專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤方法和裝置，該方法和裝置適用于無(wú)線傳
感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，尤其涉及利用定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)實(shí)現(xiàn)的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)^
背景技術(shù)：
現(xiàn)階段，很多領(lǐng)域?qū)哂袩o(wú)線通信能力，并能自組成網(wǎng)絡(luò)的傳感應(yīng)用提出了巨 大的需要。例如智能家居、環(huán)境監(jiān)控、工業(yè)控制、野外勘探、軍事偵察等，但這些 新的需求對(duì)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)均提出了低能耗和具有一定數(shù)據(jù)處理與網(wǎng)絡(luò)通信能力的 要求。而目前無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)還不成熟，大部分節(jié)點(diǎn)都是以系統(tǒng)集成為主，采 用FPGA實(shí)現(xiàn)，利用時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)來(lái)進(jìn)行每一步的運(yùn)算。而這種實(shí)現(xiàn)方式獲得的無(wú)線 傳感節(jié)點(diǎn)存在著耗能高等不利因素，不適合上述這些場(chǎng)合的應(yīng)用。另外由于無(wú)線傳 感網(wǎng)相關(guān)的技術(shù)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)尚未制定，因此尚無(wú)專(zhuān)用的集成芯片設(shè)計(jì)傳感節(jié)點(diǎn)及開(kāi) 發(fā)新的無(wú)線傳感網(wǎng)協(xié)議。
定點(diǎn)DSP的總線一般為16比特位，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和相對(duì)較低的能 耗，另外采用軟件無(wú)線電技術(shù)可動(dòng)態(tài)加載無(wú)線傳感網(wǎng)相關(guān)的特定協(xié)議模塊。因此， 非常適合用于上述這類(lèi)應(yīng)用的傳感節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。而無(wú)線傳感網(wǎng)的物理層通信方案通 常需采用直接序列擴(kuò)頻方案，然而，就目前來(lái)說(shuō)，如何在DSP設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻的同 步和捕獲尚無(wú)完善的方法和技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
緣此，本發(fā)明的目的在于提供-種無(wú)線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)頻碼片同歩捕獲和跟蹤 方法，該方法可以應(yīng)用于利用定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)上，從而減 少無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的能耗，提高協(xié)議模塊的可動(dòng)態(tài)加載性。
本發(fā)明還提供一種與之對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤裝置，該裝置使用丁-利 用定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)上，從而減少無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的能耗，無(wú) 線傳感節(jié)點(diǎn)可動(dòng)態(tài)加載協(xié)議模塊。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤方法包括如下步驟 接收射頻信號(hào)，將該射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻，A/D變換后，得到I路和Q路基帶
將I路和Q路基帶信號(hào)交錯(cuò)存放在數(shù)據(jù)緩沖器中；
從數(shù)據(jù)緩沖器中讀取I路或Q路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)，并分別對(duì)I路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)和Q路擴(kuò)頻 數(shù)據(jù)進(jìn)行碼相位校正；
根據(jù)本地預(yù)置PN碼序列分別對(duì)I路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)和Q路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)進(jìn)行一次相關(guān)峰 值能量判決，得到I路一次相關(guān)峰能量判決值和Q路一次相關(guān)峰能量判決值；
把I路--次相關(guān)峰能量判決值與Q路一次相關(guān)峰能量判決值進(jìn)行平方相加運(yùn)
算，得到相關(guān)峰能量值；
根據(jù)相關(guān)峰能量值，進(jìn)行數(shù)據(jù)分段搜索的同步捕獲及預(yù)約性跟蹤和失步檢測(cè)。 在上述的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤方法中，數(shù)據(jù)緩沖器中存放的I路和Q路基
帶信號(hào)的精度為8位，還包括一位標(biāo)志位，用于表示當(dāng)前的數(shù)據(jù)是I路基帶信號(hào)還
是Q路基帶信號(hào)。
在上述的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤方法中，所述一次相關(guān)峰能量判決步驟包括
將擴(kuò)頻數(shù)據(jù)分別與PN碼序列進(jìn)行乘法相加，得到累加值。
在上述的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤方法中，在從數(shù)據(jù)緩沖器中讀取I路或Q路 擴(kuò)頻數(shù)據(jù)時(shí)，-次讀取兩符號(hào)周期長(zhǎng)的I路和Q路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)。
在上述的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤方法中，還包括在所讀取的兩符號(hào)擴(kuò)頻數(shù)據(jù) 塊內(nèi)，依次進(jìn)行N次相關(guān)峰檢測(cè)，N由兩符號(hào)數(shù)據(jù)A/D采樣時(shí)間和一次相關(guān)峰檢測(cè) 時(shí)間決定；
比較N次相關(guān)峰檢測(cè)結(jié)果與門(mén)限值，判別是否進(jìn)入捕獲驗(yàn)證態(tài)或繼續(xù)進(jìn)行捕獲 處理；
如繼續(xù)進(jìn)行捕獲處理，則丟棄當(dāng)前兩符號(hào)數(shù)據(jù)塊，重新從數(shù)據(jù)緩沖器中讀取兩 符號(hào)數(shù)據(jù)塊，進(jìn)行如上的N次相關(guān)峰檢測(cè)；
如進(jìn)入捕獲驗(yàn)證態(tài)，則對(duì)所檢測(cè)到的相關(guān)峰進(jìn)行兩次驗(yàn)證即在下兩個(gè)連續(xù)兩
符號(hào)數(shù)據(jù)窗對(duì)應(yīng)的相關(guān)峰碼元相位、超前1/4chip、滯后1/4clup六處進(jìn)行相關(guān)峰
驗(yàn)證，只要有一個(gè)相關(guān)峰超過(guò)門(mén)限，則記錄此時(shí)的碼元相位，作為碼片的同步相位，
并進(jìn)入數(shù)據(jù)接收和跟蹤狀態(tài)；如沒(méi)通過(guò)驗(yàn)證，即六個(gè)驗(yàn)證位置都沒(méi)有相關(guān)峰，則認(rèn) 為是虛警，重新進(jìn)行捕獲處理；
進(jìn)入跟蹤狀態(tài)后，由于收發(fā)端存在固有頻差，進(jìn)行相位跟蹤和失歩檢測(cè)。
在上述的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤方法中，N由下式?jīng)Q定<formula>see original document page 7</formula>
式中表示兩符號(hào)數(shù)據(jù)時(shí)間，表示一次相關(guān)峰所耗時(shí)間，Rproc表示定
點(diǎn)DSP處理時(shí)鐘頻率，Rc表示碼片速率，Nsample一表示碼元的A/D采樣倍數(shù)，Nmac mst表
示相關(guān)算法中乘累加所耗的機(jī)器指令數(shù)。
本發(fā)明還提供一種對(duì)應(yīng)于上述方法的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤裝置，包含 下變頻器，接收射頻信號(hào)，將該射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻，得到I路和Q路基帶信
號(hào)
A/D數(shù)據(jù)緩沖器，與所述下變頻器相連，接收I路和Q路基帶信號(hào)，將I路和 Q路基帶信號(hào)交錯(cuò)存放-,
I路和Q路分路數(shù)據(jù)讀取裝置，與所述A/D數(shù)據(jù)緩沖器相連，從所述A/D數(shù)據(jù) 緩沖器中讀取I路和Q路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)；
I路碼相位校正單元，從所述I路和Q路分路數(shù)據(jù)讀取裝置中接收I路擴(kuò)頻數(shù)
據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行碼相位校正；
Q路碼相位校正單元，從所述I路和Q路分路數(shù)據(jù)讀取裝置中接收Q路擴(kuò)頻數(shù) 據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行碼相位校正；
本地預(yù)置PN碼發(fā)生器，產(chǎn)生本地預(yù)置PN碼序列；
I路修正時(shí)域匹配濾波器，與所述I路碼相位校正單元和所述本地預(yù)置PN碼發(fā) 生器相連，根據(jù)I路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)和本地預(yù)置PN碼序列，得到I路一次相關(guān)峰能量判 決值；
Q路修正時(shí)域匹配濾波器，與所述Q路碼相位校正單元和所述本地預(yù)置PN碼發(fā) 生器相連，根據(jù)Q路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)和本地預(yù)置PN碼序列，得到Q路一次相關(guān)峰的能量 判決值；
能量計(jì)算單元，分別與所述I路修正時(shí)域匹配濾波器和Q路修正時(shí)域匹配濾波 器相連，把I路-次相關(guān)峰能量判決值與Q路一次相關(guān)峰能量判決值進(jìn)行平方相加
運(yùn)算，得到能量值；
捕獲判決單元，與所述能量計(jì)算單元相連，根據(jù)相關(guān)峰能量值，進(jìn)行同歩捕獲
和跟蹤，還分別控制所述I路和Q路分路數(shù)據(jù)讀取裝置、I路碼相位校正單兀和Q 路碼相位校正單元。
在上述的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤裝置中，A/D數(shù)據(jù)緩沖器中存放的I路和Q路基帶信號(hào)的精度為8位，還包括一位標(biāo)志位，用于表示當(dāng)前的數(shù)據(jù)是I路基帶信
號(hào)還是Q路基帶信號(hào)。
在上述的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤裝置中，其特征在于，所述I路修正時(shí)域匹 配濾波器包括多個(gè)乘法器和一個(gè)累加器，各所述乘法器的輸入端分別與所述本地預(yù)
置PN碼發(fā)生器和所述I路碼相位校正單元相連，各所述乘法器的輸出端連接到所 述累加器的輸入端。
在上述的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤裝置中，所述Q路修正時(shí)域匹配濾波器包括 多個(gè)乘法器和一個(gè)累加器，各所述乘法器的輸入端分別與所述本地預(yù)置PN碼發(fā)生 器和所述Q路碼相位校正單元相連，各所述乘法器的輸出端連接到所述累加器的輸入端。
如上所述，本發(fā)明提供了可應(yīng)用于利用DSP實(shí)現(xiàn)的無(wú)線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)頻碼片 同步捕獲和跟蹤方法及其裝置，節(jié)省了數(shù)據(jù)緩沖資源，并降低了本地時(shí)鐘的同歩要 求，為無(wú)線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的能耗降低及協(xié)議模塊的動(dòng)態(tài)加載提供了可能。


圖1是本發(fā)明的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)方框圖-， 圖2是修正時(shí)域匹配濾波器的結(jié)構(gòu)方框圖； 圖3是分段拋幀搜索示意圖； 圖4是捕獲驗(yàn)證示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
請(qǐng)參見(jiàn)圖1，其示出了本發(fā)明的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)框圖如
圖1所示，它包括I路和Q路下變頻器10、 A/D數(shù)據(jù)緩沖器20、 I路和Q路分路數(shù) 據(jù)讀取裝置30、 I路碼相位校正單元50、 Q路碼相位校正單元55、 I路修正時(shí)域匹 配濾波器60、 Q路修iH時(shí)域匹配濾波器65、本地預(yù)置PN碼發(fā)生器70、能量計(jì)算單 元80和捕獲判決單元90。
由射頻端來(lái)的I路和Q路基帶數(shù)據(jù)(射頻信號(hào))經(jīng)天線等裝置接收后，進(jìn)入到1 路和Q路下變頻器10中。下變頻器IO對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻后，得到I路和Q路 基帶信號(hào)。在A/D數(shù)據(jù)緩沖器20(可以是數(shù)字信號(hào)處理器中的DARAM)中，把從卩變 頻器10輸出的I路和Q路兩路數(shù)據(jù)交錯(cuò)存放，即在一個(gè)存儲(chǔ)單元(16bit)中，存放
一個(gè)I路采樣樣值，在下一個(gè)存儲(chǔ)單元(16bit)中存儲(chǔ)一個(gè)Q路采樣樣值。在 -個(gè) 具體的實(shí)施例中，I路和Q路的采樣精度為8位，并還包括一位(例如第9位:)標(biāo)志 位，用于標(biāo)志該路樣值是I路還是Q路(多余的位可以填充無(wú)用數(shù)據(jù))。
然后，I路和Q路分路數(shù)據(jù)讀取裝置30從A/D數(shù)據(jù)緩沖器20中讀取I路或Q 路采樣樣值(擴(kuò)頻數(shù)據(jù))，I路和Q路分路數(shù)據(jù)讀取裝置30從A/D數(shù)據(jù)緩沖器20讀 取數(shù)據(jù)時(shí)，可以根據(jù)標(biāo)志位來(lái)判斷讀入的數(shù)據(jù)是I路還是Q路。在讀取數(shù)據(jù)時(shí)， 次從數(shù)據(jù)緩沖器20中讀取兩符號(hào)周期長(zhǎng)的I路和Q路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)，并將讀取的1路 和Q路采樣樣值(擴(kuò)頻數(shù)據(jù))分別送入到對(duì)應(yīng)的I路碼相位校正單元50和Q路碼相 位校正單元55。在碼相位校正單元50和55中，對(duì)相應(yīng)的擴(kuò)頻數(shù)據(jù)進(jìn)行碼相位校正， 即調(diào)整本次相關(guān)峰檢測(cè)的首碼元相位；然后分別輸出給后續(xù)的I路修正時(shí)域匹配濾 波器60和Q路修正時(shí)域匹配濾波器65。本地預(yù)置PN碼發(fā)生器70輸出本地預(yù)置碼 序列，長(zhǎng)度為一符號(hào)周期長(zhǎng)，并提供給I路修正時(shí)域匹配濾波器60和Q路修正時(shí) 域匹配濾波器65。 I路修正時(shí)域匹配濾波器60和Q路修正時(shí)域匹配濾波器65利用 本地預(yù)置碼序列對(duì)I路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)和Q路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)進(jìn)行一次相關(guān)峰值能量判決，輸出 一次相關(guān)峰能量判決值。然后在能量計(jì)算單元80中，將I路修正時(shí)域匹配濾波器 60和Q路修正時(shí)域匹配濾波器64輸出的能量判決值進(jìn)行能量計(jì)算，即將兩者進(jìn)行 平方相加，得到能量值，輸出給捕獲判決單元90。最后，捕獲判決單元90根據(jù)能 量值進(jìn)行同步捕獲判決，把判斷結(jié)果輸入至I路和Q路分路數(shù)據(jù)讀取裝置30調(diào)整 下次讀取的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。同時(shí)把結(jié)果輸入至I路碼相位校正單元和Q路碼相位校iE單 元50和55，從而調(diào)整下次捕獲的起始相位。
在本發(fā)明中，根據(jù)捕獲算法來(lái)決定讀取擴(kuò)頻數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。由于擴(kuò)頻數(shù)據(jù)相位波 動(dòng)的特點(diǎn)，因此一次捕獲搜索讀取的擴(kuò)頻數(shù)據(jù)長(zhǎng)度一般為兩符號(hào)周期長(zhǎng)，而本地預(yù) 置PN碼長(zhǎng)度為一符號(hào)周期長(zhǎng)，這樣一是能保證前后數(shù)據(jù)段碼元相位的-致性， 是能保證可以搜索到第 一個(gè)符號(hào)周期的最后 一個(gè)碼元相位。圖1中的碼兀相位校f 是為解擴(kuò)、跟蹤時(shí)，調(diào)整本次相關(guān)峰能量判決的相對(duì)起始相位而設(shè)置的。從I、 Q 兩路分別讀取兩符號(hào)周期長(zhǎng)擴(kuò)頻數(shù)據(jù)送入修正時(shí)域匹配濾波器后，開(kāi)始進(jìn)入捕獲流 程。
圖2示出了圖1中的I路和Q路修正時(shí)域匹配濾波器60和65的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 的一個(gè)實(shí)施例，它包括多個(gè)乘法器60A和一個(gè)累加器60B，每個(gè)乘法器60的 一個(gè)輸入端分別連接到本地預(yù)置PN碼發(fā)生器70上，分別得到PN(l) 、 PN(2).....PN(X)。每個(gè)乘法器60的另-一個(gè)輸入端分別接收從碼相位校正單元50或55輸入的擴(kuò)頻碼元數(shù)據(jù)，在乘法器60A中進(jìn)行乘法運(yùn)算，然后乘積輸入到累加器60B中進(jìn)行累加， 由累加器輸出累加值。
上述操作從兩符號(hào)數(shù)據(jù)窗的第一個(gè)碼元相位處開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)峰檢測(cè)，檢測(cè)完畢 后，依碼元相位的順序依次往后搜索。 一次相關(guān)峰檢測(cè)就是將一符號(hào)周期長(zhǎng)的擴(kuò)頻 采樣數(shù)據(jù)與本地固化的PN碼進(jìn)行乘累加運(yùn)算。
由于A/D數(shù)據(jù)緩沖器的容量限制，防止其發(fā)生數(shù)據(jù)溢出，對(duì)于兩符號(hào)周期長(zhǎng)的 擴(kuò)頻數(shù)據(jù)，所能進(jìn)行的相關(guān)峰檢測(cè)次數(shù)N受限，即由兩符號(hào)數(shù)據(jù)的A/D采樣時(shí)間和 一次相關(guān)峰檢測(cè)所耗時(shí)間決定，可用公式表示為<formula>see original document page 10</formula> (1)
式中T2symbol表示兩符號(hào)數(shù)據(jù)時(shí)間，Tfilter表示一次相關(guān)峰所耗時(shí)間，Rproc表示定 點(diǎn)DSP處理時(shí)鐘，Rc表示碼片速率，Nsample一表示碼元的采樣倍數(shù)，Nmoc_ins'表示相關(guān)
算法中乘累加所耗的機(jī)器指令數(shù)。
通過(guò)對(duì)兩符號(hào)N子區(qū)間進(jìn)行相位遍歷后，選擇N個(gè)相關(guān)峰能量值中最大值，如 果超過(guò)選定的門(mén)限，則記錄該值對(duì)應(yīng)的碼元相位，DSP由捕獲搜索狀態(tài)轉(zhuǎn)入捕獲驗(yàn) 證狀態(tài)。如果都沒(méi)有超過(guò)選定的門(mén)限，則記錄最后搜索的碼元相位，丟棄當(dāng)前的兩 符號(hào)擴(kuò)頻數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備讀入下一兩符號(hào)周期長(zhǎng)擴(kuò)頻數(shù)據(jù)，開(kāi)始新的搜索循環(huán)。新的搜 索循環(huán)從上一次搜索結(jié)束的碼元相位處開(kāi)始，依次進(jìn)行N次相關(guān)峰檢測(cè)。本捕獲搜 索策略主要是利用了周期符號(hào)間碼元相位的一致性，在兩符號(hào)周期擴(kuò)頻數(shù)據(jù)窗內(nèi)滑 動(dòng)本地PN碼進(jìn)行相關(guān)峰搜索的，其示意圖如圖3所示。.t述的N次相關(guān)峰檢測(cè)和 捕獲驗(yàn)證態(tài)的判別是由捕獲判決單元90來(lái)控制完成的。
在本實(shí)施例中，同步搜索精度由A/D對(duì)擴(kuò)頻碼元的采樣倍數(shù)決定，考慮到采樣 倍數(shù)的增加會(huì)增加定點(diǎn)DSP的處理資源負(fù)擔(dān)。因此本實(shí)施例中采用4倍采樣，即保 證--定的同步精度，又防止處理數(shù)據(jù)量過(guò)大。另外，也可以通過(guò)改變每次相關(guān)峰檢 測(cè)的間隔，來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整搜索精度。如每次相關(guān)峰檢測(cè)的間隔可調(diào)整為兩個(gè)碼兀采樣 點(diǎn)相位，當(dāng)采樣倍數(shù)為4倍時(shí)，本方案的同步搜索精度為1/4chip和]/2clnp兩種(.
為了使不同的傳感節(jié)點(diǎn)在通信時(shí)擴(kuò)頻增益可調(diào)，可以在定點(diǎn)DSP內(nèi)預(yù)先存儲(chǔ)兒 組不同長(zhǎng)度的本地PN碼，作為不同修正時(shí)域匹配濾波器的抽頭系數(shù)。不同PN碼之 間的選取，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信上層協(xié)議的要求來(lái)選取。本實(shí)施例中預(yù)先存儲(chǔ)了 PN碼，碼長(zhǎng)分別為13， 63， 127， 255， 511。在已有匹配濾波器方案中，雖然也采用了PN碼預(yù)先固化，但不利于更改變動(dòng)。在DSP中，由于程序動(dòng)態(tài)加載的靈活 性，可以方便的更改PN碼。
為了降低假同步概率，同時(shí)不增加太長(zhǎng)的額外捕獲時(shí)間，在進(jìn)入捕獲驗(yàn)證狀態(tài) 后，對(duì)所檢測(cè)到的相關(guān)峰進(jìn)行兩次驗(yàn)證即在下兩個(gè)連續(xù)兩符號(hào)數(shù)據(jù)窗對(duì)應(yīng)的相關(guān) 峰碼元相位、超前l(fā),/4chip、滯后1/4chip六處進(jìn)行相關(guān)峰驗(yàn)證，即判斷在后續(xù)對(duì) 應(yīng)碼元相位處的相關(guān)峰是否出現(xiàn)；如只要有一個(gè)相關(guān)峰超過(guò)門(mén)限，則記錄此時(shí)的碼 元相位，作為碼片的同步相位；如沒(méi)通過(guò)驗(yàn)證，即六個(gè)驗(yàn)證位置都沒(méi)有相關(guān)峰，則 認(rèn)為是虛警，重新進(jìn)行捕獲。捕獲驗(yàn)證如圖4所示。
根據(jù)上述搜索方式，因?yàn)橄嚓P(guān)峰出現(xiàn)在一符號(hào)周期內(nèi)任何 -個(gè)N子區(qū)間的概率服從均勻分布，概率為<formula>see original document page 11</formula>，其中L PN為當(dāng)前PN碼的長(zhǎng)度，在符號(hào)的第i個(gè)N子區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)相關(guān)峰所耗的捕獲時(shí)間為T(mén)2symbol*i ，因此可得最大的同步建立時(shí)間為<formula>see original document page 11</formula>, B為驗(yàn)證所纖時(shí)間;當(dāng)同步建立后，由于收發(fā)雙方的固有頻差 f(振蕩器頻率穩(wěn)定度引起)總是存 在，接收端同步信號(hào)的相位就會(huì)逐漸發(fā)生漂移，時(shí)間越長(zhǎng)，相位漂移越大，直至漂 移量達(dá)到某-一準(zhǔn)許的最大值，就算失步了。另外由于多普勒頻移，噪聲干擾等，也 會(huì)造成碼片相位的抖動(dòng)，因此非常有必要在解擴(kuò)時(shí)進(jìn)行跟蹤和失步檢測(cè)。
為了進(jìn)行跟蹤和失步檢測(cè)，需要計(jì)算同步保持時(shí)間tc,即因?yàn)轭l差存在，經(jīng)過(guò) tc而使得收發(fā)端產(chǎn)生 T時(shí)間漂移的值。 T為進(jìn)行跟蹤解擴(kuò)所容許的最大時(shí)間偏 移，即碼元相位偏移， Tmax應(yīng)根據(jù)A/D的碼元采樣倍數(shù)以及碼元速率來(lái)確定。時(shí)間漂移和頻差之間的關(guān)系如下式所示: T/tc= f/F0(3)
本發(fā)明中存在固有頻差 f設(shè)最大允許時(shí)間偏移為<formula>see original document page 11</formula>，F(xiàn)0為碼元速率，方案中為4倍采樣，所以K=4。根據(jù)公式(3),在一個(gè)符號(hào)間隔tc=Tsymbol時(shí)間內(nèi)，時(shí)間偏移為<formula>see original document page 12</formula>，小于一個(gè)碼片相位<formula>see original document page 12</formula> ，所以在前后兩符號(hào)時(shí)間間隔中，不會(huì)因?yàn)闀r(shí)間漂移而引起失步。同時(shí)還可以計(jì)算得， 要經(jīng)過(guò)n個(gè)符號(hào)周期才會(huì)產(chǎn)生1/4chip相位偏移，如不進(jìn)行跟蹤調(diào)整，則會(huì)造成失 步。因此可以在DSP內(nèi)方便利用n值來(lái)進(jìn)行預(yù)約性跟蹤，從而減少跟蹤的運(yùn)算鼂和 復(fù)雜度。
w<formula>see original document page 12</formula>(4) 。
權(quán)利要求
1、一種擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤方法包括如下步驟接收射頻信號(hào)，將該射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻，A/D變換后，得到I路和Q路基帶信號(hào)；將I路和Q路基帶信號(hào)交錯(cuò)存放在數(shù)據(jù)緩沖器中；從數(shù)據(jù)緩沖器中讀取I路或Q路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)，并分別對(duì)I路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)和Q路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)進(jìn)行碼相位校正；根據(jù)本地預(yù)置PN碼序列分別對(duì)I路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)和Q路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)進(jìn)行一次相關(guān)峰值能量判決，得到I路一次相關(guān)峰能量判決值和Q路一次相關(guān)峰能量判決值；把I路一次相關(guān)峰能量判決值與Q路一次相關(guān)峰能量判決值進(jìn)行平方相加運(yùn)算，得到相關(guān)峰能量值；根據(jù)相關(guān)峰能量值，進(jìn)行數(shù)據(jù)分段搜索的同步捕獲及預(yù)約性跟蹤和失步檢測(cè)。
2、 如權(quán)利要求1所述的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤方法，其特征在于，數(shù)據(jù)緩 沖器中存放的I路和Q路基帶信號(hào)的精度為8位，還包括一位標(biāo)志位，用于表示當(dāng) 前的數(shù)據(jù)是I路基帶信號(hào)還是Q路基帶信號(hào)。
3、 如權(quán)利要求1所述的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤方法，其特征在于，所述-次相關(guān)峰能量判決步驟包括將擴(kuò)頻數(shù)據(jù)分別與PN碼序列進(jìn)行乘法相加，得到累加 值。
4、 如權(quán)利要求1所述的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤方法，其特征在于，在從數(shù) 據(jù)緩沖器中讀取I路或Q路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)時(shí)， 一次讀取兩符號(hào)周期長(zhǎng)的I路和Q路擴(kuò)頻 數(shù)據(jù)。
5、 如權(quán)利要求4所述的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤方法，其特征在于，還包括 在所讀取的兩符號(hào)擴(kuò)頻數(shù)據(jù)塊內(nèi)，依次進(jìn)行N次相關(guān)峰檢測(cè)，N由兩符號(hào)數(shù)據(jù)A/D 采樣時(shí)間和一次相關(guān)峰檢測(cè)時(shí)間決定；比較N次相關(guān)峰檢測(cè)結(jié)果與門(mén)限值，判別是否進(jìn)入捕獲驗(yàn)證態(tài)或繼續(xù)進(jìn)行捕獲處理；如繼續(xù)進(jìn)行捕獲處理，則丟棄當(dāng)前兩符號(hào)數(shù)據(jù)塊，重新從數(shù)據(jù)緩沖器中讀取兩 符號(hào)數(shù)據(jù)塊，進(jìn)行如上的N次相關(guān)峰檢測(cè)；如進(jìn)入捕獲驗(yàn)證態(tài)，則對(duì)所檢測(cè)到的相關(guān)峰進(jìn)行兩次驗(yàn)證即在下兩個(gè)連續(xù)兩符號(hào)數(shù)據(jù)窗對(duì)應(yīng)的相關(guān)峰碼元相位、超前1/4chip、滯后1/4chip六處進(jìn)行相關(guān)峰驗(yàn)證，只要有一個(gè)相關(guān)峰超過(guò)門(mén)限，則記錄此時(shí)的碼元相位，作為碼片的同步相位， 并進(jìn)入數(shù)據(jù)接收和跟蹤狀態(tài)；如沒(méi)通過(guò)驗(yàn)證，即六個(gè)驗(yàn)證位置都沒(méi)有相關(guān)峰，則認(rèn) 為是虛警，重新進(jìn)行捕獲處理；進(jìn)入跟蹤狀態(tài)后，由于收發(fā)端存在固有頻差，進(jìn)行相位跟蹤和失步檢測(cè)。
6、 如權(quán)利要求5所述的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤方法，其特征在于，N由下式 決定<formula>formula see original document page 3</formula>式中表示兩符號(hào)數(shù)據(jù)時(shí)間，7;7to.表示一次相關(guān)峰所耗時(shí)間，w，表示定點(diǎn)DSP處理時(shí)鐘，《.表示碼片速率，A^。,，一表示碼元的A/D采樣倍數(shù)，乂, ,表示相關(guān)算法中乘累加所耗的機(jī)器指令數(shù)。
7、 一種對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求1-6之一方法的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤裝置，包含 下變頻器，接收射頻信號(hào)，將該射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻，得到I路和Q路基帶信號(hào)；A/D數(shù)據(jù)緩沖器，與所述下變頻器相連，接收I路和Q路基帶信號(hào)，將I路和 Q路基帶信號(hào)交錯(cuò)存放；I路和Q路分路數(shù)據(jù)讀取裝置，與所述A/D數(shù)據(jù)緩沖器相連，從所述A/D數(shù)據(jù) 緩沖器中讀取I路和Q路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)；工路碼相位校正單元，從所述I路和Q路分路數(shù)據(jù)讀取裝置中接收I路擴(kuò)頻數(shù) 據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行碼相位校正；Q路碼相位校正單元，從所述I路和Q路分路數(shù)據(jù)讀取裝置中接收Q路擴(kuò)頻數(shù) 據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行碼相位校正；本地預(yù)置PN碼發(fā)生器，產(chǎn)生本地預(yù)置PN碼序列；I路修正時(shí)域匹配濾波器，與所述I路碼相位校正單元和所述本地預(yù)置PN碼發(fā) 生器相連，根據(jù)I路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)和本地預(yù)置PN碼序列，得到I路 一次相關(guān)峰能l貴判 決值；Q路修正時(shí)域匹配濾波器，與所述Q路碼相位校正單元和所述本地預(yù)置PN碼發(fā) 生器相連，根據(jù)Q路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)和本地預(yù)置PN碼序列，得到Q路一次相關(guān)峰的能量 判決值；能量計(jì)算單元，分別與所述I路修正時(shí)域匹配濾波器和Q路修正時(shí)域匹配濾波 器相連，把I路一次相關(guān)峰能量判決值與Q路一次相關(guān)峰能量判決值進(jìn)行平方相加運(yùn)算，得到能量值；捕獲判決單元，與所述能量計(jì)算單元相連，根據(jù)相關(guān)峰能量值，進(jìn)行同步捕獲 和跟蹤，還分別控制所述I路和Q路分路數(shù)據(jù)讀取裝置、I路碼相位校正單兀和Q 路碼相位校正單元。
8、 如權(quán)利要求7所述的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤裝置，其特征在于，A/D數(shù)據(jù) 緩沖器中存放的I路和Q路基帶信號(hào)的精度為8位，還包括一位標(biāo)志位，用于表不 當(dāng)前的數(shù)據(jù)是I路基帶信號(hào)還是Q路基帶信號(hào)。
9、 如權(quán)利要求7所述的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤裝置，其特征在于，所述1 路修正時(shí)域匹配濾波器包括多個(gè)乘法器和一個(gè)累加器，各所述乘法器的輸入端分別 與所述本地預(yù)置PN碼發(fā)生器和所述I路碼相位校正單元相連，各所述乘法器的輸 出端連接到所述累加器的輸入端。
10、 如權(quán)利要求7所述的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤裝置，其特征在于，所述Q 路修正時(shí)域匹配濾波器包括多個(gè)乘法器和一個(gè)累加器，各所述乘法器的輸入端分別 與所述本地預(yù)置PN碼發(fā)生器和所述Q路碼相位校正單元相連，各所述乘法器的輸 出端連接到所述累加器的輸入端。
全文摘要
本發(fā)明涉及可應(yīng)用于定點(diǎn)DSP數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)中的擴(kuò)頻碼片同步捕獲和跟蹤方法及其裝置。定點(diǎn)DSP具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理相對(duì)較低的能耗，非常適合于對(duì)能耗要求較高的傳感器節(jié)點(diǎn)，然目前尚無(wú)完善DSP設(shè)置中實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻同步和捕獲技術(shù)。本發(fā)明提供的方法包括如下步驟接收并將該射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻，得到I路和Q路基帶信號(hào)；將該信號(hào)交錯(cuò)存放在數(shù)據(jù)緩沖器中；讀取I路或Q路擴(kuò)頻數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行碼相位校正；根據(jù)本地預(yù)置PN碼序列分別進(jìn)行一次相關(guān)峰值能量判決，得到I路一次相關(guān)峰能量判決值和Q路一次相關(guān)峰能量判決值；把它們平方相加運(yùn)算得到相關(guān)峰能量值；根據(jù)相關(guān)峰能量值，進(jìn)行數(shù)據(jù)分段搜索的同步捕獲及預(yù)約性跟蹤和失步檢測(cè)。
文檔編號(hào)H04B1/707GK101174849SQ20061011779
公開(kāi)日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2006年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月31日
發(fā)明者杰 沈, 卓 陳 申請(qǐng)人:中科院嘉興中心微系統(tǒng)所分中心