复杂调制直扩信号的参数与伪码估计研究

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随着信息技术的不断进步,数据传输朝着可靠和快速的方向发展。对于无线传输方式而言,传统的窄带传输在抗干扰性、保密性和可靠性等方面表现出不足,扩频通信技术由此应运而生,直扩通信作为一种最常用的扩频通信方式,广泛应用于军事、民用和商业领域中。近些年,随着通信环境的日益复杂化,直扩通信对安全性和抗干扰性提出了更高的要求,这就促使新型直扩信号的产生。复杂调制直扩信号作为一种新型的直扩信号类型,具有比常规直扩信号更好的抗干扰性和更好的保密性等优点,是未来扩频通信的发展趋势之一。因此,在非合作的通信环境下,对复杂调制直扩信号的特征参数和特征波形进行盲估计是亟待解决的问题。   目前,针对常规直扩信号的盲估计,研究方法比较成熟,且形成了完整的理论分析框架。而复杂调制直扩信号由于参数多且隐蔽,现有的方法很难有效估计其特征参数与特征波形,因此该类复杂调制直扩信号的参数与伪码盲估计是一项难题,需要对其进行深入研究。   本文主要针对复杂调制直扩信号的参数与伪码盲估计问题做了如下工作:   (1)建立了几种复杂调制直扩信号的模型,其中包括线性调频-伪码调相(LFM-PRBC)复合信号、二次调频-伪码调相(QFM-PRBC)复合信号和二进制偏移载波(BOC)调制直扩信号,同时分别分析了各信号的时域波形及特点。   (2)针对LFM-PRBC复合信号的伪码盲估计难题,研究了基于离散多项式相位变换和频谱搬移估计伪码序列的算法。首先利用离散多项式相位变换精确估计出信号的调频斜率,并将其构成指数项对原复合信号降阶,接着对降阶后的信号取实部可得正弦波与伪码调相的复合信号,最后采用频谱搬移的方法可恢复出该信号的伪码序列,同时分析了算法的计算复杂度。该算法可抑制残余频偏的影响且计算量较小,仿真实验验证了其有效性,并与其他算法进行了性能对比。   (3)针对QFM-PRBC复合信号的伪码盲估计难题,研究了基于三次相位函数和频谱搬移估计伪码序列的算法。由于实际中接收信号位置的随机性,首先采用滑动平均互相关法估计接收信号的正确起始位置,将信号恢复成以正确起始位置为起点的数据,接着根据二次调频信号的特点,采用三次相位函数估计二、三阶系数,利用估计的高精度系数重构指数项对原信号进行降阶,再对降阶后的信号取实部可得正弦波和伪码调相的复合信号,最后通过频谱搬移的方法可估计出伪码序列,同时分析了算法的计算复杂度。该算法可较准确地估计出伪码序列,且计算量较小。   (4)针对带有残余频偏的基带BOC直扩信号的伪码周期盲估计难题,研究了拓展的二次谱方法以解决该信号伪码周期盲估计的问题。首先利用平方倍频法估计 BOC调制直扩信号的载频,接着对解调后的带有残余频偏的基带BOC直扩信号进行二次谱分析,最后根据尖峰之间的间隔可估计出伪码周期。理论分析和仿真实验表明该算法可在较低信噪比下有效估计出该信号的伪码周期,且不受残余频偏的影响。   (5)针对BOC调制直扩信号的参数盲估计问题,引入谱相关的方法实现了载频、伪码速率和副载波速率的估计。首先分析了基带BOC直扩信号的谱相关函数,在此基础上利用线性周期时变变换的特性推导出BOC调制直扩信号的谱相关函数,最后根据循环频率切面的特点得出利用信号谱冗余特性估计载频、伪码速率和副载波速率的算法。仿真实验表明BOC调制直扩信号具有循环平稳性,且在较低信噪比下可准确估计出上述参数,并与其他算法进行了性能对比。   综上所述,本文实现了LFM-PRBC和QFM-PRBC复合信号的伪码盲估计,以及BOC调制直扩信号的参数盲估计,并在MATLAB软件上对所提算法进行了仿真实验。理论推导和仿真实验验证了上述算法的可行性和有效性,并表明可在一定信噪比下实现复杂调制直扩信号伪码与参数的精确估计,具有较好的估计性能。
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