带残余频偏的QPSK-DSSS及脉冲成形DS-CDMA信号参数盲估计

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正交相移键控直接序列扩频(Quadrature Phase Shift Keying-Direct Sequence Spread Spectrum,QPSK-DSSS)信号两条支路采用相互正交的伪码序列进行扩频调制,可传输两路不同功能的信息数据。直接序列码分多址(Direct Sequence-Code Division Multiple Access,DS-CDMA)技术利用伪码的相关特性实现多个用户同频传输,提高了频带利用率。在民用通信管控以及军事对抗领域,从信道中截获DSSS信号并完成信号破译和加扰非常困难,因此,对QPSK-DSSS信号和DS-CDMA信号的各项参数及其伪码序列盲估计展开研究具有重要意义。本文针对QPSK-DSSS信号和DS-CDMA信号的参数及伪码序列估计问题展开了研究。主要内容包括以下几个方面:(1)针对带残余频偏的QPSK-DSSS信号伪码周期盲估计问题,提出一种基于二次谱的伪码周期盲估计方法。首先,对信号的自相关函数进行两次傅氏变换并取模平方,得到信号的二次谱;然后,利用信号二次谱在伪码周期及其整数倍频率处出现尖锐脉冲这一特性,实现伪码周期的估计。由于信号二次谱不含有残余频偏项,因此利用二次谱估计伪码周期的性能不受残余频偏影响。(2)针对QPSK-DSSS信号残余频偏大小和伪码码片宽度的估计问题,提出一种基于循环谱的多参数盲估计方法。首先,利用带残余频偏的QPSK-DSSS信号的循环平稳特性,将其自相关函数展开为傅里叶级数,提取该傅里叶级数展开式的系数,得到循环自相关函数;然后,对循环自相关函数求傅氏变换,得到信号的循环谱。研究发现,在循环频率α=0时,信号的循环谱将在频率f等于残余频偏Δf处取得最大值,由此可实现频偏大小的估计。在此基础上,当f=Δf时,循环谱在α=±1 Tc处出现两个相等的次大值,根据这两个次大值的间隔即可估计出伪码码片宽度Tc。(3)针对带残余频偏的QPSK-DSSS信号伪码序列盲估计问题,提出一种基于矩阵特征值分解和全数字锁相环(Digital Phase Locked Loop,DPLL)的盲估计方法。首先,通过信号相关矩阵的谱范数实现伪码序列失步点的估计,确定数据分段起始位置;然后,根据信号相关矩阵的特征值分解获得信号特征子空间;最后,针对其主分量特征向量带有残余频偏且相位存在π2跳变的问题,采用四相位全数字锁相环跟踪和消除其残余频偏,进而恢复伪码序列。(4)针对带残余频偏的脉冲成形DS-CDMA信号伪码序列估计问题,提出一种基于张量CP分解和DPLL的多通道盲估计方法。该方法采用多条通道接收信号,将其建模为三阶张量模型。研究发现,带残余频偏的脉冲成形DS-CDMA信号三阶张量可分解为多个列向量的外积之和(称为张量的CP分解),而这些列向量含有信号的伪码序列信息。因此,本文采用交替最小二乘投影(Alternating Least Squares Projection,ALSP)算法求解张量CP分解的因子矩阵。针对其中伪码序列因子矩阵带有频偏的问题,利用双相位DPLL消除残余频偏,最后进行抽样判决即可得到每个用户的伪码序列估计。
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