CN114337726A - 扩频码捕获方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种扩频码捕获方法、装置、及计算机可读存储介质,其中,扩频码捕获方法包括:收到接收信号后,根据所述接收信号获取第一个滑动窗和第二个滑动窗,得到所述第一个滑动窗和所述第二个滑动窗之间的自相关系数;持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置中每相邻峰值位置之间的时间间隔均具有周期性,则扩频码捕获成功,其中,L为大于等于2的整数。本申请能够降低捕获复杂度,提高捕获效率。
Description
技术领域
本申请涉及扩频通信技术领域,特别是涉及一种扩频码捕获方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
扩频通信技术因其具有抗干扰能力强、传输距离远等特性,广泛应用于卫星通信、局域网初步连接、电力线通信等领域。扩频通信系统主要由扩频发射机和扩频接收机组成。扩频发射机首先使用扩频码对原始信息进行扩频,并通过射频前端发射出去。在扩频通信中,扩频码通常为伪随机码。接收机则对接收到的扩频码进行解调,恢复出原始信息。
在接收机对接收到的扩频码进行解调时,首先需要将接收到的扩频码与接收机产生的本地扩频码在相位上完全对齐才能得到较高的峰值,以完成扩频码的捕获。然而,发射机发送的扩频码经由无线信道后,将产生一个随机时延,即相位将不再确定。因此,接收机在对接收到的扩频码进行解调之前,首先需要获得扩频码相位,即对扩频码进行捕获。
为了获得接收扩频码的相位以完成捕获,目前常用的扩频捕获方法主要包括相关法、同步头法、发射参考信号法、匹配滤波器法等,但是在目前扩频通信中,扩频码捕获方法均存在捕获复杂度高、计算量大、捕获耗时较长等缺陷。
前面的叙述在于提供一般的背景信息,并不一定构成现有技术。
发明内容
本申请的目的在于提供一种扩频码捕获方法、装置及计算机可读存储介质,能够降低捕获复杂度,提高捕获效率。
为达到上述目的,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扩频码捕获方法,包括:收到接收信号后,根据所述接收信号获取第一个滑动窗和第二个滑动窗,得到所述第一个滑动窗和所述第二个滑动窗之间的自相关系数;持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置中每相邻峰值位置之间的时间间隔均具有周期性,则扩频码捕获成功,其中,L为大于等于2的整数。
可选地,所述第一个滑动窗和第二个滑动窗的长度均为M个扩频码周期长度,所述第二个滑动窗为第一个滑动窗的延时滑动窗,延时时间为N个扩频码周期长度,M、N为大于等于1的整数。
可选地,第一个滑动窗和第二个滑动窗为接收信号的采样点集合,第一个滑动窗和第二个滑动窗分别为 第一个滑动窗和第二个滑动窗的能量分别为E1=Y1×Y1 T,第一个滑动窗和所述第二个滑动窗之间的自相关系数为其中,T1为一个扩频码周期,上标T表示矩阵的共轭转置,yn为接收信号的第n个采样点,M、N、n为大于等于1的整数。
可选地,持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置中每相邻峰值位置之间的时间间隔均具有周期性,则扩频码捕获成功,具体包括:
持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置的时间间隔与扩频码周期成倍数关系,则扩频码捕获成功。
可选地,持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置中每相邻峰值位置之间的时间间隔具有周期性,则扩频码捕获成功,具体包括:
检测到自相关系数超过第一阈值后,持续检测自相关系数的峰值位置;
判断检测到的自相关系数的当前峰值位置后一个扩频码周期内是否有自相关系数低于第二阈值的位置;
若有自相关系数低于第二阈值的位置,则判断为当前峰值位置有效;
判断有效的当前峰值位置与上次预测的峰值位置之间的偏差是否在限定范围内;
若偏差在限定范围内,则判断为当前峰值位置符合预期;继续检测后续峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置均符合预期,则表示扩频码捕获成功。
可选地,判断为当前峰值位置有效,还包括:
根据有效的当前峰值位置预测下一个峰值位置,所述上次预测的峰值位置是根据上次有效的峰值位置预测的。
第二方面,本申请实施例提供了一种扩频码捕获装置,包括:自相关系数获取模块,用于收到接收信号后,根据所述接收信号获取第一个滑动窗和第二个滑动窗,得到所述第一个滑动窗和所述第二个滑动窗之间的自相关系数;
峰值周期检测模块,用于持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置中每相邻峰值位置之间的时间间隔均具有周期性,则扩频码捕获成功,其中,L为大于等于2的整数。
第三方面,本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时所述的扩频码捕获方法的步骤。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
本申请实施例提供的扩频码捕获方法、装置及计算机可读存储介质,通过收到接收信号后,根据所述接收信号获取第一个滑动窗和第二个滑动窗,得到所述第一个滑动窗和所述第二个滑动窗之间的自相关系数;持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置中每相邻峰值位置之间的时间间隔均具有周期性,则扩频码捕获成功,从而能够快速捕获扩频码,使得计算量明显减低,提高了捕获效率,降低了捕获复杂度,无需大量存储,可以随时接收随时计算。
附图说明
图1为本申请实施例提供的扩频码捕获方法的流程示意图;
图2为相关系数与时间关系曲线示意图;
图3为图1的扩频码捕获方法的细化步骤示意图;
图4为本申请实施例提供的扩频码捕获装置的框图。
具体实施方式
以下结合说明书附图及具体实施例对本申请技术方案做进一步的详细阐述。除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请。
图1是本申请第一实施例提供的扩频码捕获方法的流程示意图。所述扩频码捕获方法能够降低捕获复杂度,提高捕获效率,请参考图1,本实施例的扩频码捕获方法,可以包括以下步骤:
步骤S101,收到接收信号后,根据接收信号获取第一个滑动窗和第二个滑动窗,得到第一个滑动窗和第二个滑动窗之间的自相关系数。
其中,第一个滑动窗和第二个滑动窗的长度均为M个扩频码周期长度,第二个滑动窗为第一个滑动窗的延时滑动窗,延时时间为N个扩频码周期长度,M、N为大于等于1的整数。
可选地,第一个滑动窗和第二个滑动窗为接收信号的采样点集合,第一个滑动窗和第二个滑动窗分别为 第一个滑动窗和第二个滑动窗的能量分别为E1=Y1×Y1 T,第一个滑动窗和所述第二个滑动窗之间的自相关系数为其中,T1为一个扩频码周期,上标T表示矩阵的共轭转置,yn为接收信号的第n个采样点,M、N、n为大于等于1的整数。
通常发送端将原始信息进行数字调制,获得复数信号。使用该复数信号对扩频码序列进行调制,得到基带复信号s(t)。其中,s(t)=sI(t)+jsQ(t),其中,sI(t)和sQ(t)分别为同相分量信号(也可以称为I路调制信号)和正交分量信号(也可以称为Q路调制信号),j为虚数单位。
基带复信号s(t)再经过其它处理(例如上变频等)得到发送信号发送给接收端的接收机,接收机收到接收信号。
接收端对接收信号进行相应的处理过程得到基带复信号s(t)。步骤S101中的接收信号可以为接收机从发送端接收的发送信号,也可以是从发送端接收发送信号后再经过其它处理得到的基带复信号s(t)。无论接收信号是哪一种,接收信号均是经过调制(例如是SOQPSK)的扩频码信号序列。
由于扩频码具有良好的相关性,即使扩频码经过调制后(例如成形偏移正交相移键控(SOQPSK)调制)其相关性仍然很好,因此本步骤可以利用扩频码的良好相关性进行自相关系数运算,例如可以将接收信号与进行扩频码周期长度倍数的延时后的接收信号进行自相关系数运算。例如对于SOQPSK调制的扩频码,在M=2和N=1的情况下,第一个滑动窗和第二个滑动窗之间的自相关系数的实部曲线如图2所示。
只要第一个滑动窗和第二个滑动窗内为完整的一个或多个周期的扩频码,则第一个滑动窗和第二个滑动窗之间的相关性必然较高。对于经过调制后(例如成形偏移正交相移键控(SOQPSK)调制)的扩频码,虽然不能保证连续两个滑动窗的自相关系数较高,但是由于调制的扩频码信号序列的数目有限并且调制信号的随机性较高,因此可以保证相关系数的峰值出现的概率较高。
步骤S103,持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置中每相邻峰值位置之间的时间间隔均具有周期性,则扩频码捕获成功,其中,L为大于等于2的整数。
可选地,步骤S103中,持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置中每相邻峰值位置之间的时间间隔均具有周期性,则扩频码捕获成功,具体包括:
持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置的时间间隔与扩频码周期成倍数关系,则扩频码捕获成功。
如图3所示,可选地,步骤S103中,持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置中每相邻峰值位置之间的时间间隔均具有周期性,则扩频码捕获成功,具体包括:
S301,检测到自相关系数超过第一阈值后,持续检测自相关系数的峰值位置;
S303,判断检测到的自相关系数的当前峰值位置后一个扩频码周期内是否有自相关系数低于第二阈值的位置;若有自相关系数低于第二阈值的位置,则进行步骤S305,可选地,若没有,则进行步骤S301。
S305,判断为当前峰值位置有效;
S307,判断有效的当前峰值位置与上次预测的峰值位置之间的偏差是否在限定范围内;若偏差在限定范围内,则进行步骤S309,可选地,若不在限定范围内,则进行步骤S301。
S309,判断为当前峰值位置符合预期;继续检测后续峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置均符合预期,则表示扩频码的码相位捕获成功即扩频码捕获成功。可选地,若不符合预期,则进行步骤S301。
可选地,步骤S305中,判断为当前峰值位置有效,具体还可以包括:根据有效的当前峰值位置预测下一个峰值位置,上次预测的峰值位置是根据上次有效的峰值位置预测的。
如图2所示,分别示出I路调制信号250和Q路调制信号260,图2中的“-”表示-1,相关系数的实部如曲线所示。从图2可以看出,在连续三个I路调制信号符号相同和/或连续三个Q路调制信号符号相同时(位于峰值位置200之前时间,图2中为连续三个1-1j),或者连续三个I路调制信号符号相反和/或连续三个Q路调制信号符号相反(位于峰值位置220之前时间,图2中为-1+1j 1-1j -1+1j)的情况下,自相关系数达到1,如果没有频移,则自相关系数的虚部为0,实部最大可以达到1或者-1,在存在频移的情况下,自相关系数旋转,需要取自相关系数的幅度达到峰值1的位置,从图2可以清晰地看出,在两个滑动窗完全相同或者完全相反的情况下,自相关系数达到峰值,从而可以准确地确定扩频码的起始位置。
另外,从图2可以看出,前后两个滑动窗的调制扩频码信号序列不完全相同或不完全相反时,相关系数不会达到峰值。据此可以检测得到有效的相关系数的峰值位置。随着接收信号的不断接收,不断进行相关系数峰值检测并记录峰值位置,如果当前检测的峰值位置与上次预测的峰值位置具有周期性,则符合预期;如果连续检测到L个峰值位置时间间隔均具有周期性,则认为码相位捕获成功即扩频码捕获成功。在检测到确定的相关峰值位置后,由于其周期性,可以预测下一个峰值的可能位置;在后续若干个预测位置附近多次检测到相关峰值位置后,则可以认为完成码相位捕获。相关峰值的位置即为扩频码的结束位置。
在实际仿真中,根据M、N、L设置的不同,该方法的捕获耗时一般仅为普通算法的几十分之一。
本申请通过使用M个扩频码周期长度的滑动窗,与延时N个扩频码周期的同样长度的滑动窗进行自相关系数运算,检测峰值位置并记录。连续L个检测到的峰值位置的时间间隔与扩频码周期成倍数关系,则表示扩频码捕获成功。对于较大接收信号的码相位捕获和较小接收信号的扩频码捕获,均可以快速获得接收信号的扩频码的相位,可以几十倍地提高捕获速率,捕获时间短,从而提高信息传输性能。
综上所述,本申请实施例提供的扩频码捕获方法,通过收到接收信号后,根据所述接收信号获取第一个滑动窗和第二个滑动窗,得到所述第一个滑动窗和所述第二个滑动窗之间的自相关系数;持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置中每相邻峰值位置之间的时间间隔均具有周期性,则扩频码捕获成功,从而能够快速捕获扩频码,使得计算量明显减低,提高了捕获效率,降低了捕获复杂度,无需大量存储,可以随时接收随时计算。
以下为本申请的装置实施例,在装置实施例中未详尽描述的细节,可以参考上述对应的方法实施例。
图4是本申请实施例提供的扩频码捕获装置的框图。请参阅图4,所述扩频码捕获装置包括:自相关系数获取模块401以及峰值周期检测模块403。
具体地,自相关系数获取模块401,用于收到接收信号后,根据所述接收信号获取第一个滑动窗和第二个滑动窗,得到所述第一个滑动窗和所述第二个滑动窗之间的自相关系数;
峰值周期检测模块403,用于持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置中每相邻峰值位置之间的时间间隔均具有周期性,则扩频码捕获成功,其中,L为大于等于2的整数;
可选地,所述第一个滑动窗和第二个滑动窗的长度均为M个扩频码周期长度,所述第二个滑动窗为第一个滑动窗的延时滑动窗,延时时间为N个扩频码周期长度,M、N为大于等于1的整数。
可选地,第一个滑动窗和第二个滑动窗为接收信号的采样点集合,第一个滑动窗和第二个滑动窗分别为 第一个滑动窗和第二个滑动窗的能量分别为E1=Y1×Y1 T,第一个滑动窗和所述第二个滑动窗之间的自相关系数为其中,T1为一个扩频码周期,上标T表示矩阵的共轭转置,yn为接收信号的第n个采样点,M、N、n为大于等于1的整数。
可选地,所述峰值周期检测模块403还用于持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置的时间间隔与扩频码周期成倍数关系,则扩频码捕获成功。
可选地,所述峰值周期检测模块403还用于检测到自相关系数超过第一阈值后,持续检测自相关系数的峰值位置;判断检测到的自相关系数的当前峰值位置后一个扩频码周期内是否有自相关系数低于第二阈值的位置;若有自相关系数低于第二阈值的位置,则判断为当前峰值位置有效;判断有效的当前峰值位置与上次预测的峰值位置之间的偏差是否在限定范围内;若偏差在限定范围内,则判断为当前峰值位置符合预期;继续检测后续峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置均符合预期,则表示扩频码捕获成功。
可选地,所述峰值周期检测模块403还用于根据有效的当前峰值位置预测下一个峰值位置,所述上次预测的峰值位置是根据上次有效的峰值位置预测的。
本发明还公开一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述扩频码捕获方法的步骤。
综上所述,本申请实施例提供的扩频码捕获装置及计算机可读存储介质,通过收到接收信号后,根据所述接收信号获取第一个滑动窗和第二个滑动窗,得到所述第一个滑动窗和所述第二个滑动窗之间的自相关系数;持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置中每相邻峰值位置之间的时间间隔均具有周期性,则扩频码捕获成功,从而能够快速捕获扩频码,使得计算量明显减低,提高了捕获效率,降低了捕获复杂度,无需大量存储,可以随时接收随时计算。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
需要说明的是,在本文中,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,此外,本申请不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义,也可能具有不同含义,其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。
应当理解,尽管在本文可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如,在不脱离本文范围的情况下,第一信息也可以被称为第二信息,类似地,第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境,如在此所使用的词语"如果"可以被解释成为"在……时"或"当……时"或"响应于确定"。再者,如同在本文中所使用的,单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式,除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解,术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组,但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的,或意味着任一个或任何组合。因此,“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个:A;B;C;A和B;A和C;B和C;A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时,才会出现该定义的例外。
应该理解的是,虽然本申请实施例中的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,其可以以其他的顺序执行。而且,图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段,这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,其执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
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 (12)
1.一种扩频码捕获方法,其特征在于,其包括:
收到接收信号后,根据所述接收信号获取第一个滑动窗和第二个滑动窗,得到所述第一个滑动窗和所述第二个滑动窗之间的自相关系数;
持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置中每相邻峰值位置之间的时间间隔均具有周期性,则扩频码捕获成功,其中,L为大于等于2的整数。
2.根据权利要求1所述的扩频码捕获方法,其特征在于,所述第一个滑动窗和第二个滑动窗的长度均为M个扩频码周期长度,所述第二个滑动窗为第一个滑动窗的延时滑动窗,延时时间为N个扩频码周期长度,M、N为大于等于1的整数。
4.根据权利要求1所述的扩频码捕获方法,其特征在于,持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置中每相邻峰值位置之间的时间间隔均具有周期性,则扩频码捕获成功,具体包括:
持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置的时间间隔与扩频码周期成倍数关系,则扩频码捕获成功。
5.根据权利要求1所述的扩频码捕获方法,其特征在于,持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置中每相邻峰值位置之间的时间间隔具有周期性,则扩频码捕获成功,具体包括:
检测到自相关系数超过第一阈值后,持续检测自相关系数的峰值位置;
判断检测到的自相关系数的当前峰值位置后一个扩频码周期内是否有自相关系数低于第二阈值的位置;
若有自相关系数低于第二阈值的位置,则判断为当前峰值位置有效;
判断有效的当前峰值位置与上次预测的峰值位置之间的偏差是否在限定范围内;
若偏差在限定范围内,则判断为当前峰值位置符合预期;继续检测后续峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置均符合预期,则表示扩频码捕获成功。
6.根据权利要求5所述的扩频码捕获方法,其特征在于,判断为当前峰值位置有效,还包括:
根据有效的当前峰值位置预测下一个峰值位置,所述上次预测的峰值位置是根据上次有效的峰值位置预测的。
7.一种扩频码捕获装置,其特征在于,其包括:
自相关系数获取模块,用于收到接收信号后,根据所述接收信号获取第一个滑动窗和第二个滑动窗,得到所述第一个滑动窗和所述第二个滑动窗之间的自相关系数;
峰值周期检测模块,用于持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置中每相邻峰值位置之间的时间间隔均具有周期性,则扩频码捕获成功,其中,L为大于等于2的整数。
8.根据权利要求7所述的扩频码捕获装置,其特征在于,所述第一个滑动窗和第二个滑动窗的长度均为M个扩频码周期长度,所述第二个滑动窗为第一个滑动窗的延时滑动窗,延时时间为N个扩频码周期长度,M、N为大于等于1的整数。
10.根据权利要求7所述的扩频码捕获装置,其特征在于,所述峰值周期检测模块还用于持续检测所述自相关系数峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置的时间间隔与扩频码周期成倍数关系,则扩频码捕获成功。
11.根据权利要求7所述的扩频码捕获装置,其特征在于,所述峰值周期检测模块还用于检测到自相关系数超过第一阈值后,持续检测自相关系数的峰值位置;判断检测到的自相关系数的当前峰值位置后一个扩频码周期内是否有自相关系数低于第二阈值的位置;若有自相关系数低于第二阈值的位置,则判断为当前峰值位置有效;判断有效的当前峰值位置与上次预测的峰值位置之间的偏差是否在限定范围内;若偏差在限定范围内,则判断为当前峰值位置符合预期;继续检测后续峰值位置,若连续L个检测到的峰值位置均符合预期,则表示扩频码捕获成功。
12.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6中任一项所述的扩频码捕获方法的步骤。
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