3.3.1 突发捕获

3.3.1.1 常见捕获算法

信号捕获是实现突发解调的第一步，突发通信持续时间短、接收各站发送信号统计特性差异大等特点需要捕获算法进行针对性选择。根据导频需求情况，信号捕获算法可分为盲信号捕获和相关信号捕获；根据样本对象的不同，可分为时域捕获和频域捕获。当多个站组网通信时，由于各站能力的不同、各地天气状况的不同，接收端接收到不同用户站的信号功率各不相同，这就要求捕获算法要适应信号功率变化，具备自适应特性。

捕获算法所处理的接收样本值描述为：

式中， r（k）表示 k 时刻采样信号， s（k）为发送信号，Δf 为链路频偏，τ为定时误差，θ₀为初始相位， n_k表示高斯白噪声。

盲信号捕获一般采用功率比检测算法，其捕获门限变量表达式为：

式中，N为采样倍数。该算法判决门限为相对门限，取决于两个连续观测长度内接收符号样值功率之比，又称双滑动窗检测算法[1]，对输入信号强度不敏感，其门限设置仅取决于信噪比，实现简单。

相关信号捕获是将接收符号样值序列与已知导频序列做相关，通过输出相关峰值指示信号的到来。基于CFAR[2，3]（恒虚警概率）的捕获算法，要求门限变量具有双重非中心F分布以利用Price结果求解虚警和漏检概率，其分子、分母应为统计独立的非中心二次分布，自由度分别为 f₁、f₂，非中心参数分别为λ₁、λ₂。CFAR捕获门限表达式为：

CFAR捕获可以看作功率比捕获与相关捕获的结合。由于相关信号捕获中相关峰值计算涉及求和运算，因而对同步误差中的剩余频偏比较敏感，系统的抗频偏特性受相关长度影响。

为了提高系统的抗频偏特性，在传统的相关信号捕获算法的基础上又出现了差分相关捕获算法。与传统算法的直接将接收符号与已知序列做相关不同，差分相关算法首先利用接收符号进行差分运算，再将差分结果与已知序列做相关运算。常用的差分阶数有一阶、二阶、四阶和八阶等，通常会根据捕获单元的设计指标和系统参数选择一个或多个差分结果进行联合判决。

相对于上述时域检测算法的多样性，频域检测算法实现手段比较一致，通常是基于FFT运算。处理过程一般为：首先，对接收符号样值进行去调制，将信号捕获变为白噪声下单频正弦信号的检测；其次，进行FFT变换，搜索超出门限值的峰值谱线来确定信号的到达。

3.3.1.2 误捕保护机制

由于 TDMA 系统采用的是突发模式，一次突发捕获失败就会直接导致一次突发数据丢失，这使得FDMA等系统常采用的“连续多次捕获成功则判定同步，连续多次捕获失败再判定失步”的控制逻辑不再适用。在FDMA等连续信号系统中，根据不同的同步速度指标，设计单次捕获概率通常为99%～99.9%，甚至个别系统可以选择90%的捕获概率。而TDMA系统的捕获是独立的，以丢帧率指标10-4为例，此时的捕获概率至少要达到99.99%，比连续信号系统提升 1 个量级以上。而捕获概率的提升必将导致虚警概率（误捕）的增加，使得设计满足系统误捕指标的难度大大提升。

从以上两个方面可以看出，仅仅依靠捕获算法的性能很难保证 TDMA系统能够实现对标FDMA等系统的物理层传输可靠性。为了提升TDMA系统的传输可靠性，拉近与其他系统的差距，往往要在系统中增加控制机制设计作为捕获算法的辅助。

1）捕获窗

虽然TDMA系统像FDMA等连续信号系统一样将帧长精确到符号量级，但是经过严格系统定时控制之后，突发信号的接收时刻可以精确到微秒（μs）量级。根据定时控制的结果，设置捕获窗口，可以最大限度地降低系统的误捕概率。在捕获算法虚警概率不变的情况下，系统定时精度越高，捕获窗就越窄，系统误捕概率就越低。

2）同步头冗余设计

同步头冗余设计是以牺牲传输效率为代价提升传输可靠性，例如直接增加同步头长度、重复放置多个同步头等手段。增加冗余信息可以提升捕获算法的成功率，或利用冗余信息设计二重、三重捕获判决门限，通过联合判决来实现高可靠性突发信号捕获。