中文引用格式： 张国义，刘洋，许文建，等. 物联网无线通信的自适应门限检测技术研究[J]. 电子技术应用，2026，52(10)：67-73.
英文引用格式： Zhang Guoyi，Liu Yang，Xu Wenjian，et al. Research on adaptive threshold detection technology for wireless communication in Internet of Things[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(10)：67-73.
引言
随着物联网（Internet of Things, IoT）技术的普及，智慧城市、智能家居、智慧农业、智能医疗等应用场景也日益成熟[1-2]，万物智联的时代正在加速到来。而往往这些应用场景中都面临着多终端、多用户、通信距离远、通信环境复杂和设备低功耗等诸多挑战，这也对物联网无线通信提出了更高的要求[3]。窄带物联网（Narrowband-IoT, NB-IoT）作为长距离、低功耗通信中的关键技术[4-6]，同时伴随着半导体电路工艺的发展，集成了射频收发链路和基带数字信号处理的物联网专用集成电路（IoT Application Specific Integrated Circuit，IoT ASIC）被设计和应用[7]。在物联网终端中，传感器、微处理器和射频通信模块是三大组成部分[8]，而IoT ASIC的应用不仅可以实现三者的集成，最大程度简化终端结构和使用成本，同时也通过低功耗的架构设计，实现了超长续航[9-10]。
然而，IoT ASIC的设计不仅要考虑到无线传输的性能指标，满足无线通信的可靠性以及稳定性，还必须兼顾资源面积增大带来的成本问题和功耗问题。因此，如何在较小资源面积和功耗限制下平衡无线传输性能即为IoT ASIC设计中的主要研究问题。
影响物联网无线通信性能指标的因素主要在于同步捕获[11]，即接收器需要在复杂的含有噪声干扰的接收信号中快速准确地定位到数据帧的起始位置，并完成粗频偏估计。常用的同步算法主要有滑动相关算法、基于匹配滤波的算法、FFT快速相关算法等[12]。但不管对于哪一种同步算法，其核心问题均为相关值输出的门限判决，这直接决定了同步捕获系统的检测概率和虚警概率。当判决门限过高时，低信噪比（Signal to Noise, SNR）情况下同步序列的相关值较低，容易造成漏检，检测概率降低；而判决门限过低时，噪声干扰等造成虚警，影响相关峰判决。
对于ASIC设计中的门限判决问题，考虑到芯片设计面积和功耗，通常采用基于噪声平均估计的固定门限对同步序列进行相关峰判决，但缺乏鲁棒性，在信噪比变化时检测概率和虚警概率波动较大。而对于在动态噪声环境下保持恒定虚警概率的恒虚警（Constant False Alarm Rate，CFAR）检测算法，常应用于雷达信号处理，主要包括均值类CFAR、有序统计类CFAR（Ordered-Statistics CFAR, OS-CFAR）算法以及诸多改进的CFAR算法[13-14]，能够在噪声环境下动态调整检测阈值，保持较好的检测性能。另外，还有基于部分匹配滤波的自适应阈值估计算法[15]以及基于双阈值判定的自适应门限算法[16]等。但上述的算法对于CFAR类算法多使用三层复合滑动窗口进行统计[17]，其计算复杂度较高，计算量较大。
针对IoT ASIC设计中的同步捕获门限判决问题，本文利用ZC序列设计独特同步传输架构，并基于此架构提出了一种基于相关峰峰值平均比跟踪的自适应门限检测算法，除满足自适应调整门限外，同时可对相关峰进行持续跟踪，滤除噪声干扰，提高接收端同步稳定性和捕获效率。下文首先说明了适用于算法的通信系统的结构框架以及包含同步序列的传输数据帧设计；随后对自适应门限检测算法的原理进行说明；最后，从算法自适应性、算法的主要影响参数以及检测概率等方面对自适应门限检测算法进行仿真，并与固定门限以及OS-CFAR算法的检测性能展开对比。
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作者信息：
张国义，刘洋，许文建，张松，夏云汉，刘晓锋
（中科芯集成电路有限公司，江苏 无锡 214035）
