[发明专利]一种PSWF脉冲调制信号的同步捕获方法

说明书

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-椭圆球面波函数(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.Alcocerd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，PSWF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，0阶和1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0阶带通PSWF脉冲设计辅助序列，原理框图如图1中的发信端模块所示，1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：