[发明专利]可变积分时间扩频通信位同步方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及扩频通信位同步的方法和系统，更具体地涉及可变积分时间位同步方法，判决接收信号中调制电文的比特边界的一种扩频通信位同步方法和系统。 

背景技术

扩频通信广泛应用于移动通信、卫星导航等领域。位(比特)同步技术是扩频通信技术中的重要内容。每一个调制电文数据比特对应多个周期的伪随机码，实现位同步，即确定接收信号中调制电文的比特边界的位置，是实现解调电文、伪距计算以及利用相干累加实现高灵敏跟踪的基础。 

在由谢钢所著的《GPS原理与接收机设计》(北京，电子工业出版社，2009)中和由Krumvieda K.、Cloman C.、Olson E.、Thomas J.、Kober W.和Madhani P.于2001年9月在犹他州盐湖城的ION GPS会议发表在会议记录第789-829页的《A Complete IF Software GPS Receiver：A Tutorial About the Details》中，公开了用于位同步的传统的直方图方法。传统的直方图方法是一种被广泛使用的统计估计方法，它通过统计相关器或者锁相环输出的前后数据的符号变化来进行检测。以GPS为例，输出数据的周期是1ms，一共有20个比特边界候选位置，经过一段时间的统计，如果其中一个比特边界候选位置的符号翻转次数明显多于其他位置，那么就判决该比特边界候选位置为比特边界。该方法本质上是对数据输出进行了硬判决，只使用了相邻两个伪随机码(C/A码)周期的符号变化，而不是全部20个周期(20ms)的能量，因此在低信噪比时性能较差。 

Dafesh P.在美国专利US 7042930中公开了一种用硬件实现的位同步方法。在这种算法中，接收机利用20个并行相关器对接收信号进行时间长度为20ms的相干积分，并使20个相关支路的相干积分起始沿分 别相差1ms，然后检测这20个相干积分结果的信噪比，若某条支路相干积分结果信噪比最小，则相应的相干积分起始沿必定与比特边界相差10ms，发生了数值正负抵消，导致了相干积分结果信噪比最低。 

Kaplan E.在2006年由Artech House，Inc.出版的《Understanding GPS：Princples and Applications，Second Edition》中提到，科思塔斯环对20个1ms长的相干积分值进行相加，然后根据和的正负来判断该20ms长的正常数据比特值。丹麦Aalborg大学的Rinder P.和BertelsenN.于2004年在硕士论文《Design of Single Frequency GPS Software Receiver》中采用了求平均值的方法，首先将1ms宽的数据比特表达成+1和-1的形式，如果20个1ms长的数据比特电文平均值≥+0.9或者≤-0.9，那么相应的数据比特就判为+1或者-1；如果电文平均值介于+0.9至-0.9之间，则这一数据比特解调结果视为无效，或者当前位同步结果是错误的。 

Kokkonen M，S Pietila.于2002年4月在IEEE Positioning，Location，and Navigation Symposium(PLANS)上发表的《A New Bit Synchronization Method of a GPS Receiver》中提出了最大似然方法(Maximum likelihood/ML)，并应用于GPS。该方法把每个比特边界候选位置之后的连续20个数据进行累计，求包络得到相应的比特能量，再把比特能量通过一段时间的累积，获得对应20个位置中比特能量最大的位置，即比特边界的位置。最大似然算法比直方图法性能要好，通过分析，在20dB-Hz下，需要4s时间可以得到可靠的同步。Zeidan在2006年由英国伦敦Artech House出版的《The GNSS Technology and Application Series》中的《GNSS Receivers for Weak Signals》中，给出了一种利用Viterbi算法对最大似然估计的实现，对最大似然方法的具体实现进行了简化。 

在实际使用位同步算法的过程中，为了保证在低信噪比情况下较低的错误估计概率(Estimation Error Rate/EER)，常固定一个较长的检测时间。但对于强信号，固定一个长的检测时间延长了平均估计时间，从而对于卫星导航接收机来说，延长了首次定位时间(Time to First Fix/TTFF)。 

发明内容