姚國義，李 鑫，蘭瑞田

(1.中國電子科技集團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)是對接收數(shù)據(jù)的起點進行檢測，即突發(fā)信號檢測。突發(fā)信號檢測可以描述為一個二元假設(shè)檢測問題，即通過判斷判決變量是否超過預(yù)定門限值來檢測突發(fā)信號的有無。

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，因此在點對點的突發(fā)通信中，每次突發(fā)同步都需要進行載波頻偏的計算和校正。

π/4 DQPSK是在QPSK基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種線性數(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，在移動通信、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，接收端對同步頭做FFT來進行信號檢測和頻偏估計。

1 信號模型

信號傳輸模型如圖1所示［3］。

圖1 信號傳輸模型

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

對用戶數(shù)據(jù)和同步頭進行復(fù)接，再經(jīng)串并轉(zhuǎn)換(實現(xiàn)π/4-DQPSK調(diào)制)和成形濾波，得到S1(t)，然后通過發(fā)中頻模塊得到S(t)。S(t)進入信道傳輸，再通過收中頻模塊變?yōu)槟M基帶信號r1(t)。

對r1(t)進行A/D變換和數(shù)字下變頻，然后對rk進行信號檢測和頻偏估計，待匹配濾波和定時估計完成后，最后進行差分解調(diào)，恢復(fù)出原始信息。

以同步頭L=32符號為例，8倍采樣，滾降系數(shù)為1，Es/N0=5 dB，無頻偏時對同步頭做256點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的特征譜線，其幅度表征為信號功率，其余譜線幅度表征為噪聲功率。突發(fā)幀信號檢測需要設(shè)定判決門限，即信號與噪聲總功率與純噪聲功率的比值，可根據(jù)仿真結(jié)果設(shè)定門限值。有頻偏和無頻偏特征譜線之間的相對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倍符號采樣，做256點FFT，硬件實現(xiàn)時，可用高倍時鐘做FFT運算，對接收數(shù)據(jù)進行滑動，每接收到一個符號做一次FFT，做 FFT用的時鐘為2.4 kbps×8×256=4.9152 MHz。突發(fā)幀到來之前為純噪聲，F(xiàn)FT的輸出也為噪聲，不會出現(xiàn)信號的特征譜線，隨著做FFT突發(fā)幀同步頭符號的增加，F(xiàn)FT輸出信號的特征譜線，根據(jù)判決門限即可進行信號檢測，同時根據(jù)特征譜線的相對位置完成載波頻率估計。

2 算法描述與仿真

基于數(shù)據(jù)輔助的信號檢測采用頻域檢測法［3］，將接收信號變換到頻域，通過計算輔助數(shù)據(jù)特征譜功率值與純噪聲功率值的比值，這個比值較小時認(rèn)為是噪聲，較大時認(rèn)為檢測到信號。以同步頭L=32符號為例，8倍采樣，考慮到時域與頻域等效，以下從頻域?qū)λ惴ǎ?］進行分析:

①對接收信號求FFT，計算信號頻譜:

②計算接收信號功率:

④計算純噪聲功率:

⑤判斷比值:

將接收信號總功率與純噪聲功率的比值與設(shè)定門限比較，大于門限則表明檢測到突發(fā)信號，小于門限則表明接收到的信號為純噪聲。

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

圖3 門限仿真結(jié)果

因設(shè)定的門限是功率相對值，與接收信號電平無關(guān)，可通過仿真確定判決門限。由圖3可知，門限值可選為50，當(dāng)Pt/Pn＞50時，則認(rèn)為檢測到信號，若Pt/Pn＜50時，則認(rèn)為是純噪聲，表明沒有突發(fā)信號到來。

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

有頻偏時同步頭的特征譜線與無頻偏時相比，最大點的位置會發(fā)生變化，這是由信道頻偏引起的。假設(shè)特征譜線中最大點的位置相對無頻偏時偏移為k，則其對應(yīng)頻率為k/N×fs(N為FFT點數(shù)，fs為采樣頻率)，即為估計出的頻偏值。

3 結(jié)束語

從仿真結(jié)果可以看出，提出的算法能夠利用32個同步頭符號，獲得較好的信號檢測性能和較為精確的頻偏估計，可以滿足突發(fā)通信的要求。算法實現(xiàn)簡單，易于硬件編程實現(xiàn)。

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