本發(fā)明屬于超短波通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信快速捕獲方法及裝置。

背景技術(shù)：

超短波信道的頻段約為30～300MHz，具有通信距離較遠(yuǎn)、通信費(fèi)用低廉、抗毀性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在軍事通信等領(lǐng)域占重要地位。超短波通信主要以空間波視距傳輸，受地形及建筑物影響較大；而用于空地通信時(shí)，受地物影響較小，傳播距離更遠(yuǎn)。擴(kuò)頻通信以其抗噪聲、抗衰落、抗干擾、抗多徑能力強(qiáng)，且具有信息隱蔽性、低截獲概率等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛應(yīng)用。

在航空通信系統(tǒng)中，機(jī)載電臺(tái)或傘包與地面電臺(tái)高速率的數(shù)據(jù)交換，使地面電臺(tái)能夠及時(shí)獲取飛機(jī)或傘包的各種狀態(tài)參數(shù)，比如位置、速度、角度等。為了加強(qiáng)機(jī)載電臺(tái)與地面電臺(tái)通信的保密特性和抗干擾特性，使決策者能夠得到準(zhǔn)確、未被竊聽，未被干擾的空中信息，基于擴(kuò)頻技術(shù)和軟件方法設(shè)計(jì)的數(shù)字化機(jī)載電臺(tái)超短波通信系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。

為了從接收到的信號(hào)中解調(diào)出數(shù)據(jù)信息，基帶數(shù)字信號(hào)處理部分需要通過混頻徹底地剝離數(shù)字中頻信號(hào)中包括多普勒在內(nèi)的載波，并且通過擴(kuò)頻碼相關(guān)運(yùn)算再?gòu)氐椎貏冸x信號(hào)中的擴(kuò)頻碼，而剩下的信號(hào)便是經(jīng)BPSK調(diào)制的數(shù)據(jù)信息。

常規(guī)的串行二維搜索算法是在時(shí)域內(nèi)對(duì)信號(hào)的多普勒頻移和擴(kuò)頻碼相位進(jìn)行二維串行掃描式搜索。對(duì)于頻率搜索通常以已知載波頻率作為頻帶搜索開始值，然后左右交替地逐漸對(duì)其兩邊的頻帶進(jìn)行搜索，直至最后檢測(cè)出信號(hào)或者搜索完所有頻帶為止。當(dāng)在某個(gè)頻帶內(nèi)搜索信號(hào)時(shí)，碼相位按照從小到大的順序進(jìn)行搜索。對(duì)于不同頻帶、不同碼相位，復(fù)制出不同本地信號(hào)與接收信號(hào)進(jìn)行匹配檢測(cè)。這種頻率搜索呈“圣誕樹”的順序有助于提高接收機(jī)快速檢測(cè)到信號(hào)的概率，而碼相位搜素按“從小到大”的順序可以盡量避免對(duì)多徑信號(hào)的錯(cuò)誤捕獲。

設(shè)擴(kuò)頻碼長(zhǎng)度為n₁，碼周期為T_C，為了捕獲到同步頭，傳統(tǒng)的串行捕獲方案在某個(gè)頻點(diǎn)上碼相位遍歷搜索最大時(shí)間T₁約為：

T₁＝n₁×T_C

可以看出搜索時(shí)間太長(zhǎng)根本無法滿足超短波突發(fā)通信的快速捕獲要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信快速捕獲方法及裝置，將碼域、頻域二維搜索轉(zhuǎn)變?yōu)榇a域的一維搜索，采用“面積換時(shí)間”的策略，能夠快速實(shí)現(xiàn)基于擴(kuò)頻技術(shù)的高數(shù)據(jù)速率超短波突發(fā)通信的捕獲，且硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較低。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)方案一：

一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信快速捕獲方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1，獲取天線接收到的射頻模擬信號(hào)，對(duì)所述射頻模擬信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，得到放大后的射頻模擬信號(hào)；

步驟2，獲取經(jīng)基準(zhǔn)振蕩器倍頻產(chǎn)生的正弦波本振信號(hào)，將所述正弦波本振信號(hào)與所述放大后的射頻模擬信號(hào)進(jìn)行混頻并濾波，得到中頻模擬信號(hào)；并將所述中頻模擬信號(hào)進(jìn)行A/D采樣，得到數(shù)字中頻信號(hào)；所述數(shù)字中頻信號(hào)攜帶有擴(kuò)頻碼信息，所述擴(kuò)頻碼信息包含本地?cái)U(kuò)頻碼；

步驟3，獲取正交兩路本地復(fù)制載波，所述正交兩路本地復(fù)制載波包含余弦復(fù)制載波和正弦復(fù)制載波，所述余弦復(fù)制載波與所述數(shù)字中頻信號(hào)相乘得到I路準(zhǔn)零頻基帶信號(hào)，所述正弦復(fù)制載波與所述數(shù)字中頻信號(hào)相乘得到Q路準(zhǔn)零頻基帶信號(hào)；

步驟4，以2倍擴(kuò)頻碼速率時(shí)鐘為累加清零信號(hào)分別對(duì)所述I路準(zhǔn)零頻基帶信號(hào)和Q路準(zhǔn)零頻基帶信號(hào)進(jìn)行累加降采樣，得到降采樣后的基帶信號(hào)；所述降采樣后的基帶信號(hào)包含I路準(zhǔn)零頻降采樣基帶信號(hào)和Q路準(zhǔn)零頻降采樣基帶信號(hào)；所述2倍擴(kuò)頻碼速率時(shí)鐘由數(shù)控振蕩器產(chǎn)生；

步驟5，當(dāng)啟動(dòng)捕獲時(shí)，在第一個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)，以所述2倍擴(kuò)頻碼速率時(shí)鐘分別對(duì)本地?cái)U(kuò)頻碼和降采樣后的基帶信號(hào)進(jìn)行采樣，得到本地?cái)U(kuò)頻碼采樣值和降采樣后的基帶信號(hào)采樣值，并將本地?cái)U(kuò)頻碼采樣值按照采樣順序依次從碼移位寄存器左側(cè)存入，將降采樣后的基帶信號(hào)采樣值按照采樣順序依次從基帶數(shù)據(jù)移位寄存器左側(cè)存入；所述基帶數(shù)據(jù)移位寄存器包括I路基帶數(shù)據(jù)移位寄存器和Q路基帶數(shù)據(jù)移位寄存器；

步驟6，在第二個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)，基帶數(shù)據(jù)移位寄存器內(nèi)降采樣后的基帶信號(hào)采樣值以2倍擴(kuò)頻碼速率向右滑動(dòng)，碼移位寄存器內(nèi)本地?cái)U(kuò)頻碼采樣值固定不滑動(dòng)；所述基帶數(shù)據(jù)移位寄存器與所述碼移位寄存器的存儲(chǔ)位置一一對(duì)應(yīng)；對(duì)于第二個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)的任一個(gè)2倍擴(kuò)頻碼速率時(shí)鐘周期，將基帶數(shù)據(jù)移位存儲(chǔ)器內(nèi)降采樣后的基帶信號(hào)采樣值與碼移位存儲(chǔ)器內(nèi)的本地?cái)U(kuò)頻碼采樣值進(jìn)行分組異或累加，根據(jù)得到的I、Q兩路累加值計(jì)算其對(duì)應(yīng)半碼片對(duì)應(yīng)的非相干峰值，并記錄該半碼片的碼相位；其中，所述基帶數(shù)據(jù)移位存儲(chǔ)器內(nèi)降采樣后的基帶信號(hào)采樣值以2倍擴(kuò)頻碼速率向右滑動(dòng)，從而新的降采樣后的基帶信號(hào)依次存入所述基帶數(shù)據(jù)移位存儲(chǔ)器的左邊，且丟棄從所述基帶數(shù)據(jù)移位寄存器右邊溢出的數(shù)據(jù)；則第二個(gè)擴(kuò)頻碼周期結(jié)束后得到2*N個(gè)半碼片的非相干峰值以及各自對(duì)應(yīng)的碼相位；其中，N為本地?cái)U(kuò)頻碼的長(zhǎng)度；

步驟7，獲取2*N個(gè)半碼片的非相干峰值中的最大值、第二大值以及第三大值，并計(jì)算2*N個(gè)半碼片的非相干峰值的平均值；

步驟8，根據(jù)所述2*N個(gè)半碼片的非相干峰值中的最大值、第二大值、第三大值，以及所述2*N個(gè)半碼片的非相干峰值的平均值，判定是否捕獲到高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信信號(hào)；

步驟9，若未捕獲到高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信信號(hào)，則重復(fù)執(zhí)行步驟5至步驟8；

若捕獲到高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信信號(hào)，則按照最大非相干峰值對(duì)應(yīng)的半碼片的碼相位對(duì)本地?cái)U(kuò)頻碼生成器進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，使得本地?cái)U(kuò)頻碼的碼相位與降采樣后的基帶信號(hào)采樣值的碼相位對(duì)齊，并在接下來的每個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)，計(jì)算所述最大非相干峰值對(duì)應(yīng)的半碼片所在位置的非相干峰值，對(duì)所述高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信信號(hào)進(jìn)行跟蹤。

本發(fā)明技術(shù)方案一的特點(diǎn)和進(jìn)一步的改進(jìn)為：

(1)若擴(kuò)頻之前的數(shù)據(jù)碼速率為f，擴(kuò)頻碼長(zhǎng)度為n，則擴(kuò)頻之后的擴(kuò)頻碼速率f_code＝n*f，2倍擴(kuò)頻碼速率為2*n*f，一個(gè)擴(kuò)頻碼周期為1/f，一個(gè)擴(kuò)頻碼片寬度為1/(n*f)，半碼片寬度為1/(2*n*f)；

設(shè)置基帶數(shù)據(jù)移位寄存器和碼移位寄存器為包含2*n個(gè)存儲(chǔ)單元的移位寄存器；*表示乘號(hào)；

在一個(gè)2倍擴(kuò)頻碼速率周期內(nèi)包含f_clk/(2*_fcode)個(gè)采樣時(shí)鐘周期，其中，f_clk為A/D采樣頻率。

(2)步驟6具體包括如下子步驟：

(6a)將所述基帶數(shù)據(jù)移位寄存器內(nèi)存儲(chǔ)的降采樣后的基帶信號(hào)采樣值依次向右移動(dòng)一位，從基帶數(shù)據(jù)移位寄存器右側(cè)移出的一位數(shù)據(jù)丟棄，且從所述基帶數(shù)據(jù)移位寄存器左側(cè)輸入一位新的采樣數(shù)據(jù)；

(6b)將所述基帶數(shù)據(jù)移位寄存器內(nèi)存儲(chǔ)的降采樣后的基帶信號(hào)采樣值和所述碼移位寄存器內(nèi)存儲(chǔ)的本地?cái)U(kuò)頻碼采樣值依次分為(2*n+2)/2^M段存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，每段存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包含2^M個(gè)采樣值，其中M滿足2^M＜f_clk/(2*f_code)＜2^M+1；其中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的段數(shù)等于累加器的個(gè)數(shù)，每段存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包含的采樣值個(gè)數(shù)相當(dāng)于每個(gè)累加器需要累加的次數(shù)；

(6c)在一個(gè)2倍擴(kuò)頻碼速率周期內(nèi)的第一個(gè)采樣時(shí)鐘周期，對(duì)于第i個(gè)累加器，所述基帶數(shù)據(jù)移位寄存器的第2^M*(i-1)+1個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)與碼移位寄存器的第2^M*(i-1)+1個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行異或運(yùn)算，將得到(2*n+2)/2^M個(gè)累加器的第一個(gè)采樣時(shí)鐘累加值，其中i＝1，2，…，(2*n+2)/2^M；

在該2倍擴(kuò)頻碼速率周期內(nèi)的下一個(gè)采樣時(shí)鐘周期內(nèi)，對(duì)于第i個(gè)累加器，所述基帶數(shù)據(jù)移位寄存器第2^M*(i-1)+2個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)與碼移位寄存器的第2^M*(i-1)+2個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行異或運(yùn)算，將得到的結(jié)果分別與各累加器第一個(gè)采樣時(shí)鐘周期的累加值累加得到這一時(shí)鐘的累加值；

直到完成第2^M個(gè)采樣時(shí)鐘周期，基帶數(shù)據(jù)移位寄存器的第2^M*(i-1)+2^M個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和所述碼移位寄存器對(duì)應(yīng)的第2^M*(i-1)+2^M個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的異或累加運(yùn)算；

經(jīng)2^M個(gè)采樣時(shí)鐘周期后，第一個(gè)累加器完成1～2^M個(gè)采樣數(shù)據(jù)的累加，第二個(gè)累加器完成2^M+1～2^M*2個(gè)采樣數(shù)據(jù)的累加，第(2*n+2)/2^M個(gè)累加器完成2^M*((2*n+2)/2^M-1)+1～(2*n+2)個(gè)采樣數(shù)據(jù)的累加；其中i＝1，2，…，(2*n+2)/2^M；

(6d)將得到的(2*n+2)/2^M個(gè)累加器的I、Q兩路累加值分別求和，得到I、Q兩路求和結(jié)果，對(duì)所述求和結(jié)果求模值，并將該模值作為該半碼片的非相關(guān)峰值，并記錄該半碼片對(duì)應(yīng)的碼相位。

(3)步驟8中，

若最大值＞(第二大值/2+第三大值)，且最大值＞2.5*平均值，則判定捕獲到高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信信號(hào)，否則，未捕獲到高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信信號(hào)，*表示乘號(hào)。

技術(shù)方案二：

一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信快速捕獲裝置，所述裝置應(yīng)用于如技術(shù)方案一所述的所述基于擴(kuò)頻技術(shù)的高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信快速捕獲方法，所述裝置包括：射頻模塊、本地載波產(chǎn)生模塊、下變頻模塊、降采樣模塊、本地?cái)U(kuò)頻碼產(chǎn)生模塊、分組相關(guān)累加模塊以及判決模塊；

所述射頻模塊的輸出端與所述下變頻模塊的第一輸入端連接，所述本地載波產(chǎn)生模塊的輸出端與所述下變頻模塊的第二輸入端連接，所述下變頻模塊的輸出端與所述降采樣模塊的輸入端連接，所述降采樣模塊的輸出端與所述分組相關(guān)累加模塊的第一輸入端連接，所述本地?cái)U(kuò)頻碼產(chǎn)生模塊的輸出端與所述分組相關(guān)累加模塊的第二輸入端連接，所述分組相關(guān)累加模塊的輸出端與所述判決模塊的輸入端連接。

本發(fā)明技術(shù)方案二的特點(diǎn)和進(jìn)一步的改進(jìn)為：

(1)所述射頻模塊包含前置放大器，下變頻器，A/D轉(zhuǎn)換器，基準(zhǔn)振蕩器，頻率合成器；

天線輸出端與所述前置放大器的輸入端連接，所述前置放大器的輸出端與所述下變頻器的第一輸入端連接，所述基準(zhǔn)振蕩器的輸出端與所述頻率合成器的輸入端連接，所述頻率合成器的輸出端與所述下變頻器的第二輸入端連接，所述下變頻器的輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述下變頻模塊的第一輸入端連接。

(2)所述前置放大器用于對(duì)從天線接收到的射頻模擬信號(hào)進(jìn)行放大；

所述基準(zhǔn)振蕩器和所述頻率合成器用于產(chǎn)生正弦波本振信號(hào)；

所述下變頻器用于根據(jù)所述正弦波本振信號(hào)對(duì)放大后的射頻模擬信號(hào)進(jìn)行混頻，得到中頻模擬信號(hào)；

所述A/D轉(zhuǎn)換器用于對(duì)所述中頻模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字中頻信號(hào)。

本發(fā)明的有益效果為：(1)快速捕獲實(shí)現(xiàn)方法是一維碼相位順序串行搜索，理論上一個(gè)碼周期即可估計(jì)出碼相位，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，且捕獲時(shí)間較短；(2)快速捕獲實(shí)現(xiàn)方法步驟層次清晰，F(xiàn)PGA硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低且資源消耗較少、利用率高；(3)快速捕獲實(shí)現(xiàn)方法采用模塊化設(shè)計(jì)，具有步驟層次比較清晰、結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、不限制碼速與碼長(zhǎng)、實(shí)現(xiàn)比較容易、通用性較強(qiáng)等特點(diǎn)，并且軟件具有很好的可維修性和可測(cè)試性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信快速捕獲方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信快速捕獲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為射頻模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為載波數(shù)控振蕩器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為基帶降采樣數(shù)據(jù)與擴(kuò)頻碼異或累加結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為分組累加器累加過程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信快速捕獲方法，如圖1所示，所述方法包括如下步驟：

步驟1，獲取天線接收到的射頻模擬信號(hào)，對(duì)所述射頻模擬信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，得到放大后的射頻模擬信號(hào)。

步驟2，獲取經(jīng)基準(zhǔn)振蕩器倍頻產(chǎn)生的正弦波本振信號(hào)，將所述正弦波本振信號(hào)與所述放大后的射頻模擬信號(hào)進(jìn)行混頻并濾波，得到中頻模擬信號(hào)；并將所述中頻模擬信號(hào)進(jìn)行A/D采樣，得到數(shù)字中頻信號(hào)；所述數(shù)字中頻信號(hào)攜帶有擴(kuò)頻碼信息。

步驟3，獲取正交兩路本地復(fù)制載波，所述正交兩路本地復(fù)制載波包含余弦復(fù)制載波和正弦復(fù)制載波，所述余弦復(fù)制載波與所述數(shù)字中頻信號(hào)相乘得到I路準(zhǔn)零頻基帶信號(hào)，所述正弦復(fù)制載波與所述數(shù)字中頻信號(hào)相乘得到Q路準(zhǔn)零頻基帶信號(hào)。

具體的，本地復(fù)制載波在采樣頻率f_clk的驅(qū)動(dòng)下，相位累加器對(duì)頻率控制字進(jìn)行線性累加，得到的相位碼對(duì)波形存儲(chǔ)器(ROM)尋址，使之輸出相應(yīng)的幅度。

步驟4，以2倍擴(kuò)頻碼速率時(shí)鐘為累加清零信號(hào)分別對(duì)所述I路準(zhǔn)零頻基帶信號(hào)和Q路準(zhǔn)零頻基帶信號(hào)進(jìn)行累加降采樣，得到降采樣后的基帶信號(hào)；所述降采樣后的基帶信號(hào)包含I路準(zhǔn)零頻降采樣基帶信號(hào)和Q路準(zhǔn)零頻降采樣基帶信號(hào)；所述2倍擴(kuò)頻碼速率時(shí)鐘由數(shù)控振蕩器產(chǎn)生。

具體的，累加清零信號(hào)由采樣頻率f_clk驅(qū)動(dòng)數(shù)控振蕩器(NCO)直接生成，頻率為2倍擴(kuò)頻碼速率f_code。

需要說明的是，若擴(kuò)頻之前的數(shù)據(jù)碼速率為f，擴(kuò)頻碼長(zhǎng)度為n，則擴(kuò)頻之后的擴(kuò)頻碼速率f_code＝n*f，2倍擴(kuò)頻碼速率為2*n*f，一個(gè)擴(kuò)頻碼周期為1/f，一個(gè)擴(kuò)頻碼片寬度為1/(n*f)，半碼片寬度為1/(2*n*f)；

設(shè)置基帶數(shù)據(jù)移位寄存器和碼移位寄存器為包含2*n個(gè)存儲(chǔ)單元的移位寄存器；*表示乘號(hào)；

在一個(gè)2倍擴(kuò)頻碼速率周期內(nèi)包含f_clk/(2*_fcode)個(gè)采樣時(shí)鐘周期，其中，f_clk為A/D采樣頻率。

步驟5，當(dāng)啟動(dòng)捕獲時(shí)，在第一個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)，以所述2倍擴(kuò)頻碼速率時(shí)鐘分別對(duì)本地?cái)U(kuò)頻碼和降采樣后的基帶信號(hào)進(jìn)行采樣，得到本地?cái)U(kuò)頻碼采樣值和降采樣后的基帶信號(hào)采樣值，并將本地?cái)U(kuò)頻碼采樣值按照采樣順序依次從碼移位寄存器左側(cè)存入，將降采樣后的基帶信號(hào)采樣值按照采樣順序依次從基帶數(shù)據(jù)移位寄存器左側(cè)存入；所述基帶數(shù)據(jù)移位寄存器包括I路基帶數(shù)據(jù)移位寄存器和Q路基帶數(shù)據(jù)移位寄存器。

步驟6，在第二個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)，基帶數(shù)據(jù)移位寄存器內(nèi)降采樣后的基帶信號(hào)采樣值以2倍擴(kuò)頻碼速率向右滑動(dòng)，碼移位寄存器內(nèi)本地?cái)U(kuò)頻碼采樣值固定不滑動(dòng)；所述基帶數(shù)據(jù)移位寄存器與所述碼移位寄存器的存儲(chǔ)位置一一對(duì)應(yīng)；對(duì)于第二個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)的任一個(gè)2倍擴(kuò)頻碼速率時(shí)鐘周期，將基帶數(shù)據(jù)移位存儲(chǔ)器內(nèi)降采樣后的基帶信號(hào)采樣值與碼移位存儲(chǔ)器內(nèi)的本地?cái)U(kuò)頻碼采樣值進(jìn)行分組異或累加，根據(jù)得到的I、Q兩路累加值計(jì)算該半碼片對(duì)應(yīng)的非相干峰值，并記錄該半碼片對(duì)應(yīng)的碼相位；其中，所述基帶數(shù)據(jù)移位存儲(chǔ)器內(nèi)降采樣后的基帶信號(hào)采樣值以2倍擴(kuò)頻碼速率向右滑動(dòng)，從而新的降采樣后的基帶信號(hào)依次存入所述基帶數(shù)據(jù)移位存儲(chǔ)器的左邊，且丟棄從所述基帶數(shù)據(jù)移位寄存器右邊溢出的數(shù)據(jù)；則第二個(gè)擴(kuò)頻碼周期結(jié)束后得到2*N個(gè)半碼片的非相干峰值以及各自對(duì)應(yīng)的碼相位；其中，N為本地?cái)U(kuò)頻碼的長(zhǎng)度。

步驟6具體包括如下子步驟：

(6a)將所述基帶數(shù)據(jù)移位寄存器內(nèi)存儲(chǔ)的降采樣后的基帶信號(hào)采樣值依次向右移動(dòng)一位，從基帶數(shù)據(jù)移位寄存器右側(cè)移出的一位數(shù)據(jù)丟棄，且從所述基帶數(shù)據(jù)移位寄存器左側(cè)輸入一位新的采樣數(shù)據(jù)；

(6b)將所述基帶數(shù)據(jù)移位寄存器內(nèi)存儲(chǔ)的降采樣后的基帶信號(hào)采樣值和所述碼移位寄存器內(nèi)存儲(chǔ)的本地?cái)U(kuò)頻碼采樣值依次分為(2*n+2)/2^M段存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，每段存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包含2^M個(gè)采樣值，其中M滿足2^M＜f_clk/(2*f_code)＜2^M+1；其中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的段數(shù)等于累加器的個(gè)數(shù)，每段存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包含的采樣值個(gè)數(shù)相當(dāng)于每個(gè)累加器需要累加的次數(shù)；

(6c)在一個(gè)2倍擴(kuò)頻碼速率周期內(nèi)的第一個(gè)采樣時(shí)鐘周期，對(duì)于第i個(gè)累加器，所述基帶數(shù)據(jù)移位寄存器的第2^M*(i-1)+1個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)與碼移位寄存器的第2^M*(i-1)+1個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行異或運(yùn)算，將得到(2*n+2)/2^M個(gè)累加器的第一個(gè)采樣時(shí)鐘累加值，其中i＝1，2，…，(2*n+2)/2^M；

在該2倍擴(kuò)頻碼速率周期內(nèi)的下一個(gè)采樣時(shí)鐘周期內(nèi)，對(duì)于第i個(gè)累加器，所述基帶數(shù)據(jù)移位寄存器第2^M*(i-1)+2個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)與碼移位寄存器的第2^M*(i-1)+2個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行異或運(yùn)算，將得到的結(jié)果分別與各累加器第一個(gè)采樣時(shí)鐘周期的累加值累加得到這一時(shí)鐘的累加值；

直到完成第2^M個(gè)采樣時(shí)鐘周期，基帶數(shù)據(jù)移位寄存器的第2^M*(i-1)+2^M個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和所述碼移位寄存器對(duì)應(yīng)的第2^M*(i-1)+2^M個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的異或累加運(yùn)算；

經(jīng)2^M個(gè)采樣時(shí)鐘周期后，第一個(gè)累加器完成1～2^M個(gè)采樣數(shù)據(jù)的累加，第二個(gè)累加器完成2^M+1～2^M*2個(gè)采樣數(shù)據(jù)的累加，第(2*n+2)/2^M個(gè)累加器完成2^M*((2*n+2)/2^M-1)+1～(2*n+2)個(gè)采樣數(shù)據(jù)的累加；其中i＝1，2，…，(2*n+2)/2^M；

(6d)將得到的(2*n+2)/2^M個(gè)累加器的I、Q兩路累加值分別求和，得到I、Q兩路求和結(jié)果，對(duì)所述求和結(jié)果求模值，并將該模值作為該半碼片的非相關(guān)峰值，并記錄該半碼片對(duì)應(yīng)的碼相位。

步驟7，獲取2*N個(gè)半碼片的非相干峰值中的最大值、第二大值以及第三大值，并計(jì)算2*N個(gè)半碼片的非相干峰值的平均值。

步驟8，根據(jù)所述2*N個(gè)半碼片的非相干峰值中的最大值、第二大值、第三大值，以及所述2*N個(gè)半碼片的非相干峰值的平均值，判定是否捕獲到高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信信號(hào)。

具體的，若最大值＞(第二大值/2+第三大值)，且最大值＞2.5*平均值，則判定捕獲到高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信信號(hào)，否則，未捕獲到高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信信號(hào)，*表示乘號(hào)。

步驟9，若未捕獲到高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信信號(hào)，則重復(fù)執(zhí)行步驟5至步驟8；若捕獲到高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信信號(hào)，則按照最大非相干峰值對(duì)應(yīng)的半碼片的碼相位對(duì)本地?cái)U(kuò)頻碼生成器進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，使得本地?cái)U(kuò)頻碼的碼相位與降采樣后的基帶信號(hào)采樣值的碼相位對(duì)齊，并在接下來的每個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)，計(jì)算所述最大非相干峰值對(duì)應(yīng)的半碼片所在位置的非相干峰值，對(duì)所述高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信信號(hào)進(jìn)行跟蹤。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信快速捕獲裝置，所述裝置應(yīng)用于上述實(shí)施例所述的所述基于擴(kuò)頻技術(shù)的高數(shù)據(jù)速率突發(fā)通信快速捕獲方法，如圖2所示，所述裝置包括：射頻模塊、本地載波產(chǎn)生模塊、下變頻模塊、降采樣模塊、本地?cái)U(kuò)頻碼產(chǎn)生模塊、分組相關(guān)累加模塊以及判決模塊；

所述射頻模塊的輸出端與所述下變頻模塊的第一輸入端連接，所述本地載波產(chǎn)生模塊的輸出端與所述下變頻模塊的第二輸入端連接，所述下變頻模塊的輸出端與所述降采樣模塊的輸入端連接，所述降采樣模塊的輸出端與所述分組相關(guān)累加模塊的第一輸入端連接，所述本地?cái)U(kuò)頻碼產(chǎn)生模塊的輸出端與所述分組相關(guān)累加模塊的第二輸入端連接，所述分組相關(guān)累加模塊的輸出端與所述判決模塊的輸入端連接。

進(jìn)一步的，如圖3所示，所述射頻模塊包含前置放大器，下變頻器，A/D轉(zhuǎn)換器，基準(zhǔn)振蕩器，頻率合成器；

天線輸出端與所述前置放大器的輸入端連接，所述前置放大器的輸出端與所述下變頻器的第一輸入端連接，所述基準(zhǔn)振蕩器的輸出端與所述頻率合成器的輸入端連接，所述頻率合成器的輸出端與所述下變頻器的第二輸入端連接，所述下變頻器的輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述下變頻模塊的第一輸入端連接。

具體的，所述前置放大器用于對(duì)從天線接收到的射頻模擬信號(hào)進(jìn)行放大；

所述基準(zhǔn)振蕩器和所述頻率合成器用于產(chǎn)生正弦波本振信號(hào)；

所述下變頻器用于根據(jù)所述正弦波本振信號(hào)對(duì)放大后的射頻模擬信號(hào)進(jìn)行混頻，得到中頻模擬信號(hào)；

所述A/D轉(zhuǎn)換器用于對(duì)所述中頻模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字中頻信號(hào)。

示例性的，為了更加清楚的描述本發(fā)明實(shí)施例所述的技術(shù)方案，作如下定義：時(shí)鐘(A/D采樣頻率)f_clk為50.4MHz，中頻信號(hào)的載波頻率f_c為10.7MHz；擴(kuò)頻碼為m序列，長(zhǎng)度n為63；擴(kuò)頻之前的信息數(shù)據(jù)碼速率f為15.36kbps；擴(kuò)頻碼速率f_code＝n*f，2倍擴(kuò)頻碼速率為1.93536Mbps。

示例性的，射頻(RF)模塊將天線接收到的射頻模擬信號(hào)經(jīng)前置濾波器和前置放大器的濾波放大后，再與本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的正弦波本振信號(hào)進(jìn)行混頻而下變頻成中頻(IF)信號(hào)，最后經(jīng)模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器將中頻信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散時(shí)間的數(shù)字中頻信號(hào)；

示例性的，如圖4所示，本地載波產(chǎn)生模塊在時(shí)鐘f_clk為50.4MHz的驅(qū)動(dòng)下，相位累加器對(duì)頻率控制字M₁(M₁＝f_c*2^N/f_clk，N＝32)進(jìn)行線性累加，得到的相位碼對(duì)波形存儲(chǔ)器(ROM)尋址，使之輸出相應(yīng)的幅度，即可產(chǎn)生f_c為10.7MHz本地正弦、余弦載波。

下變頻模塊采用乘法器核完成，在核生成過程中可以設(shè)置輸出比特位數(shù)，即包含自適應(yīng)量化位數(shù)轉(zhuǎn)換功能。

降采樣模塊采用傳統(tǒng)的累加降采樣方法實(shí)現(xiàn)，累加清零信號(hào)由50.4MHz時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)NCO直接生成頻率為2倍擴(kuò)頻碼速率的信號(hào)。50.4MHz的下變頻采樣數(shù)據(jù)在累加清零信號(hào)的控制下進(jìn)行I、Q兩路26點(diǎn)與27點(diǎn)混合不等距累加，從而完成I、Q兩路降采樣信號(hào)的準(zhǔn)確生成。

示例性的，如圖5所示，在捕獲開始的第一個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)，以2倍擴(kuò)頻碼速率為時(shí)鐘分別將I、Q兩路降采樣基帶信號(hào)數(shù)據(jù)輸入到126位基帶數(shù)據(jù)移位寄存器M₁的最左端，碼移位寄存器M₂內(nèi)存入對(duì)應(yīng)的126個(gè)擴(kuò)頻碼半碼片；在第二個(gè)擴(kuò)頻碼周期內(nèi)，I、Q兩路降采樣基帶信號(hào)數(shù)據(jù)均以2倍擴(kuò)頻碼速率滑動(dòng)，本地?cái)U(kuò)頻碼相位固定不滑動(dòng)，即在第一個(gè)2倍擴(kuò)頻碼速率時(shí)鐘周期內(nèi)，I、Q兩路降采樣基帶信號(hào)數(shù)據(jù)首先分別輸入到基帶數(shù)據(jù)126位移位寄存器M₁的最左端，同時(shí)移位寄存器M₁與M₂對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元中的值進(jìn)行分組異或累加運(yùn)算，示例性的，如圖5所示分組進(jìn)行并行模二加運(yùn)算，并把分組加運(yùn)算相關(guān)結(jié)果輸入到多輸入累加器內(nèi)累加，求得第一個(gè)半碼片相位非相干峰值，并把這個(gè)峰值作為第一大值；在第二個(gè)2倍擴(kuò)頻碼速率時(shí)鐘周期內(nèi)，先將移位寄存器M₁各寄存單元中數(shù)值右移一位，然后將輸入信號(hào)存儲(chǔ)到M₁寄存器最左端的寄存單元內(nèi)，接著再次對(duì)移位寄存器M₁與M₂對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元中值進(jìn)行如圖5所示分組并行模二加運(yùn)算，并把分組加運(yùn)算相關(guān)結(jié)果輸入到多輸入累加器內(nèi)累加，求得第二個(gè)半碼片相位非相干峰值，并與第一個(gè)半碼片非相干峰值比較得到第一大值、第二大值；重復(fù)第二個(gè)時(shí)鐘周期的運(yùn)行過程，直到完成所有碼相位非相干峰值比較，并鎖存最大值、第二大值、第三大值及其所在碼相位，并求得所有碼相位非相干峰值平均值，從而判定信號(hào)是否捕獲成功。若捕獲成功，根據(jù)半碼片偏移調(diào)節(jié)本地碼生成器并進(jìn)入跟蹤階段。若沒有成功，則繼續(xù)進(jìn)行信號(hào)捕獲。

參照?qǐng)D6，因?yàn)橐粋€(gè)2倍擴(kuò)頻碼速率周期內(nèi)至少有26個(gè)時(shí)鐘周期可以利用，所以對(duì)于126個(gè)采樣數(shù)據(jù)累加，在盡可能利用較少的硬件資源又能保障在一個(gè)2倍擴(kuò)頻碼速率時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)半碼片相位的I、Q兩路降采樣數(shù)據(jù)與采樣擴(kuò)頻碼的分組異或累加計(jì)算并求得非相干峰值，本發(fā)明實(shí)施例采用8個(gè)累加器(8段)，用16個(gè)時(shí)鐘完成126個(gè)采樣數(shù)據(jù)累加。

為了便于FPGA程序?qū)崿F(xiàn)，在第1個(gè)時(shí)鐘第1、17、33、49、65、81、97、113個(gè)I、Q兩路降采樣基帶信號(hào)數(shù)據(jù)分別與擴(kuò)頻碼采樣信號(hào)的同位置碼進(jìn)行異或累加到8個(gè)累加器，在第2個(gè)時(shí)鐘第2、18、34、50、66、82、98、114個(gè)I、Q兩路降采樣基帶信號(hào)數(shù)據(jù)分別與擴(kuò)頻碼采樣信號(hào)的同位置碼進(jìn)行異或累加到8個(gè)累加器，同理在第16個(gè)時(shí)鐘16、32、48、64、80、96、112、128個(gè)I、Q兩路降采樣基帶信號(hào)數(shù)據(jù)分別與擴(kuò)頻碼采樣信號(hào)的同位置碼進(jìn)行異或累加到8個(gè)累加器。此時(shí)累加器1累加了1～16個(gè)采樣數(shù)據(jù)的異或累加值，累加器2累加了17～32個(gè)采樣數(shù)據(jù)的異或累加值，依次類推，累加器8累加了113～128個(gè)采樣數(shù)據(jù)的異或累加值。在第17個(gè)時(shí)鐘分別將8個(gè)累加器的I、Q兩路降采樣基帶信號(hào)數(shù)據(jù)與相應(yīng)的擴(kuò)頻碼采樣數(shù)據(jù)加運(yùn)算相關(guān)結(jié)果輸入到多輸入累加器內(nèi)累加，在第18個(gè)時(shí)鐘就可以得到此半碼片相位的I、Q兩路模二累加和，在第19個(gè)時(shí)鐘將I、Q兩路模二累加和分別取絕對(duì)值，在第20個(gè)時(shí)鐘就可以求得此半碼片相位的非相干峰值，第21個(gè)時(shí)鐘進(jìn)行非相干峰值比較并進(jìn)行非相干峰值累加。在下一個(gè)2倍擴(kuò)頻碼速率時(shí)鐘到來時(shí)，重復(fù)進(jìn)行以上步驟，直到完成126個(gè)半碼片相位的非相干峰值比較，得出并鎖存最大值、第二大值、第三大值及其所在碼相位，并求得所有碼相位非相干峰值平均值，從而判定信號(hào)是否捕獲成功。若捕獲成功，根據(jù)半碼片偏移調(diào)節(jié)本地碼生成器并進(jìn)入跟蹤階段；若沒有成功，重復(fù)以上步驟進(jìn)行捕獲。

在本發(fā)明實(shí)施例中，本地正弦載波和余弦載波的復(fù)制工作都是通過數(shù)控振蕩器(NCO)輸出一個(gè)階梯性的信號(hào)，然后是正弦和余弦函數(shù)查詢表分別將階梯形信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字式正弦和余弦載波復(fù)制信號(hào)；同理2倍擴(kuò)頻碼速率信號(hào)也是用NCO的輸出處理來完成的，即載波NCO和碼NCO均可由頻率控制字來調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，兩者的區(qū)別在于載波NCO輸出的是單頻正弦信號(hào)，而碼NCO產(chǎn)生的是累加降采樣時(shí)鐘信號(hào)，也即2倍擴(kuò)頻碼碼速率時(shí)鐘信號(hào)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，降采樣模塊采用傳統(tǒng)的累加降采樣方法實(shí)現(xiàn)。降采樣模塊的引入不但使捕獲模塊硬件資源(矢量存儲(chǔ)、乘法器、加法器等)消耗得到了很大的改善，而且很大程度上緩解了捕獲算法運(yùn)算上的壓力，為快速捕獲硬件實(shí)現(xiàn)變?yōu)榭赡堋?/p>

在本發(fā)明實(shí)施例中，快捕算法其本質(zhì)是一維碼相位順序串行搜索，實(shí)際工程實(shí)現(xiàn)上兩個(gè)碼周期即可估計(jì)出碼相位，捕獲時(shí)間非常小，非常適合高數(shù)據(jù)速率突發(fā)數(shù)據(jù)通信捕獲。

在本發(fā)明實(shí)施例中，基于“面積換時(shí)間”的設(shè)計(jì)思想，將盡可能犧牲較少的硬件資源來減少捕獲時(shí)間，達(dá)到時(shí)間與資源兼顧。

在本發(fā)明實(shí)施例中，矢量存儲(chǔ)資源和對(duì)半碼片相位的異或累加加法器能夠重復(fù)使用，硬件資源利用率高。

本發(fā)明的有益效果為：(1)快速捕獲實(shí)現(xiàn)方法是一維碼相位順序串行搜索，理論上一個(gè)碼周期即可估計(jì)出碼相位，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，且捕獲時(shí)間較短；(2)快速捕獲實(shí)現(xiàn)方法步驟層次清晰，F(xiàn)PGA硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低且資源消耗較少、利用率高；(3)快速捕獲實(shí)現(xiàn)方法采用模塊化設(shè)計(jì)，具有步驟層次比較清晰、結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、不限制碼速與碼長(zhǎng)、實(shí)現(xiàn)比較容易、通用性較強(qiáng)等特點(diǎn)，并且軟件具有很好的可維修性和可測(cè)試性。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：實(shí)現(xiàn)上述方法實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成，前述的程序可以存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行包括上述方法實(shí)施例的步驟；而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括：ROM、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。