CN116546604B - 一种自适应的低功耗信号捕获检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线通信技术领域，具体提供了一种自适应的低功耗信号捕获检测方法及系统，利用具有时域或时频域周期特性的伪随机序列的前导码，通过捕获检测的相关、相干、非相干的信号增益特点，对常用组网协议下的低功耗接入通信终端，提出一种在通信接入时，自适应地对前导码的长度配置和捕获检测进行动态调整，以满足可靠传输质量下，以最小开销实现信号帧的前导码长度配置，提高传输效率，并有效减少对信号捕获检测的运算开销，从而有效减少长期功耗的开销。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种自适应的低功耗信号捕获检测方法及系统。
背景技术
无线通信技术发展到现代，一方面，为了不断提升的通信速率应用要求的场景，不断推出和发展大带宽高速率的无线通信技术；另一方面，为了不断降低功耗要求下的低速率应用场景，不断推出和发展传统调制或OFDM的低功耗通信技术。
802.15.4g协议系列中的MR-O-OQPSK物理层通信技术协议设计了一种DSSS扩频序列作为前导码的参考信号单元，该扩频序列具有良好的时域相关特性。技术协议中定义了前导码由32个扩频序列信号单元组成，扩频系数32、64、128。若考虑100kchip/s的码片速率，则扩频系数为128，32个扩频序列信号单元组成的前导码传输时长达到（128*32）/100000 = 0.041 秒。对比《双模通信互联互通技术规范》物理层通信协议中的无线物理层协议中的前导码传输时长为122.88*1e-6*（5+2.5）= 0.00092 秒。两者传输时长相差近44.5倍，也即，在同样传输时长为1秒的物理帧情况下，开销占比相差近44.5倍。
从低功耗无线通信的一般应用需求，如智能抄表、智能终端管理等场景下，MR-O-OQPSK物理层通信技术协议的前导码传输时长会带来更大的正常工作功耗和更小的有效传输占比。
然而，上述研究成果存在如下缺点：
（1）其技术协议设计的前导码，传输时长明显在同等速率或带宽环境下，会带来更大的正常工作功耗和更小的有效传输占比。原因是前导码数据域传输时长较大，在同等数据帧传输时间下，有效传输时长占比会被压缩，同时带来前导码收发处理消耗更多工作时间而引入功耗的浪费。
（2）在组网环境中，即使收发单元通信距离较近，通信环境较好，捕获同步检测方法也需要持续接收全部前导码才能进入后续数据域的接收和解调。浪费不必要的处理时间和功耗。主要原因是，通信环境较好时，较短的前导码就可以实现快速捕获同步检测，多余的前导码部分则基本不做贡献。
（3）在小型组网中，若整体覆盖范围并不需要全部前导码长度的链路性能，则无法在优选合适的配置参数的情况下，适当减小通信时隙的划分，从而无法获得改善时隙规划和容量增容的可能。主要原因是，当整体覆盖范围较小，传输距离普遍较短，则对比本发明专利技术，自适应减小前导码长度满足通信要求下，可以在同等传输信息量的情况下压缩传输物理帧时长，从而可以减小传输时隙的划分，并进一步地，使增加可接入的用户终端容量提供可行空间。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提出了一种自适应的低功耗信号捕获检测方法及系统。
第一方面，提供一种自适应的低功耗信号捕获检测方法，所述自适应的低功耗信号捕获检测方法包括：
步骤1.发送单元向接收单元发送通信物理帧；
步骤2.接收单元基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，若捕获检测成功，则按预设比例减小发送单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和接收单元的捕获检测参数后向发送单元发送通信物理帧，并转至步骤3，否则，输出当前发送单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和接收单元的捕获检测参数作为捕获检测配置参数；
步骤3.发送单元基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，若捕获检测成功，则按预设比例减小接收单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和发送单元的捕获检测参数后向接收单元发送通信物理帧，并转至步骤2，否则，输出当前接收单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和发送单元的捕获检测参数作为捕获检测配置参数；
其中，所述捕获检测参数包括：小时隙时长Tmin，大时隙时长Tmax，大时隙时长相对小时隙时长的倍数Nt，小时隙时长内接收通信物理帧的前导码长度Nm，小时隙时长内对通信物理帧的前导码进行相关计算的次数Nm_corr，大时隙时长内对相关计算结果进行相干累加计算的次数Nm_corr_coh。
优选的，所述通信物理帧的前导码由多个参照信号单元拼接扩展组成。
优选的，所述小时隙时长内接收通信物理帧的前导码长度Nm等于（Tmin*Rc/Lc）向下取整；
所述大时隙时长大于小时隙时长，所述大时隙时长相对小时隙时长的倍数Nt≥2；
其中，Lc为通信物理帧的前导码序列周期长度，Rc为通信物理帧的前导码速率。
优选的，所述小时隙时长内对通信物理帧的前导码进行相关计算的次数Nm_corr小于等于（Nm-1）。
优选的，所述大时隙时长内对相关计算结果进行相干累加计算的次数Nm_corr_coh等于（Nm-1）/Nm_corr向下取整。
进一步的，所述基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，包括：
步骤a.在小时隙时长内对接收的第n个参照信号单元进行直接相关计算，并记录接收的参照信号单元的信号特征信息；
步骤b.判断接收的参照信号单元的信号特征信息和当次直接相关计算的计算结果对应的检测特征是否满足预设捕获判决条件，若是，则捕获检测成功，否则计数值加1后执行步骤c；
步骤c.当计数值等于1时，令n=n+1并返回步骤a；
当计数值大于等于2且小于预设限值时，执行步骤d；
当计数值等于预设限值时，执行步骤e；
步骤d.对所有直接相关计算的计算结果进行相干累加计算，并判断接收的参照信号单元的信号特征信息和当次相干累加计算的计算结果对应的检测特征是否满足预设捕获判决条件，若是，则捕获检测成功，否则，令n=n+1并返回步骤a；
步骤e.在大时隙时长内对所有相干累加计算结果进行非相干累加计算，并判断接收的参照信号单元的信号特征信息和当次非相干累加计算的计算结果对应的检测特征是否满足预设捕获判决条件，若是，则捕获检测成功，否则捕获检测失败；
其中，所述计数值和所述n的初始值均为1。
进一步的，所述参照信号单元的信号特征信息包括：信号峰值能量、信号总能量、前端增益总量；所述检测特征包括：频偏、信噪比特征值。
进一步的，当发送单元或接收单元捕获检测失败时，进入休眠直至下一个检测周期开始。
第二方面，提供一种自适应的低功耗信号捕获检测系统，所述自适应的低功耗信号捕获检测系统包括：
所述发送单元，用于向接收单元发送通信物理帧；
所述接收单元，用于基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，若捕获检测成功，则按预设比例减小发送单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和接收单元的捕获检测参数后向发送单元发送通信物理帧，否则，输出当前发送单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和接收单元的捕获检测参数作为捕获检测配置参数；
所述发送单元，用于基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，若捕获检测成功，则按预设比例减小接收单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和发送单元的捕获检测参数后向接收单元发送通信物理帧，否则，输出当前接收单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和发送单元的捕获检测参数作为捕获检测配置参数；
其中，所述捕获检测参数包括：小时隙时长Tmin，大时隙时长Tmax，大时隙时长相对小时隙时长的倍数Nt，小时隙时长内接收通信物理帧的前导码长度Nm，小时隙时长内对通信物理帧的前导码进行相关计算的次数Nm_corr，大时隙时长内对相关计算结果进行相干累加计算的次数Nm_corr_coh。
优选的，所述通信物理帧的前导码由多个参照信号单元拼接扩展组成。
优选的，所述小时隙时长内接收通信物理帧的前导码长度Nm等于（Tmin*Rc/Lc）向下取整；
所述大时隙时长大于小时隙时长，所述大时隙时长相对小时隙时长的倍数Nt≥2；
其中，Lc为通信物理帧的前导码序列周期长度，Rc为通信物理帧的前导码速率。
优选的，所述小时隙时长内对通信物理帧的前导码进行相关计算的次数Nm_corr小于等于（Nm-1）。
优选的，所述大时隙时长内对相关计算结果进行相干累加计算的次数Nm_corr_coh等于（Nm-1）/Nm_corr向下取整。
进一步的，所述基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，包括：
步骤a.在小时隙时长内对接收的第n个参照信号单元进行直接相关计算，并记录接收的参照信号单元的信号特征信息；
步骤b.判断接收的参照信号单元的信号特征信息和当次直接相关计算的计算结果对应的检测特征是否满足预设捕获判决条件，若是，则捕获检测成功，否则计数值加1后执行步骤c；
步骤c.当计数值等于1时，令n=n+1并返回步骤a；
当计数值大于等于2且小于预设限值时，执行步骤d；
当计数值等于预设限值时，执行步骤e；
步骤d.对所有直接相关计算的计算结果进行相干累加计算，并判断接收的参照信号单元的信号特征信息和当次相干累加计算的计算结果对应的检测特征是否满足预设捕获判决条件，若是，则捕获检测成功，否则，令n=n+1并返回步骤a；
步骤e.在大时隙时长内对所有相干累加计算结果进行非相干累加计算，并判断接收的参照信号单元的信号特征信息和当次非相干累加计算的计算结果对应的检测特征是否满足预设捕获判决条件，若是，则捕获检测成功，否则捕获检测失败；
其中，所述计数值和所述n的初始值均为1。
进一步的，所述参照信号单元的信号特征信息包括：信号峰值能量、信号总能量、前端增益总量；所述检测特征包括：频偏、信噪比特征值。
进一步的，当发送单元或接收单元捕获检测失败时，进入休眠直至下一个检测周期开始。
第三方面，提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；
所述处理器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现所述的自适应的低功耗信号捕获检测方法。
第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现所述的自适应的低功耗信号捕获检测方法。
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
本发明提供的一种自适应的低功耗信号捕获检测方法，包括：步骤1.发送单元向接收单元发送通信物理帧；步骤2.接收单元基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，若捕获检测成功，则按预设比例减小发送单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和接收单元的捕获检测参数后向发送单元发送通信物理帧，并转至步骤3，否则，输出当前发送单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和接收单元的捕获检测参数作为捕获检测配置参数；步骤3.发送单元基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，若捕获检测成功，则按预设比例减小接收单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和发送单元的捕获检测参数后向接收单元发送通信物理帧，并转至步骤2，否则，输出当前接收单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和发送单元的捕获检测参数作为捕获检测配置参数；其中，所述捕获检测参数包括：小时隙时长Tmin，大时隙时长Tmax，大时隙时长相对小时隙时长的倍数Nt，小时隙时长内接收通信物理帧的前导码长度Nm，小时隙时长内对通信物理帧的前导码进行相关计算的次数Nm_corr，大时隙时长内对相关计算结果进行相干累加计算的次数Nm_corr_coh。本发明提供的技术方案，在同等速率或带宽环境下，自适应的对前导码长度和捕获同步检测方法的配置参数进行优选，使得在满足不同应用场景通信需求下，获得相对最优的正常工作功耗和有效传输占比。
附图说明
图1是本发明实施例的自适应的低功耗信号捕获检测方法的主要步骤流程示意图；
图2是本发明实施例的自适应的低功耗信号捕获检测系统的主要结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如背景技术中所公开的，无线通信技术发展到现代，一方面，为了不断提升的通信速率应用要求的场景，不断推出和发展大带宽高速率的无线通信技术；另一方面，为了不断降低功耗要求下的低速率应用场景，不断推出和发展传统调制或OFDM的低功耗通信技术。
802.15.4g协议系列中的MR-O-OQPSK物理层通信技术协议设计了一种DSSS扩频序列作为前导码的参考信号单元，该扩频序列具有良好的时域相关特性。技术协议中定义了前导码由32个扩频序列信号单元组成，扩频系数32、64、128。若考虑100kchip/s的码片速率，则扩频系数为128，32个扩频序列信号单元组成的前导码传输时长达到（128*32）/100000 = 0.041 秒。对比《双模通信互联互通技术规范》物理层通信协议中的无线物理层协议中的前导码传输时长为122.88*1e-6*（5+2.5）= 0.00092 秒。两者传输时长相差近44.5倍，也即，在同样传输时长为1秒的物理帧情况下，开销占比相差近44.5倍。
从低功耗无线通信的一般应用需求，如智能抄表、智能终端管理等场景下，MR-O-OQPSK物理层通信技术协议的前导码传输时长会带来更大的正常工作功耗和更小的有效传输占比。
然而，上述研究成果存在如下缺点：
（1）其技术协议设计的前导码，传输时长明显在同等速率或带宽环境下，会带来更大的正常工作功耗和更小的有效传输占比。原因是前导码数据域传输时长较大，在同等数据帧传输时间下，有效传输时长占比会被压缩，同时带来前导码收发处理消耗更多工作时间而引入功耗的浪费。
（2）在组网环境中，即使收发单元通信距离较近，通信环境较好，捕获同步检测方法也需要持续接收全部前导码才能进入后续数据域的接收和解调。浪费不必要的处理时间和功耗。主要原因是，通信环境较好时，较短的前导码就可以实现快速捕获同步检测，多余的前导码部分则基本不做贡献。
（3）在小型组网中，若整体覆盖范围并不需要全部前导码长度的链路性能，则无法在优选合适的配置参数的情况下，适当减小通信时隙的划分，从而无法获得改善时隙规划和容量增容的可能。主要原因是，当整体覆盖范围较小，传输距离普遍较短，则对比本发明专利技术，自适应减小前导码长度满足通信要求下，可以在同等传输信息量的情况下压缩传输物理帧时长，从而可以减小传输时隙的划分，并进一步地，使增加可接入的用户终端容量提供可行空间。
为了改善上述问题，本发明提供的一种自适应的低功耗信号捕获检测方法，包括：步骤1.发送单元向接收单元发送通信物理帧；步骤2.接收单元基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，若捕获检测成功，则按预设比例减小发送单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和接收单元的捕获检测参数后向发送单元发送通信物理帧，并转至步骤3，否则，输出当前发送单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和接收单元的捕获检测参数作为捕获检测配置参数；步骤3.发送单元基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，若捕获检测成功，则按预设比例减小接收单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和发送单元的捕获检测参数后向接收单元发送通信物理帧，并转至步骤2，否则，输出当前接收单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和发送单元的捕获检测参数作为捕获检测配置参数；其中，所述捕获检测参数包括：小时隙时长Tmin，大时隙时长Tmax，大时隙时长相对小时隙时长的倍数Nt，小时隙时长内接收通信物理帧的前导码长度Nm，小时隙时长内对通信物理帧的前导码进行相关计算的次数Nm_corr，大时隙时长内对相关计算结果进行相干累加计算的次数Nm_corr_coh。本发明提供的技术方案，在同等速率或带宽环境下，自适应的对前导码长度和捕获同步检测方法的配置参数进行优选，使得在满足不同应用场景通信需求下，获得相对最优的正常工作功耗和有效传输占比。
下面对上述方案进行详细阐述。
实施例1
参阅附图1，图1是本发明的一个实施例的自适应的低功耗信号捕获检测方法的主要步骤流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的自适应的低功耗信号捕获检测方法主要包括以下步骤：
步骤1.发送单元向接收单元发送通信物理帧；
步骤2.接收单元基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，若捕获检测成功，则按预设比例减小发送单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和接收单元的捕获检测参数后向发送单元发送通信物理帧，并转至步骤3，否则，输出当前发送单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和接收单元的捕获检测参数作为捕获检测配置参数；
步骤3.发送单元基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，若捕获检测成功，则按预设比例减小接收单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和发送单元的捕获检测参数后向接收单元发送通信物理帧，并转至步骤2，否则，输出当前接收单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和发送单元的捕获检测参数作为捕获检测配置参数；
其中，所述捕获检测参数包括：小时隙时长Tmin，大时隙时长Tmax，大时隙时长相对小时隙时长的倍数Nt，小时隙时长内接收通信物理帧的前导码长度Nm，小时隙时长内对通信物理帧的前导码进行相关计算的次数Nm_corr，大时隙时长内对相关计算结果进行相干累加计算的次数Nm_corr_coh。
本实施例中，所述通信物理帧具有良好时域相关特性的伪随机序列信号作为通信物理帧的前导码组成部分的参照信号单元，序列周期长度设为Lc，速率设为Rc，对应通信带宽设为BW=2*Rc；对应地，信号帧的前代码部分为多个参照信号单元拼接扩展组成，扩展数设为Nk，则前导码部分的总长度为Nk*Lc。
对未知应用场景，收发送单元初始可配置较长或最长的Nk，保障收发接收单元能在初始接入时大概率可靠接收成功。也可通过对几种常用应用场景的通信交互的自适应结果，设置几组典型配置参数。在实际应用时，收发送单元可在工程接入时配置一组最匹配的参数配置加快自适应的过程。
本实施例中，所述小时隙时长内接收通信物理帧的前导码长度Nm等于（Tmin*Rc/Lc）向下取整；
所述大时隙时长大于小时隙时长，所述大时隙时长相对小时隙时长的倍数Nt≥2；
其中，Lc为通信物理帧的前导码序列周期长度，Rc为通信物理帧的前导码速率。
本实施例中，所述小时隙时长内对通信物理帧的前导码进行相关计算的次数Nm_corr小于等于（Nm-1）。
本实施例中，所述大时隙时长内对相关计算结果进行相干累加计算的次数Nm_corr_coh等于（Nm-1）/Nm_corr向下取整。
在一个实施方式中，所述基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，包括：
步骤a.在小时隙时长内对接收的第n个参照信号单元进行直接相关计算，并记录接收的参照信号单元的信号特征信息；
步骤b.判断接收的参照信号单元的信号特征信息和当次直接相关计算的计算结果对应的检测特征是否满足预设捕获判决条件，若是，则捕获检测成功，否则计数值加1后执行步骤c；
步骤c.当计数值等于1时，令n=n+1并返回步骤a；
当计数值大于等于2且小于预设限值时，执行步骤d；
当计数值等于预设限值时，执行步骤e；
步骤d.对所有直接相关计算的计算结果进行相干累加计算，并判断接收的参照信号单元的信号特征信息和当次相干累加计算的计算结果对应的检测特征是否满足预设捕获判决条件，若是，则捕获检测成功，否则，令n=n+1并返回步骤a；
步骤e.在大时隙时长内对所有相干累加计算结果进行非相干累加计算，并判断接收的参照信号单元的信号特征信息和当次非相干累加计算的计算结果对应的检测特征是否满足预设捕获判决条件，若是，则捕获检测成功，否则捕获检测失败；
其中，所述计数值和所述n的初始值均为1。
本实施例中，所述参照信号单元的信号特征信息包括：信号峰值能量、信号总能量、前端增益总量；所述检测特征包括：频偏、信噪比特征值。
本实施例中，当发送单元或接收单元捕获检测失败时，进入休眠直至下一个检测周期开始。
在一个具体的实施方式中，可以按下述步骤实现所述基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测的过程，例如：
S1.接收单元Ur周期性启动信号接收的捕获同步检测，检测以分层级的方式计算。检测分层级计算在时隙上是指设计了两层接收处理的时隙管理，分别定义为大时隙Tmax和小时隙Tmin。其中，大时隙Tmax为已接入网络的正常通信的在网单元的接收时隙管理，小时隙Tmin为入网单元做较密集的接收时隙管理， Tmax=Nt*Tmin。在小时隙Tmin中，设置参数Nm作为Tmin时隙内基于前导码部分的相关数据长度，Nm取（Tmin*Rc/Lc）向下取整， Nm需参照Tmax、Tmin来配置合理的周期数来提升通信连接的成功率，参照信号单元设计的自相关互相关特征对此成功率起主要作用。小时隙Tmin内采用分级计算，Tmax的输入为Tmin的计算输出。在接收时隙之外，接收单元Ur可进入睡眠状态来减小功耗。
S1.1.接收单元Ur在接收信号帧时，分两层处理。一般地，对未知应用场景，接收单元Ur初始设置较大或最大的大周期Tmax和小周期Tmin，以最大概率可靠接收。也可通过对几种常用应用场景的通信交互的自适应结果，设置几组典型配置参数。在实际应用时，选择一组最接近的参数配置以加快自适应的过程。
S1.2.第一层为小时隙Tmin计算，Nm取（Tmin*Rc/Lc）向下取整，也即共有Nm个伪随机序列参照信号单元的数据段完成相关相干的分级计算 。第二层为大时隙Tmax计算，为Nt个小时隙Tmin的计算输出通过非相干累加计算得到。每层之间有检测判决机制，若判决成功，则直接结束退出检测，进入后续处理；若判决不成功，则依据当前状态进行下一个层级计算步骤。Tmax至少大于等于2个Tmin才有意义。
S2.捕获检测计算中，分为两级计算检测，在同一个小时隙Tmin内完成。第一级计算为直接相关 ，若捕获判决输出显示直接捕获成功，则结束当次捕获，进入后续接收解调处理，同时记录当前接收信号质量和信道状态信息CSI表征信号，若没有捕获成功，则对此级捕获中相关计算的中间结果进行缓存，此时第二级计数加1，表示当前有一级计算一次；然后跳过几个数据后 ，再次启动第一级相关。任意一次第一级相关计算结果显示成功，则结束捕获检测，否则持续上述跳过几个数据再次启动第一级，第二级计数持续加1；当第二级计数大于等于2时，启动第二级相干累加计算，并对第二级输出做检测判决 ，若第二级输出判决成功，则结束当前检测计算，若不成功则持续，直到第二级计数达到M次后仍未成功时退出，同时记录小时隙的最终输出结果和信道CSI特征值。然后，进入大时隙Tmax非相干累加计算，大时隙的输入为每个小时隙Tmin的相干计算输出，全部计算由Nt个小时隙计算组成。若Tmax未成功，则接收单元Ur将调整Tmax、Tmin的参数设置；同时，发送单元Ut若长时间没有接收到Ur返回信息，则回到S3调整发送参数Nk，重新发送信号物理帧。第一级用于快速捕获检测；第二级用于性能提升；时隙分层也是用于平衡计算时间和性能提升。
S2.1.在小时隙Tmin中的分级计算里，取Nm_corr为第一级相关计算的参照信号单元个数，则相关总数据长度为Nm_corr*Lc，Nm_corr必须小于等于（Nm-1）。第二级相干计算次数Nm_corr_coh对应为（Nm-1）/Nm_corr向下取整，若Nm_corr_coh=1，则第二级相当于直通，只有Nm_corr_coh>=2时，才有有效的相干计算发生。
S2.2.若第二级相干累加计算输出判决不成功，则启动第二层大时隙Tmax的计算和判决。第二层级对Tmin的相干输出结果进行非相干累加，并对累加结果进行判决，第二层持续非相干累加均判决不成功，直接进入休眠，直至下一个接收周期到来时结束休眠启动新的捕获检测计算。
S2.3.基于捕获检测到的前导码序列计算信道质量的特征值CSI信息包括但不限于捕获检测中的信号峰值能量、信号总能量、前端增益总量，以及利用检测到信号的前导码序列计算得到的频偏、信噪比特征值等。
S2.4.一般地，相同配置下，重复2-3次通信失败，再启动参数配置调整；
S2.5.进一步地，考虑树状组网拓扑结构类别通信环境下，主节点的维护效率，可以对参数配置的调整设计几种典型开销组合进行适配，并通过分组管理名单实现整体功耗的降低。
S3. Ur接收成功后，将接收的信道特征CSI信息加载到负载，以同样的通信方法回复发送单元Ut，完成通信交互，并分别记录通信状态，同时计算Ur到Ut的信道特征CSI信息。
S4.依据CSI的特征值、发送功率和接收性能要求，调整Nk至Nkmin，实现自适应的信道开销最小化和降低功耗；若持续大时隙接收不成功，则适当放大Nk至Nkmax来提高组网中收发单元建立通信连接的可靠性和成功率。其中，Nkmin为设计的通信系统中前导码部分组成的伪随机序列参照信号单元可设置的最小个数，可参照最小通信距离需求的理论长度来设置；Nkmax为参照信号单元可设置的最大个数，需特别指出的是Nkmax的限定值主要参照功耗和效率，设置过大会快速消耗通信单元的功耗，同时降低通信效率。
S4.1.发送单元Ut基于接收单元Ur的CSI信息，以可靠传输性能的标记量相比，以满足高于可靠传输性能4dB的配置需求减小Nk值，进行发送，若成功接收到接收单元Ur的返回信息，则发送单元Ut保留当前的配置作为自适应检测的输出配置；
S4.2.接收单元Ur基于发送单元Ut的CSI信息，以可靠传输性能的标记量相比，以满足高于可靠传输性能4dB的配置需求减小Nk值，进行发送，若成功接收到发送单元Ut的返回信息，则接收单元Ur保留当前的配置作为自适应检测的输出配置。
S5.通过结合实际场景应用需求，对Tmax、Tmin进行合理的设置进行训练后，可减少S1-S5的交互，直接给出几组典型值，可进一步减少自适应检测的通信交互过程，也可快速做到有效减少功耗和平衡开销的效果。
在一个应用场景中，本发明提供了一种实施方案，包括如下步骤：
101.设计一种常规调制的具有时域周期特性的伪随机序列作为信号帧的前导码的无线通信系统，定义系统主要设计参数如下表：
| 信号带宽Bw | 200 kHz |
| 前导码周期长度（样值点数） | 1024samples |
| 前导码周期长度（时间） | 10.24ms |
| 调制方式 | BPSK |
201.发送单元Ut以初始Nk=16，也即前导码16个符号长度发送物理信号帧；
301.接收单元Ur以初始参数Nm=5，Tmin=10.24*5，Tmax=Tmin*3，Nm_corr_coh=4，进行捕获检测。假设捕获检测成功，当前计算CSI信息得到可靠传输估计在-105dBm。调整设置发送单元Ut的参数Nk=6，和发送单元Ut到接收单元Ur的CSI信息一起加载到信号帧的负载数据域，以初始Nk=16，也即前导码16个符号长度发送物理信号帧到发送单元Ut；并切换本地Ur的捕获检测参数Nm=2，Tmin=10.24*2，Tmax=Tmin，Nm_corr_coh=1。
401.发送单元Ut以初始参数Nm=5，Tmin=10.24*5，Tmax=Tmin*3，进行捕获检测。假设捕获检测成功，当前计算CSI信息得到可靠传输估计在-110dBm。调整设置接收单元Ur的参数Nk =8，和接收单元Ur到发送单元Ut的CSI信息一起加载到信号帧负载数据，以切换后的发送单元Ut的参数Nk=6，也即前导码6个符号长度发送物理信号帧到接收单元Ur；并切换本地Ut的捕获检测参数Nm=3，Tmin=10.24*3，Tmax=Tmin，Nm_corr_coh=2。
501.接收单元Ur以初始参数Nm=2，Tmin=10.24*2，Tmax=Tmin，Nm_corr_coh=1，进行捕获检测。假设捕获检测成功，以切换后的Nk=8，也即前导码8个符号长度发送物理确认帧。
601.发送单元Ut以初始参数Nm=3，Tmin=10.24*3，Tmax=Tmin，Nm_corr_coh=2，进行捕获检测。假设捕获检测成功，仍以切换后的Nk=6，也即前导码6个符号长度发送物理确认帧。并结束发送单元Ut的自适应捕获检测过程。
701.接收单元Ur以初始参数Nm=2，Tmin=10.24*2，Tmax=Tmin，进行捕获检测。假设捕获检测成功，结束接收单元Ur的自适应捕获检测过程。
801.一般初始设置参数会参照最优系统接收性能设置，所以初始开销是较大的。若步骤501-701任一步骤不成功，则将可靠传输估计以4dB递增，并对应增大参数Nm，Tmin，Tmax的设置，直到成功。
实施例2
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种自适应的低功耗信号捕获检测系统，如图2所示，所述自适应的低功耗信号捕获检测系统包括：
所述发送单元，用于向接收单元发送通信物理帧；
所述接收单元，用于基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，若捕获检测成功，则按预设比例减小发送单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和接收单元的捕获检测参数后向发送单元发送通信物理帧，否则，输出当前发送单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和接收单元的捕获检测参数作为捕获检测配置参数；
所述发送单元，用于基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，若捕获检测成功，则按预设比例减小接收单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和发送单元的捕获检测参数后向接收单元发送通信物理帧，否则，输出当前接收单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和发送单元的捕获检测参数作为捕获检测配置参数；
其中，所述捕获检测参数包括：小时隙时长Tmin，大时隙时长Tmax，大时隙时长相对小时隙时长的倍数Nt，小时隙时长内接收通信物理帧的前导码长度Nm，小时隙时长内对通信物理帧的前导码进行相关计算的次数Nm_corr，大时隙时长内对相关计算结果进行相干累加计算的次数Nm_corr_coh。
优选的，所述通信物理帧的前导码由多个参照信号单元拼接扩展组成。
优选的，所述小时隙时长内接收通信物理帧的前导码长度Nm等于（Tmin*Rc/Lc）向下取整；
所述大时隙时长大于小时隙时长，所述大时隙时长相对小时隙时长的倍数Nt≥2；
其中，Lc为通信物理帧的前导码序列周期长度，Rc为通信物理帧的前导码速率。
优选的，所述小时隙时长内对通信物理帧的前导码进行相关计算的次数Nm_corr小于等于（Nm-1）。
优选的，所述大时隙时长内对相关计算结果进行相干累加计算的次数Nm_corr_coh等于（Nm-1）/Nm_corr向下取整。
进一步的，所述基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，包括：
步骤a.在小时隙时长内对接收的第n个参照信号单元进行直接相关计算，并记录接收的参照信号单元的信号特征信息；
步骤b.判断接收的参照信号单元的信号特征信息和当次直接相关计算的计算结果对应的检测特征是否满足预设捕获判决条件，若是，则捕获检测成功，否则计数值加1后执行步骤c；
步骤c.当计数值等于1时，令n=n+1并返回步骤a；
当计数值大于等于2且小于预设限值时，执行步骤d；
当计数值等于预设限值时，执行步骤e；
步骤d.对所有直接相关计算的计算结果进行相干累加计算，并判断接收的参照信号单元的信号特征信息和当次相干累加计算的计算结果对应的检测特征是否满足预设捕获判决条件，若是，则捕获检测成功，否则，令n=n+1并返回步骤a；
步骤e.在大时隙时长内对所有相干累加计算结果进行非相干累加计算，并判断接收的参照信号单元的信号特征信息和当次非相干累加计算的计算结果对应的检测特征是否满足预设捕获判决条件，若是，则捕获检测成功，否则捕获检测失败；
其中，所述计数值和所述n的初始值均为1。
进一步的，所述参照信号单元的信号特征信息包括：信号峰值能量、信号总能量、前端增益总量；所述检测特征包括：频偏、信噪比特征值。
进一步的，当发送单元或接收单元捕获检测失败时，进入休眠直至下一个检测周期开始。
实施例3
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能，以实现上述实施例中一种自适应的低功耗信号捕获检测方法的步骤。
实施例4
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质（Memory），所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序（包括程序代码）。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM 存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中一种自适应的低功耗信号捕获检测方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (12)
1.一种自适应的低功耗信号捕获检测方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1.发送单元向接收单元发送通信物理帧；
步骤2.接收单元基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，若捕获检测成功，则按预设比例减小发送单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和接收单元的捕获检测参数后向发送单元发送通信物理帧，并转至步骤3，否则，输出当前发送单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和接收单元的捕获检测参数作为捕获检测配置参数；
步骤3.发送单元基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，若捕获检测成功，则按预设比例减小接收单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和发送单元的捕获检测参数后向接收单元发送通信物理帧，并转至步骤2，否则，输出当前接收单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和发送单元的捕获检测参数作为捕获检测配置参数；
其中，所述捕获检测参数包括：小时隙时长Tmin，大时隙时长Tmax，大时隙时长相对小时隙时长的倍数Nt，小时隙时长内接收通信物理帧的前导码长度Nm，小时隙时长内对通信物理帧的前导码进行相关计算的次数Nm_corr，大时隙时长内对相关计算结果进行相干累加计算的次数Nm_corr_coh；
所述通信物理帧的前导码由多个参照信号单元拼接扩展组成；
所述基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，包括：
步骤a.在小时隙时长内对接收的第n个参照信号单元进行直接相关计算，并记录接收的参照信号单元的信号特征信息；
步骤b.判断接收的参照信号单元的信号特征信息和当次直接相关计算的计算结果对应的检测特征是否满足预设捕获判决条件，若是，则捕获检测成功，否则计数值加1后执行步骤c；
步骤c.当计数值等于1时，令n=n+1并返回步骤a；
当计数值大于等于2且小于预设限值时，执行步骤d；
当计数值等于预设限值时，执行步骤e；
步骤d.对所有直接相关计算的计算结果进行相干累加计算，并判断接收的参照信号单元的信号特征信息和当次相干累加计算的计算结果对应的检测特征是否满足预设捕获判决条件，若是，则捕获检测成功，否则，令n=n+1并返回步骤a；
步骤e.在大时隙时长内对所有相干累加计算结果进行非相干累加计算，并判断接收的参照信号单元的信号特征信息和当次非相干累加计算的计算结果对应的检测特征是否满足预设捕获判决条件，若是，则捕获检测成功，否则捕获检测失败；
其中，所述计数值和所述n的初始值均为1；
所述参照信号单元的信号特征信息包括：信号峰值能量、信号总能量、前端增益总量；所述检测特征包括：频偏、信噪比特征值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小时隙时长内接收通信物理帧的前导码长度Nm等于（Tmin*Rc/Lc）向下取整；
所述大时隙时长大于小时隙时长，所述大时隙时长相对小时隙时长的倍数Nt≥2；
其中，Lc为通信物理帧的前导码序列周期长度，Rc为通信物理帧的前导码速率。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小时隙时长内对通信物理帧的前导码进行相关计算的次数Nm_corr小于等于（Nm-1）。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述大时隙时长内对相关计算结果进行相干累加计算的次数Nm_corr_coh等于（Nm-1）/Nm_corr向下取整。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当发送单元或接收单元捕获检测失败时，进入休眠直至下一个检测周期开始。
6.一种自适应的低功耗信号捕获检测系统，其特征在于，所述系统包括：发送单元和接收单元；
所述发送单元，用于向接收单元发送通信物理帧；
所述接收单元，用于基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，若捕获检测成功，则按预设比例减小发送单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和接收单元的捕获检测参数后向发送单元发送通信物理帧，否则，输出当前发送单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和接收单元的捕获检测参数作为捕获检测配置参数；
所述发送单元，用于基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，若捕获检测成功，则按预设比例减小接收单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和发送单元的捕获检测参数后向接收单元发送通信物理帧，否则，输出当前接收单元发送的通信物理帧的前导码拓展次数和发送单元的捕获检测参数作为捕获检测配置参数；
其中，所述捕获检测参数包括：小时隙时长Tmin，大时隙时长Tmax，大时隙时长相对小时隙时长的倍数Nt，小时隙时长内接收通信物理帧的前导码长度Nm，小时隙时长内对通信物理帧的前导码进行相关计算的次数Nm_corr，大时隙时长内对相关计算结果进行相干累加计算的次数Nm_corr_coh；
所述通信物理帧的前导码由多个参照信号单元拼接扩展组成；
所述基于自身捕获检测参数对接收的通信物理帧进行捕获检测，包括：
步骤a.在小时隙时长内对接收的第n个参照信号单元进行直接相关计算，并记录接收的参照信号单元的信号特征信息；
步骤b.判断接收的参照信号单元的信号特征信息和当次直接相关计算的计算结果对应的检测特征是否满足预设捕获判决条件，若是，则捕获检测成功，否则计数值加1后执行步骤c；
步骤c.当计数值等于1时，令n=n+1并返回步骤a；
当计数值大于等于2且小于预设限值时，执行步骤d；
当计数值等于预设限值时，执行步骤e；
步骤d.对所有直接相关计算的计算结果进行相干累加计算，并判断接收的参照信号单元的信号特征信息和当次相干累加计算的计算结果对应的检测特征是否满足预设捕获判决条件，若是，则捕获检测成功，否则，令n=n+1并返回步骤a；
步骤e.在大时隙时长内对所有相干累加计算结果进行非相干累加计算，并判断接收的参照信号单元的信号特征信息和当次非相干累加计算的计算结果对应的检测特征是否满足预设捕获判决条件，若是，则捕获检测成功，否则捕获检测失败；
其中，所述计数值和所述n的初始值均为1；
所述参照信号单元的信号特征信息包括：信号峰值能量、信号总能量、前端增益总量；所述检测特征包括：频偏、信噪比特征值。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述小时隙时长内接收通信物理帧的前导码长度Nm等于（Tmin*Rc/Lc）向下取整；
所述大时隙时长大于小时隙时长，所述大时隙时长相对小时隙时长的倍数Nt≥2；
其中，Lc为通信物理帧的前导码序列周期长度，Rc为通信物理帧的前导码速率。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述小时隙时长内对通信物理帧的前导码进行相关计算的次数Nm_corr小于等于（Nm-1）。
9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述大时隙时长内对相关计算结果进行相干累加计算的次数Nm_corr_coh等于（Nm-1）/Nm_corr向下取整。
10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，当发送单元或接收单元捕获检测失败时，进入休眠直至下一个检测周期开始。
11.一种计算机设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；
所述处理器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如权利要求1至5中任意一项所述的自适应的低功耗信号捕获检测方法。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如权利要求1至5中任意一项所述的自适应的低功耗信号捕获检测方法。
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