正整數(shù)3。
全文摘要
一種FFH系統(tǒng)中基于PN序列信噪比的同步捕獲方法，屬于通信抗干擾技術(shù)領(lǐng)域，涉及快速跳頻(Fast Frequency Hopping，F(xiàn)FH)通信系統(tǒng)，尤其是FFH通信系統(tǒng)的同步方法。本發(fā)明采用雙圖案的同步捕獲頭設(shè)計(jì)，充分利用了跳頻頻率和同步PN序列信息；采用早、遲門信號(hào)同時(shí)進(jìn)行解調(diào)，可以在不增加系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，提高未完全同步時(shí)解調(diào)的可靠性；采用基于頻率-PN序列圖案信噪比作為同步捕獲的軟判決量，減少了同步信息的損失。本發(fā)明可使FFH系統(tǒng)在干擾信道和衰落信道下具有更強(qiáng)的魯棒性，提高了FFH系統(tǒng)的同步捕獲性能。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101667987SQ20091016773
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者喬 劉, 李少謙, 程郁凡, 陳亞丁 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)