一种超宽带信号捕获和频偏计算方法和装置与流程

本发明涉及通信中的超带宽接收技术，特别是涉及一种超宽带信号捕获和频偏计算方法和装置。

背景技术：

1、超带宽(ultrawide band，uwb)系统是采用纳秒级脉冲作为符号的通讯系统，由于其脉冲短、带宽大，具有优异的区分多径信号的能力，在室内等复杂环境条件下，能够精准的测量电磁波飞行时间，能够进行高精度的测距和定位。uwb系统的带宽一般是500mhz以上，接收机的adc采样频率一般为奈奎斯特采样频率，即1ghz。

2、uwb的前导码为周期性重复发送的伪随机码序列，前导码长度有31、91和127三种可能，当前导码长度为127时，符号(symbol)的时间为1017.63ns，由于adc采样频率为1ghz，前导码的1个symbol最长含有1016个采样点，uwb接收机需要对前导码完成捕获跟踪，得到频偏、码偏、信道冲激响应等信息。

3、前导码解扩和捕获时，将1016个采样点与标准的前导码进行1016次相关计算可以捕获发射机发射的前导码信号，现有方案采用1016组存储单元来储存1016次相关结果。累加n个symbol获得增益后，定位相关能量最大处进行判决，判断前导码是否捕获成功。在此基础上，用得到的最强径去计算频偏，将相邻symbol对应的峰值采样点进行共轭相乘，对n个symbol进行重复运算，将相关结果进行累加，累加值的相位就是频偏。由于该方案在前导码扩频捕获时需要使用1016组存储单元，因此占用资源较大，且计算量也较大。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种超宽带信号捕获和频偏计算方法和装置，能够在不损失性能的前提下，优化芯片所需资源，降低芯片功耗和成本。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种超宽带信号捕获和频偏计算方法，包括以下步骤：

3、接收包含连续n个符号的采样数据，将所述采样数据中的每个符号分为m个采样数据序列，得到n组m个采样数据序列；

4、将所述n组m个采样数据序列依次输入对应的m个相关器，对m个采样数据序列与标准前导码序列进行相关运算，并将所述m个相关器的输出结果进行累加得到相关能量；其中，对一组m个采样数据序列计算完成后，得到l/m个相关能量，将l/m个相关能量作为一个符号的解扩相关结果，对n组m个采样数据序列计算完成后，得到n个符号的解扩相关结果，l为一个符号的数据长度；

5、对连续的n个符号的解扩相关结果进行累加，并根据累加后的能量峰值判断前导码是否捕获成功；

6、在前导码捕获成功后，基于符号中能量和最大的m个采样点计算频偏。

7、所述将所述采样数据中的每个符号分为m个采样数据序列时，其中，第i个采样点序列由第i，m+i，2m+i,…,(l/m-1)m+i个采样点组成。

8、所述根据累加后的能量峰值判断前导码是否捕获成功，具体包括：

9、计算累加后的能量峰值与去除能量峰值外所有样本的均值的比值；

10、当所述比值超过设定的阈值时，所述前导码捕获成功。

11、所述基于符号中能量和最大的m个采样点计算频偏，具体为：

12、基于前导码捕获成功时得到的符号中能量和最大的m个采样点确定每个符号中与所述能量和最大的m个采样点对应的采样点；

13、将确定的n个相邻符号对应的采样点进行共轭相乘，得到m组n-1个复数结果；

14、将m组n-1个复数结果进行累加，累加后的结果的相位即为频偏。

15、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种超宽带信号捕获和频偏计算装置，包括：

16、接收划分模块，用于接收包含连续n个符号的采样数据，将所述采样数据中的每个符号分为m个采样数据序列，得到n组m个采样数据序列；

17、前导码解扩模块，用于将所述n组m个采样数据序列依次输入对应的m个相关器，对m个采样数据序列与标准前导码序列进行相关运算，并将所述m个相关器的输出结果进行累加得到相关能量；其中，对一组m个采样数据序列计算完成后得到一组l/m个相关能量，将l/m个相关能量作为一个符号的解扩相关结果，对n组m个采样数据序列计算完成后，得到n个符号的解扩相关结果，l为一个符号的数据长度；

18、前导码捕获模块，用于对连续的n个符号的解扩相关结果进行累加，并根据累加后的能量峰值判断前导码是否捕获成功；

19、频偏计算模块，用于在前导码捕获成功后，基于符号中能量和最大的m个采样点计算频偏。

20、所述接收划分模块在将所述采样数据中的每个符号分为m个采样数据序列时，第i个采样数据序列由第i，m+i，2m+i,…,(l/m-1)m+i个采样点组成。

21、所述前导码捕获模块包括：

22、计算单元，用于计算累加后的能量峰值与去除能量峰值外所有样本的均值的比值；

23、判定单元，用于在所述比值超过设定的阈值时，判定所述前导码捕获成功。

24、所述频偏计算模块包括：

25、确定单元，用于基于前导码捕获成功时得到的符号中能量和最大的m个采样点确定每个符号中与所述能量和最大的m个采样点对应的采样点；

26、复数计算单元，用于将确定的n个相邻符号对应的采样点进行共轭相乘，得到m组n-1个复数结果；

27、累加计算单元，用于将m组n-1个复数结果进行累加，累加后的结果的相位即为频偏。

28、有益效果

29、由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过先累加相关器输出结果，再进行储存，将前导码解扩捕获过程中存储单元的数量减少到现有方案的m分之一。由于现实场景中存在多径效应等因素，信号分析需要在一定范围的采样点中进行，前导码捕获阶段的主要任务是确定信道冲击响应中主要能量区域，在此区域加窗，后续主要对窗内的采样点进行数据处理。本发明对加窗的准确性无影响，因此本发明的处理方式并不会降低前导码捕获的性能，但有效地降低了芯片的面积、功耗和生产成本。同时，与该解扩捕获算法相配合使用的频偏计算方法，具有更大的增益。

技术特征：

1.一种超宽带信号捕获和频偏计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的超宽带信号捕获和频偏计算方法，其特征在于，所述将所述采样数据中的每个符号分为m个采样数据序列时，其中，第i个采样数据序列由第i，

3.根据权利要求1所述的超宽带信号捕获和频偏计算方法，其特征在于，所述根据累加后的能量峰值判断前导码是否捕获成功，具体包括：

4.根据权利要求1所述的超宽带信号捕获和频偏计算方法，其特征在于，所述基于符号中能量和最大的m个采样点计算频偏，具体为：

5.一种超宽带信号捕获和频偏计算装置，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的超宽带信号捕获和频偏计算装置，其特征在于，所述接收划分模块在将所述采样数据中的每个符号分为m个采样数据序列时，第i个采样数据序列由第i，m+i，2m+i,…,(l/m-1)m+i个采样点组成。

7.根据权利要求5所述的超宽带信号捕获和频偏计算装置，其特征在于，所述前导码捕获模块包括：

8.根据权利要求5所述的超宽带信号捕获和频偏计算装置，其特征在于，所述频偏计算模块包括：

技术总结
本发明涉及一种超宽带信号捕获和频偏计算方法和装置，其中方法包括：接收包含连续N个符号的采样数据，将采样数据中的每个符号分为m个采样数据序列，得到N组m个采样数据序列；将所述N组m个采样数据序列依次输入对应的m个相关器，对m个采样数据序列与标准前导码序列进行相关运算，并将所述m个相关器的输出结果进行累加得到相关能量；对连续的N个符号的解扩相关结果进行累加，并根据累加后的能量峰值判断前导码是否捕获成功；在前导码捕获成功后，基于符号中能量和最大的m个采样点计算频偏。本发明能够在不损失性能的前提下，优化芯片所需资源，降低芯片功耗和成本。

技术研发人员：康安琪,印建宏,唐珂
受保护的技术使用者：芯与物（上海）技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15