CN105556912B - 使用切片和扭曲在存在噪声的情况下接收和解码信号的方法、器件和*** - Google Patents

使用切片和扭曲在存在噪声的情况下接收和解码信号的方法、器件和*** Download PDF

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Abstract

一种方法可以包括对信号进行接收和采样。信号可以对数据包进行编码。对于信号的选中数量的样本中的每个样本，可以在接收器中产生并储存表示信号与参考函数的相关性的包括成对值的切片。然后，可以检测数据包的存在，以及从储存的切片来对检测到的数据包进行解码。在对接收到的信号进行采样时可以执行产生和储存切片的步骤。当切片被产生且被储存时，可以舍弃信号的采样值。可以操纵信号的切片表示来产生具有灵活的带宽和中心频率的滤波器。

Description

使用切片和扭曲在存在噪声的情况下接收和解码信号的方 法、器件和***
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年9月20日提交的发明名称为“使用切片和扭曲在存在噪声的情况下接收和解码信号的方法、器件和***(Methods,Devices and Systems forReceiving and Decoding a Signal in the Presence of Noise Using Slices andWarping)”的第61/880,786号美国临时申请的权益，该申请的公开内容通过引用合并于此。
背景技术
可摄入传感器可以包括低功率通信器，低功率通信器的发送通过可以穿戴在体外的接收器来接收。考虑到可用功耗和存储器大小，传统的“身体通信***”应当能够在预定量的时间内处理高速原始数据。在传统的接收器中，进入信号穿过包括模拟滤波器和模拟电子放大器的“模拟前端”电路。模拟滤波器通常具有宽的带宽，以允许检测由发送器载波频率的制造容差所确定的所有可能的传输频率。在模拟前端中提供的滤波是适度的，且允许大量的噪声与期望信号一起通过。在模拟放大和滤波之后，通过模数转换器(ADC)来对信号进行数字化。对接收到的信号的剩余处理可以在数字硬件(诸如嵌入式微处理器、状态机、逻辑门阵列等)中的进行。现已数字化的信号可以穿过一个或更多个窄带数字滤波器以在尝试解码之前去除尽可能多的噪声。
在接收器对载波频率的估算具有大量不确定性的情况下，需要接收器从更宽带宽的数字滤波器开始，从而容许更大量的噪声。更大量的噪声意味着可能完全错过微弱的信号。然而，为了消除大量的噪声，接收器可以应用具有窄带宽的数字滤波器。但是，如果窄滤波器以不正确的载波频率为中心，则可能完全错过进入信号。因此，为了对进入信号的有效检测和解码，必须在用来去除尽可能多的噪声的窄带宽滤波器与用来在接收器对进入载波频率的了解不精确时增大捕获信号载波频率的可能性而具有更大带宽的滤波器之间取得平衡。因此，接收器可以被配置成反复地调节窄滤波器的中心频率，将其移动至新的中心，以及其后再次尝试检测。这种用窄带宽滤波器来搜索载波的过程耗时又耗能。重要的是，为了在新的中心频率处重新过滤，接收器必须在存储器中保留原始数据记录的拷贝，或者如果原始数据不可得，则捕获崭新的数据记录。此过程不仅需要大量的存储资源(尤其是使用高精度ADC时)，还消耗大量的设备电池寿命仅用于识别进入信号的载波频率。
发明内容
本发明在其第一方面提供一种如权利要求1至权利要求16中所说明的方法。
本发明在其第二方面提供一种如权利要求17至权利要求34中所说明的信号接收器。
本发明在其第三方面提供一种如权利要求35至权利要求39中所说明的方法。
本发明在其第四方面提供一种如权利要求40至权利要求44中所说明的接收器。
本发明在其第五方面提供一种如权利要求45至权利要求52中所说明的方法。
本发明在其第六方面提供一种如权利要求53至权利要求61中所说明的方法。
本发明在其第七方面提供一种如权利要求62至权利要求65中所说明的方法。
本发明在其第八方面提供一种如权利要求66至权利要求67中所说明的方法。
本发明在其第九方面提供一种如权利要求68至权利要求72中所说明的方法。
本发明在其第十方面提供一种如权利要求73至权利要求79中所说明的方法。
本发明在又一个方面提供一种程序。这种程序可以通过自身提供，或者通过载体媒介来承载。载体媒介可以为记录媒介或其他储存媒介。传输媒介可以为信号。
根据一个实施例，一种方法可以包括：对信号进行接收和采样。信号可以对数据包进行编码。对于信号的选中数量的样本中的每个样本，可以产生并储存包括成对值的切片。然后可以检测数据包的存在，以及从储存的切片来对检测到的数据包进行解码。信号的样本可以表示信号与接收器中的参考函数的相关性。可以在对接收到的信号进行采样时执行产生和储存切片。当切片被产生且被储存时，可以舍弃信号的采样值。可以操纵信号的切片表示以产生具有灵活的带宽和中心频率的滤波器。
根据一个实施例，一种对到达接收器的信号进行检测和解码的方法可以从接收器接收进入信号开始，在模拟前端可选地执行一些模拟预处理(例如，放大和滤波)，其后可以在ADC中对预处理过的数据进行采样。根据一个实施例，然后可以使用例如相关性算法来将采样的原始数据与储存在存储器中的内部参考模板进行比较。一种示例性技术包括在一段时间将采样的进入信号与预定参考模板进行相关。
实施例解决了在捕捉和储存大量高速样本(其耗尽计算容量和存储器大小)时固有的问题。实施例通过捕捉“切片”来解决这两个问题。根据一个实施例，切片数据表示包含足够信息，以高效且紧凑地表示进入信号以及实施几乎任何带宽的滤波器。根据一个实施例，切片可以经历扭曲运算，切片集通过扭曲运算而按照有用的方式来转变以完成检测过程。实际上，根据一个实施例，可以对切片进行组合以创建可选地具有宽或窄通带的滤波器。根据实施例，扭曲运算可以被配置为将捕捉的一个频率处的切片转变成另一个附近频率处的切片。这种扭曲运算可以通过被配置用来找到进入载波频率和在噪声环境中找到数据包的证据的算法来执行。根据实施例，信号数据的切片表示结合扭曲函数表示利用合适的硬件和存储资源执行复杂的检测算法的新型且高效的方法。
通过下面的参照附图的对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得明显。
附图说明
图1示出根据一个实施例的各种波形和示例性切片。图1还示出根据一个实施例的包括配置的发送器和接收器的***。
图2A图示两个采样波形的相关性。
图2B图示根据一个实施例的计算一项(在此情况下为正弦项)的方式。
图3图示根据一个实施例的计算组合切片项(在此情况下为余弦项)的方法的方面。
图4示出根据一个实施例的组合正弦切片项和余弦切片项来形成更长相关性的方法的方面。
图5示出在极坐标***中被描述为旋转矢量的信号的相位。
图6A示出极坐标***中的参考频率处的旋转矢量。
图6B示出极坐标***中的参考频率处的旋转矢量和比参考频率大的频率处的信号的旋转矢量。
图6C示出极坐标***中的参考频率处的旋转矢量和比参考频率小的频率处的信号的旋转矢量。
图7示出根据一个实施例的扭曲的方面。
图8示出根据一个实施例的被扭曲、对齐且就绪以用于组合的切片。
图9示出根据一个实施例的使用对切片的扭曲来搜索载波频率的方法的方面。
图10示出根据一个实施例的频移键控(FSK)载波检测的方面。
图11示出根据一个实施例的精细调谐FSK载波检测的方面。
图12是根据一个实施例的检测信号的方法的逻辑流程。
图13是根据一个实施例的方法的逻辑流程。
具体实施方式
图1示出根据一个实施例的包括低功率振荡发送器102和接收器104的***。如其中所示，振荡发送器102可以通过通信通道103与接收器104分离。例如，振荡发送器102可以设置在可摄入传感器之内，可摄入传感器的发送105通过包括可以穿戴在体外(诸如，在皮肤106上)的接收器104的接收器贴片(patch)来接收。在这种情况下，通信通道103可以包括身体的水环境。接收器104可以包括模拟前端，接收到的信号在输入至ADC 110之前可以在模拟前端中被预处理，这可以产生原始数据样本时间序列。该样本可以被表示为例如大小为从1位至24位的二进制数字。接收器104还可以包括可以耦接至存储器114的控制器112。如下面所详细描述的，存储器114可以被配置成储存切片数据(slice data)、参考模板和控制器112所需的其他暂时值。接收器还可以包括通信接口(未示出)来使编码在接收到的信号中的数据包的解码负荷被传输至外部世界。
根据一个实施例，计算机上实施的对达到接收器104的信号进行检测和解码的方法可以从接收器104接收进入信号105开始，在模拟前端108处进行一些模拟预处理(例如，放大和滤波)，之后可以在ADC 110中对被预处理的数据进行采样。根据一个实施例，然后采样的原始数据可以使用相关性算法而通过控制器112来与储存在存储器114中的内部参考模板进行比较。一种技术包括使采样的进入信号与预定参考模板在一段时间上相关。
实施例解决在捕获和储存大量高速样本(这对计算能力和存储器大小二者都要求过高)方面固有的问题。实施例通过捕获“切片”而解决这两个问题。根据一个实施例，切片数据表示包括用于有效地且简明地表示进入信号以及用于实施具有几乎任意带宽的滤波器的充足信息。根据一个实施例，切片可以进行扭曲运算(warping operation)，通过扭曲运算，切片集以有用方式转变以完成检测操作。实际上，根据一个实施例，可以组合切片来创建具有可选的宽或窄通带的滤波器。根据实施例，扭曲操作可以被配置成将在一个频率处捕获的切片转变成在另一附近频率处的切片。这种扭曲操作可以通过被配置用来找到进入载波频率以及用来在嘈杂环境下找到数据包的迹象的算法来进行。根据实施例，与扭曲函数结合的信号数据的切片表示代表一种新颖且高效的用适度的硬件和存储器资源来执行复杂的检测算法的方法。例如，可以使用一个或更多个微控制器、一个或更多个现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)来进行这里所公开的处理。也可以使用数字信号处理器(DSP)以达到良好的优点。
切片：根据一个实施例，引入了切片概念。这里，通过关联进入信号的较短部分(例如，大约4～8个周期)而实现的短相关性被表示为切片。根据一个实施例，切片间隔可以被定义为预定时间段。图1示出了20000Hz信号的各种片段。如所示，标记102示出这20000Hz信号的单个周期，其周期T为1/20000Hz或50μs。标记104示出被定义为等于20000Hz信号的4个周期的时间(或200μs)的单个切片间隔。这里，切片间隔被任意地定义为进入信号的4个周期。然而，切片间隔可以包括不同的时间量或不同数量的周期。例如，切片间隔可以包括等于8个周期的时间。下面，除非特别说明，否则切片间隔被定义为包括进入信号的4个周期，理解的是，可以容易地实施其他切片间隔。例如，切片定义可以用周期来表达，但不需要为任何信号或模板的全周期的多倍。切片可以为任意定义的时间量。在接收器中可以根据需要来改变切片时间。例如，接收器可以实施两种切片路径来同时捕获两个切片流，例如，一个在20kHz，而另一个在12.5kHz。这两种切片计算可以使用适用于每个通道的不同切片时间。如图1中的106处所示，4个切片间隔可以包括16个周期，以及具有800μs的时段。最后，参考频率的64个周期可以划分成108处所示的16个切片间隔。一个切片中包括的进入信号的样本数量由对切片间隔的定义和ADC的采样速度来控制。
每切片的样本＝ADC采样速度·切片间隔
ADC采样速度可以至少与奈奎斯特(Nyquist)理论所要求的那样频繁，即，至少为感兴趣频率的两倍。根据一个实施例，ADC采样速度可以被选择为更高，诸如为进入信号的感兴趣频率的五倍或更多倍。可以利用其他采样速度。在一个实施例中，接收器(例如，粘附至病人的腹部)中的ADC可以被配置成每秒进行40次或更多次采样。可以根据例如一些固定间隔来将连贯的切片的开始时间方便地选择为周期性的。然而，即使当未进行采样而存在简要的时间段时，也可以获得可接受的结果。
为了判断进入信号的数字化样本与参考模板之间的相似性，可以进行点积(对应样本的乘积的和)或相关性运算。图2A示出数字化进入信号与余弦模板之间的这种相关性运算。这里，A可以表示数字化进入信号，而B可以表示第一参考函数的模板，例如，诸如参考频率(例如，20000Hz)处的余弦模板。换言之，根据一个实施例，余弦模板B是接收器104期望接收到的信号的余弦分量看起来像什么的表示，相关性运算判断信号A与信号B之间的相似度。如所示，信号A的样本乘以余弦模板B的对应样本，以及基于样本数量N对这些附加项的结果求和。更正式地说，C是A与B的内积，且可以表达成：
C＝A1×B1+A2×B2+A3×B3+...+AN×BN
类似地，图2B示出与正弦模板的相关性。这里，A可以表示数字化进入信号，而D可以表示与第一参考函数正交的第二参考函数的模板。例如，第二参考函数的模板可以为例如在参考频率(例如，20000Hz)处的正弦模板。如所示，信号A的样本乘以正弦模板D的对应样本，以及基于样本数量N来对这些附加项的结果求和。更正式地说，S是A与B的内积，且可以表达为：
S＝A1×D1+A2×D2+...+AN×DN
正交的余弦模板和正弦模板处于正交相位关系。这两个相关性结果C和S放在一起表示切片。在复极矢量记法中，C+j·S是具有指示进入信号与接收器的参考模板之间的相位的角度的矢量。在实践中，可以将切片当做1/(切片间隔)滤波器。
根据一个实施例，标量C和S可以通过比例因子来缩放。例如，可以缩放C和S，使得它们可以采用例如0与1之间的一系列值。可以提供其他的比例因子和范围。
如本文中所示和所讨论的，参考模板是正弦模板和余弦模板。然而，可以使用其他周期性形状(例如，诸如锯齿信号、三角信号或正方信号)作为参考模板。选择非正弦型波形作为参考模板可能导致一些信息被舍弃，但仍旧可以从接收到的信号提取出感兴趣的信号。此外，即使具有彼此90度异相(正交)的参考模板，也可以使用彼此具有其他相位关系的参考模板。例如，两个参考模板可以彼此为89度或91度异相，而不具有明显的不良影响。
根据一个实施例，可以从通过接收器的ADC 110产生的原始数字化样本计算出切片相关性(或仅切片)。这些原始数字化样本可以与接收器104中储存的参考频率(freqRef)处的余弦参考模板和正弦参考模板二者的样本相关。根据一个实施例，切片的余弦项和正弦项可以被定义为：
其中N是一个切片中的样本数量。
可以按照均方根(RMS)方式来计算切片的矢量幅度：
切片幅度的量值是组合的切片的幅度的标量显示。
切片的矢量角(切片角)通过以下来给出：
组合切片：图3是示出信号A与模板B基于两个切片间隔(其中，在此图中，切片间隔包括余弦模板的一个周期)的标量点积，并示出相关性的附加特性。根据一个实施例，对于可组合的切片，每个参考模板的每个参考信号应当同调，意味着彼此同相。如所示，A与B基于两个切片间隔(在此情况下，2N个样本)的相关性或点积对应于A和B的基于第一个N周期的相关性与基于第二个N周期的相关性的简单标量和(累加)。或者，
C12＝C1+C2
此外，为了计算与A和B的3个切片间隔相对应的时间间隔的相关性，没有必要重新计算C1和C2。仅计算相关性C3，并将结果加至C12以产生相关性C13(矢量A与B基于3个切片间隔的信号长度的点积)。由于切片等价于1/(切片间隔)滤波器，因此如下面进一步详细描述的，随着切片被组合成更长的相关性，滤波器带宽相应地降低。
根据一个实施例，切片被当做复数对，包括余弦项和正弦项二者。根据一个实施例，切片的余弦项表示采样的进入信号与接收器104中储存的参考频率(freqRef)处的余弦模板之间的相关性。类似地，根据一个实施例，切片的正弦项表示采样的进入信号与接收器104中储存的freqRef处的正弦模板之间的相关性。freqRef可以被设置为发送器被指定在其处发送的期望频率或名义频率，但该频率可以因制造变化(可以在发送器和接收器二者中出现)、环境条件(诸如发送器和接收器的温度)、通过通信通道的扭曲(例如，人体的水环境和生理环境，诸如胃和周围组织的盐分)而变化。其他因素可以包括例如在发送器和接收器上使用的频率校准过程中的变化，该频率校准过程可能不十分精确，或者可能在其调节方法中具有较大的频率步径。
根据实施例，一旦切片计算已经被执行且切片项被储存在存储器114中，则现在可以舍弃通过ADC产生(以及切片从其产生)的初始原始样本，因为所有后续的数据包检测、频率判断和负荷解码步骤可以基于储存的切片数据，而不需要经常地咨询或重新产生通过ADC来产生的数字化样本。根据实施例，可以通过设置在接收器104之内的合适的控制器来实时地飞快地执行切片计算和切片数据至存储器114的储存。根据一个实施例，在ADC采样时间之间可获得的控制器命令执行周期中，可以通过接收器的控制器112来计算切片相关性数据并将其储存在存储器114中。相应地，可以不需要将来自ADC 110的原始数字化样本流储存在存储器114中，这表现出显著的效率。
根据实施例，可以实现通过接收器104而储存的数据量的极大减少。例如，载波的参考频率可以为20000Hz，ADC的采样速度可以为每秒3.2百万样本(SPS)，这对应于每个载波周期160个ADC样本。然而，可以自由地选择ADC的采样速度。例如，ADC的采样速度可以选择为每秒数千样本。例如，ADC的采样速度可以选择为大约20kSPS，这对应于每个载波周期10个ADC样本。控制器112可以被配置成每秒执行例如16百万条指令。如果切片间隔被定义为参考频率的4个周期，以200kSPS的采样速度，则在每个切片中存在10·4或40个ADC样本。在每个ADC样本之间可以有16000000/20000或80个处理器周期可用，这通常足够用来产生和储存切片记录。根据一个实施例，每个单个新样本可以被包含在累加的切片余弦与正弦点积中，且被储存在这些可用的处理器周期之内，由此使得控制器112能够产生切片数据同时在样本通过ADC而产生时与样本保持同步。切片相关性计算的结果是两个数(余弦项和正弦项)，这表示每个切片(例如，进入信号的4个周期)的40:2的压缩，或者相对于原始样本流的20的压缩因子。在此特定示例中，这表现出对存储器的要求以数量级减少。增大切片时间或增大采样速度线性增大此压缩率。在一个实施例中，760kSPS的采样速度允许样本之间有21个处理器周期，这具有足够的计算能力来产生切片数据同时在样本到达时与样本保持同步。每个周期通过760/20或38个样本来表示，从而每个切片表示进入信号的4·38或152个样本。所产生的压缩因子为152:2或压缩因子为71。
模拟切片处理：根据一个实施例，进入信号可以用两个参考信号通过两个模拟放大器(例如，正交混频器)来放大。然后可以针对一段时间对每个所得信号求和(例如，基于储存的电容器电荷而通过使用电容器或有源电路的模拟积分)，然后以低得多的频率来采样。每个这样的样本对表示切片对。这样的模拟实施例可以实现功耗优势。
组合切片、滤波：实际上，切片相关性计算表示具有1/(切片间隔)的带宽的滤波器，这在参考频率为20000Hz和每个切片4个周期的示例情况下计算为1/200μs或5000Hz，这是具有较宽带宽的滤波器。根据一个实施例，组成切片对的余弦分量可以被组合以及组成切片对的正弦分量可以被组合，由此增大切片时间并创建具有更窄带宽的滤波器。根据一个实施例，由于切片间隔与滤波器带宽之间的反比关系，可以通过组合切片项来实现更窄带宽的滤波器。实际上，可以通过组合这些短时间段(即，通过组合切片)来将在短时间段上计算的切片相关性延展至更长的相关性。根据一个实施例，可以通过对若干顺序余弦切片项求和、对相同数量的顺序正弦切片项求和来执行组合切片项。产生的两个新项在一起成对时形成表示更长的相关性的组合切片。
根据实施例，可以在每个切片索引号处执行这样的切片组合(即，不需要跳至每个第N切片索引号)。图4是将先前计算并储存的余弦和正弦分量的切片对组合的图形表示。如所示，储存的切片数据的初始余弦分量被标为“初始切片余弦项”，切片数据的初始正弦分量被标为“初始切片正弦项”。为了组合4个切片，第一个4个余弦项(i＝1、2、3、4)与具有切片索引号1的“组合切片余弦项”求和。类似地，切片数据的第一个4个正弦分量与“组合切片正弦项”从当前索引号1开始求和。因此，在第一迭代处，i＝1，且索引号为i＝1、i＝2、i＝3和i＝4的先前计算的余弦项求和而形成“切片余弦项1”，以及索引号为i＝1、i＝2、i＝3和i＝4的先前计算的正弦项被组合而形成“切片正弦项1”，于是i增加至2。然后，可以从当前的i＝2切片索引号开始通过4个连续的切片余弦项(即，i＝2、i＝3、i＝4和i＝5)来形成“切片余弦项2”。类似地，然后可以通过类似的计算来形成“切片正弦项2”。可以针对整个切片记录来执行此运算。通过改变执行组合的切片的数量，可以任意地选择产生的滤波器的带宽。这种快速且简单地产生不同滤波器的能力在接收器中是特别有用的能力。借助简单的示例，当接收器104在搜索接收到的信号的载波频率时，可以将少量的切片余弦和正弦项进行组合来产生实际上为具有较宽带宽的滤波器，由此增大载波将存在于宽带宽滤波器所包含的频率范围之内的某处的概率。然而，这样的宽带宽滤波器也相应地容纳大量的噪声，这可能使得难以检测特别是微弱的信号。可选地，可以组合大量的切片项来产生实际上为具有相应窄带宽的滤波器。然而，这样的窄带宽滤波器不容纳大量噪声，这可以有助于对载波频率的检测。
根据实施例，组合切片的一个结果是具有减小的带宽而同时维持初始切片的时间分辨率的数字滤波器。要注意的是，可以仅使用存储器114中储存的切片数据来构建这种滤波器，因为初始的原始ADC数据可能已经被舍弃从而可能不可得。根据实施例，可以实施对更大数量的切片的切片组合。此外，可以使用初始的切片数据或使用先前组合的切片记录来对不同数量的切片重复执行切片组合(因此实现不同带宽的滤波器)，而不需要重新参考初始的原始ADC样本(无论如何，其可能先前已经被舍弃)，且不需要重新获取进入信号和重新产生新的原始ADC样本。由于通过切片数据表现出的高水平的压缩(即，在与此一起开发的示例中超过一定数量级)，因此即使在面对严格的存储器大小限制的情况下，切片数据的长记录也可以储存在例如控制器存储器中。图1中示出的存储器114可以在控制器112的外部或内部。
根据一个实施例，如果初始切片间隔被定义为与使切片组合的组合切片将具有的时间段一样长的时间段，则不需要组合切片。例如，切片间隔可以被定义为长于4个周期，这是本文中讨论的示例性实施方式。这在发生器和接收器存在良好的晶格控制的***中是所期望的。在这种情况下，需要仅在窄频率范围上执行扭曲(如本文中下面将讨论的)以找到载波频率和/或在噪声环境下检测数据包的存在。因此，根据一个实施例，初始捕获的切片集可以用来形成滤波器，而不需要如本文中那样对切片进行组合。
由于本文中描述和示出的切片组合计算大部分由加法组成，因此可以高效地执行这些组合计算。此外，由于切片组合运算可以仅基于存储器114中储存的带索引号的切片余弦项和正弦项来运算，因此不需要实时地执行组合运算，当原始样本到达时，其可以在所有的切片对已经从进入信号的原始ADC样本产生且被储存在存储器114中之后执行。此外，根据一个实施例，当组合运算不改变储存的带索引号的切片对时，可以根据总体检测和解码算法的需要而重复任意次数的切片组合运算。即，可以任意地将初始的切片数据重新使用多次。可选地，可以对本身是组合运算的结果的切片执行切片组合运算。例如，可以通过下面的方式来实现对四个切片的组合(“4-切片”切片记录)：1)对4个初始切片进行组合以产生4-切片切片记录，或者2)将两个初始切片组合成2-切片切片记录，然后将来自2-切片切片记录的两个切片进行组合以产生期望的4-切片记录。可以利用这种灵活性来节约处理器中的存储器。
总结：切片和切片组合：为了回顾到目前为止的讨论中的切片表示，可以通过对参考模板的短相关性的序列来捕获进入信号。模板可以包括第一参考函数和第二参考函数。根据一个实施例，第一参考函数与第二参考函数是正交的。例如，第一参考函数可以为或包括余弦函数，以及第二参考函数可以为或包括正弦函数。可以方便地将相关性的长度选择为模板函数的若干周期(或更多)。相关性的结果是可以被当做表示复数(余弦项+j·正弦项)的两个标量。在这里每个相关性的结果被称作切片，以及在切片记录中若干切片被捕获在存储器中。可以应用至切片记录的一个运算是如上所述的切片组合。通过单个切片项的简单相加来执行组合切片。组合切片导致新的切片记录，该新的切片记录表示具有比初始切片记录窄的带宽的滤波器。这种能力在对嵌入至噪声中的信号接收和滤波时特别有用。
在目前为止的讨论中，组合切片窄带滤波器的中心频率是参考模板函数的频率。这种仅单个中心频率的选择显著地限制对目前为止所描述的切片捕获和切片组合运算。根据一个实施例，下面的部分描述一种将切片记录移动至任意邻近频率的方法，由此大幅增大对切片表示的利用。
扭曲：任意信号处理设备中的重要功能为对传送来的信号频率的变化作出响应的能力。对于捕获上述的以切片表示的信号的***，也适用于相同的需求。在使用对参考模板的相关性而捕获切片形式的信号之后，可以期望创建在除参考频率之外的频率处(例如，在频率freqRef+频率delta(freqRef)处)的滤波器。频率delta可以为从freqRef起的正向偏移或负向偏移。根据一个实施例，可以通过下面的方法来创建中心在freqRef+freqDelta处的新窄带滤波器：a)在参考频率(freqRef)处捕获切片记录，b)使用复向量旋转运算(在其中旋转角通过所谓的扭曲函数(WF)来主导或确定)来将初始的切片记录转变(本文中也称作“扭曲”)成新的扭曲切片记录，以及c)对扭曲切片进行组合来产生现在中心在频率freqRef+freqDelta处的窄带滤波器。
因此，一个实施例使得在一个频率(例如，freqRef)处得到的切片数据被扭曲至另一频率(称为，freqRef+freqDelta)处的切片数据。根据一个实施例，这可以在不需要获得新数据以及不需要重新使用在接收器104的模拟前端处从ADC 110产生的初始样本的情况下来进行，因为这样的初始数据流可以被舍弃，或者简单地可以从未被储存。因此，根据一个实施例，扭曲方法可以被配置成偏移数字滤波器的中心频率，而不需要重新获得新数据，且不需要重新使用通过ADC 110((处理过的)进入信号输入至其)而产生的初始样本。
极坐标表示：图5示出极坐标***502中的长度为1的矢量504。如所示，极坐标***502中的任意点可以表示为复数对，即，(x,y)。等价地，极坐标***502中的任意点可以通过幅度504和角度(r,θ)来表示，其中，θ(505)是矢量504相对于正x轴的角度。复平面中的点z可以被定义为满足等式z＝r cosθ+j·r sinθ的那些点。任意点的坐标包括余弦项rcosθ(508)和正弦项rsinθ(506)。
如图6A中所示，参考频率freqRef(诸如在相关性运算中使用的参考模板的频率)可以表示为极坐标***中的旋转矢量。理想情况下，通过接收器接收到的信号的频率将与发送的频率(参考频率)完全相同。然而，实际上这不是经常的情况。接收到的进入信号的频率可以高于参考频率freqRef的频率。在该情况下，使用图5的旋转矢量表示，表示进入信号的矢量将领先于表示参考频率freqRef的矢量(比表示参考频率freqRef的矢量旋转得快)，如图6B中所示。类似地，接收到的进入信号的频率可以低于参考频率freqRef的频率。在该情况下，表示进入信号的矢量将落后于表示参考频率freqRef的矢量(比表示参考频率freqRef的矢量旋转得慢)，如图6C中所示。
在图7的示例中，进入信号被示出为比参考频率高的频率。参照图7，图示了极坐标***，x轴对应于余弦项，而y轴对应于正弦项。按照惯例，参考信号(freqRef，实线)被示出为沿正x轴(余弦轴)指向的矢量。从进入信号产生的切片数据被示出为表示切片1、2、3、4等的虚线矢量。在此静态表示中，可以看出表示第一切片的矢量对参考频率矢量建立任意的(0～2π弧度)相位角α。在此示例中，后续的具有切片索引号2、3、4等的切片矢量领先参考矢量(即，比参考矢量旋转得快)不断增大的角度。对扭曲概念首要的观察为对于所有的切片，每个连续的切片的角度增大恒定角度Φ。即，第二切片矢量在相对于第一切片矢量的角度Φ处，第三切片矢量在相对于第二切片矢量的角度Φ处(或者等价于在相对于第一切片矢量的角度2Φ处)，以及第四切片位于相对于第三切片的角度Φ处(或等价于在相对于第一切片矢量的3Φ处)。因此，角度Φ及其倍数可以被认为切片领先于或落后于切片的量，以及其倍数表示相对于参考矢量而领先或落后的量。图7展示了对于不完全匹配参考频率的进入信号频率，切片数据随着切片编号增大而变得越来越与参考矢量异相(领先或落后)。即使是很小的初始角度Φ也趋向于增长，使得切片随时间而变得严重异相。角度Φ与freqDelta(进入信号与接收器中的参考模板之间的频率差)对参考模板的频率freqRef的比成比例。角度Φ也与切片间隔成比例。根据一个实施例，弧度的角度Φ可以被定义为：
其中，freqDelta是进入信号的频率(freqSignal)与参考信号的频率(freqRef)之间的差：
freqDelta＝freqSignal-freqRef
对于具有恒定频率的信号，对于所有切片来讲，切片之间的角偏移都是恒定的。如图7中所图示的，连续切片的旋转量相对于参考不是恒定角度。相反地，在此图示的示例中，每个连续的切片相对于第一切片偏移的角度是角度Φ的整数倍。
矢量旋转：通过角度θ的复矢量旋转的基本形式可以表示成矩阵形式：
其中x和y为初始矢量坐标，而θ是旋转角度，正旋转为逆时针方向。产生的旋转矢量坐标为x’和y’。在代数形式中，旋转操作可以通过两个等式来表示：
x′＝x cosθ-y sinθ
y′＝x sinθ+y cosθ
该运算可以非正式地表示为：
旋转矢量＝矢量旋转(输入矢量,角度)
在切片表示中，余弦项起x值的作用，以及正弦项起y值的作用。
扭曲函数：复数表示允许切片显示为复极平面上的矢量。复矢量表示方便于在下面的对所谓的扭曲函数(WF)的描述中用来图示扭曲运算。切片可以表示为复数对，即，余弦项+j·正弦项。根据一个实施例，运算切片数据所基于的方式可以被描述为矢量旋转，其中旋转角通过扭曲函数(WF)来确定。对切片记录的扭曲可以为复矢量旋转运算(称为，矢量旋转)的结果，其带有两个自变量：输入的切片数据记录(下面表示为“输入切片”)和切片数据记录中的每个切片要被旋转的旋转角(通过扭曲函数的输出来确定)。阐述得更简单点，广义的扭曲运算可以描述为：
扭曲切片(i)＝矢量旋转(输入切片(i),WF(θ,i,其他自变量))
其中，i从1至切片记录中的切片数量。从扭曲函数导出旋转角：
角度(i)＝WF(θ,i,其他自变量)
在各种实施例中，等式中的扭曲函数WF和角度θ的选择确定产生的扭曲切片记录的性质。
扭曲函数示例：此部分描述若干扭曲函数，从简单情况到更复杂情况，从其可以导出若干有用的定义。
从较简单的示例开始，扭曲函数可以定义为WF()＝1·θ。将此扭曲函数应用至切片记录导致整个切片记录被偏移恒定相位角θ。在图5的极坐标图中，此扭曲函数对应于将所有的切片矢量旋转相同的量θ。在时间域中，恒定相位偏移使进入信号相对于接收器的参考模板提前或延迟，而没有另外改变信号的性质。
用来将切片调谐至新的中心频率的扭曲：在一个实施例中，扭曲函数可以定义为
WF()＝-i.Φ
其中，规范索引号i是切片索引号(不是复数根“i”)，以及Φ是连续切片之间的角度。那么
扭曲切片(i)＝矢量旋转(输入切片(i),-i·Φ)
可以对初始的切片项(余弦项、正弦项)执行扭曲运算以产生包括扭曲切片项(扭曲余弦项、扭曲正弦项)的扭曲切片记录：
扭曲余弦项(i)＝余弦项(i)·cos(-i·Φ)–正弦项(i)·sin(-i·Φ)
扭曲正弦项(i)＝余弦项(i)·sin(-i·Φ)+正弦项(i)·cos(-i·Φ)
上方的扭曲运算使用储存的切片来将接收器104有效地重新调谐至新频率(freqRef+freqDelta)。根据实施例，此重新调谐是通过储存的切片数据实现的，而非通过重新获取其他频率(诸如所述新频率)处的切片数据或重新处理初始ADC样本(其可能已经被舍弃，或者在获取其时就甚至从未被储存)来实现。此外，这种运算不是直接的矢量旋转，而是对切片的扭曲运算，该扭曲运算具有将切片记录从一个频率(freqRef)调谐至另一个频率(freqRef+freqDelta)所产生的效果。如图8中所示，切片1、2、3和4……N变成彼此对齐。对扭曲切片集执行如之前所述的切片组合操作在扭曲频率freqRef+freqDelta处产生峰值响应。这对应于用此中心频率调谐的滤波器。根据一个实施例，图8图示了切片组合(矢量相加)如何对通过扭曲运算而产生的对齐切片矢量进行组合。如果进入信号为等于freqRef+freqDelta的频率，则扭曲切片记录中的切片将彼此对齐或基本上彼此对齐，且将进行组合来给出最大可能的滤波器响应。
通过扭曲和切片组合来找到载波：根据一个实施例，本文中示出和描述的扭曲函数和切片组合函数可以用于在检测过程的初始阶段期间通过在一系列频率之中搜索发送的载波来识别进入载波。如图9中所示，例如，freqRef是参考频率，诸如发送器名义上被设计用来在其处进行发送的频率。实际的载波904可能对接收器104而言是未知的(不可先验的)，然后接收器104可以搜索实际的载波，接收器104仅拥有对参考频率的了解或者可能对发送器的一些了解(例如，接收器处的实际频率不太可能从参考频率通过多于一定数量的赫兹导出)。根据一个实施例，为了找到进入信号的实际载波904，可以对进入信号采样且将其转变为数字形式(可选地，在一些模拟预处理之后)，以及将其转变为切片数据(复数余弦、正弦对)。因此，当ADC 110从进入的被预处理(例如，滤波、放大和/或在其他可能的操作之中的归一化)的模拟数据产生样本时，接收到的进入信号被转变为切片数据、被编索引以及被储存(从已知存储位置开始的对切片数据的顺序储存可以进行固有运算以对切片数据编索引)。采样的进入数据(例如，通过ADC 110而产生的样本)不需要被储存，且如果被储存，则可以在产生和储存切片数据之后被舍弃。然后，可以基于可选数量的切片来对储存的切片进行组合以实现具有相应可选带宽的滤波器905。可以通过对更小数量的切片(导致更宽的滤波器)或更大数量的切片(导致更窄的滤波器)进行组合来选择滤波器的带宽。滤波切片数据中的峰值可以指示实际的载波。如果在滤波器的通带之内未检测到指示实际载波904的存在的峰值，则可以使用以上示出和描述的扭曲函数来将初始切片(在示例性图9中)扭曲至下一候选频率906，在图9中为freqDelta的偏移。扭曲切片可以再次被组合而形成可选择的在新中心频率907处的窄或宽滤波器，且可以检查指示实际载波的峰908的存在。可以快速重复此过程，直到实际载波904的频率包含在滤波器909的通带之内为止。然后可以通过构建一个或更多个具有更窄带宽(通过组合更大数量的切片)的滤波器以及检查实际载波904的存在来对实际载波904的频率作出越来越好的估算。这种更窄的滤波器可以辅助检查过程，因为可以减弱大量的噪声，使得滤波器的通带之内的大部分能量都来源于载波904。上述的载波搜寻(carrier hunt)策略是用于定位实际载波的一种简单策略。可以设想使用扭曲函数和切片组合函数的其他策略来实现相同的目的。
使用单个切片记录来检测FSK：根据一个实施例，本文中示出和描述的扭曲函数可以用于对频移键控(FSK,Frequency Shift Keying)调制进行有效检测。要注意的是，FSK检测也可以通过执行两个平行的切片计算(一个在freq0处，一个在freq1处)来执行。现在参照图10，进入数据可以被转变为一个参考频率(freqRef)1001处的切片数据，根据一个实施例，例如，参考频率1001可以被选择为已知或名义高FSK频率(freq1)1002与名义低FSK频率(freq0)1003之间的大约中间处。如果还没有的话，则当ADC 110从进入的预处理的模拟数据产生数字化样本时，切片数据可以被编索引且被储存。进入数据(例如，来自ADC 110的样本)不需要被储存，以及如果被储存，则可以在获得和储存切片数据之后被舍弃。然后，储存的切片可以可选地基于可选数量的频率而被扭曲且被组合，以实现具有中心在两个名义FSK频率之一(称为freq0 1004)上的中心频率的第一较宽带滤波器。实际上，这将接收器104从第一频率(在此示例中为freqRef)重新调谐至第二频率freq0，第二频率freq0以等于freqRef与freq0之间的差值的量(按Hz)远离第一频率。类似地，然后初始的储存的切片可以基于可选数量的频率而被可选地扭曲且被组合，以实现具有中心在名义FSK频率中的第二个(在此示例中为freq1 1005)上的中心频率的第二较宽带滤波器。与将接收器104重新调谐至freq0的情况一样，这将接收器104有效地从第一频率(在此示例中为freqRef)重新调谐至第二频率freq1，第二频率freq1通过等于freq1与freqRef之间的差值的量远离第一频率。当将接收器104重新调谐至freq0和freq1时，第一滤波器1004和第二滤波器1005的通带可以被配置为较宽(通过组合较少的切片)以增大在各种情况下实际的FSK频率(大概在freq0和freq1的附近)将位于相应的第一滤波器和第二滤波器的通带之内的可能性。可以在需要时应用扭曲函数来针对实际的FSK频率进行搜寻或微调。可以通过构建较窄滤波器(通过组合较大数量的切片)来完善检测，较窄滤波器将通过减弱大量的噪声来增大输出的S/N。
实际上，根据一个实施例以及参照图11，假设在通过切片数据而产生的宽带宽滤波器的通带之内检测到实际的第一FSK频率和实际的第二FSK频率(附图标记1104处的actualfreq0和附图标记1110处的actualfreq1)，则可以再次使用扭曲函数来精确识别两个实际的FSK频率actualfreq0 1104和actualfreq1 1110。如所示，freq0 1102与actualfreq0 1104相差freqDelta0Hz，如附图标记1112所示。相似地，freq1 1108与actualfreq1 1110相差freqDelta1Hz。这两个增量(即，freqDelta0 1106和freqDelta11112)表示两个FSK频率远离发送器被设计用来发送的名义FSK频率freq0 1102和freq11108的偏离量。这种偏离可以由例如在工厂处对发送器的有缺陷的调谐导致的校准错误、温度影响或其他环境影响(诸如发送器周围的影响发送频率的局部导电性)而引起的。这样，freq0 1102和freq1 1108可以分别被认作actualfreq0 1104和actualfreq1 1110的位置的一阶近似。为了将接收器104精细地调谐至两个实际的FSK频率actualfreq0 1104和actualfreq1 1110以及为了摒弃不想要的信号(如果有的话)，则可以再次将扭曲函数应用至已经扭曲的切片数据以重复地(如果需要的话)创建合适的具有不同中心频率的窄带宽滤波器，直到在滤波器的通带中出现指示存在1104和1110处的实际频率的强峰为止。可以重复执行此过程，直到1104和1110处的实际频率充分隔离为止，这样创建的窄带滤波器的任意一侧上的频率(通常为噪声)被摒弃以允许可靠的检测和解码。
再次参见图11，在已经在名义频率freq0 1102和freq1 1108附近检测到实际的FSK信号之后，可以应用扭曲函数而通过将滤波器扭曲若干Hz(如图11中的freqDelta01106所示)来将接收器104(如果作为搜索两个实际FSK频率的结果还未被重新调谐)从freq0 1102重新调谐至actualfreq0 1104。类似地，也可以应用扭曲函数而通过将滤波器再次扭曲若干Hz(如图11中的freqDelta1 1112所示)来将接收器104从freq1 1108重新调谐至actualfreq1 1110。因此，这种精细调谐的结果是接收器104利用在freqRef处获得的切片数据，且接收器104被重新调谐至第一实际FSK频率和第二实际FSK频率，即，freqwarp01114(等于freq0–freqRef+freqDelta0)和freqwarp1 1116(等于freq1–freqRef+freqDelta1)。由于已知两个FSK频率之间的关系对接收器来讲是已知的(先验的)(诸如已知的比例关系)，因此在接收器对两个分立的FSK频率进行调谐时接收器可以利用这种关系。
因此，根据一个实施例，FSK接收器104可以被配置成在既不是第一FSK频率freq0又不是第二FSK频率freq1的频率freqRef处被调谐。然后，可以使用扭曲函数和切片组合函数来将接收器104重新调谐至第一FSK频率freq0和第二FSK频率freq1中的每个，其后，经由精细调谐来调谐至实际的FSK频率，而不需要重新获得这些频率中的任意一个处的数据，即，不需要重新获得在重新调谐频率处的新的原始ADC数据或者从存储器114读取先前储存的采样原始数据。此外，相比于获取新的ADC数据或者将初始数据保持在存储器114中并重新处理该数据以检测FSK频率freq0和freq1的情况，这样的根据实施例的重新调谐可以通过处理大大减少的数据(例如，若干数量级或更多)来进行。即，根据一个实施例，对接收器104的重新调谐可以仅通过对有限储存的先前获得的切片数据主要执行的加法运算和一些乘法运算来影响。
扭曲以减小噪声、将切片对齐至轴：参见图8，对齐的切片矢量具有沿x轴的非零余弦分量和沿y轴的非零正弦分量。这些分量中的每个可以包括一些信号分量和一些噪声。根据一个实施例，如果图8中的对齐的切片矢量被强制与例如x轴对齐(由此将使得其正弦分量为零)，则其正弦分量将包括零信号并仅包括噪声。此噪声可以被安全地省略，因为切片的(以及因此信号的)所有能量现在与x轴对齐。相应地，一个实施例改变检测中的扭曲函数WF来将所有的切片能量放置在两个维度之一中。例如，如果所有的切片都将沿实轴(余弦，x轴)指向，则在虚轴(正弦，y轴)中将不会剩下信号，而仅将噪声留在那里。因此，根据一个实施例，可以通过将恒定角度Θ加至扭曲切片来进行将扭曲切片对齐至x轴或y轴：
WF(Φ)＝(i·Φ)+Θ；
相应地，扭曲函数的这种实施方式在将Φ缩放i(切片索引号)之后加上恒定角度。恒定角度Θ(其符号可以为正或负)的添加导致输出切片沿选中方向(且优选的方向)对齐，例如，与实轴(余弦分量或x轴)或虚轴(正弦分量或y轴)对齐。然而，可以通过对恒定角度的正确选择而扭曲至任意角度来对齐扭曲切片。
扭曲以校正频率缺陷：根据进一步的实施例，可以基于更复杂的模式或切片索引号序列来导出扭曲函数。例如，缩放因子不需为整数。例如，如果发送器发送朝着数据包的端部其频率下降(或上升)的数据包，则可以调整扭曲函数来追踪朝着数据包的端部下降的频率。例如，假设接收器已经识别数据包的起始切片索引号，下面的扭曲函数可以应用至切片记录以用于将数据包中的所有切片对齐的目的。
WF()＝(缩放因子·i·Φ)
其中，例如，缩放因子＝[1 1 1 1 1 1 1 1.9.9.8.8.7.6.5.3等]。缩放因子可以为代数表达式，或者可以从存储器114中储存的在其中储存有合适值的表读取。在此方式中，扭曲函数可以被配置成追踪接收到的数据包的频率分布的任何可量化的改变，由此允许例如对从切片至切片的扭曲角Φ的非恒定和/或非整数顺序调节。
扭曲以检测啁啾声(chirp)：根据一个实施例，扭曲也可以应用至具有非恒定频率的任意进入信号(诸如故意啁啾声型信号)，或者应用至具有欠佳的频率控制(其中发送信号的频率随发送器电池的耗尽而增大或减小)的发送器。
例如，如果进入信号是上升啁啾声，则切片数据可以被扭曲这样的角度：其增加得比关于图7和图8而示出和描述的整数模式快。例如，第一切片可以被扭曲1·Φ，第二切片可以被扭曲2.2·Φ，第三切片可以被扭曲3.3·Φ等。因此，根据实施例，扭曲角的计算可以包括反映期望进入信号的频率结构的任意函数。根据实施例，切片的使用使得能够高效地使用资源，其中可以通过将来自ADC 110的原始样本流转变为切片数据并舍弃(或不储存)原始样本数据来实现高度的数据压缩。这不仅在所需的存储器114的尺寸方面显著，在随后在检测过程和解码过程中要执行的计算的量方面也显著。根据实施例，切片、扭曲函数和切片组合函数的使用还在检测算法中的多个位置为接收器104提供高度的灵活性。因为初始切片可以被设计为具有较宽的带宽，所以它们可以在任意方向重新调谐/扭曲大量的Hz。例如，根据实施例，具有5000Hz带宽的切片可以向上或向下扭曲1000～2000Hz或更多，而不会大量损失信号强度。切片相关性：找到已知模式：根据一个实施例，可以执行检测过程以确定切片记录中的一个或更多个数据包的存在。根据一个实施例，其不是被分析的初始的原始ADC采样数据流(不管如何，其可能先前已经被舍弃)，而是被编索引且被储存的切片数据。根据一个实施例，可以将函数(例如，实相关性函数或复相关性函数)应用至切片数据，以将切片数据同与信号中的已知切片模式相对应的一个或更多个预储存切片模式进行比较。根据一个实施例，试图检测(以及定界(frame)以确定其边界)的数据包可以包括已知长度和配置的前导(preamble)，接下来是已知长度的负荷，可以通过解码过程来从此负荷提取出有用的信息。例如，试图检测的每个数据包可以包括包含11位的前导。例如，前导可以包括已知序列，诸如7个0接着是1010的序列(00000001010)。因此，根据一个实施例，为了确定数据包的存在，可以应用实相关性函数或复相关性函数来将切片数据交叉关联至与已知前导相对应的切片模式。就切片数据编码与一个或更多个数据包的一个或更多个前导相对应的数据的程度来说，当输入切片数据的前导与模板的前导彼此对齐时相关性函数将返回较高的值，相应地，当输入切片数据中的前导与模板的前导彼此仅部分对齐时相关性函数将返回较低结果，以及当输入切片数据的前导与模板的前导彼此未对齐或输入切片未包含任何数据包时相关性函数将返回最低结果。这种互相关性运算表示很窄带宽的滤波器，其带宽与已知前导中的切片数量的倒数成比例。
在一个实施例中，可以将切片相关性和扭曲一起使用来提供对接收到的信号的实际载波频率的合理估算，因为接收器104通过扭曲和得到的扭曲切片而被反复重新调谐，得到的扭曲切片与例如用来确定前导的存在和边界的期望切片模式相关。在此方式中，高相关性值可以与接收到的信号的实际载波频率相关联。
切片相关性：找到数据包的证据：根据一个实施例，可以在确定载波的频率之前执行检查过程以确定一个或更多个数据包的存在。如以上的对与预储存的模板的互相关性的讨论中那样，仅需要分析被编索引且被储存的切片数据。根据一个实施例，可以将函数(例如，实相关性函数或复相关性函数)应用至切片数据以将切片数据与自身进行比较(自相关性)。通常，在仅若干不同滞后(lag)处执行相关性计算是有用的。例如，整个切片记录A的能量可以通过滞后＝0的切片相关性来估算：
AutoCorr(0)表示切片记录的基准能量水平，可以将其他自相关性与其进行比较。
对于未包含数据包的切片记录而言，滞后＝1的切片自相关性：
根据一个实施例，在确定载波的频率之前，可以对切片记录A执行自相关性以确定其中是否存在数据包。对于切片记录包含一个或更多个数据包的情况，Corr(1)可以具有比Corr(0)高的值。这是数据包存在于切片记录中的某个地方的表示。对于未包含数据包的切片记录，如果切片记录仅包含不相关噪声，则滞后＝1的切片自相关性将具有相对于AutoCorr(0)的非常低的值。根据一个实施例，当自相关项Corr(1)/Corr(0)被确定为在预定阈值之上时，可以认为已经检测到数据包。
如果多个数据包按照已知的数据包间隔m(按切片计量)存在于切片记录中，则可以形成存在数据包的确认性证据。如果数据包按照预期间距存在，则利用滞后＝m(滞后等于数据包间距)对切片记录进行相关产生高相关性结果：
根据一个实施例，当基于一系列预期数据包间隔而对相关性项Corr(m±范围)计算多次，确定相关性项Corr(m±范围)相对于Corr(0)在预定阈值之上时，可以认为已经检测到数据包。数据包间隔的期望范围因尚未确定的数据包频率的变化而上升。如此，使用切片数据，可以通过将切片记录A的延迟版本与切片记录A进行相关并监控产生的相关性项的大小来执行数据包检测。
交叠数据包：根据一个实施例，切片数据记录中的数据包的数量越大，自相关性结果可能就越好。表示多个疑似数据包的切片可以彼此相加以增大正确数据包检测的可能性。此外，可以通过将两个或更多个疑似数据包彼此相加来确定数据包边界。当各个数据包很好对齐时，相加的结果可以最高。可以将疑似数据包偏移一个或更多个切片(根据一个实施例，偏移数据包之间的那么多个切片)，且可以将加法运算应用至以此方式偏移的数据包来确定数据包的边界。然而，需要理解的是，存在多于一种的数据包检测和定界方法。所有这些方法都被理解为被本实施例包含。还要理解的是，在已经识别数据包的边界之后，在仅观察到数据包时，信噪比(signal to noise ratio)增大，因为仅存的噪声是数据包之内的噪声，而数据包边界外部的所有噪声可以被排除或大幅减弱。
调制方案：BPSK：数据包不需要使用FSK调制进行编码和解码。根据一个实施例，可以使用其他形式的数字化调制，例如，诸如二进制相移控键(BPSK)。在这种编码方案中，可以使用特定数量周期的正弦波形来对符号0进行编码，以及可以使用同样数量周期的相位差为π弧度的正弦波形来对符号1进行编码。例如，使用BPSK编码的数据包可以包括前导和负荷。前导可以包括例如形式为(00000001010)的7个0接着是1、0、1和0。可以利用如上所述的实相关性方法或复相关性方法以通过将切片记录与表示前导的预定切片模式进行比较来确定一个或更多个数据包的存在。这种运算用来识别数据包的存在，以及用来使接收器104与前导的起始位同步。如上所指出的，相关性函数可以额外提供对信号的实际载波频率的估算。
反复解码：根据一个实施例，可以在接收器中连续地一次一个地对数据包负荷的位进行解码。为了确定位是逻辑0还是逻辑1，可以使用对“0模板”和“1模板”的连续相关性，这两个相关性结果中的较大者表示该位的值。根据一个实施例，这种方法可以用来对数据包的在其前导之后出现的负荷进行解码，因为对于接收器而言负荷中的位序列经常是未知的(不可先验的)。
反正切(ARCTANGENT)：根据一个实施例，如果信噪比是合理的(例如，在0dB附近或之上)，则对包含疑似数据包的切片取反正切可以有启发作用，且可以识别存在还是不存在数据包。
载波搜寻策略：根据一个实施例，一旦确定在切片数据中存在一个或更多个数据包，为了判断调制数据包所采用的频率，是使用FSK或PSK(例如)进行编码还是无论怎么编码，对信号的实际频率的粗略估算是否是已知的(比如说，对于例如示例性的20kHz信号，在20Hz之内)，可以在20个不同频率(按照1Hz(或更少)递增)中的每个处确定前导的相关性的幅度。根据一个实施例，对载波频率的粗略估算可以为发送器被设计用来发送的名义频率。对通信通道的了解可以使得能够对可能在其中找到实际信号的频率范围作出这种有根据的推测。在这种情况下，在已经针对该频率范围之内的每个频率计算相关性之后，与最大相关性幅度相关联的频率可以被安全地假设为载波频率(或载波频率之一)。
使相位扁平化来解决检测：要理解的是，在不脱离本公开中描述的实施例的范围的情况下，可以采用其他的确定被检测数据包的频率的方法。例如，对于数据包中的每个位，可以确定位的分量切片的相位角。根据一个实施例，可以通过对每个切片取反正切(切片的正弦分量对余弦分量的比值)来确定相位角。最好在信噪比在预定阈值之上(例如，诸如大约0dB)时实施这种方法。对于BPSK调制，这样的相位角可以按照锯齿状方式来在0与2π之间摆动。这种锯齿模式的存在暗示：使用图7中的极坐标表示时，构成正被检查的位的分量切片未对齐，如该图中的切片1、2、3和4那样。参照图8，当正被测试的频率导致形成差不多直线(与锯齿模式截然不同)的扭曲角时，该频率可以是或靠近感兴趣的信号的实际频率。对于PSK，例如，扭曲角将从一个扭曲角偏移至另一个扭曲角，所述另一个扭曲角表示数据被编码的PSK频率。然后，得到的模式可以类似于方波，数据根据此方波可以显而易见。
调制方案：MSK：使用类似于先前描述的方法的方法，可以使用仅储存的切片和本文中描述的扭曲函数来对使用其他调制格式编码的数据进行检测和解码。例如，切片中的数据可以已经使用例如4个频率或例如16个频率来表示不同的符号的例如多频移键控而被编码。在这种情况下，每个符号可以包含用多个(例如，16个)频率中的一个或更多个(例如，一个或两个)频率进行编码的信息位，每个符号可能表示多于1个的位。对数据进行编码的其他调制格式可以使用仅切片信息(且不是来自ADC 110的初始数据，该初始数据那时已经被舍弃)以及本文中描述的扭曲函数和切片组合函数来解码。此外，使用调制格式的组合来进行编码的数据也可以再次使用仅切片信息、扭曲和切片组合来进行检测和解码。例如，采用MSK和PSK的组合进行编码的数据可以从保留的切片数据来解码。
在每种情况下，作为接收器104的一部分的控制器112的计算负荷比控制器112被强制重新处理初始的原始数据流的情况下将有的负荷轻。出于类似的原因，在检测和解码期间，接收器的控制器112的存储器要求的数量级比需要储存初始的原始进入数据以在之后基于其来操作的情况下将有的情况小。
一位ADC：对于表现出特别低的信噪比的情形，接收器104使用模拟比较器或1位ADC来将信号量化为在预定阈值之上或之下(被编码为两个值：+1和-1)会有优势。这样，根据实施例，相比于储存信号的多位表示，储存在切片架构中的数据量大大减小。比较器或1位ADC可以适用于表现出低信噪比的情形，因为其能够使样本以非常高的采样速度被收集，同时仍在普通处理器上按照快速实时循环来计算切片。在实时循环的内部，乘法运算大大简化，因为这些运算对象之一是+1或-1。
图12是根据一个实施例的方法的逻辑流程。如其中所示，在B121处，接收到对一个或更多个数据包进行编码的信号。在B122处，然后在ADC中对接收到的信号进行采样以产生采样值。在B123处，然后可以产生切片并将其储存在存储器中，其中每个切片包括表示选中切片间隔时间的成对值。在B124处，使用扭曲和切片组合运算的各种组合来从储存的切片对数据包进行检测和解码。
图13是根据一个实施例的方法的逻辑流程。如其中所示，在B131处，可以接收对第一频率处的数据包进行编码的信号。然后，如B132处所示，可以在ADC中对接收到的信号进行采样以产生采样值。然后，如B133处所要求那样，可以将采样值与在第二频率处获得的值的第一模板和第二模板进行相关以产生第二频率处的切片，第二频率可以与第一频率不同。根据一个实施例，如本文中所述和所示，可以使用第一参考函数来产生第一模板，以及可以使用与第一参考函数正交的第二参考函数来产生第二模板。可以将第二频率处的切片中的一些或全部转变成(这里也表示成“扭曲成”)在第二频率(这里也表示成“freqRef”)加上或减去偏移值(这里表示成“freqDelta”)处的切片，如B134处所示。如B135处所示，可以通过对转变(扭曲)的切片进行组合来产生具有在第二频率加上或减去偏移值处的中心频率的滤波器。
根据一个实施例，如B136处那样，可以对第一频率(数据包被编码处的感兴趣的频率)是否在产生的滤波器的通带之内进行判断。如果第一频率的确在这样产生的滤波器的通带之内，则可以执行进一步的步骤，诸如例如本文中详细描述的检测步骤和解码步骤。如果第一频率不在产生的滤波器的通带之内，则可以使用分别不同的偏移值来反复重复切片转变(扭曲)和滤波器产生(切片组合)步骤，直到第一频率的确在滤波器的通带之内为止，如B136的“否”分支所表示那样。
虽然已经描述了本公开的特定实施例，但这些实施例仅通过示例的方式被呈现，而非意在限制本公开的范围。事实上，本文中描述的新型方法、器件和***可以以各种其他方式来实施。此外，在不脱离本公开的精神的情况下，可以对本文中描述的方法和***的形式作出各种省略、替代和改变。所附权利要求及其等同物意在覆盖将落入本公开的范围和精神之内的这种形式或修改。例如，本领域技术人员将认识到，在各种实施例中，实际的物理结构和逻辑结构可以与图中示出的那些不同。根据实施例，可以去除以上示例中描述的特定步骤，可以添加其他步骤。此外，可以按照不同的方式来对以上公开的特定实施例的特征和属性进行组合以形成额外的实施例，额外实施例全部落入本公开的范围之内。虽然本公开提供了特定的优选实施例和应用，对于本领域技术人员明显的其他实施例(包括不完全提供本文中阐述的特征和优点的实施例)也在本公开的范围之内。相应地，本公开的范围意在仅通过参考所附权利要求来限定。
以上已经描述了本发明的实施例。本发明的进一步的实施例也可以通过读出并运行记录在存储器件上的程序以执行上述实施例的功能的***和装置来实施，以及通过其步骤通过例如读出并运行记录在存储器件上的程序以执行上述实施例的功能来执行而实施。出于此目的，可以例如经由网络或者从用作存储器件的各种类型的记录媒介(例如，计算机可读媒介)提供程序给***或装置(例如，接收器)。
本发明可以通过下面的条款来限定。将理解的是，所引用的特征是可交换的，通过下面的条款及其从属条款来限定。即，可以对条款的特征进行组合以限定本发明。
条款
1.一种方法，包括：
接收信号，所述信号对数据包进行编码；
对接收到的信号进行采样；
产生和储存多个切片，所述多个切片包括针对信号的选中数量的样本中的每个样本的成对值；以及
检测来自储存的切片的数据包的存在，以及对来自储存的切片的数据包进行解码。
2.如条款1所述的方法，其中，产生所述多个切片中的每个切片的步骤包括：
将信号的样本与第一参考模板进行相关；
产生成对值中的第一值；
将信号的选中数量的样本与第二参考模板进行相关；以及
产生成对值中的第二值。
3.如条款2所述的方法，其中，第一参考模板包括参考频率处的余弦函数，以及第二参考模板包括所述参考频率处的正弦函数。
4.如条款1至3中的任意条款所述的方法，还包括：通过对所述多个切片中的若干切片进行组合来形成滤波器。
5.如条款1至4中的任意条款所述的方法，其中，检测数据包的存在的步骤包括：在通过所述多个切片而形成的滤波器的通带之内检测载波频率。
6.如条款1至4中的任意条款所述的方法，其中，检测数据包的存在的步骤包括：在通过对切片进行组合而形成的滤波器的通带之内检测载波频率。
7.如条款4至6中的任意条款所述的方法，其中，检测的步骤还包括：使用储存的切片来将滤波器的中心频率从第一中心频率重新调谐至与第一中心频率不同的第二中心频率。
8.如条款7所述的方法，其中，重新调谐滤波器的中心频率的步骤包括：通过将形成滤波器的切片的各个成对值旋转一个量来对切片进行扭曲。
9.如条款8所述的方法，其中，所述量包括与形成滤波器的切片相关联的旋转角、缩放因子和索引号。
10.如条款8所述的方法，其中，所述量包括来自参考频率的相位角与旋转角和切片索引号的乘积之和。
11.一种信号接收器，包括：
模数转换器装置(ADC)，被配置成对接收到的信号进行采样；
存储器装置；
控制器装置，耦接至存储器装置，且被配置成：
产生切片以及将切片储存在存储器装置中，切片包括信号的选中数量的样本中的每个样本的成对值；以及
检测来自储存的切片的数据包的存在，以及对来自储存的切片的数据包进行解码。
12.如条款11所述的信号接收器，其中，存储器装置被配置成储存至少第一参考模板和第二参考模板，以及其中，控制器装置还被配置成：将采样信号的选中数量的周期与第一参考模板进行相关来产生成对值中的第一值，以及将信号的选中数量的样本与第二参考模板进行相关来产生成对值中的第二值。
13.如条款11或条款12所述的信号接收器，其中，控制器装置还被配置成将若干切片进行组合来形成滤波器。
14.如条款13所述的信号接收器，其中，滤波器的带宽与组合的切片的数量有关。
15.如条款11至14所述的信号接收器，其中，控制器装置还被配置成：通过在经由对切片进行组合而形成的滤波器的通带之内检测载波频率来检测数据包的存在。
16.如条款13至15中的任意条款所述的信号接收器，其中，控制器装置还被配置成：使用储存的切片来将滤波器的中心频率从第一中心频率重新调谐至与第一中心频率不同的第二中心频率。
17.如条款11至16中的任意条款所述的信号接收器，其中，信号对第一频率处的数据包进行编码，以及其中，控制器装置还被配置成：
将样本与在第二频率处获得的值的第一模板和第二模板进行相关来产生多个切片，第二频率与第一频率不同，每个切片包括成对值；
将第二频率处的所述多个切片中的至少一些转变成第二频率加上或减去偏移值处的切片；以及
通过对转变的切片进行组合来产生具有在第二频率加上或减去偏移值处的中心频率的滤波器。
18.一种方法，包括：
接收信号，所述信号对第一频率处的数据包进行编码；
对信号进行采样以产生采样值；
将采样值与在第二频率处得到值的第一模板和第二模板进行相关来产生第二频率处的多个切片，每个切片包括成对值，第二频率与第一频率不同；
将第二频率处的所述多个切片中的至少一些转变为第二频率加上或减去偏移值处的切片；以及
通过对转变的切片进行组合来产生具有在第二频率加上或减去偏移值处的中心频率的滤波器。
19.如条款18所述的方法，还包括：判断第一频率是否在产生的滤波器的通带之内。
20.如条款19所述的方法，还包括：分别使用不同的偏移值来反复地转变、产生和判断，直到第一频率在滤波器的通带之内为止。
21.一种方法，包括：
接收信号，所述信号对数据包进行编码；
对信号进行采样来产生采样值；
通过将采样值与第一参考模板和第二参考模板进行相关来产生包括多个切片的切片记录，第一参考模板包括第一参考函数，第二参考模板包括与第一参考函数正交的第二参考函数；
对切片记录的一部分与切片记录的所述一部分的延迟版本进行自相关来产生自相关项；以及
针对预定数量的自相关项判断何时自相关项的幅度超过预定阈值。
22.如条款21所述的方法，还包括：确定接收到的信号的载波频率。
23.如条款22所述的方法，其中，确定的步骤包括：
通过频率偏移值来对所述多个切片中的至少一些进行扭曲，以及
从扭曲切片产生滤波器，以及
判断载波频率是否在产生的滤波器的通带之内。
24.一种方法，包括：
接收信号，所述信号对数据包进行编码；
对信号进行采样来产生采样值；
通过将采样值与第一参考模板和第二参考模板进行相关来从采样值产生包括多个切片的的切片记录，第一参考模板包括第一参考函数，第二参考模板包括与第一参考函数正交的第二参考函数；
将切片记录与储存的模板进行互相关来产生互相关项；以及
针对储存的模板的宽度来判断互相关项的幅度何时超过预定阈值。
25.如条款24所述的方法，其中，第一参考模板包括余弦函数，以及其中，第二模板函数包括正弦函数。
26.如条款24所述的方法，还包括：确定接收到的信号的载波频率。
27.一种方法，包括：
接收信号；
对信号进行采样来产生采样值；
将采样值与在第一频率处获得的值的预定的第一模板和第二模板进行相关来产生第一频率处的多个切片；
将产生的第一频率处的所述多个切片中的至少一些转变为与第一频率不同的第二频率处的切片；
从第二频率处的切片来产生第一滤波器；
将产生的第一频率处的所述多个切片中的至少一些转变为与第一频率和第二频率不同的第三频率处的切片；以及
从第三频率处的切片产生第二滤波器。
28.如条款27所述的方法，还包括：在产生第一频率处的所述多个切片之后，舍弃所产生的接收到的信号的样本值。
29.如条款27或条款28所述的方法，还包括：在第一滤波器的通带之内检测第一载波频率，以及在第二滤波器的通带之内检测第二载波频率。
30.一种方法，包括：
接收信号，所述信号对数据包进行编码；
对信号进行采样来产生采样值；
通过将采样值与第一参考模板和第二参考模板进行相关来从采样值产生包括多个切片的切片记录，第一参考模板包括第一参考函数，以及第二参考模板包括与第一参考函数正交的第二参考函数；
将跨越编码的数据包的至少两个前导的切片记录的一部分与其延迟版本进行自相关来产生自相关项；以及
对于预定数量的自相关项，判断自相关项的幅度何时超过预定阈值。
31.如条款30所述的方法，还包括：从自相关项的幅度来确定数据包的边界。
32.如条款30或条款31所述的方法，其中，当在数据包的全***中的连续的相位角最不像第一预定模式而最像第二预定模式时，信号的载波频率被检测到。
33.一种程序，所述程序在被计算机运行时导致计算机执行条款1至10以及条款18至32中的任意条款所述的方法。
34.一种程序，所述程序在被计算机运行时导致计算机起着条款11至17中的任意条款所述的信号接收器的功能。
35.一种储存媒介，所述储存媒介储存根据条款33或条款34的程序。
相应地，上述内容仅说明了本发明的原理。将认识到，本领域技术人员将能够设计各种布置，虽然在本文中未明确地描述或示出这样的布置，但该布置实施了本发明的原理且包括在其精神和范围之内。此外，本文中引用的所有的示例和条件语句意在使读者理解本发明的原理和由发明者对促进现有技术所贡献的构思，且要被解释为不对这些特别提到的示例和条件产生限制。此外，本文中记载本发明的原理和方面及其特定示例的所有叙述意在包括其结构和功能等同物。另外，这种等同物意在包括当前已知的等同物和将来开发的等同物(即，开发用来执行相同功能的任意元件，而无论其结构是什么)。因此，本发明的范围并非意在局限于这里示出和描述的示例性方面。相反地，本发明的范围和精神通过所附权利要求来实施。

Claims (29)

1.一种接收和处理信号的方法，所述方法包括：
经由接收器的模拟前端接收信号，所述信号对数据包进行编码；
经由模数转换器对接收到的信号进行采样；
经由控制器产生多个切片，以及通过控制器将所述多个切片储存在耦接至控制器的存储器中，所述多个切片中的每个切片包括针对信号的选中数量的样本中的每个样本的成对值；
经由控制器检测来自储存的切片的数据包的存在，以及经由控制器对来自储存的切片的数据包进行解码；
通过经由控制器组合所述多个切片中的若干切片来经由控制器形成具有预定通带的滤波器；以及
通过将各个成对值旋转一个量来对形成滤波器的储存的切片进行扭曲，来经由控制器使用储存的切片将滤波器的中心频率从第一中心频率重新调谐至与第一中心频率不同的第二中心频率。
2.如权利要求1所述的方法，其中，当接收到的信号被采样时执行经由控制器产生和储存的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：在切片被产生和被储存时，经由控制器舍弃采样信号。
4.如权利要求1所述的方法，其中，经由控制器产生和储存的步骤通过使用第一参考函数和第二参考函数而产生的切片中的每个切片的分量值来执行，第二参考函数与第一参考函数正交。
5.如权利要求1所述的方法，其中，经由控制器产生所述多个切片中的每个切片的步骤包括：
经由控制器将信号的样本与第一参考模板进行相关；
经由控制器产生成对值中的第一值；
经由控制器将信号的所述选中数量的样本与第二参考模板进行相关；以及
经由控制器产生成对值中的第二值。
6.如权利要求5所述的方法，其中，第一参考模板包括参考频率处的余弦函数，以及第二参考模板包括所述参考频率处的正弦函数。
7.如权利要求6所述的方法，其中，切片的成对值中的第一值包括采样信号与所述参考频率处的余弦函数的点积，以及切片的成对值中的第二值包括采样信号与所述参考频率处的正弦函数的点积。
8.如权利要求1所述的方法，其中，滤波器的带宽与组合的切片的数量有关。
9.如权利要求8所述的方法，其中，当第一数量的切片被组合时，滤波器具有第一带宽，以及其中，当比第一数量大的第二数量的切片被组合时，滤波器具有与比第一带宽窄的第二带宽。
10.如权利要求1所述的方法，其中，经由控制器检测数据包的存在的步骤包括：经由控制器在通过所述多个切片而形成的滤波器的预定通带之内检测载波频率。
11.如权利要求1所述的方法，其中，经由控制器检测的步骤还包括：使用储存的切片来经由控制器将滤波器的中心频率从第一中心频率重新调谐至与第一中心频率不同的第二中心频率。
12.如权利要求1所述的方法，其中，该量基于扭曲函数来确定，所述扭曲函数的输入包括与形成滤波器的切片相关联的旋转角、缩放因子和索引号中的一个或多个。
13.如权利要求1所述的方法，其中，该量基于扭曲函数来确定，所述扭曲函数的输入包括来自参考频率的相位角与旋转角和切片索引号的乘积之和。
14.一种信号接收器，包括：
模拟前端，被配置成接收信号，所述信号对数据包进行编码；
模数转换器，被配置成对接收到的信号进行采样；
存储器；
控制器，耦接至存储器，且被配置成：
产生多个切片以及将多个切片储存在存储器中，其中，多个切片中的每个切片包括针对信号的选中数量的样本中的每个样本的成对值；
检测来自储存的切片的数据包的存在，以及对来自储存的切片的数据包进行解码；
将若干切片进行组合以形成具有预定通带的滤波器；以及
通过将各个成对值旋转一个量来对形成滤波器的切片进行扭曲，来重新调谐滤波器的中心频率。
15.如权利要求14所述的信号接收器，其中，控制器被配置成：在模数转换器对接收到的信号进行采样时产生和储存切片。
16.如权利要求14所述的信号接收器，其中，控制器还被配置成：当切片被产生和被储存时，舍弃采样信号。
17.如权利要求14所述的信号接收器，其中，控制器还被配置成：使用第一参考函数和与第一参考函数正交的第二参考函数来产生每个切片，使得切片的分量值被产生。
18.如权利要求14所述的信号接收器，其中，存储器被配置成储存至少第一参考模板和第二参考模板，以及其中，控制器还被配置成：将采样信号的选中数量的周期与第一参考模板进行相关来产生成对值中的第一值，以及将信号的选中数量的样本与第二参考模板进行相关来产生成对值中的第二值。
19.如权利要求18所述的信号接收器，其中，第一参考模板包括参考频率处的第一参考函数，以及第二参考模板包括所述参考频率处的第二参考函数。
20.如权利要求19所述的信号接收器，其中，第一参考函数与第二参考函数正交。
21.如权利要求20所述的信号接收器，其中，第一参考函数包括余弦函数，以及第二参考函数包括正弦函数。
22.如权利要求21所述的信号接收器，其中，切片的成对值中的第一值包括采样信号与所述参考频率处的余弦函数的点积，以及切片的成对值中的第二值包括采样信号与所述参考频率处的正弦函数的点积。
23.如权利要求14所述的信号接收器，其中，滤波器的带宽与组合的切片的数量有关。
24.如权利要求23所述的信号接收器，其中，当第一数量的切片被组合时，滤波器具有第一带宽，以及其中，当比第一数量大的第二数量的切片被组合时，滤波器具有比第一带宽窄的第二带宽。
25.如权利要求14所述的信号接收器，其中，控制器还被配置成：通过在经由对切片进行组合而形成的滤波器的通带之内检测载波频率来检测数据包的存在。
26.如权利要求14所述的信号接收器，其中，控制器还被配置成：使用储存的切片来将滤波器的中心频率从第一中心频率重新调谐至与第一中心频率不同的第二中心频率。
27.如权利要求14所述的信号接收器，其中，该量基于扭曲函数来确定，所述扭曲函数的输入包括与形成滤波器的切片相关联的旋转角、缩放因子和各个切片索引号中的一个或多个。
28.如权利要求27所述的信号接收器，其中，缩放因子是整数。
29.如权利要求27所述的信号接收器，其中，缩放因子包括代数表达式。
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