CN111490955A - 一种在大频偏下实现同步头搜索的方法及装置 - Google Patents

一种在大频偏下实现同步头搜索的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开一种在大频偏下实现同步头搜索的方法及装置。所述方法包括对接收信号进行符号位提取；对符号位提取后的信号进行过采样信号解扩，然后对N个重复的扩频信号进行独立解扰；缩短独立解扰后序列的长度，对缩短后的解扰序列进行FFT运算；寻找每一次FFT运算后P个信号的最大数值，以及最大数值的位置，如果最大数值超过门限值，则启动最大数值计数器，如果出现更大相关峰值，则清空最大数值计数器，最终完成相关峰值的搜索和整数频偏的确定。采用本申请的技术问题适合高速运动，具有大频偏，SNR低，资源受限的无线通信系统的同步获取和频偏测量，能够在获取同步的同时还可以检测到大频偏，能够解决信号在大频偏，低SNR下快速接入的问题。

Description

一种在大频偏下实现同步头搜索的方法及装置
技术领域
本申请涉及信道通信技术领域，尤其涉及一种在大频偏下实现同步头搜索的方法及装置。
背景技术
现有技术在进行前导序列检测时一般采用均衡求和的处理方式，如《CN201110409850.3-前导序列的检测方法和装置》，该方案提供的算法装置本质就是同步头分成两段，段内采用算术和叠加，段间采用绝对值叠加，此种方式运算量太大，不容易实现，而且此种算法实施消耗的乘法器资源多，效果差，越来越不适合现在宽频信号在高速多径信道下捕获同步头的需求。
利用上述方案则需要3L个复数乘法，如果同步头是4096，则需要3*4096个复数乘法运算，现有硬件芯片根本无法支持，并且通过下述方式无法评估出信号的频偏，并且在大频偏下时无法完成同步头的搜索。
发明内容
本申请提供了一种大频偏下实现同步头搜索的方法，包括：
对接收信号进行符号位提取；
对符号位提取后的信号进行过采样信号解扩，然后对N个重复的扩频信号进行独立解扰；
缩短独立解扰后序列的长度，对缩短后的解扰序列进行FFT运算；
寻找每一次FFT运算后P个信号的最大数值，以及最大数值的位置，如果最大数值超过门限值，则启动最大数值计数器，如果出现更大相关峰值，则清空最大数值计数器，最终完成相关峰值的搜索和整数频偏的确定。
如上所述的大频偏下实现同步头搜索的方法，其中，通过以下公式对接收信号rcv_sig进行符号位提取：
Figure BDA0002406082880000011
如上所述的大频偏下实现同步头搜索的方法，其中，对符号位提取后的信号进行过采样信号解扩，然后对N个重复的扩频信号进行独立解扰，具体包括如下子步骤：
对符号位提取后的信号进行过采样信号解扩；
对解扩后的信号进行FFT操作；
对N个重复的扩频信号进行独立解扰，其中一个符号对应一个扰码。
如上所述的大频偏下实现同步头搜索的方法，其中，缩短独立解扰后序列的长度，对缩短后的解扰序列进行FFT运算，具体为：根据移动台的移动速度以及射频本振预估最大频率偏移确定累加的符号个数BL，将连续BL个符号叠加，形成P个独立叠加后的独立符号，对该独立符号进行FFT运算。
如上所述的大频偏下实现同步头搜索的方法，其中，确定相关峰值的搜索和整数频偏，具体为：通过分段FFT查找峰值点，在寻找到第一个超过门限值的最大数值currmaxv，则启动最大数值计数器rec_cont，当计数器rec_cont达到分段数WIN_REC时，表明峰值查找成功，在此过程中若发现更大数值，则将最大数值currmaxv更新为该更大数值，并清空最大数值计数器rec_cont；完成分段搜索后对应的数值currmaxv即为大数频偏的位置，由此完成相关峰值的搜索和整数频偏的确定。
本申请还提供一种在大频偏下实现同步头搜索的装置，包括：
符号位提取模块，用于对接收信号进行符号位提取；
解扩解扰模块，用于对符号位提取后的信号进行过采样信号解扩，然后对N个重复的扩频信号进行独立解扰；
峰值搜索和整数频偏确定模块，用于缩短独立解扰后序列的长度，对缩短后的解扰序列进行FFT运算；寻找每一次FFT运算后P个信号的最大数值，以及最大数值的位置，如果最大数值超过门限值，则启动最大数值计数器，如果出现更大相关峰值，则清空最大数值计数器，最终完成相关峰值的搜索和整数频偏的确定。
如上所述的在大频偏下实现同步头搜索的装置，其中，所述符号位提取模块，具体用于通过下式对接收信号rcv_sig进行符号位提取：
Figure BDA0002406082880000021
如上所述的在大频偏下实现同步头搜索的装置，其中，所述解扩解扰模块，具体用于对符号位提取后的信号进行过采样信号解扩；对解扩后的信号进行FFT操作；对N个重复的扩频信号进行独立解扰，其中一个符号对应一个扰码。
如上所述的在大频偏下实现同步头搜索的装置，其中，所述峰值搜索和整数频偏确定模块中，缩短独立解扰后序列的长度，对缩短后的解扰序列进行FFT运算具体用于根据移动台的移动速度以及射频本振预估最大频率偏移确定累加的符号个数BL，将连续BL个符号叠加，形成P个独立叠加后的独立符号，对该独立符号进行FFT运算。
如上所述的在大频偏下实现同步头搜索的装置，其中，所述峰值搜索和整数频偏确定模块中，完成相关峰值的搜索和整数频偏的确定具体用于通过分段FFT查找峰值点，在寻找到第一个超过门限值的最大数值currmaxv，则启动最大数值计数器rec_cont，当计数器rec_cont达到分段数WIN_REC时，表明峰值查找成功，在此过程中若发现更大数值，则将最大数值currmaxv更新为该更大数值，并清空最大数值计数器rec_cont；完成分段搜索后对应的数值currmaxv即为大数频偏的位置，由此完成相关峰值的搜索和整数频偏的确定。
本申请实现的有益效果如下：采用本申请的技术问题适合高速运动，具有大频偏，SNR低，资源受限的无线通信系统的同步获取和频偏测量，能够在获取同步的同时还可以检测到大频偏，能够解决信号在大频偏，低SNR下快速接入的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例一提供的前导头结构示意图；
图2是同步头捕获结构示意图；
图3是一种在大频偏下实现同步头搜索的方法流程图；
图4展示仿真了通过FFT点最大数值搜索到超过门限TH＝0.15的峰值点示意图；
图5和图6展示仿真了采用128点进行FFT和16点进行的FFT运算的示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示的前导头结构，本申请的同步头由N(N＝128)个扩频周期SP＝32的随机序列、码速率为10Mbps的扩频序列组成，采用本申请提供的前导头结构能够节省大量乘法器和加法器，性能优越，并且获取同步头的同时还可以检测到大频偏，适合高速运动，具有大频偏，SNR低，资源受限的无线通信系统的同步获取和频偏测量。
如图2所示的同步头捕获结构示意图，由于输入信号是由IPOINT＝4倍采样的SPN扩频长度的PN码调制，因此对输入信号进行码匹配滤波时，可将相邻的4个数据相加后与SPN个扩频码的解扩相关，pns序列如果是M/m序列或者GOLD等+1，-1序列，和PNS相关只要进行加减运算，无需乘法器，如果是ZC序列，则需要进行乘法运算，由于此时信号完成解扩，信号处于低速状态，信号采样速率fs＝40MHZ，且由于是4倍过采样，所以码片速率fchip＝10MHZ,扩频的符号数量L_SYNCsymb＝128；此时符号速率fsymb＝312.5KHZ，在fsymb＝312.5KHZ下进行128个乘法运算，等效于40MHZ下进行一个复数乘法运算，从而大大节省了乘法器资源。通过多段PN序列积分后可得到较好的相关峰，完成同步头的同步过程。同步使同步头的位置确定在了每隔32个码片(128采样点)的范围内，极大减少了精确码同步的硬件资源消耗。
本申请实施例一提供一种在大频偏下实现同步头搜索的方法，如图3所示，包括如下步骤：
步骤310、对接收信号rcv_sig进行符号位提取；
具体地，通过以下公式进行符号位提取：
Figure BDA0002406082880000041
步骤320、对符号位提取后的信号进行过采样信号解扩，然后对N个重复的扩频信号进行独立解扰；
本申请实施例中，先对符号位提取后的信号进行IPOINT*SPN过采样信号解扩，具体为：将符号位提取后的信号与本地扩频码s(k)进行加减运算：
Figure BDA0002406082880000042
由于本地扩频码s(k)只有±1，所以将上式中乘法运算变成加减运算，由于本地和接收信号都仅仅是+-1的运算，此时加减运算简化到单比特运算，接收机采用单BIT运算相比16BIT运算，性能仅有1BIT的下降，所以此时性能损失很小码，适合单比特运算；
每输入一个采样点，完成一次(SPN＝32)的解扩，采用IPOINT＝4过采样，仅需要SPN*IPOINT个加法器，完成一个信号的解扩后，解扩后的信号输入FIFO移位寄存器中，由于SPN*IPOINT个采样点将出来下一个扩频序列，所以一个FIFO移位寄存器的长度是2222222222222222*11111111111111111111111111111111111111111122222222222222200000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000.11111111111111211111211
然后对解扩后的信号rs(m+n)进行FFT操作：
fftrs(m+n)＝FFT(rsp(m+n)),n＝1,2…N
其中，扩频长度SPN＝32，由于有128路相关器输出，所以FFT的尺寸N＝128，对N个重复的扩频信号进行独立解扰，其中一个符号对应一个扰码；
本申请在同步头重复N次扩频后，对每个扩频码单独加扰，使得接收端获取同步头时仅仅出现一个相关峰值，而非多个峰值点。
步骤330、根据移动台的移动速度以及射频本振预估最大频率偏移detf，并确定累加的符号个数BL，将连续BL个符号叠加，形成P个独立叠加后的独立符号，对该独立符号进行FFT运算；
本申请实施例中，为了进一步节省FFT的资源，降低rs的长度，对解扩和独立解扰之后的rs信号，与相邻的BL个符号相加，组合成一个新的序列rsp如下：
rsp(m+p)＝∑rs(n+((p-1)BL+1):p*BL)p＝1,2,…P
此时再进行FFT运算：
fftrsp(m+p)＝FFT(rsp(m+p)),p＝1,2…P,P＝N/BL
由于长度降低了1/BL，P＝N/BL，所以此时相关器输出时P＝128/8＝16，即此时FFTsize的大小是16，每一次进来一个点，也就是上面公式中的m更新，都要进行一次FFT运算，通过对16点的信号进行FFT运算，然后寻找最大数值，作为最后同步相关峰值的确定依据。
步骤340、寻找每一次FFT运算后P个信号的最大数值，以及最大数值的位置，如果最大数值超过门限值，则启动最大数值计数器，如果出现更大相关峰值，则清空最大数值计数器，最终完成相关峰值的搜索和整数频偏的确定；
具体地，本申请通过分段FFT查找峰值点，在寻找到第一个超过门限值的最大数值currmaxv，则启动最大数值计数器rec_cont，当计数器rec_cont达到分段数WIN_REC时，表明峰值查找成功，在此过程中若发现更大数值，则将最大数值currmaxv更新为该更大数值，并清空最大数值计数器rec_cont，这样就不会遗漏最大峰值点，从而能够更加准确的找到同步点；此时对应的数值currmaxv即为大数频偏的位置，由此最大峰值和整数频偏同步估计完成。
通过上述两级PN序列，一级解扩，二级独立解扰，第三步缩短解扰序列长度后FFT搜索峰值点的流程进行仿真：
信号采样速率fs＝40MHZ，由于是4倍过采样，所以码片速率fchip＝10MHZ,同步头长度L_SYN＝IPOINT*SPN*N个采样点，例如IPOINT＝4，SPN＝32，N＝128,所以同步一次的序列长度L_SYNPOINT＝4*32*128＝16384个点，码片数量是L_SYNchip＝32*128＝4096,扩频的符号数量L_SYNCsymb＝128；此时符号速率fsymb＝312.5KHZ,缩短解码长度到L_SYNfft＝16,所以最后每一次FFT的点数都是L_SYNfft＝16点，这样运算量急剧降低，资源很少的情况下能够最大估计的频偏是：
±fchip/L_SYNchip*L_SYNfft/2＝10M/4096*16/2＝±20Khz
已知频偏范围为±20kHz，因此对相关值进行FFT运算后，相关峰值必然出现在已知的范围内，可以使用很短的FFT长度模块，避免消耗过多的硬件资源。
根据系统的频偏范围涉及最后FFT的估计点数量，按照现在一个FFT点的颗粒度是2.5KHZ，相邻的点叠加之后抗噪性能提升的同时运算量也降低，但是点数太少估计的频偏范围受限，所以根据系统的频偏范围估计点数。
图4展示仿真了通过FFT点最大数值搜索到超过门限TH＝0.15的峰值点示意图，通过分段FFT查找峰值点，其中，查找的峰值点为SNR＝-12，频偏detf＝-10KHz。
图5和图6展示仿真了采用128点进行FFT和16点进行的FFT运算的示意图，得到最大频偏位置和峰值功率大小基本一致，由此反映本申请方案的有效性。
以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种在大频偏下实现同步头搜索的方法，其特征在于，包括：
对接收信号进行符号位提取；
对符号位提取后的信号进行过采样信号解扩，然后对N个重复的扩频信号进行独立解扰；
缩短独立解扰后序列的长度，对缩短后的解扰序列进行FFT运算；
寻找每一次FFT运算后P个信号的最大数值，以及最大数值的位置，如果最大数值超过门限值，则启动最大数值计数器，如果出现更大相关峰值，则清空最大数值计数器，最终完成相关峰值的搜索和整数频偏的确定。
2.如权利要求1所述的在大频偏下实现同步头搜索的方法，其特征在于，通过以下公式对接收信号rcv_sig进行符号位提取：
Figure FDA0002406082870000011
3.如权利要求1所述的在大频偏下实现同步头搜索的方法，其特征在于，对符号位提取后的信号进行过采样信号解扩，然后对N个重复的扩频信号进行独立解扰，具体包括如下子步骤：
对符号位提取后的信号进行过采样信号解扩；
对解扩后的信号进行FFT操作；
对N个重复的扩频信号进行独立解扰，其中一个符号对应一个扰码。
4.如权利要求1所述的在大频偏下实现同步头搜索的方法，其特征在于，缩短独立解扰后序列的长度，对缩短后的解扰序列进行FFT运算，具体为：根据移动台的移动速度以及射频本振预估最大频率偏移确定累加的符号个数BL，将连续BL个符号叠加，形成P个独立叠加后的独立符号，对该独立符号进行FFT运算。
5.如权利要求1所述的在大频偏下实现同步头搜索的方法，其特征在于，确定相关峰值的搜索和整数频偏，具体为：通过分段FFT查找峰值点，在寻找到第一个超过门限值的最大数值currmaxv，则启动最大数值计数器rec_cont，当计数器rec_cont达到分段数WIN_REC时，表明峰值查找成功，在此过程中若发现更大数值，则将最大数值currmaxv更新为该更大数值，并清空最大数值计数器rec_cont；完成分段搜索后对应的数值currmaxv即为大数频偏的位置，由此完成相关峰值的搜索和整数频偏的确定。
6.一种在大频偏下实现同步头搜索的装置，其特征在于，包括：
符号位提取模块，用于对接收信号进行符号位提取；
解扩解扰模块，用于对符号位提取后的信号进行过采样信号解扩，然后对N个重复的扩频信号进行独立解扰；
峰值搜索和整数频偏确定模块，用于缩短独立解扰后序列的长度，对缩短后的解扰序列进行FFT运算；寻找每一次FFT运算后P个信号的最大数值，以及最大数值的位置，如果最大数值超过门限值，则启动最大数值计数器，如果出现更大相关峰值，则清空最大数值计数器，最终完成相关峰值的搜索和整数频偏的确定。
7.如权利要求6所述的在大频偏下实现同步头搜索的装置，其特征在于，所述符号位提取模块，具体用于通过下式对接收信号rcv_sig进行符号位提取：
Figure FDA0002406082870000021
8.如权利要求6所述的在大频偏下实现同步头搜索的装置，其特征在于，所述解扩解扰模块，具体用于对符号位提取后的信号进行过采样信号解扩；对解扩后的信号进行FFT操作；对N个重复的扩频信号进行独立解扰，其中一个符号对应一个扰码。
9.如权利要求6所述的在大频偏下实现同步头搜索的装置，其特征在于，所述峰值搜索和整数频偏确定模块中，缩短独立解扰后序列的长度，对缩短后的解扰序列进行FFT运算具体用于根据移动台的移动速度以及射频本振预估最大频率偏移确定累加的符号个数BL，将连续BL个符号叠加，形成P个独立叠加后的独立符号，对该独立符号进行FFT运算。
10.如权利要求6所述的在大频偏下实现同步头搜索的装置，其特征在于，所述峰值搜索和整数频偏确定模块中，完成相关峰值的搜索和整数频偏的确定具体用于通过分段FFT查找峰值点，在寻找到第一个超过门限值的最大数值currmaxv，则启动最大数值计数器rec_cont，当计数器rec_cont达到分段数WIN_REC时，表明峰值查找成功，在此过程中若发现更大数值，则将最大数值currmaxv更新为该更大数值，并清空最大数值计数器rec_cont；完成分段搜索后对应的数值currmaxv即为大数频偏的位置，由此完成相关峰值的搜索和整数频偏的确定。
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