姚國(guó)義，李 鑫，蘭瑞田

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北石家莊050081;2.石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北石家莊050081;3.天津水務(wù)局，天津300074)

0 引言

在突發(fā)通信中，發(fā)射端一般采取數(shù)據(jù)前加同步頭的突發(fā)方式，接收端的首要任務(wù)是對(duì)接收數(shù)據(jù)的起點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，即突發(fā)信號(hào)檢測(cè)。突發(fā)信號(hào)檢測(cè)可以描述為一個(gè)二元假設(shè)檢測(cè)問(wèn)題，即通過(guò)判斷判決變量是否超過(guò)預(yù)定門(mén)限值來(lái)檢測(cè)突發(fā)信號(hào)的有無(wú)。

在通信系統(tǒng)中，由于收發(fā)本振頻率之間存在頻差，而且一般系統(tǒng)還存在著較大的多普勒頻移，因此在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的突發(fā)通信中，每次突發(fā)同步都需要進(jìn)行載波頻偏的計(jì)算和校正。

π/4 DQPSK是在QPSK基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種線性數(shù)字調(diào)制技術(shù)，由于它具有頻譜特性好、頻譜利用率高、抗多普勒頻移等顯著特點(diǎn)，在移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信中得到了廣泛應(yīng)用［1，2］。

主要討論在π/4 DQPSK調(diào)制方式、數(shù)據(jù)速率為2.4 kbps、同步頭為“0101……”碼突發(fā)方式下，接收端對(duì)同步頭做FFT來(lái)進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)和頻偏估計(jì)。

1 信號(hào)模型

信號(hào)傳輸模型如圖1所示［3］。

圖1 信號(hào)傳輸模型

采用圖1所示的信號(hào)傳輸模型，同步頭序列設(shè)計(jì)為“001100110011……”，變?yōu)?I和 Q兩路均為“010101……”。

對(duì)用戶(hù)數(shù)據(jù)和同步頭進(jìn)行復(fù)接，再經(jīng)串并轉(zhuǎn)換(實(shí)現(xiàn)π/4-DQPSK調(diào)制)和成形濾波，得到S1(t)，然后通過(guò)發(fā)中頻模塊得到S(t)。S(t)進(jìn)入信道傳輸，再通過(guò)收中頻模塊變?yōu)槟M基帶信號(hào)r1(t)。

對(duì)r1(t)進(jìn)行A/D變換和數(shù)字下變頻，然后對(duì)rk進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)和頻偏估計(jì)，待匹配濾波和定時(shí)估計(jì)完成后，最后進(jìn)行差分解調(diào)，恢復(fù)出原始信息。

以同步頭L=32符號(hào)為例，8倍采樣，滾降系數(shù)為1，Es/N0=5 dB，無(wú)頻偏時(shí)對(duì)同步頭做256點(diǎn)FFT變換到頻域，其頻譜特性如圖2所示［5］。

圖2 同步頭頻譜特性

圖2中幅度較高的譜線為同步頭信號(hào)的特征譜線，其幅度表征為信號(hào)功率，其余譜線幅度表征為噪聲功率。突發(fā)幀信號(hào)檢測(cè)需要設(shè)定判決門(mén)限，即信號(hào)與噪聲總功率與純?cè)肼暪β实谋戎?，可根?jù)仿真結(jié)果設(shè)定門(mén)限值。有頻偏和無(wú)頻偏特征譜線之間的相對(duì)位置決定了頻偏的大小，再經(jīng)數(shù)字下變頻消除頻差。

假定數(shù)據(jù)速率為2.4kbps，8倍符號(hào)采樣，做256點(diǎn)FFT，硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)，可用高倍時(shí)鐘做FFT運(yùn)算，對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行滑動(dòng)，每接收到一個(gè)符號(hào)做一次FFT，做 FFT用的時(shí)鐘為2.4 kbps×8×256=4.9152 MHz。突發(fā)幀到來(lái)之前為純?cè)肼?，F(xiàn)FT的輸出也為噪聲，不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)的特征譜線，隨著做FFT突發(fā)幀同步頭符號(hào)的增加，F(xiàn)FT輸出信號(hào)的特征譜線，根據(jù)判決門(mén)限即可進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，同時(shí)根據(jù)特征譜線的相對(duì)位置完成載波頻率估計(jì)。

2 算法描述與仿真

基于數(shù)據(jù)輔助的信號(hào)檢測(cè)采用頻域檢測(cè)法［3］，將接收信號(hào)變換到頻域，通過(guò)計(jì)算輔助數(shù)據(jù)特征譜功率值與純?cè)肼暪β手档谋戎?，這個(gè)比值較小時(shí)認(rèn)為是噪聲，較大時(shí)認(rèn)為檢測(cè)到信號(hào)。以同步頭L=32符號(hào)為例，8倍采樣，考慮到時(shí)域與頻域等效，以下從頻域?qū)λ惴ǎ?］進(jìn)行分析:

①對(duì)接收信號(hào)求FFT，計(jì)算信號(hào)頻譜:

②計(jì)算接收信號(hào)功率:

④計(jì)算純?cè)肼暪β?

⑤判斷比值:

將接收信號(hào)總功率與純?cè)肼暪β实谋戎蹬c設(shè)定門(mén)限比較，大于門(mén)限則表明檢測(cè)到突發(fā)信號(hào)，小于門(mén)限則表明接收到的信號(hào)為純?cè)肼暋?/p>

下面給出仿真結(jié)果。仿真條件:調(diào)制方式為π/4-DQPSK，8倍符號(hào)率采樣，信號(hào)成形采用平方根升余弦脈沖，滾降系數(shù)為1，Es/N0=5 dB，同步頭符號(hào)數(shù)L=32，歸一化頻偏假設(shè)為1/4，計(jì)算256點(diǎn)FFT，全部用上32個(gè)符號(hào)同步頭，估計(jì)次數(shù)為500次。門(mén)限判決仿真如圖3所示。

圖3 門(mén)限仿真結(jié)果

因設(shè)定的門(mén)限是功率相對(duì)值，與接收信號(hào)電平無(wú)關(guān)，可通過(guò)仿真確定判決門(mén)限。由圖3可知，門(mén)限值可選為50，當(dāng)Pt/Pn＞50時(shí)，則認(rèn)為檢測(cè)到信號(hào)，若Pt/Pn＜50時(shí)，則認(rèn)為是純?cè)肼?，表明沒(méi)有突發(fā)信號(hào)到來(lái)。

在信息前插入同步頭序列，通過(guò)對(duì)接收到的前導(dǎo)碼序列進(jìn)行復(fù)數(shù)FFT運(yùn)算，得到其頻譜。根據(jù)頻域功率譜線的相對(duì)位置計(jì)算出頻差，從而調(diào)整載波輸出頻率，減小頻偏值［5］。

有頻偏時(shí)同步頭的特征譜線與無(wú)頻偏時(shí)相比，最大點(diǎn)的位置會(huì)發(fā)生變化，這是由信道頻偏引起的。假設(shè)特征譜線中最大點(diǎn)的位置相對(duì)無(wú)頻偏時(shí)偏移為k，則其對(duì)應(yīng)頻率為k/N×fs(N為FFT點(diǎn)數(shù)，fs為采樣頻率)，即為估計(jì)出的頻偏值。

3 結(jié)束語(yǔ)

從仿真結(jié)果可以看出，提出的算法能夠利用32個(gè)同步頭符號(hào)，獲得較好的信號(hào)檢測(cè)性能和較為精確的頻偏估計(jì)，可以滿(mǎn)足突發(fā)通信的要求。算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，易于硬件編程實(shí)現(xiàn)。

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