基于频域差分的智能电表扩频信号捕获算法

电表信号功耗低、扩频序列较短,因此在低信噪比和多普勒频偏下实现突发信号的精准捕获是接收机设计的重点。针对部分匹配滤波-快速傅里叶变换(PMF-FFT)算法非相干积累后信噪比增益不足的问题,引入了一种基于频域差分非相干的PMF-FFT算法,消除了非相干平方损耗对捕获增益的影响;进一步结合通信环境提出了一种改进频域差分非相干算法,研究对突发直接序列扩频信号的捕获,实现智能电表接收端无线信号的粗同步。仿真实验表明,在消耗相同计算资源的情况下,改进算法的信噪比增益高于传统非相干积累法。     

基于相关的SFFT的卫星信号捕获算法

GPS(Global Positioning System)接收机中,常用的捕获方法有时域串行捕获方法、基于FFT( Fast Fourier Transform)的并行频率捕获方法和基于FFT的并行码相位捕获方法,但在某些应用场景下,会对卫星信号的捕获速度提出更高的要求,因此给出了一种基于相关的SFFT(Sparse Fast Fourier Transform)的卫星信号快速捕获算法。该算法结合卫星信号伪随机码的强自相关性的特性,将原有的SFFT的幅度估值去掉,利用时域串行的捕获方法,将SFFT算法中输出的大值坐标点对应的本地伪码与接收卫星信号做相关,进而捕获卫星信号。通过实验对算法进行验证,并与已有的卫星信号捕获方法进行对比,结果表明该方法能有效地运用于卫星信号捕获中,并且该算法的运算量要比传统捕获算法更低。      

高动态GPS接收机中伪码捕获问题研究

设计在高动态环境下工作的GPS接收机，其难点之一便在于对卫星伪码的快速捕获。针对缩短GPS接收机捕获伪随机码时问的问题，在对GPS信号结构作出分析的前提下，解释了时域滑动相关的常规捕获方法；提出了基于FFT的快速捕获技术，并在Marlab环境下做了系统仿真，仿真结果显示捕获速度可以得到显著提高。     

基于伪码互相关特性的GPS信号捕获算法

高动态GPS接收机研究的核心是信号的捕获与跟踪算法,在接收机硬件实现时,系统性能与资源消耗直接受捕获算法的影响。结合时域滑动相关法和基于FFT的频域捕获算法各自的优点,提出一种基于伪码互相关特性的快速捕获算法,在不影响系统性能的前提下,既加快了捕获速度,又降低了资源消耗,实现了捕获速度和资源消耗二者的平衡。     

基于FPGA的PN码捕获的设计及实现

PN码捕获技术是扩频通信的关键技术之一,针对扩频通信中长伪码序列的快速捕获问题,伪码相位大范围不确定的搜索,串行捕获需要大量的时间,这对实时性要求高的扩频接收机用户是无法忍受的,并行捕获电路结构比较复杂,实现起来有一定的难度,而且占用大量的资源。文中提出了一种基于FPGA的扩频信号快速滑动相关捕获方法,来解决低信噪比条件下长伪码序列的捕获问题。文中着重论述了该系统的FPGA实现原理,并且基于FPGA进行开发,调制出了该系统的仿真波形,达到了理想的效果,实际应用中有效地改善了系统的性能。     

GPS接收机捕获算法的研究

信号捕获是全球定位系统(global positioning syetem,GPS)接收机的关键技术,本文对GPS中的串行、匹配滤波和并行伪码相位三种捕获算法进行了理论分析,同时针对捕获算法的捕获时间、捕获运算量、占用资源以及捕获结果进行了对比分析和仿真验证。仿真分析表明:三种捕获算法均能有效捕获GPS信号,它们各有优缺点但并行伪码相位捕获方案更适合大规模推广,使用价值高。     

GPS软件接收机关键技术研究及实现

研究了GPS软件接收机的关键技术和具体实现。设计并实现了一种基于FFT的码相位并行的快速信号捕获方案：介绍了码跟踪环与载波跟踪环的算法流程并详细推导了伪距及精密伪距的计算过程,在建立载体运动模型的基础上运用卡尔曼滤波对定位结果滤波处理,提高了定位精度,减小了定位方差。通过实验,验证了文中软件接收机算法的可行性,接收机定位精度较高,定位均方差较小。     

高动态突发扩频通信中伪码和多普勒频移的快速捕获

在高动态突发扩频通信系统中,要求接收机在很短时间内实现伪码和多普勒频移的快速捕获。目标的高速运动使接收机基带信号中存在较大的多普勒频移。针对伪随机序列相关峰的多普勒频移敏感特性,分析了多普勒频移对伪码捕获和数据解调的影响,提出了采用单通道匹配滤波进行伪码捕获,采用三通道并行相关器搜索多普勒频移的接收机捕获方案。该方案可有效减少硬件资源消耗,同时缩短捕获时间。     

GLONASS卫星信号捕获研究

介绍了GLONASS卫星信号的组成和特点,分析了卫星导航接收机对卫星信号捕获的串行搜索算法,并介绍了基于快速傅里叶变换的并行频率和并行码相位捕获算法原理。对3种捕获算法的复杂度和捕获效率进行了对比分析,理论结果表明,并行码相位捕获算法效果较好。利用Matlab软件模拟产生GLONASS中频信号,对3种捕获算法进行了仿真验证。实验结果表明,在-25 dB的信噪比下,3种算法均能对1 ms卫星信号进行捕获,并行码相位捕获算法效率最高,与理论结果一致。     

高动态弱信号环境下基于INS的GNSS捕获方法分析

为保证 GNSS 在挑战环境下的捕获性能，分析了高动态弱信号捕获存在的问题，提出了一种新的 INS 辅助并行码相位捕获方法，在频域利用 INS 辅助信息卫星星历/历书数据估计多普勒，缩小频率搜索范围，在码域利用码相位估计及并行码相位搜索的方法，减少码相位搜索时间，最后结合差分相干累积提高捕获灵敏度，实现高动态弱信号的快速捕获。仿真结果表明， 该算法能显著提升高动态、弱信号环境下 GNSS 接收机的捕获性能。     

适用于短码捕获的匹配滤波器的实现结构

扩频码（伪随机码,PN码）捕获是扩频通信中扩频码同步的一个重要环节,基于匹配滤波器的捕获方法具有捕获时间短的优势,比较适合短码的捕获和实时通信的场合。为解决数字匹配滤波器资源占用多的问题,根据扩频码取值的双极性特性,针对数据过采样的应用场合,提出了一种基于FPGA实现的数字匹配滤波器的结构。该结构为两级滤波器形式,无乘...     

Differential matched filter architecture for spread spectrumcommunication systems

The authors present a new digital matched filter architecture: digital differential matched filter (DDMF), that employs novel schemes to reduce the number of multiplications and accumulations (M and A). Theoretical analysis shows that the DDMF saves half of the M and A hardware in comparison with the conventional filter, and maintains identical processing gain. This makes the proposed DDMF more suitable for direct sequence spread spectrum (DSSS) communication systems and low power VLSI implementations     

基于FPGA的扩频接收机中数字匹配滤波器的设计

本文在分析匹配滤波器的工作原理及制约数字匹配滤波器性能的主要参数后,在文献[5]所给出折叠匹配滤波器的基础上设计了一种改进的折叠匹配滤波器结构,该结构具有更好的可实现性和更少的FPGA资源消耗。该设计已经应用于某型号中频数字化直接序列扩频接收机中,并取得了满意的效果。     

匹配滤波器的多相实现

本文介绍了匹配滤波器在直接序列扩频通信系统的同步捕获中的应用，研究了数字匹配滤波器的实现方法，提出了基于多相分解的实现结构。与传统的直接实现形式和折叠滤波器等改进形式相比，多相形式具有占用资源少的优点。     

扩频通信中PN码序列的捕获

扩频信号的捕获与跟踪是扩频接收机进行定位解扩的基础,文中基于FPGA进行了扩频信号捕获与跟踪的设计实现。分析了该方案的匹配滤波器、载波跟踪环、码跟踪环的设计与实现方法。并通过BPSK调制,使用非相干扩频通信的PN码并行捕获算法实现信号的捕获。     

深空通信中基于FFT的高动态扩频信号的捕获

在深空通信中，航天器的高动态性使扩频信号引入了高Doppler频移，给捕获造成了巨大困难。针对如此之大的Doppler频移，提出了一种新的捕获方案，即基于FFT算法实现对Doppler频移进行一定程度的补偿，将沿码相位一Doppler频率的二维搜索简化为沿码相位的一维搜索；重点分析了深空通信环境中高速长PN码的捕获性能。理论分析和仿真结果表明，该方法大大缩短了捕获时间，是一种性能优良的伪码捕获方法。     

匹配滤波器同步捕获技术FPGA设计

匹配滤波器在信号检测和通信系统的同步捕获中起着关键的作用。基于软件无线电思想,分析了匹配滤波器的基本原理,采用一种可编程的分布算术式匹配滤波器同步捕获技术,可用于直接序列扩频接收机。模块采用Altera公司的FPGA Cyclone II EP2C35F672进行设计,仅占用全部逻辑资源的1%。对设计中部分功能单元进行了ModelSim功能仿真,给出了数值实验结果。     

A programmable pipelined digital differential matched filter forDSSS receiver

A programmable pipelined digital differential matched filter (PDMF) implemented for a direct sequence spread spectrum receiver is proposed in this paper. To reduce the power consumption, the PDMF architecture is based on the synchronization combined PN code phase acquisition algorithm. Compared with the conventional PN code phase acquisition algorithm, the theoretical analysis result indicates that the PDMF acquires both power efficient and preferable detection. Depending on different applications, programmability allows the PDMF to implement 3-tap, 5-tap, or 11-tap Barker codes with the same hardware but different precisions for each tap coefficient. For short tap Baker codes, the architecture could adopt more precision on each tap coefficient to resist the channel noise. Simulation results also show that there are fewer errors of high sample precision with the same tape     

Simplified matched filter receiver designs for spread spectrumcommunications applications

The design of receiver architectures for use in direct sequence spread spectrum systems is reviewed. As it is difficult to construct the long matched filters for these systems, the authors propose a programmable receiver architecture which achieves the required high processing gain while, at the same time, simplifying the filter hardware requirements. Results are presented for a prototype receiver, based on digital signal processing (DSP) components, which can be reprogrammed for serial, serial-parallel or fully parallel operation while offering minimal degradation from theoretical performance     

Serial search code acquisition using smart antennas with single correlator or matched filter

This paper investigates three code acquisition methods for direct sequence spread spectrum systems (DS/SS) utilizing smart antennas. The methods are suitable especially for receivers that consist of a smart antenna followed by a single correlator or a matched filter (IMF). The first method is the known fixed beam strategy where the whole angular uncertainty region is divided into small cells using conventional beamforming techniques. Therein, the receiver searches through all angular and delay cells via a serial search procedure. In the second method, the fixed division is made using advanced beamforming techniques, which provide improved tolerance against interference. In the third strategy, the direction-of-arrival (DOA) of incoming signals are estimated and utilized in the acquisition process. An advantage of this DOA estimation-based strategy, when compared to fixed beamforming methods, is a decrease in the region of uncertainty. Disadvantages are increased computational complexity and signal-to-noise ratio (SNR) limitations. The acquisition strategies are compared when the serial search acquisition of the code phase is made using either the correlator or the matched filter. The results indicate that a single antenna receiver gives the best acquisition performance when SNR is high. However, single antenna methods are sensitive to interference. On the other hand, DOA estimation-based methods offer shorter mean acquisition times than fixed beam methods, especially when the number of arriving signals is small.