具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。

捕获的目标是确认扩频信号是否到来，在信号到来时给出捕获成功标志；但是空中的扩频信号可能存在频偏，而且扩频信号的起始码相位未知。码相位和载波频偏的存在都会严重影响扩频信号的捕获，需要先对码相位和载波频偏进行二维搜索。所以在扩频序列已知的情况下，捕获的过程就是码相位和载波频偏的搜索过程，二者的搜索没有先后顺序要求。因此，本发明优选实施例提供了一种低功耗微功率无线通信的扩频信号捕获方法，通过对接收的扩频信号进行延迟相乘，先剥离载波频率，再对码相位和载波频偏依次进行并行搜索，减少了搜索次数，提高了信号捕获效率。该低功耗微功率无线通信的扩频信号捕获方法包括以下步骤：

1)启动一次轮结构运算，轮结构运算的输出送入第一判决器；

在本实施例中，采用轮结构运算进行码相位估计，轮结构运算包括延迟相乘、相干累加、对本地扩频序列和接收扩频序列的频域相乘结果进行IFFT变换以及非相干累加，其中延迟相乘构造了新的扩频序列，新的扩频序列仍具有良好的自相关性；延迟相乘的延迟时间、相干累加次数、IFFT点数以及非相干累加次数都可以灵活配置，以满足性能和功耗的需求。

2)若第一判决器判决失败，则启动新的轮结构运算，直至第一判决器判决成功，或者轮结构运算次数达到预设上限；其中，每启动一次新的轮结构运算，都利用上一次轮结构运算的输出更新当前轮结构输出，然后送入第一判决器。

其中采用了自适应迭代控制，在判决器判决成功或迭代次数达到预设上限之前，每次迭代增加一次轮结构运算。

3)若轮结构运算次数达到预设上限第一判决器仍未成功，则将最后一次轮结构输出送入第二判决器。第一或第二判决器成功后输出码相位估计值；

4)第一或第二判决器成功后，代表码相位搜索完成，利用已知码相位剥离扩频序列，然后变换到频域完成载波频偏估计。

其中，采用两种判决器，每一次迭代后都会优先使用第一判决器，最后一次迭代完成后第一判决器仍未成功才会使用第二判决器；第一判决器是为了降低误捕获率，利用多路相关器输出的峰值位置判决，第二判决器是为了提高捕获成功率，利用相关器输出的峰均比门限判决。

下述以具体实施例对本发明优选实施例提出的种低功耗微功率无线通信的扩频信号捕获方法作进一步的说明。

(1)进行一次轮结构运算，轮结构运算的输出送入第一判决器。

轮结构运算包括延迟相乘、相干累加、对本地序列和接收序列的频域相乘结果进行IFFT变换以及非相干累加。

(1.1)延迟相乘，剥离载波频率，构造新的扩频序列。

扩频通信系统中接收机模数转换器输出的中频信号S(t)可以表示为：

S(t)＝P(t)exp(2πft)+n(t) (1)

其中P(t)为周期为T_P的扩频序列，合法值为+/-1；t为采样时间；f为载波频率，由于多普勒频移和接收机时钟抖动，S(t)的频率范围为f_IF-50KHz≤f≤f_IF+50KHz，其中f_IF为理想中频频点，当f_IF为0时则系统为基带传输；n(t)为加性高斯白噪声，服从N(0,σ²)分布。

将接收的中频信号S(t)延迟τ(r,m)后与自身共轭相乘，得到新信号S_{diff_τ(r,m)}(t)，τ(r,m)表示第r次轮结构中，第m个延迟支路的延迟距离。r＝0,1,2,…,R，m＝1,2,…,M；R和M分别表示轮结构运算次数和每个轮结构中的延迟支路数；下述为了便于书写，用τ'代替τ(r,m)。

S_{diff_τ‘}(t)＝P_{diff_τ’}(t)F(τ')+n_diff(t) (2)

其中，

P_{diff_τ’}(t)＝P(t)P^*(t-τ') (3)

F(τ')＝exp(2πft)*exp^*(2πf(t-τ'))＝exp(2πfτ') (4)

n_diff(t)＝n(t)*n^*(t-τ')+ns(t,τ') (5)

上述公式(3)中，P^*(t-τ')表示对P(t-τ')取共轭；对于任意τ'值，P_{diff_τ'}(t)的取值仍为+/-1，且序列P_{diff_τ'}仍具有良好的自相关性；公式(4)中，f和τ'为固定值，因此F(τ')为定值；公式(5)中，n^*(t-τ')表示对n(t-τ')取共轭，ns(t，τ')代表白噪声与扩频序列的互相关项。

(1.2)相干累加

公式(2)的持续时间为N*T_P，可以进一步地扩展至多个扩频序列周期来获得更高的性能，提高本地相关运算的增益的同时减少本地相关运算的计算量，其中N的最大值取决于捕获过程中的最长等待时间。当公式(2)的持续时间包含多个扩频序列周期时，可进一步地以K*T_P为周期进行多段相干累加，其中累加要求对应的参数K≥1且N能被K整除(即N是K的整数倍)。对本轮的M次延迟共轭结果S_{diff_τ(r,1)}(t)，S_{diff_τ(r，2)}(t)，S_{diff_τ(r，3)}(t),...,S_{diff_τ(r，M)}(t)都执行相干累加操作。

(1.3)码相位并行搜索

对相干累加的结果进行FFT变换，与P_{diff_τ'}的FFT变换结果进行共轭相乘，对相乘结果进行IFFT变换到时域，搜索并记录峰值位置。

将本轮各延迟支路的IFFT输出求模，与上一轮各延迟支路分别进行非相干累加后，再进行峰值搜索，并记录峰值位置mpos1,mpos2,...,mposM。若为首次轮结构运算，则不必进行非相干累加。

(1.4)非相干累加

对本轮的M个延迟支路进行非相干累加，搜索并记录峰值位置accpos，并计算峰均比accpar。其中，峰均比的计算过程为，对待求峰均比的序列par_seqin搜索最大峰值peakval，并记录峰值位置peakpos；对序列par_seqin中，峰值位置peakpos左右采样点以外的其它所有采样点计算均值avgval，峰值与均值的比值peakval/avgval即为序列par_seqin的峰均比。

(2)码相位捕获判决

先进入第一判决器判决，将本轮M个延迟支路的峰值位置以及非相干累加后的峰值位置作为输入，对本轮M个峰值位置的一致性概率进行统计判决，若高于判决阈值，则判决码相位捕获成功。

否则，若未达到轮结构运算次数上限，则进入下一次轮结构运算。若已达到轮结构运算次数上限，则进入第二判决器判决。

第二判决器，利用非相干累加后的峰均比accpar进行判决，若高于阈值，则判定码相位捕获成功，否则捕获失败，退出本次捕获。

若码相位捕获成功，则继续进行载波频率捕获。

本实施例中采用两个判决器是利用了信号的两种不同特征参数进行判决；其中，第一判决器的优点在于判决参数简单可靠，且该门限的合理取值与迭代次数无关，与信号强度，干扰强度无关，仅与理论统计概率有关；为了降低误检概率，第一判决器的门限会尽量设置较高，但也会导致在信号质量较差的情况下，目标信号即使经过多次迭代也可能未通过第一判决器。而在信号质量较好的情况下，信号无需达到最大迭代次数就能通过第一判决器，实现快速准确的捕获。第二判决器采用峰均比判决，门限取决于噪声的峰均比分布以及迭代次数，只在最后一次迭代进入第二判决器是为了简化门限设置，采用第二判决器的目的还包括保证误检概率的前提下，在信号质量较差时，在第一判决器的基础上提高信号的通过率。

(3)载波频率捕获

利用本地扩频序列对已知码相位偏差的中频接收数据进行扩频序列的消除。然后利用FFT变换，在频域范围搜索能量峰值，峰值位置对应的频点即为载波频率估计值。

为了减少FFT点数，节省运算量，在进行FFT变换之前，先对接收数据与本地扩频序列相乘的结果进行部分匹配滤波，对滤波输出再进行FFT运算。

本发明实施例提出的低功耗微功率无线通信的扩频信号捕获方法，实现了载波频率和码相位的并行搜索，提高了捕获效率；通过灵活的参数配置和迭代控制，实现了运算资源合理分配；两种判决器的结合，提高了捕获准确率和成功率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。