周期長碼直擴(kuò)信號偽隨機(jī)碼估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種周期長碼直擴(kuò)信號偽隨機(jī)碼估計(jì)算法。目前直擴(kuò)信號偽隨機(jī)碼估計(jì)技術(shù)無法應(yīng)用于采用短碼擴(kuò)頻長碼加擾的周期長碼直擴(kuò)信號。本發(fā)明方法是：首先計(jì)算周期長碼直擴(kuò)信號的延遲三階相關(guān)函數(shù)；然后搜索得到可能的共同峰坐標(biāo)；再利用共同峰坐標(biāo)得到若干組待選的長碼和短碼m序列本原多項(xiàng)式組合；最后檢驗(yàn)待選組合得到信號長碼和短碼m序列估計(jì)。本發(fā)明充分利用兩個(gè)m序列的三階相關(guān)函數(shù)共同峰所對應(yīng)的多項(xiàng)式的最大公約式的因式中同時(shí)包含這兩個(gè)m序列本原多項(xiàng)式的原理，實(shí)現(xiàn)對周期長碼直擴(kuò)信號兩個(gè)偽隨機(jī)碼的同時(shí)估計(jì)。
【專利說明】周期長碼直擴(kuò)信號偽隨機(jī)碼估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于直接序列擴(kuò)頻信號的盲參數(shù)估計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種使用短碼擴(kuò)頻長碼加擾的周期長碼直擴(kuò)信號偽隨機(jī)碼估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)的通信體制主要以利用有限信號的功率和帶寬來傳遞盡可能多的信息。擴(kuò)展頻譜通信是在一個(gè)遠(yuǎn)大于信息速率的帶寬上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ牛捎谒灰怨?jié)省帶寬為目的，因而不同于常規(guī)的通信體制。
[0003]直接序列擴(kuò)頻(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS)通信技術(shù)是擴(kuò)頻通信技術(shù)的主要方式之一。直擴(kuò)信號可以分為:短碼直擴(kuò)信號，長碼直擴(kuò)信號。其中，長碼直擴(kuò)信號又可分為采用長碼擴(kuò)頻的直擴(kuò)信號和使用短碼擴(kuò)頻長碼加擾的直擴(kuò)信號，為簡單表示，本發(fā)明中將使用短碼擴(kuò)頻長碼加擾的直擴(kuò)信號稱為周期長碼直擴(kuò)信號，以示與采用長碼擴(kuò)頻的直擴(kuò)信號的區(qū)別。
[0004]直擴(kuò)通信系統(tǒng)的核心思想是在信息碼序列發(fā)送之前，用高速率的PN碼對信號進(jìn)行調(diào)制，使信號的頻譜擴(kuò)展、信號淹沒在噪聲之中，使得直擴(kuò)信號難于偵測。直擴(kuò)信號具有干擾抑制能力強(qiáng)、有利于信號隱蔽、可實(shí)現(xiàn)多址接入、抗衰落能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使得擴(kuò)頻通信成為目前研究的熱門。
[0005]在通信對抗中，正是由于直擴(kuò)信號的抗干擾性強(qiáng)、隱蔽性好等特點(diǎn)，使得非合作情況下的直擴(kuò)信號偵測和盲參數(shù)估計(jì)相當(dāng)困難。非合作直擴(kuò)通信中，偽隨機(jī)(PN)碼估計(jì)是信息截獲的前提和關(guān)鍵。短碼直擴(kuò)信號的PN碼盲估計(jì)研究已比較成熟，使用長碼擴(kuò)頻的長碼直擴(kuò)信號的研究也已經(jīng)有一定的成果。但周期長碼直擴(kuò)信號由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，保密性更強(qiáng)，給非合作通信的盲PN碼估計(jì)帶來了更大的困難和挑戰(zhàn)。
[0006]現(xiàn)有的直擴(kuò)信號擴(kuò)頻碼估計(jì)方法主要有:相關(guān)矩陣特征分解法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、匹配濾波法和三階相關(guān)法。由于周期長碼直擴(kuò)信號中包含兩個(gè)偽隨機(jī)碼，且相關(guān)矩陣特征分解法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和匹配濾波法需要大量信號樣本，這三種方法均無法適用于周期長碼直擴(kuò)信號。三階統(tǒng)計(jì)量對信息缺失不敏感，含有比二階統(tǒng)計(jì)量更多的信號信息，但利用三階相關(guān)法的周期長碼直擴(kuò)信號的偽隨機(jī)碼估計(jì)還未見公開的相關(guān)研究成果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對非合作通信中無法盲估計(jì)周期長碼直擴(kuò)信號的偽隨機(jī)碼的問題，提出一種基于m序列三階相關(guān)函數(shù)共同峰的周期長碼直擴(kuò)信號偽隨機(jī)碼估計(jì)方法，從而解決無法估計(jì)周期長碼直擴(kuò)信號兩個(gè)PN碼問題。
[0008]本發(fā)明中周期長碼直擴(kuò)信號偽隨機(jī)碼估計(jì)方法的步驟是:
[0009]1、將周期長碼直擴(kuò)信號以擴(kuò)頻碼碼片速率采樣轉(zhuǎn)化為基帶信號后，計(jì)算得到信號的延遲三階相關(guān)函數(shù)。
[0010]2、搜索得到延遲三階相關(guān)函數(shù)中可能的共同峰坐標(biāo)，并利用m序列三階相關(guān)函數(shù)特性提高共同峰坐標(biāo)搜索的準(zhǔn)確度。
[0011]3、將共同峰坐標(biāo)表示為多項(xiàng)式形式后計(jì)算最大公約式，得到若干組待選的長碼和短碼m序列本原多項(xiàng)式組合。
[0012]4、找出各個(gè)長碼和短碼組合所有在其長碼主值域內(nèi)的三階相關(guān)函數(shù)共同峰坐標(biāo)集合。[0013]5、計(jì)算信號在各組合所對應(yīng)的共同峰坐標(biāo)集合元素處的延遲三階相關(guān)函數(shù)平均值，最大平均值所對應(yīng)的本原多項(xiàng)式組合即為信號的長碼和短碼的本原多項(xiàng)式。
[0014]本發(fā)明充分利用兩個(gè)m序列的三階相關(guān)函數(shù)共同峰所對應(yīng)的多項(xiàng)式的最大公約式的因式中同時(shí)包含這兩個(gè)m序列本原多項(xiàng)式的原理，實(shí)現(xiàn)對周期長碼直擴(kuò)信號兩個(gè)偽隨機(jī)碼的同時(shí)估計(jì)。
[0015]本發(fā)明利用周期長碼直擴(kuò)信號中信息碼碼元寬度遠(yuǎn)大于擴(kuò)頻碼碼片周期的特點(diǎn)，結(jié)合m序列移位疊加性，通過將信號延遲一個(gè)擴(kuò)頻碼碼片后與自身相乘并計(jì)算其三階相關(guān)函數(shù)，得到信號的延遲三階相關(guān)函數(shù)，可以有效消除信息碼對周期長碼直擴(kuò)信號的三階相關(guān)函數(shù)的影響。
[0016]本發(fā)明利用預(yù)先設(shè)立的閾值與上三角部分的延遲三階相關(guān)函數(shù)比較，得到三階共同峰坐標(biāo)的初估計(jì)。由于信號中包含噪聲，信號共同峰初估計(jì)存在誤差，需要利用m序列三階相關(guān)峰特性提高峰值估計(jì)的準(zhǔn)確性。
[0017]本發(fā)明在共同峰初估計(jì)后，利用倍乘特性得到初估計(jì)共同峰坐標(biāo)的若干倍乘坐標(biāo)后，計(jì)算每個(gè)共同峰坐標(biāo)和它的若干個(gè)倍乘坐標(biāo)處信號延遲三階相關(guān)函數(shù)的平均值，將該平均值記為倍乘均值。若倍乘均值小于閾值，則認(rèn)為該共同峰為虛假峰，從初估計(jì)的共同峰中刪除。通過倍乘性質(zhì)，將極大的提升共同峰估計(jì)準(zhǔn)確性，提高PN碼估計(jì)性能。
[0018]本發(fā)明在精確估計(jì)共同峰后，將每個(gè)共同峰表示為多項(xiàng)式形式，并兩兩求最大公約式并因式分解，則可以得到信號長碼和短碼本原多項(xiàng)式的估計(jì)。但由于噪聲和數(shù)值計(jì)算誤差影響，不可能完全通過倍乘均值排除所有虛假峰。若部分虛假峰恰好為其他m序列的共同峰，或者在計(jì)算共同峰的最大公約式中出現(xiàn)多個(gè)因式，則必然會(huì)導(dǎo)致若干對可能的長碼和短碼m序列本原多項(xiàng)式組合，需要進(jìn)一步通過檢驗(yàn)以排除錯(cuò)誤組合。
[0019]本發(fā)明在得到若干組本原多項(xiàng)式組合后，可得到每個(gè)組合在各自長碼周期內(nèi)的三階相關(guān)函數(shù)共同峰坐標(biāo)集合，若某一組合的集合中元素個(gè)數(shù)過少，可以通過擴(kuò)大三階相關(guān)函數(shù)的范圍來找出更多共同峰。找出各組的共同峰坐標(biāo)集合后，通過計(jì)算信號在各組共同峰坐標(biāo)集合下的延遲三階相關(guān)函數(shù)平均值，則最大平均值所對應(yīng)的組合就是信號使用的長碼和短碼m序列本原多項(xiàng)式。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施步驟。
[0021]步驟1，本發(fā)明周期長碼直擴(kuò)信號偽隨機(jī)碼估計(jì)方法在使用時(shí)，首先將接收到的周期長碼直擴(kuò)信號以擴(kuò)頻碼碼片速率采樣后，轉(zhuǎn)化為基帶信號r (η):
[0022]r(n) = Ad (n) b (n) c (η) +w (η) (I)
[0023]其中,η為采樣時(shí)刻,η = O, I, 2,…，L_1 ;A為信號幅度；d(n)為信息碼序列；b(n)為周期M的擴(kuò)頻序列，c(n)為周期K的長擾碼序列，b(n)和c (η)都采用m序列且Κ>>M ；w(n)為加性高斯白噪聲；L為信號長度。
[0024]將基帶信號延遲一個(gè)擴(kuò)頻碼碼片后與原基帶信號相乘，得到rl (η):
[0025]T1 (η) = r (n) r (η+1) (2)
[0026]由于m序列三階相關(guān)函數(shù)是以對角線為對稱的，在計(jì)算信號的延遲三階相關(guān)函數(shù)時(shí)，可以只計(jì)算信號的上三角部分或下三角部分的延遲三階相關(guān)函數(shù)，可以至少減少一半計(jì)算量，提高方法效率。
[0027]在一個(gè)足夠大的取值范圍(記為Qci)的上三角部分中計(jì)算rl (η)的三階相關(guān)函數(shù)，得到信號的延遲三階相關(guān)函數(shù)。
【權(quán)利要求】
1.周期長碼直擴(kuò)信號偽隨機(jī)碼估計(jì)方法，其特征在于該方法包括以下步驟: (1)將周期長碼直擴(kuò)信號以擴(kuò)頻碼碼片速率采樣轉(zhuǎn)化為基帶信號后，計(jì)算得到信號的延遲三階相關(guān)函數(shù)； (2)搜索得到延遲三階相關(guān)函數(shù)中可能的共同峰坐標(biāo)，并通過m序列三階相關(guān)函數(shù)特性提高共同峰坐標(biāo)搜索的準(zhǔn)確度； (3)將共同峰坐標(biāo)表示為多項(xiàng)式形式后計(jì)算最大公約式，得到若干組待選的長碼和短碼m序列本原多項(xiàng)式組合； (4)找出各個(gè)長碼和短碼組合所有在其長碼主值域內(nèi)的三階相關(guān)函數(shù)共同峰坐標(biāo)集合； (5)計(jì)算信號在各組合所對應(yīng)的共同峰坐標(biāo)集合元素處的延遲三階相關(guān)函數(shù)平均值，最大平均值所對應(yīng)的本原多項(xiàng)式組合即為信號的長碼和短碼的本原多項(xiàng)式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的周期長碼直擴(kuò)信號偽隨機(jī)碼估計(jì)方法，其特征在于:步驟(2)所述的通過m序列三階相關(guān)函數(shù)特性提高共同峰坐標(biāo)搜索的準(zhǔn)確度是指在對由步驟(1)得到的信號延遲三階相關(guān)函數(shù)d/y/)進(jìn)行閾值判決得到共同峰初估計(jì)坐標(biāo)集合Q1之后，對得到的坐標(biāo)集合Q1中的每個(gè)元素利用三階相關(guān)峰的倍乘特性得到Q1中各個(gè)元素的倍乘坐標(biāo)(2Jp, 2Jq)，j = 1，2，…T-1，并得到其倍乘均值R(p, q):
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的周期長碼直擴(kuò)信號偽隨機(jī)碼估計(jì)方法，其特征在于:步驟(3)所述將共同峰坐標(biāo)表示為多項(xiàng)式形式后計(jì)算最大公約式，得到若干組待選的長碼和短碼m序列本原多項(xiàng)式組合是指將坐標(biāo)集合Ω2的元素記為(Pl，qi), (p2，q2), (p3, q3)，…，并將這些坐標(biāo)表示為多項(xiàng)式形式:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的周期長碼直擴(kuò)信號偽隨機(jī)碼估計(jì)方法，其特征在于:步驟(4)所述找出各個(gè)長碼和短碼組合所有在其長碼主值域內(nèi)的三階相關(guān)函數(shù)共同峰坐標(biāo)集合是指:由步驟(3)得到Ψ后，計(jì)算Ψ中各組合的本原多項(xiàng)式得到在各自長碼周期區(qū)域內(nèi)的三階相關(guān)共同峰坐標(biāo):
【文檔編號】H04B1/707GK104038249SQ201410199108
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】趙知?jiǎng)? 顧驍煒, 沈雷, 尚俊娜, 胡偉康, 李淼, 王海泉, 徐春云 申請人:杭州電子科技大學(xué)