專利名稱：多徑環(huán)境下的擴(kuò)頻捕獲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多徑環(huán)境下的擴(kuò)頻捕獲方法。

背景技術(shù)：
擴(kuò)頻捕獲是擴(kuò)頻系統(tǒng)最為關(guān)鍵的技術(shù)之一，也叫做粗同步。擴(kuò)頻捕獲的目的是粗略估計(jì)接收到的碼序列相位，以便調(diào)整本地碼序列相位，使得本地碼序列相位與接收碼序列相位之差在1個(gè)碼片之內(nèi)。整個(gè)不確定相位區(qū)域是由若干個(gè)in-phase相位(H1)和out-of-phase相位(H0)組成。H1相位表示與接收碼序列相位之差在1個(gè)碼片之內(nèi)的本地碼序列相位，而H0則表示與接收碼序列相位之差大于1個(gè)碼片的本地碼序列相位。傳統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)下，一般認(rèn)為不確定區(qū)域內(nèi)只有一個(gè)H1相位，剩下的都是H0相位。但是在多徑環(huán)境下，可能存在多個(gè)H1相位。對(duì)于實(shí)際的擴(kuò)頻捕獲系統(tǒng)，整個(gè)不確定相位區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)碼片序列周期NcTc，其中Nc為碼序列碼片數(shù)，Tc為碼片周期，采樣率Ts則為離散相位的基本單元，因此不確定的相位共有NcTc/Ts個(gè)。
一般來(lái)講，擴(kuò)頻捕獲過(guò)程分搜索階段和驗(yàn)證階段兩個(gè)階段。在搜索階段，接收機(jī)按照某種搜索策略，在整個(gè)不確定相位區(qū)域內(nèi)進(jìn)行搜索，不斷地步進(jìn)調(diào)整本地碼相位，直到搜索到H1相位。這個(gè)搜索到的H1相位是暫時(shí)的，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。然后在驗(yàn)證階段，接收機(jī)進(jìn)一步驗(yàn)證所搜索到的H1相位是否正確。對(duì)于沒(méi)有驗(yàn)證階段的擴(kuò)頻捕獲系統(tǒng)，稱為單次駐留系統(tǒng)；對(duì)于有驗(yàn)證階段的擴(kuò)頻捕獲系統(tǒng)，則稱為多次駐留系統(tǒng)；對(duì)于在驗(yàn)證階段僅驗(yàn)證一次的系統(tǒng)，稱為雙駐留系統(tǒng)。雙駐留系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛。
傳統(tǒng)擴(kuò)頻捕獲方法如圖1所示。在搜索階段本地序列與接收序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果作為判決量與第一門限進(jìn)行比較，如果小于第一門限，則認(rèn)為本地序列相位為H0相位，需要調(diào)整本地序列相位后，繼續(xù)進(jìn)行比較，直到相關(guān)值大于等于第一門限，此時(shí)暫時(shí)認(rèn)為本地序列相位為一個(gè)H1相位，系統(tǒng)進(jìn)入驗(yàn)證階段。值得說(shuō)明的是，如果捕獲系統(tǒng)每個(gè)碼片序列周期才判決一次，則稱采用了滑動(dòng)相關(guān)法；如果捕獲系統(tǒng)每個(gè)采樣間隔都判決一次，則稱采用了匹配濾波法。顯然由于匹配濾波法每個(gè)采樣間隔內(nèi)就需要計(jì)算出相關(guān)值，因此對(duì)硬件電路計(jì)算速率要求較高，但可大大縮短捕獲時(shí)間。在驗(yàn)證階段，捕獲系統(tǒng)保持本地序列與接收序列的相對(duì)相位不變，進(jìn)行同步滑動(dòng)相關(guān)。如果相關(guān)值小于第二門限，則驗(yàn)證失敗，系統(tǒng)重新返回搜索階段；否則認(rèn)為驗(yàn)證成功，從而系統(tǒng)捕獲成功。該系統(tǒng)為一個(gè)雙駐留系統(tǒng)。需要說(shuō)明的是，圖一中所示的系統(tǒng)采用的是相干檢測(cè)，如果是非相干檢測(cè)，那么用于判決比較的就不是相關(guān)值，而是相關(guān)值的一范數(shù)或者二范數(shù)。一范數(shù)為實(shí)部與虛部的絕對(duì)值之和，二范數(shù)為實(shí)部與虛部的平方和。
圖1為傳統(tǒng)擴(kuò)頻捕獲方法的流程示意框圖。該傳統(tǒng)擴(kuò)頻捕獲方法在擴(kuò)頻序列較長(zhǎng)、信道為加性白高斯信道時(shí)工作較好，然而，這種方法存在如下缺陷 1)對(duì)于包交換通信系統(tǒng)，采用長(zhǎng)的擴(kuò)頻序列會(huì)增大不確定相位區(qū)域(整個(gè)不確定區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)碼片序列周期)，使得捕獲時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致用于捕獲的開(kāi)銷較大。盡管采用匹配濾波法可以減少捕獲時(shí)間，但是對(duì)硬件計(jì)算速率要求過(guò)高，難以實(shí)現(xiàn)。
2)實(shí)際系統(tǒng)在碼片速率采樣的情況下(Ts＝Tc)會(huì)存在兩個(gè)相鄰的H1相位，因?yàn)椴蓸硬豢赡軇偤貌稍谙嚓P(guān)峰的那一點(diǎn)，而是會(huì)采在相關(guān)峰的左右兩邊，這兩個(gè)點(diǎn)相位差為一個(gè)碼片。這樣先被檢測(cè)到的H1相位有可能對(duì)應(yīng)的能量較小，從而在驗(yàn)證階段驗(yàn)證失敗的概率較大。這不僅會(huì)增大系統(tǒng)捕獲時(shí)間，也會(huì)影響整個(gè)通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同樣，對(duì)于過(guò)采樣系統(tǒng)，即一個(gè)碼片采樣多個(gè)點(diǎn)的系統(tǒng)，更會(huì)存在類似情況。
3)在多徑環(huán)境下，由于存在多個(gè)H1相位，每個(gè)H1相位對(duì)應(yīng)某一條獨(dú)立徑。如果搜索階段搜索到一條能量較小的徑，那么在驗(yàn)證階段驗(yàn)證失敗的概率就會(huì)較大。這也會(huì)增大系統(tǒng)捕獲時(shí)間，從而影響整個(gè)通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性。即使采用某些改進(jìn)方案能夠捕獲到其中某條能量較大的徑，在密集多徑環(huán)境，如超寬帶室內(nèi)通信環(huán)境下，每條徑的能量都比較小，這仍舊會(huì)增大系統(tǒng)捕獲時(shí)間，影響整個(gè)通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性。


發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的是提供一種能夠減少系統(tǒng)捕獲時(shí)間，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的多徑環(huán)境下的擴(kuò)頻捕獲方法，該方法尤其適用于直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種多徑環(huán)境下的擴(kuò)頻捕獲方法，所述方法包括步驟 S1將本地的碼序列與接收到的碼序列進(jìn)行匹配濾波，每個(gè)采樣周期輸出一個(gè)匹配濾波的相關(guān)結(jié)果，執(zhí)行步驟S2； S2根據(jù)各采樣周期的匹配濾波的相關(guān)結(jié)果合并多徑的能量，得到合并的多徑能量的值，每一個(gè)碼片序列周期輸出一次合并的多徑能量的值，將該合并的多徑能量的值與第一門限進(jìn)行比較，若前者小于后者，則將延時(shí)一個(gè)碼片序列周期后得到的合并的多徑能量的值與該預(yù)設(shè)的第一門限進(jìn)行比較，直至合并的多徑能量的值大于第一門限，執(zhí)行步驟S3； S3延時(shí)一個(gè)碼片序列周期之后，將步驟S2所得的合并的多徑能量的值與預(yù)設(shè)的第二門限進(jìn)行比較，若前者大于后者，則捕獲成功，否則延時(shí)一個(gè)碼片序列周期后，繼續(xù)執(zhí)行步驟S1。
優(yōu)選地，所述合并的多徑能量的值為差分相干的結(jié)果，且步驟S2具體為 S21將每個(gè)采樣周期對(duì)應(yīng)的匹配濾波的相關(guān)結(jié)果與延時(shí)一個(gè)碼片序列周期后得到的匹配濾波的相關(guān)結(jié)果進(jìn)行差分相干，每個(gè)碼片序列周期輸出一次差分相干的結(jié)果，其中，碼片序列周期為NcTc，其中Nc為本地的碼序列的碼片數(shù)，Tc為本地的碼片周期； S22將步驟S21所得的各差分相干的結(jié)果分別與預(yù)設(shè)的第一門限進(jìn)行比較，如果差分相干的結(jié)果小于第一門限，則將延時(shí)一個(gè)碼片序列周期后得到的差分相相關(guān)的結(jié)果與該預(yù)設(shè)的第一門限進(jìn)行比較，直至差分相干的結(jié)果大于第一門限，執(zhí)行步驟S3。
可替換地，所述合并的多徑能量的值可以為積分值，且步驟S2具體為 S21’求得每個(gè)采樣周期對(duì)應(yīng)的匹配濾波的相關(guān)結(jié)果的二范數(shù)，對(duì)得到的二范數(shù)序列進(jìn)行積分，每一個(gè)碼片序列周期輸出一次積分值，其中，碼片序列周期為NcTc，Nc為本地的碼序列的碼片數(shù)，Tc為本地的碼片周期； S22’步驟S21’所得的各積分值分別與預(yù)設(shè)的第一門限進(jìn)行比較，如果積分值小于第一門限，則將延時(shí)一個(gè)碼片序列周期后得到的積分值與該預(yù)設(shè)的第一門限進(jìn)行比較，直至積分值大于第一門限，執(zhí)行步驟S3。
其中，步驟S1中每個(gè)采樣周期輸出一個(gè)匹配濾波的相關(guān)結(jié)果的方式可以由每M個(gè)采樣周期輸出M個(gè)相關(guān)結(jié)果的并行匹配濾波的方式代替。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠產(chǎn)生如下有益效果 1、在搜索階段都需要用到匹配濾波器，而匹配濾波本質(zhì)是一種快速的相關(guān)，每個(gè)采樣周期就可以輸出一個(gè)相關(guān)結(jié)果，則每判決一次只花費(fèi)了一個(gè)碼片序列周期。因此，可以保證算法的有效性，減小捕獲時(shí)間。兩種多徑輔助的擴(kuò)頻捕獲方法由于都采用了匹配濾波器，因此并不需要調(diào)整本地碼序列相位； 2、過(guò)采樣或者多徑的影響將導(dǎo)致存在多個(gè)H1相位，傳統(tǒng)擴(kuò)頻捕獲方案在搜索階段下可能會(huì)搜索到能量較小的H1相位，這會(huì)使得驗(yàn)證階段下驗(yàn)證失敗的概率較大。不僅會(huì)增大系統(tǒng)捕獲時(shí)間，也會(huì)影響整個(gè)通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，密集多徑環(huán)境下，單條徑的能量較小，這同樣會(huì)使得驗(yàn)證階段下驗(yàn)證失敗的概率較大，從而增大系統(tǒng)捕獲時(shí)間，影響整個(gè)通信系統(tǒng)穩(wěn)定性。本發(fā)明的方法，在多徑環(huán)境下可以合并所有多徑的能量，從而減少了系統(tǒng)捕獲時(shí)間，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性； 3、在過(guò)采樣情況下，一個(gè)碼片有多個(gè)采樣點(diǎn)，原則上有多個(gè)H1相位，而采用本發(fā)明的方法可以將這些點(diǎn)能量疊加起來(lái)，避免了僅僅利用某一個(gè)采樣點(diǎn)的能量。也就是說(shuō)，采用本方案，即使是在只有單條徑的情況下也可以充分利用所有多徑能量，還能夠更加魯棒地捕獲到某個(gè)不確定的相位，也就是能夠保證目前正在接收的是碼序列(前導(dǎo)序列)，而不是噪聲或者其他序列。而在包通信系統(tǒng)中，任何時(shí)刻接收機(jī)可能純?cè)肼?數(shù)據(jù)包還沒(méi)有到達(dá))，或者前導(dǎo)碼序列，或者是載荷數(shù)據(jù)。捕獲到前導(dǎo)碼序列之后，還需要進(jìn)行信道估計(jì)，這樣可以估計(jì)出每條徑的系數(shù)。因此，在無(wú)多徑情況下，本發(fā)明的方法也可以摒除因?yàn)檫^(guò)采樣而導(dǎo)致的多H1相位問(wèn)題。



圖1是傳統(tǒng)擴(kuò)頻捕獲方法的流程示意框圖； 圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的方法的流程示意框圖； 圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的方法的流程示意框圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基于差分相干的多徑輔助的擴(kuò)頻捕獲方法的流程示意框圖如圖2所示，該方法包括如下步驟 1)系統(tǒng)處于搜索階段。在搜索階段，本地的碼序列與接收的碼序列進(jìn)行匹配濾波。每一個(gè)采樣周期Ts都輸出一個(gè)相關(guān)結(jié)果。當(dāng)然，這里也可以采用并行匹配濾波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，即每M個(gè)采樣周期輸出M個(gè)相關(guān)結(jié)果。第n個(gè)采樣周期匹配濾波器輸出為

其中，Ns＝NcTc/Ts，p[j]為采樣后的本地碼序列波形，r[j]為采樣后的接收序列波形，j＝n-i； 2)步驟1)所得到的匹配濾波波形與它延時(shí)一個(gè)碼片序列周期的波形進(jìn)行差分相干。n時(shí)刻的差分相關(guān)結(jié)果為

其中“*”表示復(fù)數(shù)共軛，Re{·}表示取實(shí)部。每一個(gè)碼片序列周期輸出一次差分相關(guān)結(jié)果； 3)步驟2)所得差分相關(guān)值與第一門限進(jìn)行比較。如果差分相關(guān)值小于第一門限，則延時(shí)一個(gè)碼片序列周期后繼續(xù)執(zhí)行步驟3)；如果差分相關(guān)值大于第一門限，則執(zhí)行步驟4)； 4)系統(tǒng)進(jìn)入驗(yàn)證階段。延時(shí)一個(gè)碼片序列周期之后，比較步驟2)所得差分相關(guān)值與第二門限的大小。如果差分相關(guān)值大于第二門限，則驗(yàn)證成功，從而捕獲成功，否則系統(tǒng)回到搜索階段，并延時(shí)一個(gè)碼片序列周期后，繼續(xù)執(zhí)行步驟3)。
依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的基于能量積分的多徑輔助的擴(kuò)頻捕獲方法如圖3所示，包括如下步驟 1’)系統(tǒng)處于搜索階段。在搜索階段下，本地碼序列與接收碼序列進(jìn)行匹配濾波。每一個(gè)采樣周期Ts都輸出一個(gè)相關(guān)結(jié)果。當(dāng)然，這里也可以采用并行匹配濾波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，即每M個(gè)采樣周期輸出M個(gè)相關(guān)結(jié)果。第n個(gè)采樣周期匹配濾波器輸出為

其中，Ns＝NcTc/Ts，p[j]為采樣后的本地碼序列波形，r[j]為采樣后的接收序列波形，j＝n-i； 2’)求步驟1’)所得到的匹配濾波波形的二范數(shù)(二范數(shù)為實(shí)部與虛部的平方和)，即能量e[n]＝|h[n]|2。h[n]可以為實(shí)數(shù)序列或者復(fù)數(shù)序列； 3’)對(duì)步驟2’)所得到的二范數(shù)序列進(jìn)行積分(嚴(yán)格來(lái)講對(duì)離散情況應(yīng)該稱為求和)，n時(shí)刻的積分結(jié)果為積分區(qū)間為一個(gè)碼片序列周期，每一個(gè)碼片序列周期輸出一次積分結(jié)果。
4’)步驟3’)所得積分結(jié)果與第一門限進(jìn)行比較。如果差分相關(guān)值小于第一門限，則延時(shí)一個(gè)碼片序列周期后繼續(xù)執(zhí)行步驟4’)；如果差分相關(guān)值大于第一門限，則執(zhí)行步驟5’)； 5’)系統(tǒng)進(jìn)入驗(yàn)證階段。延時(shí)一個(gè)碼片序列周期之后，比較步驟2’)所得積分結(jié)果與第二門限的大小。如果積分結(jié)果大于第二門限，則驗(yàn)證成功，從而捕獲成功，否則系統(tǒng)回到搜索階段，并延時(shí)一個(gè)碼片序列周期后，繼續(xù)執(zhí)行步驟4’)。
為舉例說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的方法，上述參數(shù)可以為 Ts＝Tc/4；M＝4；Nc＝31；Ns＝128。
而第一門限和第二門限的取值可根據(jù)實(shí)際接收信號(hào)的每碼片的信噪比(SNRper chip)以及所要求的虛警概率進(jìn)行計(jì)算得到。
由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明在搜索階段通過(guò)用合并的多徑能量與門限值進(jìn)行比較，能夠減少系統(tǒng)捕獲時(shí)間，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
以上所述僅是本發(fā)明的實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種多徑環(huán)境下的擴(kuò)頻捕獲方法，其特征在于，所述方法包括步驟
S將本地的碼序列與接收到的碼序列進(jìn)行匹配濾波，每個(gè)采樣周期輸出一個(gè)匹配濾波的相關(guān)結(jié)果，執(zhí)行步驟S2；
S2根據(jù)各采樣周期的匹配濾波的相關(guān)結(jié)果合并多徑的能量，得到合并的多徑能量的值，每一個(gè)碼片序列周期輸出一次合并的多徑能量的值，將該合并的多徑能量的值與預(yù)設(shè)的第一門限進(jìn)行比較，若前者小于后者，則將延時(shí)一個(gè)碼片序列周期后得到的合并的多徑能量的值與該預(yù)設(shè)的第一門限進(jìn)行比較，直至合并的多徑能量的值大于第一門限，執(zhí)行步驟S3；
S3延時(shí)一個(gè)碼片序列周期之后，將步驟S2所得的合并的多徑能量的值與預(yù)設(shè)的第二門限進(jìn)行比較，若前者大于后者，則捕獲成功，否則延時(shí)一個(gè)碼片序列周期后，繼續(xù)執(zhí)行步驟S1。
2.如權(quán)利要求1所述的多徑環(huán)境下的擴(kuò)頻捕獲方法，其特征在于，所述合并的多徑能量的值為差分相干的結(jié)果，且步驟S2具體為
S21將每個(gè)采樣周期對(duì)應(yīng)的匹配濾波的相關(guān)結(jié)果與延時(shí)一個(gè)碼片序列周期后得到的匹配濾波的相關(guān)結(jié)果進(jìn)行差分相干，每個(gè)碼片序列周期輸出一次差分相干的結(jié)果，其中，碼片序列周期為NcTc，Nc為本地的碼序列的碼片數(shù)，Tc為本地的碼片周期；
S2將步驟S21所得的各差分相干的結(jié)果分別與預(yù)設(shè)的第一門限進(jìn)行比較，如果差分相干的結(jié)果小于第一門限，則將延時(shí)一個(gè)碼片序列周期后得到的差分相相關(guān)的結(jié)果與該預(yù)設(shè)的第一門限進(jìn)行比較，直至差分相干的結(jié)果大于第一門限，執(zhí)行步驟S3。
3.如權(quán)利要求1所述的多徑環(huán)境下的擴(kuò)頻捕獲方法，其特征在于，所述合并的多徑能量的值為積分值，且步驟S2具體為
S21’求得每個(gè)采樣周期對(duì)應(yīng)的匹配濾波的相關(guān)結(jié)果的二范數(shù)，對(duì)得到的二范數(shù)序列進(jìn)行積分，每一個(gè)碼片序列周期輸出一次積分值，其中，碼片序列周期為NcTc，Nc為本地的碼序列的碼片數(shù)，Tc為本地的碼片周期；
S22’步驟S21’所得的各積分值分別與預(yù)設(shè)的第一門限進(jìn)行比較，如果積分值小于第一門限，則將延時(shí)一個(gè)碼片序列周期后得到的積分值與該預(yù)設(shè)的第一門限進(jìn)行比較，直至積分值大于第一門限，執(zhí)行步驟S3。
4.如權(quán)利要求1～3之任一項(xiàng)所述的多徑環(huán)境下的擴(kuò)頻捕獲方法，其特征在于，將步驟S1中每個(gè)采樣周期輸出一個(gè)匹配濾波的相關(guān)結(jié)果的方式由每M個(gè)采樣周期輸出M個(gè)相關(guān)結(jié)果的并行匹配濾波的方式代替。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多徑環(huán)境下的擴(kuò)頻捕獲方法，包括步驟S1將本地的碼序列與接收到的碼序列進(jìn)行匹配濾波，每個(gè)采樣周期輸出一個(gè)匹配濾波的相關(guān)結(jié)果；S2根據(jù)各采樣周期的匹配濾波的相關(guān)結(jié)果合并多徑的能量，得到合并的多徑能量的值，每個(gè)碼片序列周期輸出一次合并的多徑能量的值，將合并的多徑能量的值與第一門限比較，若前者小于后者，將延時(shí)一個(gè)碼片序列周期后得到的合并的多徑能量的值與該第一門限進(jìn)行比較，直至大于第一門限，執(zhí)行S3；S3延時(shí)一個(gè)碼片序列周期之后，將S2所得的合并的多徑能量的值與預(yù)設(shè)的第二門限進(jìn)行比較，若前者大于后者，則捕獲成功，否則延時(shí)一個(gè)碼片序列周期后，繼續(xù)執(zhí)行S1。本發(fā)明能減少系統(tǒng)捕獲時(shí)間，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H04B1/707GK101771436SQ20101003364
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2010年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月4日
發(fā)明者肖振宇, 張家琦, 金德鵬, 朱亮, 蘇厲, 曾烈光 申請(qǐng)人:清華大學(xué)