系统同步捕获方法研究

林朋

根据扩频序列的相关性，如果本地扩频序列与接收扩频信号的相位差大于一个码片间隔，接收机就不能实现对数据信息的正确解扩，信号将淹没在噪声中。而同步的定時偏移主要来源于收、发信机之间的频率偏移，电波传播的延时，多普勒频移，多径传播等因素。在极低速率短波数据传输通信系统中，数据通常是以突发的形式发送的，即每次发送数据都要建立同步，如果同步的时间过长，会很大程度的降低系统效率。如果要求扩频增益很大的话，必须增加伪码的长度。因此提高扩频增益和缩短同步建立时间是一对矛盾，需要对两者综合考虑。

1.捕获方法理论分析

本文采用多进制正交码扩频技术，扩频码为序列与Walsh序列模2加后的复合码，具有良好的自相关性和互相关性。这种良好的自相关性和互相关性就成为进行伪码捕获的依据。

相关FFT技术能够较好地实现大频差、极低信噪比条件下的伪码捕获、精同步和数据解扩。然而如果能在相关检测的性能影响不大的情况下提高FFT的速度，那么就可以缩短捕获的时间。为此，本文在相关FFT技术的基础上提出了分段相关FFT技术，即将接收序列与本地序列分段相关之后的相关值再做FFT变换，这样所作的FFT点数和运算量大大减小，从而保证了系统快速捕获数据的可实现性。分段相关的原理图如图1所示。

取两条本地伪码共4 096个码元，每个码元为一段，对应一个相关器共分为段，即4 096=×。接收序列同样每

个码元为一段，每个分段对应一个相关器，这样就对4 096个码元进行了分段相关，得到了个相关值，再对这个相关值做N点FFT，之后进行峰值判决。每段的码元数目越多，分段越少，则所作的FFT点数越少，相应的运算次数也越少，从而提高了运算速度。

2.仿真结果分析

取两条相同的2 048长的本地伪码作分段相关FFT，加入多普勒频移为75，码元速率为=2 400，在信噪比为-20的情况下，图2为2×2048分段、4×1，024分段、8×512分段和16×256四种分段方式的频谱。FFT运算的点数对应分段数，很明显，分段数越少，对应的FFT的点数越少，谱的分辨率就越低，谱峰值也越小。

现在通过软件对其在捕获中的性能进行仿真验证。在信噪比为-20，好信道条件下，捕获时滑动步长均取为23，对不同的分段进行捕获率测试。为了简化，我们认为只要在每次捕获到数据之后，其捕获位置正确就是捕获成功，而不考虑以后的解扩。每种情况测试1000次，测试结果如图3所示。

从上图中可以看出，每段的码元越多，总的段数就越少，相应的相关值就越少，则FFT运算的点数越少，捕获时间减少，但捕获率随之下降。但在后面的数据中，我们发现虽然FFT的点数仍在减少，但捕获的时间并没有像前面那样明显下降。尤其对于256点FFT的情况，其捕获率变得很差。综合以上分析，我们采用了折中的方案，即选取8×512分段方式，在保证一定的捕获率前提下，捕获用时明显缩短了，基本满足了系统快速捕获的要求。

3.结束语

经过仿真测试，我们发现分段相关FFT技术完全可以实现低速信号的快速捕获。利用分段相关FFT技术，我们就可以通过软件方式实现快速捕获，从而避免了增加硬件开销，使其具有很大的灵活性；同时，分段相关FFT算法适合在DSP上实现，完全可以满足数字接收机对实时性、高精度的要求。后续将进行进一步验证研究。