[发明专利]低信噪比短帧突发通信开环解调方法及装置

说明书

本发明低信噪比短帧突发通信开环解调方法及装置，属于直接序列扩频通信解调技术领域。本发明采用分段数据处理的方式，先对解扩数据解线调，之后做补零FFT，估计出频偏变化率和频偏并进行补偿。利用穷举法对每段频偏进行精确估计并且补偿，利用帧头极性对相位进行解模糊，完成数据的正确解调。对比现有技术，本发明克服传统锁相环相干解调装置具有相位模糊以及收敛速度慢等不足，能够实现对频偏和频偏变化率快速搜索并补偿，完成相位鉴别，相位纠正，保证短时间，低信噪比条件下，直接序列扩频信号能够正常解调。

技术领域

本发明涉及一种载波相位跟踪与相干解调方法(下文简称解调装置)，尤其涉及低信噪比短帧突发通信开环解调方法及装置，适用于高动态，低信噪比等环境下的短帧突发直接序列扩频系统载波频偏、频偏变化率的开环搜索、跟踪和符号相干解调，属于直接序列扩频通信中的解调技术领域。

背景技术

高速飞行器间与地面设备或高速飞行器之间的通信具有通信距离远、链路衰减大、信噪比低的特点，因此常采用直接序列扩频通信体制；且该种通信往往要求保证通信隐蔽性、具备防侦测能力，因而采用短帧突发体制。由于飞行器的运动速度快，运动特性复杂，通信链路上的发射机和接收端之间的相对径向运动存在一阶甚至高阶加速度，一方面由于是短帧突发的通信体制，帧通信的时间很短，所以高阶运动加速度可忽略，但另一方面接收机接收信号存在很大的多普勒频偏和多普勒一阶频偏变化率(下文简称频偏变化率)不可忽略；由于接收信号的信噪比很低，所以采用相干解调的方式，如果采用锁相环的方式去实现对载波多普勒频偏和频偏变化率的跟踪，在短帧突发通信体制下，会出现环路无法及时收敛，导致数据不能正常解调，因此应采用搜索速度更快，时间更短的开环搜索方式，完成相干解调。

通常的直接序列扩频接收机主要包括捕获模块、解扩模块、解调模块，译码模块等。捕获模块的作用是获得接收信号的频偏和相位信息，送入解扩模块；解扩模块利用捕获信息，恢复扩频前的数据；解调模块利用解扩输出数据，恢复调制前的基带信息；译码模块是利用解调模块的输出完成译码。

假设直接序列扩频通信接收机扩频码为c[l],l＝0,1,2,…,L-1，L为扩频码长度。c(l)取值为0或者1，采用无线电技术惯例，c[l]＝0表示逻辑正，c[l]＝1表示逻辑负，并且采用根升余弦脉冲成形，脉冲成形滤波器冲击函数为h(t)，则成形之后的基带波形表达式为：

其中，b[m]为基带数据符号，其周期T_s＝LT_c，T_c为码片周期，短帧突发通信体制中，一般对突发帧帧结构有一定要求；为了便于捕获，帧通信开始先要发射导频信号，即b[m]恒为0。导频信号结束后，b[m]为长度固定的M序列或者是Gold码的帧头，帧头结束后是数据段。经过调制后，射频所发出的信号为：

S_srnd(t)＝cos(2πf_RFt)S_b，s(t)

上式中，f_RF为射频频率，并且为了表达方便，假设发射信号载波初相位和码初相位均为0。

经过无线传输过程的多普勒效应和信号延迟,到达接收机，对射频信号进行I/Q两路正交下变频，得到复基带信号为：

上式中f_β和f_σ分别为，通信链路双方相对径向加速运动产生的多普勒频偏变化率和多普勒频偏；τ₀为码相位延迟。通过接收机的捕获模块完成多普勒频偏和伪码相位二维搜索。其中，一旦考虑频偏变化率，“频偏”和“初始频偏”就是两个不同的概念。默认情况下“频偏”指的是瞬时频偏；但是对于存在频偏变化率的场合，瞬时频偏是时变函数，只有“初始频偏”(帧突发通信开始时的瞬时频偏)才是恒定不变的。捕获装置得到频偏是瞬时频偏。