CN111464264B - 同步符号检测方法及其检测单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同步符号检测方法，用于超宽带无线载波通信，包括通过不断去尝试不同的码字索引值和采样相位，获得相关峰曲线；计算底噪声；若相关峰曲线峰值和底噪声水平的比大于第一预设门限时候,则认为发现信号，保存大于第一预设门限采样点的索引值；对PAC个符号进行累加，所述PAC长度根据最大频偏指定；若峰值比底噪声大于第二预设门限，则找到峰值所在的相位，存于预设数组；峰值对应的相位在所述预设数组中出现N次，或峰值和底噪声的比大于第三预设门限则输出该相位，同步符号检测结束；若峰值对应的相位在所述预设数组中出现小于N次，或峰值和底噪声的比小于等于第三预设门限则返回重新计算相关峰曲线。本发明能提高SNR检测正确率。

Description

同步符号检测方法及其检测单元
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是涉及一种用于超宽带(UWB)无线载波通信的同步符号检测方法。本发明还涉及一种用于超宽带(UWB)无线载波通信的同步符号检测单元。
背景技术
超宽带(Ultra Wide Band，UWB)技术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。超宽带UWB系统是一种典型的个域无线通信系统，由于其低功耗和低频谱功率，得到了广泛的应用。UWB-IR是UWB系统的一种,定义在IEEE802.15.4协议中.UWB-IR作为802.15.4物理层的一种选择，可用于定位和导航等领域。
按照IEEE802.15.4-2011,UWB系统的帧结构如图1所示。根据协议，SHR preamble的长度可以是16/64/1024/4096。Preamble主要用于接收机的符号同步和时间频率的估计和跟踪，为后续的解调提供条件，如图1所示。超宽带UWB系统的典型发射机和接收机框图如图2所示。在接收机侧，天线接收到的信号经过脉冲成型滤波后进入基带，先做同步，获得符号边界，估计时间和频率误差，再对data部分进行解调和解码。在802.15.4的超宽带UWB系统中，通过检测preamble来获得符号的边界，符号的边界需要精度在1个chip以内才能给后续的SFD检测以及解调提供良好的环境，因此符号检测的精度和检测概率是整个系统接收的关键。
在低SNR下，系统一般会选择比较长的preamble符号数给接收机提供足够的combine符号，用于时间和频率的估计和跟踪，比如1024或者2048。而低SNR下，符号相关的峰值会受到噪声的影响而难以提取。而过度长的combine会在大频偏的情况下失效。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。本发明所涉及参考文献为IEEE802.15.4-201114.2.5.1SHR SYNC field。
本发明要解决的技术问题是提供一种在相同preamble条件下，相对现有技术能提高SNR检测正确率的同步符号检测方法。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种在相同preamble条件下，相对现有技术能提高SNR检测正确率的同步符号检测单元。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于超宽带UWB无线载波通信的同步符号检测方法，包括以下步骤：
S1，进行接收信号强度指示RSSI检测和自动增益AGC调整；
RSSI：Received Signal Strength Indication接收的信号强度指示，无线发送层的可选部分，用来判定链接质量，以及是否增大广播发送强度。接收的信号强度指示：RSSI只是信号强度的一个指示值。
自动增益AGC，防止过大的信号超过ADC接收最大电平范围，导致ADC溢出；防止天线信号过大，造成RX RF链路器件过饱和，导致信号失真；将空口信号到数字基带的信号功率控制在一个最佳解调的范围内。
S2，通过不断去尝试不同的码字索引值和采样相位，获得相关峰曲线；
S3，计算底噪声；
S4，若相关峰曲线峰值和底噪声水平的比大于第一预设门限时候,则认为发现信号；
S5，保存大于第一预设门限采样点的索引值；
S5，对PAC个符号进行累加，所述PAC长度根据最大频偏指定；
S6，若峰值比底噪声大于第二预设门限，则找到峰值所在的相位，存于预设数组；
S7，峰值对应的相位在所述预设数组中出现N次，或峰值和底噪声的比大于第三预设门限则输出该相位，同步符号检测结束；
若峰值对应的相位在所述预设数组中出现小于N次，或峰值和底噪声的比小于等于第三预设门限则返回步骤S2。
可选择的，进一步改进所述同步符号检测方法，实施步骤S2时，采用下述方式获得相关峰曲线；
Figure GDA0004003386160000021
L表示累加符号的长度，K表示码字的索引值，codeL表示一个符号内的扩频码字长度，Osr表示接收机对信号的过采样率，conj()是求复数的共轭函数，corr表示相关累加的输出，其中phIdx是累加值的编号，rx表示接收到的过采样率为Osr的接收复数信号，C表示本地使用的扩频序列，m表示用于累加的符号的编号,SymbN表示用来累加的符号数，SamPerSymb表示每个符号对应的采样点的个数，DeltaL表示两个相邻码C之间的距离。
可选择的，进一步改进所述同步符号检测方法，codeL是31或127，DeltaL是4、16或64。
可选择的，进一步改进所述同步符号检测方法，实施步骤S3时，采用下述方式计算底噪声；
Noise＝mean(Corr*conj(Corr))；
PeakPower＝maximum(Corr*conj(Corr))；
Corr是累加后缓存中的数据，Noise是累加缓存corr数据所在的buffer的功率平均值，其作为底噪的表征，PeakPower是累加缓存数据Corr buffer功率中的最大值，mean()是取均值函数，maximum()是求最大值函数，conj()是求复数的共轭函数。
可选择的，进一步改进所述同步符号检测方法，实施步骤S5时，一旦累加满一个PAC长度的符号，在新一轮累加前先执行重置缓存数据再指定PAC长度。
本发明提供一种用于超宽带UWB无线载波通信系统的同步符号检测单元，包括：
预处理模块，其适用于进行接收信号强度指示RSSI检测和自动增益AGC调整；
相关计算模块，其适用于通过不断去尝试不同的码字索引值和采样相位，获得相关峰曲线；
底噪声计算模块，其适用于计算底噪声；
第一判断模块，若相关峰曲线峰值和底噪声水平的信噪比大于第一预设门限时候,则认为发现信号；
存储模块，其适用于保存大于第一预设门限采样点的索引值和预设数组；
累加模块，其适用于对PAC个符号进行累加，所述PAC长度根据最大频偏指定；
第二判断模块，若峰值比底噪声大于第二预设门限，则找到峰值所在的相位，存于预设数组；
若峰值对应的相位在所述预设数组中出现N次，或峰值和底噪声的比大于第三预设门限则输出该相位，同步符号检测结束；
若峰值对应的相位在所述预设数组中出现小于N次，或峰值和底噪声的比小于等于第三预设门限则重新计算相关峰曲线峰值后再次执行检测。
可选择的，进一步改进所述的同步符号检测单元，相关计算模块采用下述方式获得相关峰曲线；
Figure GDA0004003386160000041
L表示累加符号的长度，K表示码字的索引值，codeL表示一个符号内的扩频码字长度，Osr表示接收机对信号的过采样率，conj()是求复数的共轭函数，corr表示相关累加的输出，其中phIdx是累加值的编号，rx表示接收到的过采样率为Osr的接收复数信号，C表示本地使用的扩频序列，m表示用于累加的符号的编号,SymbN表示用来累加的符号数，SamPerSymb表示每个符号对应的采样点的个数，DeltaL表示两个相邻码C之间的距离。
可选择的，进一步改进所述的同步符号检测单元，codeL是31或127，DeltaL是4、16或64。
可选择的，进一步改进所述的同步符号检测单元，底噪声计算模块采用下述方式计算底噪声；
Noise＝mean(Corr*conj(Corr))；
PeakPower＝maximum(Corr*conj(Corr))；
Corr是累加后缓存中的数据，Noise是累加缓存corr数据所在的buffer的功率平均值，其作为底噪的表征，PeakPower是累加缓存数据Corr buffer功率中的最大值，mean()是取均值函数，maximum()是求最大值函数，conj()是求复数的共轭函数。
可选择的，进一步改进所述的同步符号检测单元，累加模块一旦累加满一个PAC长度的符号，在新一轮累加前先执行重置缓存数据再指定PAC长度。
采用本发明的同步信号检测方法/检测系统，基于下表1参数仿真。本发明相对传统的过门限的方式能在10ppm 2048长度的preamble条件下，99％概率正确检测对应的SNR性能提升3dB以上。
preamble length crystal ppm THD1 THD2 PAC N
64 10 7 70 1 1
2048 10 7 70 8 2
2048 1 7 70 64 3
表1
附图说明
本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是SHR preamble结构示意图。
图2是超宽带UWB的典型信号处理流程示意图。
图3是UWB-IR协议信号结构示意图。
图4是本发明同步符号检测方法流程示意图。
图5是本发明同步符号检测方法逻辑结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。
此外，还应当理解的是，尽管在这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述不同的元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离根据本发明的示例性实施例的教导的情况下，以下所讨论的第一元件、组件、区域、层或部分也可以被称作第二元件、组件、区域、层或部分。
如图3-图5所示，本发明提供一种用于超宽带UWB无线载波通信的同步符号检测方法第一实施例，包括以下步骤：
S1，进行接收信号强度指示RSSI检测和自动增益AGC调整；
S2，通过不断去尝试不同的码字索引值和采样相位，获得相关峰曲线；
Figure GDA0004003386160000061
L表示累加符号的长度，K表示码字的索引值，codeL表示一个符号内的扩频码字长度，Osr表示接收机对信号的过采样率，conj()是求复数的共轭函数，corr表示相关累加的输出，其中phIdx是累加值的编号，rx表示接收到的过采样率为Osr的接收复数信号，C表示本地使用的扩频序列，m表示用于累加的符号的编号,SymbN表示用来累加的符号数，SamPerSymb表示每个符号对应的采样点的个数，DeltaL表示两个相邻码C之间的距离。在UWB-IR协议中，可以是4,16或者64，即图3中的L，K是码字的索引值，codeL是一个符号内的扩频码字长度，在UWB里面是31或者127。
S3，计算底噪声；
Noise＝mean(Corr*conj(Corr))；
PeakPower＝maximum(Corr*conj(Corr))；
Corr是累加后缓存中的数据，Noise是累加缓存corr数据所在的buffer的功率平均值，其作为底噪的表征，PeakPower是累加缓存数据Corr buffer功率中的最大值，mean()是取均值函数，maximum()是求最大值函数，conj()是求复数的共轭函数。
S4，若相关峰曲线峰值和底噪声水平的比大于第一预设门限时候,则认为发现信号；
S5，保存大于第一预设门限采样点的索引值；
S5，对PAC个符号进行累加，所述PAC长度根据最大频偏指定；
S6，若峰值比底噪声大于第二预设门限，则找到峰值所在的相位，存于预设数组；
S7，峰值对应的相位在所述预设数组中出现N次，或峰值和底噪声的比大于第三预设门限则输出该相位，同步符号检测结束；以下逻辑以第三预设门限为2为例。
Figure GDA0004003386160000071
若峰值对应的相位在所述预设数组中出现小于N次，或峰值和底噪声的比小于等于第三预设门限则返回步骤S2，在新一轮累加前先执行重置缓存数据再指定PAC长度；
Figure GDA0004003386160000072
Figure GDA0004003386160000081
本发明提供一种用于超宽带UWB无线载波通信系统的同步符号检测单元，包括：
预处理模块，其适用于进行接收信号强度指示RSSI检测和自动增益AGC调整；
相关计算模块，其适用于通过不断去尝试不同的码字索引值和采样相位，获得相关峰曲线；
Figure GDA0004003386160000082
L表示累加符号的长度，K表示码字的索引值，codeL表示一个符号内的扩频码字长度，Osr表示接收机对信号的过采样率，conj()是求复数的共轭函数，corr表示相关累加的输出，其中phIdx是累加值的编号，rx表示接收到的过采样率为Osr的接收复数信号，C表示本地使用的扩频序列，m表示用于累加的符号的编号,SymbN表示用来累加的符号数，SamPerSymb表示每个符号对应的采样点的个数，DeltaL表示两个相邻码C之间的距离。在UWB-IR协议中，可以是4,16或者64，即图3中的L，K是码字的索引值，codeL是一个符号内的扩频码字长度，在UWB里面是31或者127。
底噪声计算模块，其适用于计算底噪声；Noise＝mean(Corr*conj(Corr))；
PeakPower＝maximum(Corr*conj(Corr))；
Corr是累加后缓存中的数据，Noise是累加缓存corr数据所在的buffer的功率平均值，其作为底噪的表征，PeakPower是累加缓存数据Corr buffer功率中的最大值，mean()是取均值函数，maximum()是求最大值函数，conj()是求复数的共轭函数。
第一判断模块，若相关峰曲线峰值和底噪声水平的信噪比大于第一预设门限时候,则认为发现信号；
存储模块，其适用于保存大于第一预设门限采样点的索引值和预设数组；
累加模块，其适用于对PAC个符号进行累加，所述PAC长度根据最大频偏指定；
第二判断模块，若峰值比底噪声大于第二预设门限，则找到峰值所在的相位，存于预设数组；
若峰值对应的相位在所述预设数组中出现N次，或峰值和底噪声的比大于第三预设门限则输出该相位，同步符号检测结束，以下逻辑以第三预设门限为2为例；
Figure GDA0004003386160000091
若峰值对应的相位在所述预设数组中出现小于N次，或峰值和底噪声的比小于等于第三预设门限则重新计算相关峰曲线峰值后再次执行检测，在新一轮累加前先执行重置缓存数据再指定PAC长度；
Figure GDA0004003386160000092
Figure GDA0004003386160000101
除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种同步符号检测方法，用于超宽带(UWB)无线载波通信，其特征在于，包括以下步骤：
S1，进行接收信号强度指示(RSSI)检测和自动增益(AGC)调整；
S2，通过不断去尝试不同的码字索引值和采样相位，获得相关峰曲线；采用下述方式获得相关峰曲线；
Figure FDA0004003386150000011
L表示累加符号的长度，k表示码字的索引值，codeL表示一个符号内的扩频码字长度，Osr表示接收机对信号的过采样率，conj()是求复数的共轭函数，corr表示相关累加的输出，其中phIdx是累加值的编号，rx表示接收到的过采样率为Osr的接收复数信号，C表示本地使用的扩频序列，m表示用于累加的符号的编号,SymbN表示用来累加的符号数，SamPerSymb表示每个符号对应的采样点的个数，DeltaL表示两个相邻码C之间的距离；
S3，计算底噪声；采用下述方式计算底噪声；
Noise＝mean(Corr*conj(Corr))；
PeakPower＝maximum(Corr*conj(Corr))；
Corr是累加后缓存中的数据，Noise是累加缓存corr数据所在的buffer的功率平均值，其作为底噪的表征，PeakPower是累加缓存数据Corr buffer功率中的最大值，mean()是取均值函数，maximum()是求最大值函数，conj()是求复数的共轭函数；
S4，若相关峰曲线峰值和底噪声水平的比大于第一预设门限时候,则认为发现信号，
S5，保存大于第一预设门限采样点的索引值；
S5，对PAC个符号进行累加，所述PAC长度根据最大频偏指定；
S6，若峰值比底噪声大于第二预设门限，则找到峰值所在的相位，存于预设数组；
S7，峰值对应的相位在所述预设数组中出现N次，或峰值和底噪声的比大于第三预设门限则输出该相位，同步符号检测结束；
若峰值对应的相位在所述预设数组中出现小于N次，或峰值和底噪声的比小于等于第三预设门限则返回步骤S2。
2.如权利要求1所述的同步符号检测方法，其特征在于：codeL是31或127，DeltaL是4、16或64。
3.如权利要求1所述的同步符号检测方法，其特征在于：实施步骤S5时，一旦累加满一个PAC长度的符号，在新一轮累加前先执行重置缓存数据再指定PAC长度。
4.一种同步符号检测单元，用于超宽带(UWB)无线载波通信系统，其特征在于，包括：
预处理模块，其适用于进行接收信号强度指示(RSSI)检测和自动增益(AGC)调整；
相关计算模块，其适用于通过不断去尝试不同的码字索引值和采样相位，获得相关峰曲线；相关计算模块采用下述方式获得相关峰曲线；
Figure FDA0004003386150000021
L表示累加符号的长度，k表示码字的索引值，codeL表示一个符号内的扩频码字长度，Osr表示接收机对信号的过采样率，conj()是求复数的共轭函数，corr表示相关累加的输出，其中phIdx是累加值的编号，rx表示接收到的过采样率为Osr的接收复数信号，C表示本地使用的扩频序列，m表示用于累加的符号的编号,SymbN表示用来累加的符号数，SamPerSymb表示每个符号对应的采样点的个数，DeltaL表示两个相邻码C之间的距离；
底噪声计算模块，其适用于计算底噪声；底噪声计算模块采用下述方式计算底噪声；
Noise＝mean(Corr*conj(Corr))；
PeakPower＝maximum(Corr*conj(Corr))；
Corr是累加后缓存中的数据，Noise是累加缓存corr数据所在的buffer的功率平均值，其作为底噪的表征，PeakPower是累加缓存数据Corr buffer功率中的最大值，mean()是取均值函数，maximum()是求最大值函数，conj()是求复数的共轭函数；
第一判断模块，若相关峰曲线峰值和底噪声水平的信噪比大于第一预设门限时候,则认为发现信号，
存储模块，其适用于保存大于第一预设门限采样点的索引值和预设数组；
累加模块，其适用于对PAC个符号进行累加，所述PAC长度根据最大频偏指定；
第二判断模块，若峰值比底噪声大于第二预设门限，则找到峰值所在的相位，存于预设数组；
若峰值对应的相位在所述预设数组中出现N次，或峰值和底噪声的比大于第三预设门限则输出该相位，同步符号检测结束；
若峰值对应的相位在所述预设数组中出现小于N次，或峰值和底噪声的比小于等于第三预设门限则重新计算相关峰曲线峰值后再次执行检测。
5.如权利要求4所述的同步符号检测单元，其特征在于：codeL是31或127，DeltaL是4、16或64。
6.如权利要求4所述的同步符号检测单元，其特征在于：累加模块一旦累加满一个PAC长度的符号，在新一轮累加前先执行重置缓存数据再指定PAC长度。
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