CN111988108B - 蓝牙接收机中基于接入码的抗干扰高精度信号同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓝牙接收机中基于接入码的抗干扰高精度信号同步方法,将双方协定的接入码作为本地训练序列;对接收信号进行采样,不断对间隔一个码元周期的两个采样值进行延时差分运算,根据延时差分运算的结果得到待相关序列,将待相关序列与本地训练序列进行滑动相关运算,寻找相关值的峰值,峰值对应的采样时刻作为接入码的起始位置,实现帧定时同步。本发明利用蓝牙接入码进行信号同步,不容易受到同频段其他信号的干扰,信号检测准确度高,大大减少漏检或虚检问题,从而提高蓝牙接收机的工作效率,保证蓝牙通信准确安全,使通信***更加稳定可靠。
Description
技术领域
本发明属于蓝牙信号传输领域,尤其涉及一种蓝牙接收机中的基于接入码抗干扰高精度信号同步方法。
背景技术
在蓝牙接收机中,由于其帧结构的帧头部分具有很强的规律性(例如蓝牙4.2中帧头为01010101或10101010),因此通常利用帧头来进行信号检测及符号同步。但蓝牙通信所处频段为免授权频段,利用该频段进行通信的通信设备除了蓝牙还有wifi等众多遵循不同协议标准的设备。因此蓝牙通信过程中非常容易遭受同频干扰、邻道干扰等众多干扰的严重影响。此时,如果采用帧头的方式来进行信号检测,很容易出现漏检和虚检等问题。
发明内容
发明目的:为了解决现有技术中蓝牙接收机检测信号易出现漏检和虚检的问题,本发明提供一种蓝牙接收机中基于接入码的抗干扰高精度信号同步方法。
技术方案:一种蓝牙接收机中基于接入码的抗干扰高精度信号同步方法,包括以下步骤:
步骤一:将双方协定的接入码作为本地训练序列;
步骤二:对接收信号进行采样,不断对间隔一个码元周期的两个采样值进行延时差分运算,所述延时差分运算包括相位运算,将延时差分运算得到的相位差作为待相关序列,将待相关序列与本地训练序列进行滑动相关运算,设置第一门限值,在相关值超过第一门限值后出现的最大值作为相关值的峰值,峰值对应的采样时刻作为接入码的起始位置,实现帧定时同步。
进一步地,步骤二中,相关值的峰值的获取方法为:设置第一门限值和第一时间长度,在相关值超过第一门限值后的第一时间长度内出现的最大值,确定为相关值的峰值。
进一步地,步骤二中,相关值的峰值的获取方法为:设置第一门限值;当相关值超过第一门限值后首次出现极值时,确定为相关值的峰值。
进一步地,还包括步骤三:
基于接入码的位置与帧头的位置,根据接入码的起始位置确定帧头的位置,令接收信号r(t)在iTb/M时刻的抽样值为r i ,对帧头部分的采样值进行延时为2Tb的延时差分相关,并进行求和取角度运算
其中v表示参与频偏估计的符号数,M表示过抽样因子,Tb为采样周期;
一种蓝牙接收机中基于接入码的抗干扰高精度信号同步方法,包括以下步骤:
步骤一:将双方协定的接入码作为本地训练序列;
步骤二:对接收信号进行采样,不断对间隔一个码元周期的两个采样值进行延时差分运算,将延时差分运算的差分结果作为待相关序列,将待相关序列与本地训练序列进行滑动相关运算,寻找相关值的峰值,峰值对应的采样时刻作为接入码的起始位置,实现帧定时同步;
相关值的峰值的获取方法为:设置第二门限值和第二时间长度,在相关值超过第二门限值后的第二时间长度内出现的最大值,确定为相关值的峰值;
设第二门限值为Th1Ek,所述第二门限值的确定方法为:
设采样值为r(t),采样周期为Tb,
定义能量值Ek
设第二门限的比例参数为Th1,根据第二门限的比例参数和能量值获得第二门限值Th1Ek的大小。
进一步地,步骤二中,相关值的峰值的获取方法为:设置第二门限值;当相关值超过第二门限值后首次出现极值时,确定为相关值的峰值。
进一步地,还包括步骤三:
基于接入码的位置与帧头的位置,根据接入码的起始位置确定帧头的位置,令接收信号r(t)在iTb/M时刻的抽样值为r i ,对帧头部分的采样值进行延时为2Tb的延时差分相关,并进行求和取角度运算
其中v表示参与频偏估计的符号数,M表示过抽样因子,Tb为采样周期;
有益效果:本发明提供一种蓝牙接收机中基于接入码的抗干扰高精度同步方法,相比较现有技术,利用蓝牙接入码进行信号同步,不容易受到同频段其他信号的干扰,信号检测准确度高,大大减少漏检或虚检问题,从而提高蓝牙接收机的工作效率,保证蓝牙通信准确安全,使通信***更加稳定可靠。
附图说明
图1为滑动相关运算的相关值的输出图;
图2为帧定时误差的概率分布图;
图3为频偏估计的均方根误差的输出图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。
实施例一:
一种蓝牙接收机中基于接入码的抗干扰高精度信号同步方法,包括以下步骤:
步骤一:将双方协定的接入码作为本地训练序列;
步骤二:对接收信号进行采样,不断对间隔一个码元周期的两个采样值进行延时差分运算,延时差分运算包括相位运算,将相位运算的结果,即相位差作为待相关序列,将待相关序列与本地训练序列进行滑动相关运算,寻找相关值的峰值,峰值对应的采样时刻作为接入码的起始位置,实现帧定时同步。
其中,相关值的峰值获取方法为:设置第一门限值和第一时间长度,在相关值超过第一门限值后的第一时间长度内出现的最大值,确定为相关值的峰值。
本实施例,蓝牙BLE采用调制系数为0.5的GFSK作为具体调制方式,其调制形成的频带信号可表示如下:
其中T b 为码元传输周期,I n 为传输的第n个码元,其取值为+1或-1。g(t)为码元周期长度的矩形脉冲通过高斯滤波器的响应,h为调制指数,其取值为0.5,f c为载波调制频率,而g(t)满足,令
令
对时间间隔为Tb两个接收信号样值进行差分运算,并进行相位运算,忽略噪声的影响,则
令t0=Tb,则
令发端接入码为cm(0≤m≤31),进行如下相关运算
如果Ik+m=cm(0≤m≤31),则
由于接入码的伪随机性,则
从上述可知,当接收信号和本地训练序列对齐时,相关值出现峰值,从而实现高精度的帧定时同步。图1显示了在过抽样因子为8的条件下采用本方法进行相关运算的结果,从图中可知,当接收信号与本地序列对齐时将出现明显的相关峰值,从而保证精确的帧定时同步。图2显示了SNR=9dB、过抽样因子为8时定时误差的概率分布。超过60%的概率定时误差为零,定时误差超过两个抽样间隔的概率接近零。
为找寻最佳帧定时位置,需要设置第一门限Th0,当yk>Th0时,则认为接近最佳帧定时位置,在随后的第一时间长度内的若干采样值中找寻使得yk最大的位置,则该位置为最佳帧定时位置。也可以采用不设定第一时间长度的方法,在yk>Th0后第一次达到极值点时认为达到了峰值,方法并不唯一,本实施例为了便于操作,选择前者找寻峰值。
实施例二:
实施例二与实施例一的区别在于在延时差分运算过程中不对相位进行运算,直接使用延时差分值执行后续的相关运算。
当t0=Tb时,忽略噪声的影响,延时差分值为
但此时相关值将受到增益值a0的影响,因为
如果Ik+m=cm(0≤m≤31),则
由于G(0)远小于1/2,所以
显然,此相关值受到了增益a0的影响。为此,需要计算如下能量值
设置第二门限Th1Ek,其中,Th1为第二门限的比例参数,当时,则接近最佳帧定时位置。在随后的第二时间长度内的采样值中找寻使得最大的位置,则该位置为最佳帧定时位置。也可以采用不设定第一时间长度的方法,在后第一次达到极值点时认为达到了峰值,方法并不唯一,本实施例为了便于操作,选择前者找寻峰值。
相对实施例一,实施例二的方法不需要计算相位值,但需要计算能量值。实际中可根据具体需求,灵活选择。
实施例三:
实施例三在实施例一或实施例二的基础上增加了频偏估计的步骤,即步骤三:
在实现帧定时同步后,确定了接入码的起始位置,根据接入码的位置与帧头的位置之间的关系,也就确定了帧头的位置。由于帧头为01010101或10101010序列,因此帧头部分的波形是以周期为2Tb重复出现的。令接收信号r(t)在iTb/M时刻的抽样值为r i ,对帧头采样值进行延时为2Tb的延时差分相关,并进行求和取角度运算
其中v表示参与频偏估计的符号数,M表示过抽样因子。
由此可以获得频偏的估计值
图3显示了采用此估计方法后的均方根频偏估计误差(RMSE)。SNR=9dB时,此误差小于2.2kHz。由于符号速率为1M符号/s,因此归一化误差约为2.2×10-4。对于GFSK解调来说,此频偏估计精度完全满足需求。
Claims (7)
2.根据权利要求1所述的蓝牙接收机中基于接入码的抗干扰高精度信号同步方法,其特征在于,步骤二中,相关值的峰值的获取方法为:设置第一门限值和第一时间长度,在相关值超过第一门限值后的第一时间长度内出现的最大值,确定为相关值的峰值。
3.根据权利要求1所述的蓝牙接收机中基于接入码的抗干扰高精度信号同步方法,其特征在于,步骤二中,相关值的峰值的获取方法为:设置第一门限值;当相关值超过第一门限值后首次出现极值时,确定为相关值的峰值。
5.一种蓝牙接收机中基于接入码的抗干扰高精度信号同步方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:将双方协定的接入码作为本地训练序列;
步骤二:对接收信号进行采样,不断对间隔一个码元周期的两个采样值进行延时差分运算,和分别为两个采样值,将延时差分运算的差分结果作为待相关序列,将待相关序列与本地训练序列进行滑动相关运算,寻找相关值的峰值,峰值对应的采样时刻作为接入码的起始位置,实现帧定时同步;
相关值的峰值的获取方法为:设置第二门限值和第二时间长度,在相关值超过第二门限值后的第二时间长度内出现的最大值,确定为相关值的峰值;
设第二门限值为Th1Ek,所述第二门限值的确定方法为:
设采样值为r(t),采样周期为Tb,
定义能量值Ek
设第二门限的比例参数为Th1,根据第二门限的比例参数和能量值获得第二门限值Th1Ek的大小。
6.根据权利要求5所述的蓝牙接收机中基于接入码的抗干扰高精度信号同步方法,其特征在于,步骤二中,相关值的峰值的获取方法为:设置第二门限值;当相关值超过第二门限值后首次出现极值时,确定为相关值的峰值。
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