直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲方法及捕獲裝置的製作方法

2023-07-31 04:24:21 1

專利名稱：直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲方法及捕獲裝置的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及到直接序列擴頻技術領域，特指直接序列擴頻系統使用多天線的
偽碼捕獲方法和設備。
背景技術：
直接序列擴頻系統具有良好的抗幹擾、抗截獲性能，還可以用於實現碼分多址、測 距和定時，因而在通信、定位與導航、測控系統等得到了廣泛的應用。 在直接序列擴頻系統中，接收機要正確解調接收到的信號，必須首先使得接收 機中的偽隨機序列(也稱PN碼，偽碼)與接收信號PN序列實現定時同步。這個同步過 程分為兩步來實現，即捕獲和跟蹤。通過捕獲階段，使得本地PN碼序列和接收PN碼序 列的定時誤差小於一個碼片，在幾分之一個碼片範圍內，所以捕獲又稱為粗同步(coarse synchronization)。捕獲過程完成後，經過碼跟蹤環路使得本地偽隨機序列的定時誤 差繼續減小，跟蹤環路還要跟蹤偽隨機序列定時的變化，這一過程也稱為細同步(fine synchronization)。由於直擴系統在PN碼捕獲前無法實現通信，因此擴頻系統接收及初始 階段的PN碼捕獲是正常工作時首要的任務，也是最具有挑戰性的任務之一。
直接序列擴頻系統中PN碼的捕獲是基於PN碼的相關特性。在實現上， 一般藉助於 發送的導頻序列進行，只需要將接收信號與不同相位的本地偽碼序列進行相關即可。PN碼 捕獲的實現方式大致可以歸結為三種滑動相關捕獲方式、匹配濾波器捕獲方式、序貫估值 捕獲方式。其中，序貫估值捕獲方式提出最早，但是該方法在低信噪比時性能較差，因此在 實際系統中很少應用。匹配濾波器方法可以實現PN碼的快速捕獲，早期使用模擬聲表面波 (SAW)器件或電荷耦合器件(CCD)實現PN碼的匹配濾波，現在全數字接收機系統中使用數 字方式實現匹配濾波器，匹配濾波器一般由一組乘法器、一個積分器和兩個帶抽頭的存儲 電路組成，其同步時間短，但電路複雜度和功耗較大。滑動相關器由一個乘法器和一個積分 器組成。接收信號與本地擴頻偽碼相乘，積分器在積分時間內對乘法器輸出進行累加。積 分器的輸出為該相位點的相關值。由於實現結構簡單，因而是目前實際系統尤其是全數字 系統中應用最多的一種PN碼捕獲方式。不過滑動相關器方法的捕獲時間較長，尤其是PN 碼序列較長的情況下和低信幹噪比的情況下。目前常用的捕獲方法大多是在滑動相關器捕 獲方式的基礎上，採取一些措施來減小捕獲時間，例如使用並行捕獲和串行並行組合的捕 獲方式。捕獲方法還與不同的搜索和校驗策略相結合，如單次固定駐留策略、多次固定駐留 策略、可變駐留時間策略等，在此基礎上發展出各種改進的PN碼捕獲方式，提高捕獲性能。
隨著多天線系統(有的文獻資料中稱為陣列天線)在通信系統中的應用，有關的 信號檢測已經有諸多方法被研究和提出，使用多天線的碼捕獲方法也引起了人們的重視。 使用多天線後，期望用戶信號能在更低的信幹噪比條件下工作，這時傳統的單天線捕獲方 法性能較差，在捕獲時使用多天線可以抑制幹擾，提高接收信號的信幹噪比，從而提高碼捕 獲的檢測性能。在遇到強的人為幹擾的應用環境中時，在捕獲時使用多天線可以在空域抑 制強幹擾，對信號提供抗幹擾保護。CN
陣列天線用於檢測時，一種方法是使用多天線進行空間分集接收，在分集時，天線 間隔應足夠大，以使得各個天線接收的信號的衰落互相獨立。所需的間隔取決於角度擴展， 它是接收信號到達接收天線時在空間上所跨越的角度範圍。另一種方法就是使用智能天線 技術進行波束形成，通過波束形成抑制幹擾以提高接收信號的信幹噪比。
與多天線用於檢測相類似，使用多天線的捕獲方法也可以分為兩類。
—類是在捕獲時使用多天線進行分集接收，參見文獻Oh-Soon Shin and Kwang Bok Lee， Use of Multiple Antennas for DS/CDMA Code Acquisition[J]， IEEE Trans. Wireless Co匪n. ， 2003， 2 (3) :424-430. (0h_Soon Shin and Kwang Bok Lee，使用多天 線用於直擴/碼分多址系統的碼捕獲，IEEE無線通信彙刊，2003，2(3) :424-430.)和文 獻R. R. Rick and L B. Milstein， Parallel acquisition of spread-spectrum signals with antenna diversity [J] ， IEEE Trans. Co匪n. ， 1997， 45 (8) :903-905 (R. R. Rick and L. B. Milstein，使用天線分集進行擴展頻譜信號的並行捕獲，IEEE通信彙刊，1997,45 (8): 903-905)中把傳統的單天線非相干捕獲擴展到多天線分集非相干捕獲，對多個陣元接收解 擴後的信號非相干合併後的輸出進行判決。分集接收的方法一般用於多個接收天線間具有 很大的陣元間隔的情況，這時可以認為發送信號經過多個獨立的傳輸信道到達接收機，各 個接收天線接收的信號是獨立的，通過分集接收可以提高信噪比和抑制衰落的影響。有的 方法中把多個天線陣元進行分組，每一組中的天線對不同的碼相位進行檢驗和判決，通過 這樣的分組以降低平均捕獲時間，不過為降低捕獲時間所需的天線數量增加了。
另一類方法是在捕獲時對多天線接收的信號進行波束形成以抑制幹擾和提高信 幹噪比，例如文獻B. Wang and H. M. Kwon， PN code acquisition using smart antenna for spread-spectrumwireless communications-I[J]， IEEE Trans on Vehicular Technology, 2003， 52(1) : 142-149 (B. Wang and H. M. Kwon，使用智能天線用於擴展頻譜無 線通信的偽隨機碼捕獲，IEEE移動技術彙刊，2003， 52(1) :142-149)中使用歸一化最小均 方算法(NLMS)得到空域加權的權值向量，在自適應過程中權值收斂比較慢，且其捕獲性能 難以進行準確的理論分析。 在現代的無線通信系統中，通信信道的參數一般是時變的，特別是在無線移動通 信環境下，由於時變衰落、多徑傳輸、幹擾等的影響，接收機的輸入信號和信幹噪比都會發 生變化，這種情況對PN碼捕獲提出了一些新的要求，因為使用固定的特定門限只能在很小 的信噪比範圍內獲得最佳的捕獲性能。在實際的擴頻通信系統中，往往需要考慮接收機在 寬的信噪比範圍甚至是在輸入信噪比全程動態範圍內實現PN碼的可靠捕獲，這時就需要 使用自適應判決門限。

發明內容
本發明要解決的技術問題就在於針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一 種具有結構簡單、抗幹擾能力強、可以實現判決門限與信幹噪比無關的自適應捕獲等特點 的直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲方法及裝置。
為解決上述技術問題，本發明提出的解決方案為 —種直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲方法，其特徵在於步驟為 ①、每個天線使用一個捕獲支路，根據每個天線接收信號得到接收信號的空間相關矩陣，結合捕獲支路輸出確定自適應權值向量； ②、使用上述步驟①中得到的自適應權值向量對捕獲支路輸出進行加權求和，輸 出作為捕獲判決的統計量； ③、將上述步驟②中得到的捕獲判決的統計量與門限進行比較做出判決，如果捕 獲判決的統計量大於門限，則轉入跟蹤階段；否則，變換捕獲支路中的本地PN碼相對於接 收信號的PN碼相位，重複進行上述過程。
所述步驟①的具體流程為 1、獲取每個天線陣元的接收信號的基帶信號的採樣； n、每個陣元基帶採樣信號通過一個捕獲支路，得到與本地偽碼信號的相關輸出，
多個支路的相關輸出構成一個輸出向量；i^-4l;x(/:kr(o-ix(r-y，其中(*)*表
r"， w
示共扼，X = [x(l)， x(2)，…，x(N)]是由觀測區間內的陣列接收信號向量組成的信號矩 陣，(1= [d(l)，d(2)，…，d(N)]T是參考信號向量，d(i) =c(i_A "，c(i)表示接收信號 PN碼在採樣時刻i的取值，A t是接收PN碼和本地PN碼的相位差，PN碼同步時A t = 0， y是在觀測區間內的陣列接收信號與參考信號進行相關的輸出，即解擴運算後的輸出向 ni、根據接收陣列的信號經過部分相關運算後得到空間相關矩陣，空間相關矩陣
A 1丄
由下式確定:丁lX(/)A:f(0。xJi)， i = 1，…，L按照下述過程確定對觀測區間 丄'=1
分塊，每一數據塊的數據採樣點為K， K為一個小的正整數。如果觀測檢測N為K的整數 倍，則觀測區間分為L = N/K個數據塊，每個數據塊樣點數量均為K。如果N不能被L整 除，觀測區間分為Z = 「iV/ifl個數據塊，這裡門表示上取整操作，這時前L-l段每段有K個 觀測值，最後一段有N-(L-1)K個觀測值。在每一塊內，利用該數據塊內的數據與參考信 號進行部分相關後的輸出數據來計算相關矩陣。如果N可以被L整除，部分相關後的輸
出數據為"^)-去ix(")"/K(("""力，W，2，…，Z;如果N不能被L整除，則部分 相關後的輸出數據可以表示為^(0 =+|>((''-1)"W((!'-，、1，2，…，I-1 ， 柳、J M i>,)°
TV — W - l仏j-jv-(i:- IV、結合空間相關矩陣和多個捕獲支路的輸出向量計算自適應陣列權值
作為本發明的進一步改進 所述門限根據虛警概率、天線數量、滑動相關器的積分長度確定。 所述虛警概率為^ = l攀)—M)XM-1(1-X"—'血，這裡B( ， )表示beta
函數，Pi為門限值。 作為本發明的進一步改進本發明提供一種直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼 捕獲裝置，其特徵在於，包括
模擬數字變換單元，用來接收每個天線送來的經射頻單元處理後的直接序列擴頻 信號，並對該信號進行採樣量化； 數字下變頻單元，接收經模擬數字變換單元傳來的採樣量化後的接收信號，進行 下變頻得到數字基帶信號； 相關器單元，接收經數字下變頻單元傳來的數字基帶信號，並將該數字基帶信號 與本地偽碼進行相關累加的輸出； 捕獲判決統計量計算單元，接收經數字下變頻單元傳來的數字基帶信號，得到空 間相關矩陣，並根據空間相關矩陣和相關器單元的輸出確定空域權值和判決統計量；
門限比較單元，預設有判決門限，將判決統計量與判決門限進行比較判決，如果判 決統計量大於判決門限，則轉入跟蹤過程；如果判決統計量小於判決門限，則改變本地偽碼 相對於接收偽碼的相位，重新根據接收信號計算判決統計量，進行門限判決，直到實現捕獲 轉入跟蹤過程為止。 所述捕獲判決統計量計算單元包括空間相關矩陣計算單元、空域權值計算單元和 空域加權單元。 所述數字下變頻單元包括載波發生器，經模擬數字變換單元傳來的採樣量化後的 接收信號與所述載波發生器產生的載波信號進行相乘實現下變頻，得到數字基帶信號。
作為本發明的進一步改進本發明提供一種直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼 捕獲裝置，其特徵在於，包括 模擬數字變換單元，用來接收每個天線送來的經射頻單元處理後的直接序列擴頻 信號，並對該信號進行採樣量化後分別送到一組以上的捕獲分支中； 所述每組捕獲分支均包括數字下變頻單元、相關器單元、捕獲判決統計量計算單 元；所述數字下變頻單元，接收經模擬數字變換單元傳來的採樣量化後的接收信號，進行下 變頻得到數字基帶信號；所述相關器單元，接收經數字下變頻單元傳來的數字基帶信號，並 將該數字基帶信號與本地偽碼進行相關累加的輸出；所述捕獲判決統計量計算單元，接收 經數字下變頻單元傳來的數字基帶信號，得到空間相關矩陣，並根據空間相關矩陣和相關 器單元的輸出確定空域權值和判決統計量； 最大值選擇單元，接收每組捕獲分支輸出的判決統計量，選擇最大的一個送到門 限比較單元。 門限比較單元，預設有判決門限，將判決統計量與判決門限進行比較判決，如果判 決統計量大於判決門限，則轉入跟蹤過程；如果判決統計量小於判決門限，則改變本地偽碼 相對於接收偽碼的相位，重新根據接收信號計算判決統計量，進行門限判決，直到實現捕獲 轉入跟蹤過程為止。 所述捕獲判決統計量計算單元包括空間相關矩陣計算單元、空域權值計算單元和 空域加權單元。 所述數字下變頻單元包括載波發生器，經模擬數字變換單元傳來的採樣量化後的 接收信號與所述載波發生器產生的載波信號進行相乘實現下變頻，得到數字基帶信號。
與現有技術相比，本發明的優點就在於 1、本發明直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲方法及裝置，主要適用於使用 多天線的直接序列擴頻系統中的偽隨機序列偽碼捕獲和空域權值捕獲，在進行偽碼捕獲的同時利用了陣列的抗幹擾能力，提高了偽碼捕獲性能；本發明的偽碼捕獲裝置，結構簡單實用，複雜度低，便於數位化實現。 2、本發明直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲方法及裝置，由於使用了基於空間相關矩陣的權值計算方法，與通過一些自適應訓練過程得到空域權值的方法相比，捕獲檢測概率高，空域權值收斂快，捕獲性能可以準確的進行分析，判決門限可以通過準確的計算得到。 3、本發明直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲方法及裝置，由於使用了基於空間相關矩陣的權值計算方法，因此判決門限與接收信號的信幹噪比無關，可以實現大的信幹噪比範圍內的可靠的偽碼捕獲。 4、本發明直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲方法及裝置，通用性較強，可與載波都卜勒搜索相結合；可以適用於任意的偽碼擴頻比，既可以用於周期性的短偽碼的捕獲，也可以用於長的非周期性的偽碼的捕獲。


圖1是本發明捕獲方法的流程示意 圖2是本發明捕獲裝置實施例1的框架結構示意 圖3是本發明捕獲裝置實施例2的框架結構示意圖。
圖例說明 100、模擬數字變換單元；101、模擬數字轉換單元；110、數字下變頻單元；111、載波發生器；120、相關器單元；121、本地偽碼發生器；122、相關累加器；130、捕獲判決統計量計算單元；131、空間相關矩陣計算單元；132、空域權值計算單元；133、空域加權單元；140、門限比較單元；141、門限設定單元；142、比較器；200、捕獲分支；300、最大值選擇單元。
具體實施例方式
以下將結合具體實施例和說明書附圖對本發明做進一步詳細說明。
如圖1所示，本發明直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲方法，基本過程是
每個天線使用一個捕獲支路，根據每個天線接收信號得到接收信號的空間相關矩陣，結合
捕獲支路輸出確定自適應權值向量；使用中得到的自適應權值向量對捕獲支路輸出進行加
權求和，輸出作為捕獲判決的統計量；將捕獲判決的統計量與門限進行比較做出判決，如果
捕獲判決的統計量大於門限，則轉入跟蹤階段；否則，變換捕獲支路中的本地PN碼相對於
接收信號的PN碼相位，重複進行上述過程。 本發明直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲方法的詳細流程為
步驟Sl :首先進行初始化，設定系統中參數N、 M、 K、門限|3 T。 步驟S2 :在步驟S2獲取每個天線陣元接收信號的基帶信號的採樣。天線接收的信號經過射頻單元放大濾波後，經過下變頻得到基帶信號進行採樣；或者對中頻信號採樣，然後數字下變頻到基帶。如果是對基帶信號採樣，則下變頻單元還可以用於進行載波都卜勒的搜索。假定觀測時間內得到N次陣列採樣快拍，接收端天線陣列陣元數量為M，得到第i次快拍的陣列數據向量是 x(i) = [Xl(i)，x2(i)，…，XM(i)]T (1)
這裡(')T表示轉置運算，i = 1，…N是採樣時刻和數據的編號，並以此作為時
間參考。 觀測區間內的接收數據矩陣為X = [x(l)，x(2)， ".，x(N)]。 步驟S3、每個陣元基帶採樣信號通過一個捕獲支路，得到與本地偽碼信號的相關
輸出，多個支路的相關輸出構成一個輸出向量。1 w 1,w = 77 S(0 = 77= ^ (2) 這裡，(*)*表示共扼。d= [d(l)， d(2)，， d(N)]T是參考信號向量，d(i)=c(i-A i)，c(i)表示接收信號PN碼在採樣時刻i的取值，A t是接收PN碼和本地PN碼的相位差，PN碼同步時A t = 0。 y是在觀測區間內的陣列接收信號與參考信號進行相關的輸出，即解擴運算後的輸出向量。 步驟S4、根據接收陣列的信號經過部分相關運算後計算空間相關矩陣。 對觀測區間分塊，每一數據塊的數據採樣點為K， K為一個小的正整數。如果觀測
檢測N為K的整數倍，則觀測區間分為L = N/K個數據塊，每個數據塊樣點數量均為K。如
果N不能被L整除，觀測區間分為Z = 「7V/《"l個數據塊，這裡門表示上取整操作，這時前L-l
段每段有K個觀測值，最後一段有N-(L-1)K個觀測值。在每一塊內，利用該數據塊內的數
據與參考信號進行部分相關後的輸出數據來計算相關矩陣。如果N可以被L整除，部分相
關後的輸出數據可以表示為
=+—!)亙+W((''—1)〖+力，=…,Z (3a)
如果N不能被L整除，則部分相關後的輸出數據可以表示為
A ('■) -去IX(Z' — + W ((' — +力 ="…，丄—1
"固 ,
空間相關矩陣由下式確定
夂4i],《(0 (4)
丄'=1
步驟S5、結合空間相關矩陣和多個捕獲支路的輸出向量計算自適應陣列權值。
";工 (5)
步驟S6、根據多個捕獲支路的輸出向量進行加權z =々=化> (6)
步驟S7、加權輸出z與判決門限！^進行比較。對於單停留搜索策略，如果判決統計量z小於門限，則轉入步驟S8，否則轉入步驟S9。門限根據系統參數和性能指標要求確定。這些參數包括虛警概率、天線數量、滑動相關器的積分長度。
上述檢測方法的虛警概率可以用下式得到
formula see original document page 10(7) 這裡B(，， )表示beta函數。根據系統要求的虛警概率，天線數量，觀測檢測長度，分段數量，通過數值計算可以確定判決門限PT。對於實際應用中的多組典型參數，可預先計算好門限並存儲，在初始化時根據系統參數讀取相應的判決門限。 步驟S8、如果判決統計量z小於門限，則轉入步驟S8，改變本地偽碼相對於接收偽碼的相位，重複上述步驟S2到S7的過程。 步驟S9、如果判決統計量z大於等於門限，則轉入步驟S9，將捕獲的偽碼定時自適應權值輸出，捕獲過程結束，轉入偽碼跟蹤階段。 上面描述中是針對沒有使用載波都卜勒搜索的情況。對於帶有載波都卜勒(由於收發載波頻率偏差、收發雙方的運動、傳輸信號的都卜勒頻移等引起的頻率偏差)搜索的情況，本發明中提出的偽碼捕獲方法可以和都卜勒搜索相結合。 偽碼捕獲裝置可以與並行都卜勒搜索結合，這時使用多個偽碼捕獲和空域權值捕獲單元。載波發生器產生不同頻率的載波，採樣數據使用不同頻率的載波進行下變頻，然後分別送到偽碼捕獲和空域權值捕獲單元，從多個捕獲判決統計量中選擇最大的一個值進行捕獲判決。在每個偽碼捕獲和空域權值捕獲單元中，基本步驟與上面描述的過程類似。
偽碼捕獲裝置可與載波都卜勒串行搜索結合，在一定範圍內改變載波發生器的頻率進行串行搜索，這時僅使用單個偽碼捕獲和空域權值捕獲單元。 基於上述偽碼捕獲方法，本發明進而提供一種偽碼捕獲裝置。下面結合具體實例對本發明偽碼捕獲裝置做詳細說明。 實施例1 :如圖2所示，本實施例中不考慮載波都卜勒搜索，這種情況適用於載波收發頻率偏差比較小的應用場合。系統接收端使用M個天線，每個天線接收的直接序列擴頻信號先經過射頻單元經過低噪聲放大、濾波、變頻到中頻信號後，送到圖2中的捕獲裝置。 送到捕獲裝置的信號先送到模擬數字變換單元100。模擬數字變換單元由M個模擬數字轉換器(ADC) 101組成，在模擬數字變換單元進行採樣量化，以便進行後期的數位化處理。 在數字下變頻單元110中，採樣量化後的接收信號與載波發生器111產生的載波信號進行相乘，實現下變頻，得到數字基帶信號。觀測時間內得到N次陣列採樣快拍，第i次快拍數據的向量形式是 x(i) = [Xl(i)，X2(i)， ...，xM(i)]T (8) 這裡(，)T表示轉置運算，i = 1，…N是採樣時刻和數據的編號，並以此作為時
間參考。 數字基帶信號送到相關器單元120，計算與本地偽碼相關累加的輸出。 在相關器單元中，包含M個相關累加器122。在這裡，每個天線通路的基帶採樣信
號與本地偽碼發生器產生121的偽碼信號進行相關，多個支路的相關輸出構成一個輸出向 formula see original document page 11 (9) 這裡，( )*表示共扼，d(i)表示本地偽碼發生器產生的偽碼在採樣時刻i的取值。 數字基帶信號同時還送到捕獲判決統計量計算單元130，用於計算空間相關矩陣。捕獲判決統計量計算單元包括三部分電路空間相關矩陣計算單元131、空域權值計算單元132、空域加權單元133。該單元的處理過程為
1)確定空間相關矩陣。 對觀測區間分塊，每一數據塊的數據採樣點為K， K為一個小的正整數。如果觀測檢測N為K的整數倍，則觀測區間分為L = N/K個數據塊，每個數據塊樣點數量均為K。如果N不能被L整除，觀測區間分為丄=「iV/尤"l個數據塊，這裡「.1表示上取整操作，這時前L-l段每段有K個觀測值，最後一段有N-(L-1)K個觀測值。在每一塊內，利用該數據塊內的數據與參考信號進行部分相關後的輸出數據來計算相關矩陣。如果N可以被L整除，部分相關後的輸出數據可以表示為
A(' ) = 4'. -l)尺+ W("-1)"力，= 1,2,.." (10a)
如果N不能被L整除，則部分相關後的輸出數據可以表示為W) = 士 !>((' — D《+ —1)《+力="…，Z -1
1
iV - (丄- l)K >w-(￡-i)*a:+i
根據下式確定空間相關矩陣
(10b)
(ii)
2) 確定空域權值
根據空間相關矩陣^^和相關器單元輸出y得到空域加權處理的自適應權值
3) 確定判決統計量
z =々 (12)
在門限比較單元140，判決統計量z，與門限設定單元141確定的判決門限Pt在比較器142中進行比較判決。本實施例中使用的是單停留搜索策略，如果判決統計量大於門限！^，則轉入跟蹤過程。如果小於判決門限！^，則控制本地偽碼發生器121，改變本地偽碼相對於接收偽碼的相位，重新根據接收信號計算判決統計量，進行門限判決，直到實現捕獲轉入跟蹤過程為止。 門限！^根據系統參數和性能指標要求確定。這些參數包括虛警概率、天線數量、
滑動相關器的積分長度等，在本實施例中，虛警概率可由下式得到
1
(1 —x)
丄一M-l
血
(13)
機5(M，U)
這裡B(， ， )表示beta函數。根據系統要求的虛警概率，結合系統使用的天線數量、觀測檢測長度、分段數量，通過數值計算可以確定判決門限PT。對於實際應用中的多組典型參數，可預先計算好門限並存儲，然後從存儲器中讀取相應的門限值用於捕獲判決。
實施例2 :如圖3所示，在本實施例中，使用了載波都卜勒並行搜索，這種情況適用於載波收發頻率偏差比較大的應用場合。系統接收端使用M個天線，每個天線接收的直接序列擴頻信號先經過射頻單元經過低噪聲放大、濾波、變頻到中頻信號後，送到圖2中的捕
1獲裝置。 送到捕獲裝置的信號先經過模擬數字變換單元100，進行採樣量化，以便進行後期的數位化處理。採樣量化的數位訊號分別送到P組捕獲分支200中。每組捕獲分支200中，均包含數字下變頻單元110、相關器單元120、捕獲判決統計量計算單元130。在本實施例中，P組捕獲分支200中的每個載波發生器111均產生有一定差異的多個載波頻率用於下變頻，得到數字基帶信號，此外這些單元的基本組成與實施例1中相同，因此這裡不再詳細描述。每組捕獲分支200均輸出一個判決統計量，送到最大值選擇單元300，選擇其中最大的一個Zm送到門限比較單元140。 在門限比較單元140中，判決統計量zm與判決門限13 T進行比較判決。本實施例中的門限的確定方法與實施例1中相同。本實施例中使用的是單停留搜索策略，如果判決統計量大於門限P T，則轉入跟蹤過程。如果小於判決門限P T，則控制本地偽碼發生器121，改變本地偽碼相對於接收偽碼的相位，重新根據接收信號計算判決統計量，進行門限判決，直到實現捕獲轉入跟蹤過程為止。 以上所述僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護範圍並不僅局限於上述實施例，凡屬於本發明思路下的技術方案均屬於本發明的保護範圍。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
一種直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲方法，其特徵在於步驟為①、每個天線使用一個捕獲支路，根據每個天線接收信號得到接收信號的空間相關矩陣，結合捕獲支路輸出確定自適應權值向量；②、使用上述步驟①中得到的自適應權值向量對捕獲支路輸出進行加權求和，輸出作為捕獲判決的統計量；③、將上述步驟②中得到的捕獲判決的統計量與門限進行比較做出判決，如果捕獲判決的統計量大於門限，則轉入跟蹤階段；否則，變換捕獲支路中的本地PN碼相對於接收信號的PN碼相位，重複進行上述過程。
2. 根據權利要求1所述的直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲方法，其特徵在於 所述步驟①的具體流程為1、獲取每個天線陣元接收信號的基帶信號的採樣；n、每個陣元基帶採樣信號通過一個捕獲支路，得到與本地偽碼信號的相關輸出，多個支路的相關輸出構成一個輸出向量^ ^=^|>(^(0 = ^^(1'"，其中(*)*表示共扼，X: [x(l)，x(2)，…，x(N)]是由觀測區間內的陣列接收信號向量組成的信號矩陣，(1 = [d(l)，d(2)，…，d(N)]T是參考信號向量，d(i) = c(i-A "，c(i)表示接收信號PN碼在 採樣時刻i的取值，△ t是接收PN碼和本地PN碼的相位差，PN碼同步時At = 0， y是 在觀測區間內的陣列接收信號與參考信號進行相關的輸出，即解擴運算後的輸出向量；ni、根據接收陣列的信號經過部分相關運算後得到空間相關矩陣，所述空間相關矩陣由下式確定^ ^+i^(0^(0，其中Xl(i)， i = 1，…，L按照下述過程確定對觀測區間分塊，每一數據塊的數據採樣點為K， K為一個小的正整數；如果觀測檢測N為K的整 數倍，則觀測區間分為L = N/K個數據塊，每個數據塊樣點數量均為K ;如果N不能被L整 除，觀測區間分為Z = 「W/《l個數據塊，這裡「."1表示上取整操作，這時前L-l段每段有K個 觀測值，最後一段有N-(L-1)K個觀測值；在每一塊內，利用該數據塊內的數據與參考信號 進行部分相關後的輸出數據來計算相關矩陣；如果N可以被L整除，部分相關後的輸出數據為^('') =+1>((卜1)《+永、-1)《+力，1 = 1，2，…，L;如果N不能被L整除，則部分 k片相關後的輸出數據可以表示為* = + |>((卜1)尺+ 7')^((卜1)^ +力，i = l，2，…，L-1，yv — (丄—a ^w-(i-iv、結合空間相關矩陣和多個捕獲支路的輸出向量計算自適應陣列權值"-^;1^。
3. 根據權利要求i或2所述的直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲方法，其特徵 在於所述門限根據虛警概率、天線數量、滑動相關器的積分長度確定。
4. 根據權利要求3所述的直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲方法，其特徵在於所述虛警概率為^ = jl翠i —M),H1 ，這裡B( ， )表示Beta函數， Pi為門限值。
5. —種直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲裝置，其特徵在於，包括 模擬數字變換單元(100)，用來接收每個天線送來的經射頻單元處理後的直接序列擴頻信號，並對該信號進行採樣量化；數字下變頻單元(110)，接收經模擬數字變換單元(100)傳來的採樣量化後的接收信 號，進行下變頻得到數字基帶信號；相關器單元(120)，接收經數字下變頻單元(110)傳來的數字基帶信號，並將該數字基 帶信號與本地偽碼進行相關累加後輸出；捕獲判決統計量計算單元(130)，接收經數字下變頻單元(110)傳來的數字基帶信號， 得到空間相關矩陣，並根據空間相關矩陣和相關器單元(120)的輸出確定空域權值和判決 統計量；門限比較單元(140)，預設有判決門限，將判決統計量與判決門限進行比較判決，如果 判決統計量大於判決門限，則轉入跟蹤過程；如果判決統計量小於判決門限，則改變本地偽 碼相對於接收偽碼的相位，重新根據接收信號計算判決統計量，進行門限判決，直到實現捕 獲轉入跟蹤過程為止。
6. 根據權利要求5所述的直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲裝置，其特徵在 於所述捕獲判決統計量計算單元(130)包括空間相關矩陣計算單元(131)、空域權值計算 單元(132)和空域加權單元(133)。
7. 根據權利要求5或6所述的直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲裝置，其特徵 在於所述數字下變頻單元(110)包括載波發生器(lll)，經模擬數字變換單元(100)傳來 的採樣量化後的接收信號與所述載波發生器(111)產生的載波信號進行相乘實現下變頻， 得到數字基帶信號。
8. —種直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲裝置，其特徵在於，包括 模擬數字變換單元(100)，用來接收每個天線送來的經射頻單元處理後的直接序列擴頻信號，並對該信號進行採樣量化後分別送到一組以上的捕獲分支(200)中；所述每組捕獲分支(200)均包括數字下變頻單元(110)、相關器單元(120)、捕獲判決 統計量計算單元(130);所述數字下變頻單元(IIO)，接收經模擬數字變換單元(100)傳來 的採樣量化後的接收信號，進行下變頻得到數字基帶信號；所述相關器單元(120)，接收經 數字下變頻單元(110)傳來的數字基帶信號，並將該數字基帶信號與本地偽碼進行相關累 加的輸出；所述捕獲判決統計量計算單元(130)，接收經數字下變頻單元(110)傳來的數字 基帶信號，得到空間相關矩陣，並根據空間相關矩陣和相關器單元(120)的輸出確定空域 權值和判決統計量；最大值選擇單元(300)，接收每一組捕獲分支(200)輸出的判決統計量，選擇最大的一 個送到門限比較單元(140);門限比較單元(140)，預設有判決門限，將判決統計量與判決門限進行比較判決，如果 判決統計量大於判決門限，則轉入跟蹤過程；如果判決統計量小於判決門限，則改變本地偽 碼相對於接收偽碼的相位，重新根據接收信號計算判決統計量，進行門限判決，直到實現捕 獲轉入跟蹤過程為止。
9. 根據權利要求8所述的直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲裝置，其特徵在 於所述捕獲判決統計量計算單元(130)包括空間相關矩陣計算單元(131)、空域權值計算單元(132)和空域加權單元(133)。
10.根據權利要求8或9所述的直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲裝置，其特徵 在於所述數字下變頻單元(110)包括載波發生器(lll)，經模擬數字變換單元(100)傳來 的採樣量化後的接收信號與所述載波發生器(111)產生的載波信號進行相乘實現下變頻， 得到數字基帶信號。
全文摘要
一種直接序列擴頻系統使用多天線的偽碼捕獲方法及裝置，其步驟為①每個天線使用一個捕獲支路，根據每個天線接收信號得到接收信號的空間相關矩陣，結合捕獲支路輸出確定自適應權值向量；②使用上述步驟①中得到的自適應權值向量對捕獲支路輸出進行加權求和，輸出判決統計量；③將捕獲判決的統計量與門限進行比較做出判決，如果捕獲判決的統計量大於等於門限，轉入跟蹤階段；否則，變換本地PN碼相對於接收信號的PN碼相位，重複進行上述過程。該裝置包括模擬數字變換單元、數字下變頻單元、相關器單元、捕獲判決統計量計算單元、門限比較單元。本發明具有結構簡單、抗幹擾能力強、判決門限與信幹噪比無關等優點。
文檔編號H04B7/08GK101702628SQ20091004472
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月6日 優先權日2009年11月6日
發明者習勇, 張穎光, 魏急波 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學