利用帧头扩展扩频系统多普勒容限的方法

摘  要： 由于伪随机序列具有多普勒频移敏感特性，所以扩频接收机需要在频域和时域同时进行捕获。为缩短捕获时间，可在数据解调支路采用并行多通道进行叉-点积法进行频率估计，但传统的叉-点积法鉴频范围仅为数据速率的1/4，多普勒容限较小。为此，提出了一种利用数据帧头避免叉-点积方法中频率符号反转的方法，可以将数据解调支路多普勒容限扩大一倍。
关键词： 多普勒容限; 扩频通信; 突发传输; 并行多通道
   　在突发扩频数传系统中，多普勒频移导致相关峰下降并可能使解调数据极性反向，这就要求接收机在频域和时域同时进行捕获。传统的基于FFT[1,2]的方法或者锁频法均难以实现在几个数据码元内的频率捕获。而在数据解调支路中利用多个并行通道进行频率估计可以在很短的时间内实现频率的粗同步。但在频率估计过程中，当多普勒频移超过数据速率1/4时，叉-点积法估计的频率将产生符号反转，从而输出错误的频率估计。为提高叉-点积法的频率鉴别范围，可在同一个数据符号内采样从而扩大多普勒鉴频容限[3]，但该方法要求相关累加后的相邻的I和Q采样是在同一个数据位内，因此仅适合类似GPS这种一个数据符号内有多个伪码周期的场合。本文提出了利用已知的数据帧头作为叉-点积法中的符号，可有效消除普勒频移超过数据速率1/4并且小于数据速率1/2时符号反转导致的错误频率估计，使频率估计的多普勒容限扩大一倍。
1 叉-点积法频率估计原理
　突发扩频数传接收机内部设置捕获和数据解调两个通道, 捕获通道通过匹配器实现伪码的快捕。每一帧数据到来时, 匹配器捕获伪码以后,通过设置本地伪码发生器的相位获得同步伪码,数据解调通道则利用同步伪码实现接收信号的解扩解调和频率估计,接收机利用频率估计值在几个并行的数据解调支路中选择一路输出,这几路并行的数据解调支路结构完全相同,不同的只是数字下变频时的本振频率不一样。通过设置不同数据解调支路的本振频率,实现不同多普勒频移接收信号的最佳匹配。通过捕获通道和多路并行数据解调支路,即可实现突发扩频信号的快速捕获并克服多普勒频移对于数据解调的影响。
　图1给出了扩频通信接收机捕获通道和一路数据解调支路框图(注：捕获通道和这一路数据解调支路共用一路本振)。