一种基于自适应门限的扩频同步方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于自适应门限的扩频同步方法及装置，属于扩频通信技术领域，现有的扩频同步方法中虚警现象较多且同步精确度低的技术问题。该基于自适应门限的扩频同步方法包括：在时钟周期内根据本地扩频序列对一段接收信号进行统计形成比较判决值，同时基于所述一段接收信号形成自适应门限值；在多个时钟周期中，若位于中间的时钟周期形成的比较判决值大于其他时钟周期形成的比较判决值，且所述位于中间的时钟周期以及其前后相邻的两个时钟周期形成的比较判决值都分别大于该时钟周期形成的自适应门限值，则判决所述位于中间的时钟周期的接收信号与本地扩频序列同步。

说明书

技术领域

本发明涉及扩频通信技术领域，具体的说，涉及一种基于自适应门限的扩频 同步方法及装置。

背景技术

在数据通信时，接收机必须有精确的同步才能准确地恢复传送的数据。而对 于突发的数据通信，信息传输是不连续的，因此很难通过反馈环路实现同步，通 常解决的办法是采用扩频技术，在发射的数据帧前插入一组扩频序列用作系统同 步。接收端通过对该扩频序列进行相关统计计算形成一个判决量，将该判决量中 超过门限的位置判决为同步位置。

在无线通信系统中，接收信号会受到无线信道的影响，也就是说接收信号的 衰落程度和受噪声的影响是未知和时变的。如果使用固定门限的捕获方案的话往 往不能获得良好的捕获性能，使得检测概率减小或者虚警概率增加，这就要求采 用自适应门限检测技术。自适应门限就是判决的门限能随接收信号的变化而变 化。与传统的固定门限检测相比，使用自适应门限检测，可以提高检测概率，同 时降低虚警概率，缩短正确捕获时间。

现有的基于自适应门限的扩频同步技术是通过将相关峰值和自适应门限进 行比较判决得到检测结果。传统的判决方法是把相关判决量直接与其对应的自适 应门限作比较，如果判决量比门限值大，则表明检测到了判决量的峰值。但是这 种传统的判决方法准确度较低，首先，当信号很小时，计算得到的自适应门限值 相应得也会很小，当判决量中出现微小的峰值(虚警毛刺)时，就可能导致虚警 现象。此外，传统方法中一般都会采用过采样以保证传输效果，设过采样倍数为 N，则对应的接收信号与本地参考序列的相关值有N个，且它们均超过门限值， 如果根据N-1个较小值的样点值进行系统的同步，就会影响同步的精确度。

因此，亟需一种能够解决传统方法中虚警现象较多且同步精确度低的扩频同 步方法及装置。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种基于自适应门限的扩频同步方法及装置，以 解决现有的扩频同步方法中虚警现象较多且同步精确度低的技术问题。

一种基于自适应门限的扩频同步方法，包括：

在时钟周期内根据本地扩频序列对一段接收信号进行统计形成比较判决值， 同时基于所述一段接收信号形成自适应门限值；

在多个时钟周期中，若位于中间的时钟周期形成的比较判决值大于其他时钟 周期形成的比较判决值，且所述位于中间的时钟周期以及其前后相邻的两个时钟 周期形成的比较判决值都分别大于该时钟周期形成的自适应门限值，则判决所述 位于中间的时钟周期的接收信号与本地扩频序列同步。

在形成比较判决值的步骤中包括：

基于所述时钟周期和采样倍数分别对接收信号中的I路信号和Q路信号进行 移位存储；

基于采样倍数分别对存储的一段I路信号和Q路信号进行采样得到判决采样 数据；

根据本地扩频序列对所述判决采样数据进行计算形成I路和Q路信号相关 值；

对I路和Q路信号相关值进行平方包络计算得到比较判决值。

在形成自适应门限值的步骤中包括：

对接收信号进行平方包络计算；

基于所述时钟周期和所述采样速率对进行完平方包络计算的接收信号进行 移位存储；

根据基于采样倍数对存储的一段进行完平方包络计算的接收信号进行采样 得到门限采样数据；

对门限采样数据进行计算形成自适应门限值。

在判决接收信号与本地扩频序列同步的步骤中包括：

基于所述时钟周期对在所述多个时钟周期内形成的比较判决值和自适应门 限值进行移位存储；

在存储的多个比较判决值中，若中间位的比较判决值大于其他位的比较判决 值，且所述中间位以及其前后相邻的两位的比较判决值都分别大于存储的多个自 适应门限值中相对应位的自适应门限值，则判决所述中间位的比较判决值对应的 接收信号与本地扩频序列同步。

在对I路信号和Q路信号进行移位存储的步骤中包括：

在所述时钟周期内将I路和Q路信号分别向第一移位寄存器和第二移位寄存 器中推入1/N个码片，N为采样倍数，第一移位寄存器和第二移位寄存器为N*L 位，L为所述接收信号同步序列的码长度；

在对进行完平方包络计算的接收信号进行移位存储的步骤中包括：

在所述时钟周期内将进行完平方包络计算的接收信号向第三移位寄存器中 推入1/N个码片，第三移位寄存器为N*L位。

在对比较判决值和自适应门限值进行移位存储的步骤中包括：

在所述时钟周期内将所述多个时钟周期内形成的比较判决值和自适应门限 值分别向第四移位寄存器和第五移位寄存器中推入1位值，第四移位寄存器和第 五移位寄存器为M位，M为大于2的奇数。

在对存储的一段I路信号和Q路信号进行采样的步骤中包括：

从第一移位寄存器和第二移位寄存器的第一位开始，每隔N位取一个值，得 到所述I路信号和Q路信号的判决采样数据；

在对存储的一段进行完平方包络计算的接收信号进行采样的步骤中包括：

从第三移位寄存器的第一位开始，每隔N位取一个值，得到门限采样数据。

在形成I路和Q路信号相关值的步骤中包括：

分别将I路信号和Q路信号的判决采样数据与本地扩频序列对应位相乘，将 相乘后的结果分别求平均值得到I路和Q路信号相关值；

在形成自适应门限值的步骤中包括：

对门限采样数据求平均值；

将求得的平均值与常数C相乘得到自适应门限值。

一种基于自适应门限的扩频同步装置，包括：

滑动相关器，其用于在时钟周期内根据本地扩频序列对一段接收信号进行统 计形成比较判决值；

自适应门限生成器，其用于在时钟周期内基于所述一段接收信号形成自适应 门限值；

滑动窗比较器，其用于在多个时钟周期中，若位于中间的时钟周期形成的比 较判决值大于其他时钟周期形成的比较判决值，且所述位于中间的时钟周期以及 其前后相邻的两个时钟周期形成的比较判决值都分别大于该时钟周期形成的自 适应门限值，则判决所述位于中间的时钟周期的接收信号与本地扩频序列同步。

所述滑动窗比较器包括：

第四移位寄存器，其用于基于所述时钟周期对在所述多个时钟周期内形成的 比较判决值进行移位存储；

第五移位寄存器，其用于基于所述时钟周期对在所述多个时钟周期内形成的 自适应门限值进行移位存储；

比较器判决器，其用于在第四移位寄存器存储的多个比较判决值中，若第四 移位寄存器中间位的比较判决值大于其他位的比较判决值，且所述中间位以及其 前后相邻的两位的比较判决值都分别大于第五移位寄存器存储的多个自适应门 限值中相对应位的自适应门限值，则判决所述中间位的比较判决值对应的接收信 号与本地扩频序列同步。

本发明实施例提供的基于自适应门限的扩频同步方法和装置，针对传统的扩 频同步方法的缺点提出在滑动窗中进行比较判决的检测方式，通过两个移位存储 器分别存储多个比较判决值及对应自适应门限值。比较判决值及对应自适应门限 值随时钟周期被依次推入各自移位寄存器，每个时钟周期对寄存器中的值进行比 较，只有当比较判决值寄存器的中间位置存储的值大于其它位置存储的各值，并 且中间位置及其左右位置存储的值都超过对应的自适应门限时，才判决为接收信 号与本地序列处于真正同步状态。该方法不仅能够减小甚至消除虚警现象，还可 以得到较准确的同步脉冲的起始界，进行精确的系统同步。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书 中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过 在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需 要的附图做简单的介绍：

图1是本发明实施例提供的基于自适应门限的扩频同步方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的基于自适应门限的扩频同步装置的示意图。

附图标记说明：

1、第一移位寄存器2、第二移位寄存器3、L位累加器4、第三移位寄 存器5、第四移位寄存器6、第五移位寄存器7、滑动相关器8、自适应门 限生成器9、滑动窗判决器10、比较器判决器

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何 应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实 施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的 各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

本发明的实施例提供一种基于自适应门限的扩频同步方法，如图1所示，该 方法包括：在步骤101中，在时钟周期内根据本地扩频序列对一段接收信号进行 统计形成比较判决值，同时基于一段接收信号形成自适应门限值。

其中，如图2所示，形成比较判决值的过程具体为：首先，基于时钟周期和 采样倍数分别对接收信号中的I路信号和Q路信号进行移位存储。在时钟周期内 将I路和Q路信号分别向第一移位寄存器1和第二移位寄存器2中推入1/N个码 片，也就是说I路信号r_I和Q路信号r_Q分别随着时钟周期依次推入各自的移位寄 存器中，N为设定的采样倍数，即采样速率高于码片速率的倍数，I路信号和Q 路信号对应的移位寄存器相同，为了满足对于同步序列能够按照设定的采样速率 进行采样，第一移位寄存器和第二移位寄存器都为N*L位，其中，N为大于2的 整数，L为接收信号同步序列的码长度。以I路信号为例，将I路信号随着时钟 周期推入第一移位寄存器中，采样速率是码片速率的N倍，第一移位寄存器的每 一位存储1/N个码片，每个时钟周期向第一移位寄存器中推入1/N个码片。

然后，基于采样倍数N分别对存储的一段I路信号和Q路信号进行采样得到 判决采样数据。具体为从第一移位寄存器1和第二移位寄存器2的第一位开始， 每隔N位取一个值，总共取到的L个值分别为I路信号和Q路信号的判决采样 数据。

随后，根据本地扩频序列对判决采样数据进行计算形成I路和Q路信号相关 值，分别将I路信号和Q路信号的判决采样数据与本地扩频序列对应位d_L至d₁ 相乘，将相乘后的结果通过L位累加器3分别求平均值得到I路和Q路信号相关 值。进而对I路和Q路信号相关值y_I和y_Q进行平方包络计算，即求两路信号的 平方和y_I²+y_Q²得到该时钟周期的比较判决值u_n。

以I路信号为例，将I路信号随着时钟周期推入第一移位寄存器1中，采样 速率是码片速率的N倍，第一移位寄存器1的每一位存储1/N个码片，每个时钟 周期向第一移位寄存器1中推入1/N个码片。在第一移位寄存器1中，从第一移 位寄存器1第一位开始，每个时钟周期对当前周期存储的I路信号每间隔N位取 一个值，总共取到L个值，将取到的L个值分别与本地扩频序列对应位的值相乘， 然后通过L位累加器3对L个相乘后的结果求平均值，得到当前周期I路信号的 相关值，也就是I路信号进行上述相关运算后的能量。Q路信号的相关值计算和 I路信号相同。

其中，本地扩频序列与移位寄存器的对应方法具体为：由于移位寄存器的位 数为N*L，每一位存储1/N个码片，因此每N位可以存储一个码片，把移位寄存 器平均分为L个区域，每个区域有N位，本地扩频序列有L位，分别为d₁、d₂至d_L，从移位寄存器的输入端开始，L个区域按照顺序分别于本地扩频序列的d_L到d₁相对应。也就是说从移位寄存器中某一个区域取到的值与和该区域对应的本 地扩频序列位相乘。当接收信号的扩频序列和本地序列同步时，接收信号的I路 和Q路信号的扩频序列的第1位至第L位正好进入到移位寄存器中与本地扩频序 列第1位至第L位对应的区域中，即接收信号的扩频序列与本地扩频序列对齐， 因此对应位进行相乘运算后得到一个较大的相关值，从而在之后的判决过程中超 过门限值。

进一步的，形成自适应门限值的过程具体为：首先，对接收信号r进行平方 包络计算，即对接收信号的I路信号和Q路信号求平方和r_I²+r_Q²。

然后，基于时钟周期和采样速率对进行完平方包络计算的接收信号r_I²+r_Q²进 行移位存储。具体为在时钟周期内将进行完平方包络计算的接收信号r_I²+r_Q²向第 三移位寄存器4中推入1/N个码片，即将经过平方包络处理的接收信号随着时钟 周期依次推入第三移位寄存器4中，第三移位寄存器与上述计算I路和Q路相关 值的第一、第二移位寄存器相同，位数为N*L，每N位可以存储一个码片。

随后，根据基于采样倍数N对存储的一段进行完平方包络计算的接收信号进 行采样得到门限采样数据，从第三移位寄存器4的第一位开始，每隔N位取一个 值，得到门限采样数据。在第三移位寄存器4中，每个时钟周期从第三移位寄存 器第一位开始，对当前周期存储的经过平方包络处理的接收信号每间隔N位取一 个值，取到的L个值为门限采样数据。

进而对门限采样数据进行求平均值计算得到自适应门限值。通过L位累加器 3对总共取到的L个值求平均值，将该平均值R与常数C相乘得到当前周期接收 信号的自适应门限值V_Tn。其中，常数C是根据所选择的扩频序列的自相关的最 大值S来确定的，一般C为自相关的最大值S的一半，但是在实际应用过程中， 可根据实际系统性能需要，C的取值可以在S/2左右小范围内调整。

在步骤102中，在多个时钟周期中，多个时钟周期也可以说是连续的一段时 间，该段时间由多个连续的时钟周期组成，若位于中间的时钟周期(位于中间时 间点)形成的比较判决值大于其他时钟周期形成的比较判决值，且位于中间的时 钟周期以及其前后相邻的两个时钟周期形成的比较判决值都分别大于该时钟周 期形成的自适应门限值，则判决位于中间的时钟周期的接收信号与本地扩频序列 同步，表明本地参考序列和接收信号的前导码相位同步。其中，位于中间的时钟 周期为多个时钟周期中位于中间点的时钟周期，例如有7个时钟周期，则其中的 第4个时钟周期为位于7个时钟周期中间的时钟周期，其前后相邻的两个时钟周 期即为第3个和第5个时钟周期。

上述步骤102具体是通过在滑动窗中进行比较判决的方式实现的。首先，在 时钟周期内将多个时钟周期内形成的比较判决值和自适应门限值分别向滑动窗 中的第四移位寄存器5和第五移位寄存器6中推入1位值，即每个时钟周期第四 移位寄存器5和第五移位寄存器6分别被推入一个比较判决值和一个自适应门限 值。第四移位寄存器5和第五移位寄存器6为M位，M为大于2的任意奇数。 在本发明实施例中，M基于硬件开销和性能的最优搭配进行设定，当N为偶数时， M＝N+1，当N为奇数时，M＝N。

在存储的多个比较判决值中，若中间位的比较判决值u_n大于其他位的比较判 决值，即u_n>u_i(i≠n)，且中间位以及其前后相邻的两位的比较判决值都分别大于 存储的多个自适应门限值中相对应位的自适应门限值，即u_n>V_Tn且u_n-1>V_Tn-1且 u_n+1>V_Tn+1，则判决中间位的比较判决值对应的接收信号与本地扩频序列同步。也 就是说每个时钟周期都将第四移位寄存器5中间位存储的值分别与第四移位寄存 器5中的其他位存储的值进行比较，同时将第四移位寄存器5中间位以及与其相 邻的左右位存储的值分别与第五移位寄存器6中间位以及与其相邻的左右位存储 的值进行比较。当然，在下一个时钟周期，第四移位寄存器5和第五移位寄存器 6中的值会相应的向左或向右移动一位。若当前周期第四移位寄存器5中间位存 储的值大于其他位存储的值，且第四移位寄存器5中间位以及与其相邻的左右位 存储的值都大于第五移位寄存器6中间位以及与其相邻的左右位存储的值，则判 决当前周期接收信号的扩频序列与本地扩频序列处于同步状态，并产生同步信 号。

本发明实施例提供的基于自适应门限的扩频同步方法，针对传统的扩频同步 方法的缺点提出在滑动窗中进行比较判决的检测方式，通过两个移位存储器分别 存储多个比较判决值及对应自适应门限值。比较判决值及对应自适应门限值随时 钟周期被依次推入各自移位寄存器，每个时钟周期对寄存器中的值进行比较，只 有当比较判决值寄存器的中间位置存储的值大于其它位置存储的各值，并且中间 位置及其左右位置存储的值都超过对应的自适应门限时，才判决为接收信号与本 地序列处于真正同步状态。该方法不仅能够减小甚至消除虚警现象，还可以得到 较准确的同步脉冲的起始界，进行精确的系统同步。

本发明实施例还提供一种基于自适应门限的扩频同步装置，如图2所示，该 装置包括：滑动相关器7、自适应门限生成器8和滑动窗判决器9。

滑动相关器7用于在时钟周期内根据本地扩频序列对一段接收信号进行统计 形成比较判决值。

自适应门限生成器8用于在时钟周期内基于一段接收信号形成自适应门限 值。

滑动窗判决器9用于在多个时钟周期中，若位于中间的时钟周期形成的比较 判决值大于其他时钟周期形成的比较判决值，且位于中间的时钟周期以及其前后 相邻的两个时钟周期形成的比较判决值都分别大于该时钟周期形成的自适应门 限值，则判决位于中间的时钟周期的接收信号与本地扩频序列同步。

进一步的，在本发明实施例中，滑动窗比较器包括：第四移位寄存器5、第 五移位寄存器6和比较器判决器10。

第四移位寄存器5用于基于时钟周期对在多个时钟周期内形成的比较判决值 进行移位存储。

第五移位寄存器6用于基于时钟周期对在多个时钟周期内形成的自适应门限 值进行移位存储。

比较器判决器10用于在第四移位寄存器存储的多个比较判决值中，若第四 移位寄存器中间位的比较判决值大于其他位的比较判决值，且中间位以及其前后 相邻的两位的比较判决值都分别大于第五移位寄存器存储的多个自适应门限值 中相对应位的自适应门限值，则判决中间位的比较判决值对应的接收信号与本地 扩频序列同步。

本发明实施例提供的基于自适应门限的扩频同步装置，针对传统的扩频同步 方法的缺点提出在滑动窗中进行比较判决的检测方式，通过两个移位存储器分别 存储多个比较判决值及对应自适应门限值。比较判决值及对应自适应门限值随时 钟周期被依次推入各自移位寄存器，每个时钟周期对寄存器中的值进行比较，只 有当比较判决值寄存器的中间位置存储的值大于其它位置存储的各值，并且中间 位置及其左右位置存储的值都超过对应的自适应门限时，才判决为接收信号与本 地序列处于真正同步状态。该方法不仅能够减小甚至消除虚警现象，还可以得到 较准确的同步脉冲的起始界，进行精确的系统同步。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但的内容只是为了便于理解本发明而采 用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员， 在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作 任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定 的范围为准。