CN113346927A - 一种信号同步方法、装置以及计算机存储介质 - Google Patents

一种信号同步方法、装置以及计算机存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了一种信号同步方法、装置以及计算机存储介质，该方法包括：接收扩频前导码信号，所述扩频前导码信号包括N个序列，N为大于或等于1的正整数；对所述扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行第一相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的N个第一处理结果；对所述N个第一处理结果中的前后两个第一处理结果与所述本地信号进行第二相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的第二处理结果；若所述第二处理结果大于预设阈值，则在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值；基于所述最大值，确定所述扩频前导码信号的同步信息，并根据所述同步信息实现对所述扩频前导码信号的同步跟踪。

Description

一种信号同步方法、装置以及计算机存储介质
分案说明
本申请是基于申请日为2019年11月21日的申请号为201911147089.3、发明名称为“一种信号同步方法、装置以及计算机存储介质”的中国专利申请提出的，在该中国专利申请记载的范围内提出分案，该中国专利申请的全部内容再次引入本申请作为参考。
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种信号同步方法、装置以及计算机存储介质。
背景技术
啁啾扩频(Chirp Spread Spectrum，CSS)是通信系统中使用的一种扩频技术，也可以称为宽带线性调频(Chirp Modulation)。在CSS调制中，发射的射频脉冲信号在一个周期内，其载频的频率作线性变化。因为其频率在较宽的频带内变化，相应地，信号的频带也被展宽，故称为扩频技术。
通过CSS扩频技术可以极大提高接收器解调的载噪比门限，且通过汉明码等可以再次提高接收器解调的灵敏度。然而，接收机解调的前提是发现并识别发射机的随机接入前导码(preamble)并与之进行同步。由于Preamble码作为固定格式去识别，无法进行编解码，使得接收机对preamble码的判断和同步在功耗和时间上具有很高要求，而且过弱的信号还无法在preamble码中识别并完成同步。
发明内容
本申请实施例提出一种信号同步方法、装置以及计算机存储介质，不仅能够节省功耗和运算时间，还能够实现CSS扩频信号中preamble码的时域和频域同步。
本申请的技术方案是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供了一种信号同步方法，该方法包括：
接收扩频前导码信号，所述扩频前导码信号包括N个序列，N为大于或等于1的正整数；
对所述扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行第一相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的N个第一处理结果；
对所述N个第一处理结果中的前后两个第一处理结果与所述本地信号进行第二相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的第二处理结果；
若所述第二处理结果大于预设阈值，则在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值；其中，所述相关窗口表征所述扩频前导码中每个序列进行第一相关处理所对应的滑动窗口；
基于所述最大值，确定所述扩频前导码信号的同步信息，并根据所述同步信息实现对所述扩频前导码信号的同步跟踪。
第二方面，本申请实施例提供了一种信号同步装置，该信号同步装置包括：接收单元、处理单元、查询单元和同步单元，其中，
接收单元，配置为接收扩频前导码信号，所述扩频前导码信号包括N个序列，N为大于或等于1的正整数；
处理单元，配置为对所述扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行第一相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的N个第一处理结果；
处理单元，还配置为对所述N个第一处理结果中的前后两个第一处理结果与所述本地信号进行第二相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的第二处理结果；
查询单元，配置为若所述第二处理结果大于预设阈值，则在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值；其中，所述相关窗口表征所述扩频前导码中每个序列进行第一相关处理所对应的滑动窗口；
同步单元，配置为基于所述最大值，确定所述扩频前导码信号的同步信息，并根据所述同步信息实现对所述扩频前导码信号的同步跟踪。
第三方面，本申请实施例提供了一种信号同步装置，该信号同步装置包括：存储器和处理器；其中，
存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；
处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行如第一方面所述的方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有信号同步程序，所述信号同步程序被至少一个处理器执行时实现如第一方面所述的方法。
本申请实施例所提供的一种信号同步方法、装置以及计算机存储介质，首先接收扩频前导码信号，该扩频前导码信号包括N个序列，N为大于或等于1的正整数；然后对该扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行第一相关处理，确定扩频前导码信号对应的N个第一处理结果；再对N个第一处理结果中的前后两个第一处理结果与所述本地信号进行第二相关处理，确定扩频前导码信号对应的第二处理结果；若第二处理结果大于预设阈值，则在相关窗口内查询第二处理结果的最大值；最后基于该最大值，确定扩频前导码信号的同步信息，并根据所述同步信息实现对扩频前导码信号的同步跟踪；这样，通过将接收到的扩频前导码信号与本地信号进行互相关处理，并根据互相关处理后所得到的峰值进行判断，从而能够确定出该扩频前导码信号的同步信息，可以实现CSS扩频信号中preamble码的时域和频域同步；另外，本申请实施例的方案不需要接收机一直做快速傅里叶变换(FastFourier Transform，FFT)的运算，还可以节省功耗和运算时间，从而还能够提升接收机的整体性能。
附图说明
图1为相关技术方案提供的一种无线调制解调器的组成结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种信号同步方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种扩频前导码信号对应的仿真信号示意图；
图4为本申请实施例提供的一种扩频前导码信号与本地的chirp信号进行共轭相乘的仿真结果示意图；
图5为本申请实施例提供的一种扩频前导码信号与本地的chirp信号进行共轭相乘的FFT结果示意图；
图6为本申请实施例提供的另一种扩频前导码信号与本地的chirp信号进行共轭相乘的仿真结果示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种扩频前导码信号与本地的chirp信号进行共轭相乘的FFT结果示意图；
图8为本申请实施例提供的一种信号同步方法的详细流程示意图；
图9为本申请实施例提供的又一种扩频前导码信号与本地的chirp信号进行共轭相乘的仿真结果示意图；
图10为本申请实施例提供的又一种扩频前导码信号与本地的chirp信号进行共轭相乘的FFT结果示意图；
图11为本申请实施例提供的再一种扩频前导码信号与本地的chirp信号进行共轭相乘的FFT结果示意图；
图12为本申请实施例提供的一种信号同步装置的组成结构示意图；
图13为本申请实施例提供的一种信号同步装置的具体硬件结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关申请相关的部分。
LoRa可以看作是Long Range的简称，为低功耗广域网(Low Power Wide AreaNetwork，LPWAN)通信技术的一种。LoRa作为一种基于扩频技术的远距离无线传输技术，能够为用户提供一种简单的能实现远距离、低功耗无线通信手段。其中，LoRa的最大特点是在同功耗的条件下能够比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，且在同功耗下可以比传统的无线射频通信距离扩大3～5倍。
LoRa是物理层或无线调制用于建立长距离通信链路，许多传统的无线系统使用频移键控(Frequency-Shift Keying，FSK)调制作为物理层，可以有效满足低功耗的需求。LoRa是基于线性调频扩频调制，不仅保留了与FSK调制相同的低功耗特性，并且增加了通信距离。由于其可以实现长通信距离和干扰的鲁棒性，而LoRa是第一个用于商业用途的低成本实现，随着LoRa的引入，LoRa技术改变了传统关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，提供了一种简单的能实现远距离、大容量、低成本的通讯系统，其无线电接收机原理如图1所示。
具体地，在图1中，该收发机包括基带部分200和射频部分100。其中，针对该收发机的发射机部分，调制器150基于在其输入处的数字数据152而生成基带信号，该基带信号中的I分量和Q分量被射频部分100转换成期望的传输频率，再由过功率放大器(PowerAmplifier，PA)120放大并通过天线传输；也就是说，通过在混频器110中将放大器154提供的信号与锁相环(Phase Locked Loop，PLL)电路190所生成的本地载波的同相分量和正交分量进行混频，可以完成信号从基带到预期频率的转换，而且PLL电路190链接到基准时钟129。一旦无线电链路的另一端上接收到该信号，其就由该收发机的接收机部分进行处理，其中，接收机部分包括低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)160，而且低噪声放大器160和功率放大器120通过开关(Switch，SW)102隔离，以实现双向管理模式；低噪声放大器160之后是生成包括一系列线性调频的基带信号的下变频级170，然后该基带信号通过视频图形阵列(Video Graphics Array，VGA)接口传输到解调器180进行处理，并提供经重建的数字信号182；这里，解调器180的功能是调制器150的功能的逆变换。
啁啾扩频(Chirp Spread Spectrum，CSS)是通信系统中使用的一种扩频技术。在CSS调制中，如果发射的射频脉冲信号在一个周期内，其载频的频率作线性变化，则称为线性调频；这里，线性调频信号又称为啁啾(chirp)信号。因为其频率在较宽的频带内变化，使得信号的频带也被展宽。具体地，在发射端有一锯齿波去调制压控振荡器，从而产生线性调频脉冲。它和扫频信号发生器产生的信号一样。在接收端，线性调频脉冲由匹配滤波器对其进行压缩，把能量集中在一个很短的时间内输出，从而提高了信噪比，获得了处理增益。匹配滤波器可采用色散延迟线，它是一个存储和累加器件，其作用机理是对不同频率的延迟时间不一样。如果使脉冲前后两端的频率经不同的延迟后一同输出，则匹配滤波器起到了脉冲压缩和能量集中的作用。匹配滤波器输出信噪比的改善是脉冲宽度与调频频偏乘积的函数。典型的CSS信号的数学表达式如下，
Figure BDA0003124573990000061
其中，f0是chirp信号的中心频率，T是chirp信号的周期，k是chirp信号的斜率，控制频率变化的速率。
目前的解决方案中，通过CSS扩频技术可以极大提高接收器解调的载噪比门限，且通过汉明码等可以再次提高接收器解调的灵敏度。然而，接收机解调的前提是发现并识别发射机的preamble码并与之进行同步。由于Preamble码作为固定格式去识别，无法进行编解码，比如LoRa技术中的preamble码没有任何的调制信息，只是频率从-BW到BW的线性频率变化，同时接收机必须在接收到任何信号时进行判断是否为有效信号，因此对preamble码的判断和同步在功耗上和时间上具有很高要求。虽然在LoRa物联网设备中通过很高的扩频因子可以将灵敏度做到-140dBm以上，且同时具有很好的功耗表现；但是在实际场景测试中很难达到该指标，主要原因如下，灵敏度的表现并不受制于信噪比而是受制于其他频段的邻频干扰；另外，过弱的信号还无法在preamble码中识别并完成同步。
本申请实施例提供了一种信号同步方法，首先接收扩频前导码信号，该扩频前导码信号包括N个序列，N为大于或等于1的正整数；然后对该扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行第一相关处理，确定扩频前导码信号对应的N个第一处理结果；再对N个第一处理结果中的前后两个第一处理结果与所述本地信号进行第二相关处理，确定扩频前导码信号对应的第二处理结果；若第二处理结果大于预设阈值，则在相关窗口内查询第二处理结果的最大值；最后基于该最大值，确定扩频前导码信号的同步信息，并根据所述同步信息实现对扩频前导码信号的同步跟踪；这样，通过将接收到的扩频前导码信号与本地信号进行互相关处理，并根据互相关处理后所得到的峰值进行判断，从而能够确定出该扩频前导码信号的同步信息，可以实现CSS扩频信号中preamble码的时域和频域同步；另外，本申请实施例的方案不需要接收机一直做FFT运算，还可以节省功耗和运算时间，从而还能够提升接收机的整体性能。
下面将结合附图对本申请各实施例进行详细说明。
本申请的一实施例中，参见图2，其示出了本申请实施例提供的一种信号同步方法的流程示意图。如图2所示，该方法可以包括：
S201：接收扩频前导码信号，所述扩频前导码信号包括N个序列，N为大于或等于1的正整数；
需要说明的是，在通信系统中，可以通过发射机发射信号，然后通过接收机接收该信号；而接收机中进行信号解调的前提是需要发现并识别出发射机的preamble码并与之同步。这里，发射机可以位于终端设备中，接收机可以位于基站中，但是本申请实施例不作具体限定。
示例性地，发射信号可以用下述的式(2)表示，如下所示，
s(t)＝exp(j*2π*fCSS*t+phi) (2)
其中，phi表示初始相位，phi的取值一般可以为0；fCSS为调制信号的频率，fcss的取值可以由扩频因子(Spreading Factor，SF)和带宽(Band Width，BW)来确定，具体地，fCSS＝2^SF/BW*t。
如此，扩频前导码信号可以使用如上产生的chirp信号，假定周期为0，那么该扩频前导码信号在MATLAB仿真中所得到的信号示例如图3所示。在图3中，水平坐标轴表示时间(用Time表示)，单位用秒(s)表示；垂直坐标轴表示频率(用Frequency表示)，单位用赫兹(Hz)表示。
还需要说明的是，由于preamble码可以由N个长度为2^SF的重复序列组成；也就是说，扩频前导码信号包括有N个序列，而且每个序列包括有M个点；其中，N为大于或等于1的正整数，M为大于或等于1的正整数。本申请实施例中，M的取值可以为2^SF。
进一步地，在一些实施例中，在S201之后，该方法还可以包括：
按照预设采样率对接收到的扩频前导码信号进行采样处理，将采样后的扩频前导码信号确定为所述扩频前导码信号。
需要说明的是，预设采样率表示预先设定的对接收到的扩频前导码信号进行采样处理的采样频率。其中，预设采样率根据实际情况进行设定，本申请实施例中的预设采样率通常为高采样率，一般可以是两倍采样率，也可以是四倍采样率，但是本申请实施例不作具体限定。
这样，可以按照预设采样率(比如两倍采样率)对接收到的扩频前导码信号进行采样处理，将采样后的扩频前导码信号确定为扩频前导码信号，然后对其进行后续的第一相关处理和第二相关处理计算。
S202：对所述扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行第一相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的N个第一处理结果；
需要说明的是，扩频前导码信号为chirp信号，本地信号也为chirp信号。具体地，该chirp信号为up chirp信号；其中，如图3所示，对于扩频前导码信号来说，该频率是从0到12×104逐渐上升的up过程，故可以将其称为up chirp信号。
还需要说明的是，在获取到扩频前导码信号的N个序列之后，可以分别将每个序列与本地信号进行第一相关处理，从而能够确定出扩频前导码信号对应的N个第一处理结果。
具体地，在一些实施例中，对于S202来说，所述对所述扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行第一相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的N个第一处理结果，可以包括：
对所述扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行共轭相乘，得到N个乘积信号；
对所述N个乘积信号中每个乘积信号分别进行FFT运算，得到N个FFT结果；
将所得到的N个FFT结果确定为所述扩频前导码信号对应的N个第一处理结果。
需要说明的是，对扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行第一相关处理，具体可以是指先对扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行共轭相乘，以得到N个乘积信号；然后再对这N个乘积信号中每个乘积信号分别进行FFT运算，从而得到N个FFT结果。
还需要说明的是，针对N个乘积信号，每个乘积信号中可以包括有M个点，具体通过对每个乘积信号所包括的M个点进行FFT运算，从而可以得到每个乘积信号对应的FFT结果，如此能够得到N个FFT结果，也就获得了扩频前导码信号对应的N个第一处理结果。
S203：对所述N个第一处理结果中的前后两个第一处理结果与所述本地信号进行第二相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的第二处理结果；
需要说明的是，在获取到N个第一处理结果之后，可以将前后两个第一处理结果与本地信号进行第二相关处理，，从而能够确定出扩频前导码信号对应的第二处理结果。
具体地，在一些实施例中，对于S203来说，所述对所述N个第一处理结果中的前后两个第一处理结果与所述本地信号进行第二相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的第二处理结果，可以包括：
对所得到的N个FFT结果中的前后两个FFT结果在相同位置与所述本地信号进行共轭相乘，并对相乘后的结果进行累加处理，得到相关结果；
将所得到的相关结果确定为所述扩频前导码信号对应的第二处理结果。
需要说明的是，对N个第一处理结果中的前后两个第一处理结果与本地信号进行第二相关处理，具体可以是指先对所得到的N个FFT结果中的前后两个FFT结果在相同位置与本地信号进行共轭相乘，然后再对相乘后的结果进行累加处理，如此能够得到相关结果，也就获得了扩频前导码信号对应的第二处理结果。
S204：若所述第二处理结果大于预设阈值，则在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值；
需要说明的是，预设阈值是预先设定的用于衡量所接收到的扩频前导码信号是否为有用信号的判定值。其中，预设阈值的取值根据实际情况进行设定，本申请实施例不作具体限定。
还需要说明的是，相关窗口表征所述扩频前导码中每个序列进行第一相关处理所对应的滑动窗口。也就是说，针对扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行共轭相乘后，针对乘积信号进行FFT运算的滑动窗口。这里，滑动窗口的长度与序列长度有关；在本申请实施例中，滑动窗口的长度可以等于序列长度，比如每个序列包括有2^SF个点，那么滑动窗口的长度也为2^SF个点。如此，只有当该滑动窗口所对应的起始时间和结束时间是正确的，这时候所得到的第二处理结果为最大值。
这样，在获取到第二处理结果之后，可以将第二处理结果与预设阈值进行比较，根据比较的结果来确定所接收到的扩频前导码信号是否为有用信号，从而确定是否需要执行在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值的步骤。因此，在一些实施例中，该方法还可以包括：
判断所述第二处理结果是否大于预设阈值；
若所述第二处理结果大于预设阈值，则确定所述扩频前导码信号为有用信号，继续执行所述在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值的步骤；
若所述第二处理结果不大于预设阈值，则确定所述扩频前导码信号为非有用信号，停止执行所述在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值的步骤。
需要说明的是，通过将第二处理结果与预设阈值进行比较，以确定所接收到的扩频前导码信号是否为有用信号。具体地，如果第二处理结果大于预设阈值，表明了所接收到的扩频前导码信号为有用信号，这时候可以继续执行图2所示的流程，即需要继续执行在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值的步骤；如果第二处理结果不大于预设阈值，表明了所接收到的扩频前导码信号为非有用信号，这时候不需要继续执行图2所示的流程，即不需要执行在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值的步骤。
S205：基于所述最大值，确定所述扩频前导码信号的同步信息，并根据所述同步信息实现对所述扩频前导码信号的同步跟踪。
需要说明的是，当第二处理结果大于预设阈值时，这时候可以查询得到第二处理结果的最大值；根据该最大值，可以确定出扩频前导码信号的同步信息，从而实现了对扩频前导码信号的同步跟踪。
本申请实施例中，对于扩频码信号的同步跟踪来说，同步跟踪包括时间同步跟踪和频率同步跟踪。另外，对于时间同步跟踪和频率同步跟踪来说，两者是并行处理的，并不存在先后之分。
具体地，在一些实施例中，对于频率同步跟踪来说，所述基于所述最大值，确定所述扩频前导码信号的同步信息，可以包括：
根据所述最大值，确定所述最大值对应的时间值；
根据所述时间值进行小数倍频偏估计，得到频偏估计值；
根据所述频偏估计值，对所述扩频前导码信号进行频率同步跟踪。
需要说明的是，由于在对接收到的扩频前导码信号进行相关处理之前，还需要对该扩频前导码信号进行采样处理，而且该采样处理是按照高采样率执行的，通常为两倍采样率或四倍采样率，这时候的频率补偿需要进行小数倍频偏估计。
还需要说明的是，对于频率同步跟踪来说，如果两者的频率不一致，这时候可以根据查询到的最大值确定出该最大值对应的时间值；根据该时间值进行小数倍频偏估计，从而能够得到频偏估计值；根据该频偏估计值对扩频前导码信号进行频率补偿，也就实现了扩频前导码信号的频率同步跟踪。
具体地，在一些实施例中，对于时间同步跟踪来说，所述基于所述最大值，确定所述扩频前导码信号的同步信息，包括：
根据所述最大值，确定所述最大值对应的序列；
根据所确定的序列，获取所述序列的起始时间和结束时间；
根据所述起始时间和所述结束时间，对所述扩频前导码信号进行时间同步跟踪。
需要说明的是，对于时间同步跟踪来说，根据所查询到的最大值确定出该最大值对应的序列；然后根据所确定的序列，获取到该序列的起始时间和结束时间；如此根据该起始时间和结束时间，也就实现了扩频前导码信号的时间同步跟踪。
示例性地，假定所接收到的扩频前导码信号如图3所示，那么在将所接收到的扩频前导码信号与本地的chirp信号进行共轭相乘之后，如果两者频率完全一致，这时候理想状态下在MATLAB仿真中所得到的仿真结果如图4所示；对应的，其FFT结果如图5所示，其中，水平坐标轴表示频率，垂直坐标轴表示分量值(即FFT结果)；从图5可以看出，FFT结果的所有信号全部为直流(Direct Current，DC)分量，此时可以判断出发射机与接收机之间的载波频率同步；如果由于多普勒效应，两者频率有所差别，这时候理想状态下在MATLAB仿真中所得到的仿真结果如图6所示；对应的，其FFT结果如图7所示，从图7可以看出，FFT结果中存在有峰值，此时可以判断出发射机与接收机之间的载波频率不同步，而且该峰值所在的频率即为两者之间的载波频率差。针对发射机与接收机之间的载波频率不同步的情况，这时候可以根据本申请实施例的信号同步方法，以实现两者之间的载波频率同步跟踪。
本实施例提供了一种信号同步方法，通过接收扩频前导码信号，该扩频前导码信号包括N个序列，N为大于或等于1的正整数；对该扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行第一相关处理，确定扩频前导码信号对应的N个第一处理结果；对N个第一处理结果中的前后两个第一处理结果与所述本地信号进行第二相关处理，确定扩频前导码信号对应的第二处理结果；若第二处理结果大于预设阈值，则在相关窗口内查询第二处理结果的最大值；基于该最大值，确定扩频前导码信号的同步信息，并根据所述同步信息实现对扩频前导码信号的同步跟踪；这样，通过将接收到的扩频前导码信号与本地信号进行互相关处理，并根据互相关处理后所得到的峰值进行判断，从而能够确定出该扩频前导码信号的同步信息，可以实现CSS扩频信号中preamble码的时域和频域同步；另外，本申请实施例的方案不需要接收机一直做FFT运算，还可以节省功耗和运算时间，从而还能够提升接收机的整体性能。
本申请的另一实施例中，基于前述实施例相同的发明构思，参见图8，其示出了本申请实施例提供的一种信号同步方法的详细流程示意图。如图8所示，该详细流程可以包括：
S801：接收扩频前导码信号，扩频前导码信号包括N个序列，N为大于或等于1的正整数；
S802：按照预设采样率对接收到的扩频前导码信号进行采样处理，将采样后的扩频前导码信号确定为所述扩频前导码信号；
需要说明的是，在发射机发射信号之后，通过接收机来接收扩频前导码信号，该扩频前导码信号可以为up chirp信号。其中，由于preamble码可以由N个长度为2^SF的重复序列组成；也就是说，扩频前导码信号包括有N个序列，而且每个序列包括有M个点；其中，N为大于或等于1的正整数，M为大于或等于1的正整数。本申请实施例中，M的取值可以为2^SF。
这样，按照预设采样率(比如两倍采样率)对接收到的扩频前导码信号进行采样处理，将采样后的扩频前导码信号确定为扩频前导码信号，然后对其进行后续的相关处理计算。
S803：对所述扩频前导码信号中每个序列分别与本地的chirp信号进行共轭相乘，得到N个乘积信号；
S804：对所述N个乘积信号中每个乘积信号分别进行FFT运算，得到N个FFT结果；
需要说明的是，在获取到扩频前导码信号的N个序列之后，对扩频前导码信号中每个序列分别与本地的chirp信号进行第一相关处理，具体可以是指先对扩频前导码信号中每个序列分别与本地的chirp信号进行共轭相乘，以得到N个乘积信号；然后再对这N个乘积信号中每个乘积信号分别进行FFT运算，从而可以得到N个FFT结果。
具体地，对扩频前导码信号中每个序列分别与本地的chirp信号进行共轭相乘，以得到N个乘积信号；其对应的代码如下，
for i＝0:N-1
decoder(i+1:i+2^SF)＝preamble(i+1:i+2^SF).*conj(local)；
end
具体地，对N个乘积信号中每个乘积信号分别进行FFT运算，以得到N个FFT结果；其对应的代码如下，
for k＝0:N-1
DECODER(k)＝FFT(decoder(k+1:k+2^SF))；
end
其中，preamble(i+1:i+2^SF)表示所接收到的扩频前导码信号中第i个序列，conj(local)表示本地的chirp信号，decoder(i+1:i+2^SF)表示第i个序列对应的乘积信号，DECODER(k)表示第k个乘积信号对应的FFT结果；由于k的取值为0～N-1，如此可以得到N个FFT结果。
S805：对所得到的N个FFT结果中的前后两个FFT结果在相同位置与本地的chirp信号进行共轭相乘，并对相乘后的结果进行累加处理，得到相关结果；
需要说明的是，在得到N个FFT结果之后，对N个FFT结果中的前后两个FFT结果与本地的chirp信号进行第二相关处理，具体可以是指先对所得到的N个FFT结果中的前后两个FFT结果在相同位置与本地信号进行共轭相乘，然后再对相乘后的结果进行累加处理，从而可以得到相关结果。
具体地，假定N＝4，如果2^SF点的序列所选择的是正确的起始时间和结束时间，这时候将4个FFT的计算结果进行累加，得到的相关结果中，该峰值是最大的，即该相关结果为最大值；然而，如果2^SF点的序列所选择的是错误的起始时间和结束时间，即所选择的2^SF的初始和结束时间与序列不一致，这时候将4个FFT的计算结果进行累加，可以得到两个峰值，且这两个峰值均小于正确情况下的峰值。
S806：若所述相关结果大于预设阈值，则在相关窗口内查询所述相关结果的最大值；
S807：基于所述最大值，确定所述扩频前导码信号的同步信息，并根据所述同步信息实现对所述扩频前导码信号的时间同步跟踪和频率同步跟踪。
需要说明的是，预设阈值是预先设定的用于衡量所接收到的扩频前导码信号是否为有用信号的判定值。其中，预设阈值的取值根据实际情况进行设定，本申请实施例不作具体限定。这样，在获取到相关结果之后，可以将相关结果与预设阈值进行比较，根据比较的结果来确定所接收到的扩频前导码信号是否为有用信号，从而确定是否需要执行S806，即是否需要在相关窗口内查询所述相关结果的最大值的步骤。
还需要说明的是，当相关结果大于预设阈值时，这时候继续搜索一段时间，可以在该相关窗口内查询出相关结果的最大值；根据该最大值，可以确定出扩频前导码信号的同步信息，从而实现了对扩频前导码信号的同步跟踪。
具体地，由于在对接收到的扩频前导码信号进行相关处理之前，还需要对该扩频前导码信号进行采样处理，而且该采样处理是按照高采样率执行的，通常为两倍采样率或四倍采样率，这时候的频率补偿需要进行小数倍频偏估计。也就是说，对于频率同步跟踪来说，如果两者的频率不一致，这时候可以根据查询到的最大值确定出该最大值对应的时间值；根据该时间值进行小数倍频偏估计，从而能够得到频偏估计值；根据该频偏估计值对扩频前导码信号进行频率补偿，也就实现了扩频前导码信号的频率同步跟踪。
另外，对于时间同步跟踪来说，根据所查询到的最大值确定出该最大值对应的序列；然后根据所确定的序列，获取到该序列的起始时间和结束时间；如此根据该起始时间和结束时间，可以对扩频前导码信号进行时间同步跟踪。也就是说，当相关结果为最大值时，这时候2^SF点的序列所选择的是正确的起始时间和结束时间，从而实现了扩频前导码信号的时间同步跟踪。
由此可以看出，同步跟踪需要进行较大的运算量，并且需要接收机一直做FFT运算。尤其是跨过前后两个preamble码字符；由于相位的不连续性，这时候与本地的chirp信号进行共轭相乘所得到的结果为分离的两端，即FFT运算之后所得到峰值的频谱会有所干扰，使得峰值会减小，从而对正常判断产生干扰。如图9所示，其示出了本申请实施例提供的一种扩频前导码信号涉及前后两个preamble码字符的仿真结果示意图；对应的，其FFT结果如图10所示，从图10可以看出，该峰值有所降低。
本申请实施例中，由于本地的chirp信号和接收到的chirp信号字符长度一致，区别只在载波频率上；因此可以将两者做互相关(cross correlation)处理，然后通过互相关处理所得到的峰值进行判断，以得出每个字符的起始时间和结束时间，从而实现时间同步，这时候还可以迅速判断出其对应的2^SF所需要的FFT运算的相关窗口。
进一步地，当扩频前导码信号中包括有多个preamble码字符时，这时候根据本申请实施例的信号同步方法，将本地的chirp信号和接收到的chirp信号进行互相关之后，所得到的FFT结果如图11所示，从图11可以看出，针对多个preamble码字符，其对应的峰值也有多个。
通过上述实施例，对前述实施例的具体实现进行了详细阐述，从中可以看出，通过前述实施例的技术方案，将本地的chirp信号和接收到的chirp信号进行crosscorrelation处理，可以迅速确定出每个字符的起始时间和结束时间，并且还可以判断载波频率的差异以进行频率补偿，从而能够确定出该扩频前导码信号的同步信息，实现了CSS扩频信号中preamble码的时域和频域同步；另外，在CSS初期可以大量节省功耗和运算时间，不需要接收机一直做FFT运算，如此根据前后FFT结果来选取FFT中产生峰值最大的滑动窗口，并且通过信号同步方式可以迅速判断出对应的M个点需要进行FFT运算的滑动窗口，从而还能够提升接收机的整体性能。
本申请的又一实施例中，基于前述实施例相同的发明构思，参见图12，其示出了本申请实施例提供的一种信号同步装置120的组成结构示例，该信号同步装置120可以包括：接收单元1201、处理单元1202、查询单元1203和同步单元1204，其中，
接收单元1201，配置为接收扩频前导码信号，所述扩频前导码信号包括N个序列，N为大于或等于1的正整数；
处理单元1202，配置为对所述扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行第一相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的N个第一处理结果；
处理单元1202，还配置为对所述N个第一处理结果中的前后两个第一处理结果与所述本地信号进行第二相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的第二处理结果；
查询单元1203，配置为若所述第二处理结果大于预设阈值，则在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值；其中，所述相关窗口表征所述扩频前导码中每个序列进行第一相关处理所对应的滑动窗口；
同步单元1204，配置为基于所述最大值，确定所述扩频前导码信号的同步信息，并根据所述同步信息实现对所述扩频前导码信号的同步跟踪。
在上述方案中，参见图12，信号同步装置120还可以包括确定单元1205和估计单元1206，其中，
确定单元1205，配置为根据所述最大值，确定所述最大值对应的时间值；
估计单元1206，配置为根据所述时间值进行小数倍频偏估计，得到频偏估计值；
同步单元1204，具体配置为根据所述频偏估计值，对所述扩频前导码信号进行频率同步跟踪。
在上述方案中，确定单元1205，还配置为根据所述最大值，确定所述最大值对应的序列；以及根据所确定的序列，获取所述序列的起始时间和结束时间；
同步单元1204，具体配置为根据所述起始时间和所述结束时间，对所述扩频前导码信号进行时间同步跟踪。
在上述方案中，参见图12，信号同步装置120还可以包括采样单元1207，配置为按照预设采样率对接收到的扩频前导码信号进行采样处理，将采样后的扩频前导码信号确定为所述扩频前导码信号。
在上述方案中，处理单元1202，具体配置为对所述扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行共轭相乘，得到N个乘积信号；以及对所述N个乘积信号中每个乘积信号分别进行快速傅里叶变换FFT运算，得到N个FFT结果；以及将所得到的N个FFT结果确定为所述扩频前导码信号对应的N个第一处理结果。
在上述方案中，处理单元1202，具体配置为对所得到的N个FFT结果中的前后两个FFT结果在相同位置与所述本地信号进行共轭相乘，并对相乘后的结果进行累加处理，得到相关结果；以及将所得到的相关结果确定为所述扩频前导码信号对应的第二处理结果。
在上述方案中，参见图12，信号同步装置120还可以包括判断单元1208，配置为判断所述第二处理结果是否大于预设阈值；
确定单元1205，还配置为若所述第二处理结果不大于预设阈值，则确定所述扩频前导码信号为非有用信号，停止执行所述在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值的步骤。
可以理解地，在本实施例中，“单元”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是模块，还可以是非模块化的。而且在本实施例中的各组成部分可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或processor(处理器)执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
因此，本实施例提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有信号同步程序，所述信号同步程序被至少一个处理器执行时实现前述实施例中任一项所述的方法。
基于上述信号同步装置120的组成以及计算机存储介质，参见图13，其示出了本申请实施例提供的信号同步装置120的具体硬件结构示例，可以包括：通信接口1301、存储器1302和处理器1303；各个组件通过总线系统1304耦合在一起。可理解，总线系统1304用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统1304除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图13中将各种总线都标为总线系统1304。其中，通信接口1301，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
存储器1302，用于存储能够在处理器1303上运行的计算机程序；
处理器1303，用于在运行所述计算机程序时，执行：
接收扩频前导码信号，所述扩频前导码信号包括N个序列，N为大于或等于1的正整数；
对所述扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行第一相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的N个第一处理结果；
对所述N个第一处理结果中的前后两个第一处理结果与所述本地信号进行第二相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的第二处理结果；
若所述第二处理结果大于预设阈值，则在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值；其中，所述相关窗口表征所述扩频前导码中每个序列进行第一相关处理所对应的滑动窗口；
基于所述最大值，确定所述扩频前导码信号的同步信息，并根据所述同步信息实现对所述扩频前导码信号的同步跟踪。
可以理解，本申请实施例中的存储器1302可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double DataRate SDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RAM，DRRAM)。本申请所描述的系统和方法的存储器1302旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
而处理器1303可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器1303中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器1303可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器1302，处理器1303读取存储器1302中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
可以理解的是，本申请描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(ProgrammableLogic Device，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。
对于软件实现，可通过执行本申请所述功能的模块(例如过程、函数等)来实现本申请所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
可选地，作为另一个实施例，处理器1303还配置为在运行所述计算机程序时，执行前述实施例中任一项所述的方法。
需要说明的是，在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。
本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。
本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到变化或替换，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种信号同步方法，其特征在于，所述方法包括：
接收扩频前导码信号，所述扩频前导码信号包括N个序列，N为大于或等于1的正整数；
对所述扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行第一相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的N个第一处理结果；
对所述N个第一处理结果中的前后两个第一处理结果与所述本地信号进行第二相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的第二处理结果；
根据所述第二处理结果与预设阈值的比较结果，确定是否执行在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值的步骤；其中，所述最大值用于实现对所述扩频前导码信号的同步跟踪。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二处理结果与预设阈值的比较结果，确定是否执行在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值的步骤，包括：
判断所述第二处理结果是否大于预设阈值；
若所述第二处理结果不大于预设阈值，则确定所述扩频前导码信号为非有用信号，停止执行所述在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值的步骤；
若所述第二处理结果大于预设阈值，则确定所述扩频前导码信号为有用信号，在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值；其中，所述相关窗口表征所述扩频前导码中每个序列进行第一相关处理所对应的滑动窗口。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值之后，所述方法还包括：
基于所述最大值，确定所述扩频前导码信号的同步信息，并根据所述同步信息实现对所述扩频前导码信号的同步跟踪。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述最大值，确定所述扩频前导码信号的同步信息，包括：
根据所述最大值，确定所述最大值对应的时间值；
根据所述时间值进行小数倍频偏估计，得到频偏估计值；
根据所述频偏估计值，对所述扩频前导码信号进行频率同步跟踪。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述最大值，确定所述扩频前导码信号的同步信息，包括：
根据所述最大值，确定所述最大值对应的序列；
根据所确定的序列，获取所述序列的起始时间和结束时间；
根据所述起始时间和所述结束时间，对所述扩频前导码信号进行时间同步跟踪。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述接收扩频前导码信号之后，所述方法还包括：
按照预设采样率对接收到的扩频前导码信号进行采样处理，将采样后的扩频前导码信号确定为所述扩频前导码信号。
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行第一相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的N个第一处理结果，包括：
对所述扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行共轭相乘，得到N个乘积信号；
对所述N个乘积信号中每个乘积信号分别进行快速傅里叶变换FFT运算，得到N个FFT结果；
将所得到的N个FFT结果确定为所述扩频前导码信号对应的N个第一处理结果。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述N个第一处理结果中的前后两个第一处理结果与所述本地信号进行第二相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的第二处理结果，包括：
对所得到的N个FFT结果中的前后两个FFT结果在相同位置与所述本地信号进行共轭相乘，并对相乘后的结果进行累加处理，得到相关结果；
将所得到的相关结果确定为所述扩频前导码信号对应的第二处理结果。
9.一种信号同步装置，其特征在于，所述信号同步装置包括：接收单元、处理单元和同步单元，其中，
所述接收单元，配置为接收扩频前导码信号，所述扩频前导码信号包括N个序列，N为大于或等于1的正整数；
所述处理单元，配置为对所述扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行第一相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的N个第一处理结果；
所述处理单元，还配置为对所述N个第一处理结果中的前后两个第一处理结果与所述本地信号进行第二相关处理，确定所述扩频前导码信号对应的第二处理结果；
所述同步单元，配置为根据所述第二处理结果与预设阈值的比较结果，确定是否执行在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值的步骤；其中，所述最大值用于实现对所述扩频前导码信号的同步跟踪。
10.根据权利要求9所述的信号同步装置，其特征在于，所述信号同步装置还包括判断单元、确定单元和查询单元，其中，
所述判断单元，配置为判断所述第二处理结果是否大于预设阈值；
所述确定单元，配置为若所述第二处理结果不大于预设阈值，则确定所述扩频前导码信号为非有用信号，停止执行所述在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值的步骤；
所述查询单元，配置为若所述第二处理结果大于预设阈值，则确定所述扩频前导码信号为有用信号，在相关窗口内查询所述第二处理结果的最大值；其中，所述相关窗口表征所述扩频前导码中每个序列进行第一相关处理所对应的滑动窗口。
11.根据权利要求10所述的信号同步装置，其特征在于，所述同步单元，还配置为基于所述最大值，确定所述扩频前导码信号的同步信息，并根据所述同步信息实现对所述扩频前导码信号的同步跟踪。
12.根据权利要求11所述的信号同步装置，其特征在于，所述信号同步装置还包括估计单元，其中，
所述确定单元，配置为根据所述最大值，确定所述最大值对应的时间值；
所述估计单元，配置为根据所述时间值进行小数倍频偏估计，得到频偏估计值；
所述同步单元，具体配置为根据所述频偏估计值，对所述扩频前导码信号进行频率同步跟踪。
13.根据权利要求11所述的信号同步装置，其特征在于，所述确定单元，还配置为根据所述最大值，确定所述最大值对应的序列；以及根据所确定的序列，获取所述序列的起始时间和结束时间；
所述同步单元，具体配置为根据所述起始时间和所述结束时间，对所述扩频前导码信号进行时间同步跟踪。
14.根据权利要求9所述的信号同步装置，其特征在于，所述信号同步装置还包括采样单元，配置为按照预设采样率对接收到的扩频前导码信号进行采样处理，将采样后的扩频前导码信号确定为所述扩频前导码信号。
15.根据权利要求9至14任一项所述的信号同步装置，其特征在于，所述处理单元，具体配置为对所述扩频前导码信号中每个序列分别与本地信号进行共轭相乘，得到N个乘积信号；以及对所述N个乘积信号中每个乘积信号分别进行快速傅里叶变换FFT运算，得到N个FFT结果；以及将所得到的N个FFT结果确定为所述扩频前导码信号对应的N个第一处理结果。
16.根据权利要求15所述的信号同步装置，其特征在于，所述处理单元，具体配置为对所得到的N个FFT结果中的前后两个FFT结果在相同位置与所述本地信号进行共轭相乘，并对相乘后的结果进行累加处理，得到相关结果；以及将所得到的相关结果确定为所述扩频前导码信号对应的第二处理结果。
17.一种信号同步装置，其特征在于，所述信号同步装置包括：存储器和处理器；其中，
所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；
所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行如权利要求1至8任一项所述的方法。
18.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有信号同步程序，所述信号同步程序被至少一个处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的方法。
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