一種估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電子通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，應(yīng)用于藍牙無線接收系統(tǒng)，包括以下步驟：步驟1，對接收信號的相鄰碼元之間的差分相位Δθndiff、接收信號的調(diào)制指數(shù)h、連續(xù)四個本地參考信號的碼元符號序列In-1,In,In+1,In+2及所述本地參考信號的調(diào)制指數(shù)h0之間建立運算關(guān)系；步驟2，建立具有頻偏補償?shù)牟罘窒辔坏年P(guān)系式如下：其中，Δθn為具有頻偏補償?shù)牟罘窒辔唬粸榻邮招盘柕念l率偏移；步驟3，依據(jù)最小均方誤差準則估計所述頻率偏移和所述接收信號的調(diào)制指數(shù)。本發(fā)明通過建立調(diào)制指數(shù)和差分相位的關(guān)系，實現(xiàn)同時估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移，適合藍牙基本數(shù)據(jù)速率的信號估計和其他GFSK信號的頻率偏移和調(diào)制指數(shù)估計。
【專利說明】
-種估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電子通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 藍牙度Iuetooth)技術(shù)為固定設(shè)備或移動設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的近距 無線接口，將通信技術(shù)與計算機技術(shù)進一步結(jié)合起來，使各種設(shè)備在沒有電線或電纜相互 連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)實現(xiàn)相互通信或操作。
[0003] 藍牙通信采用的調(diào)制方式為高斯二進制頻移鍵控（Gaussian化equen巧Shift Keying, GFSK)，即將二進制數(shù)據(jù)流波形通過高斯濾波器平滑后，再進行頻率調(diào)制，其中碼元 帶寬乘積BT等于0. 5,調(diào)制指數(shù)為0. 28~0. 35。由于協(xié)議規(guī)定的調(diào)制指數(shù)并不是唯一的， 則基于維特比（Viterbi)的解調(diào)方法或其他相關(guān)解調(diào)方法都需要估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏 移，而現(xiàn)有技術(shù)中沒有一種理想的方式能夠同時對調(diào)制指數(shù)和頻率偏移進行估計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，提供一種估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，解決W上技術(shù)問 題；
[0005] 本發(fā)明的目的還在于，提供一種估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的系統(tǒng)，解決W上技術(shù) 問題。
[0006] -種估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，應(yīng)用于藍牙無線接收系統(tǒng)，其中，包括W下 步驟：
[0007] 步驟1，對接收信號的相鄰碼元之間的差分相位A 0 接收信號的調(diào)制指數(shù)K 連續(xù)四個本地參考信號的碼元符號序列I。1，I。，1。+1，1。+2及所述本地參考信號的調(diào)制指數(shù)h。 之間建立W下關(guān)系：
[000引
其中，A 0 ndiff為第n+1個碼元的 初始相位與第n個碼元的初始相位之間的相位差；I。1，I。，1。+1，1。+2分別為第n-1個，第n個、 第n+1個，第n巧個碼元的取值，n取正整數(shù)；
[0009] 步驟2,建立具有頻偏補償?shù)牟罘窒辔坏年P(guān)系式如下：
[0010] 其中，A 0。為具有頻偏補償?shù)牟罘窒辔唬籄p為接收信號的頻率偏移.
[0011] 步驟3,依據(jù)最小均方誤差準則估計所述頻率偏移和所述接收信號的調(diào)制指數(shù)。
[0012] 本發(fā)明的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，步驟2中，對所述具有頻偏補償?shù)牟?分相位建立如下矩陣關(guān)系式：
[0013]
[0014]
[0015]
[0016] 本發(fā)明的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，所述步驟3中根據(jù)最小均方誤差準則 建立W下關(guān)系式W同時估計頻率偏移和調(diào)制指數(shù)，具體為；Z =化咱）ItfA 0。
[0017] 本發(fā)明的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，所述本地參考信號的碼元符號序列通 過W下步驟獲得：
[0018] 步驟a,利用發(fā)射信號的接入碼進行包頭同步；
[0019] 步驟b，獲取所述本地參考信號中碼元對應(yīng)的起始位置；
[0020] 步驟C，讀取所述碼元符號序列。
[0021] 本發(fā)明的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，所述本地參考信號為初始相位為0,且 調(diào)制指數(shù)h。為0. 31的高斯二進制頻移鍵控信號。
[0022] 本發(fā)明的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，步驟1中第n個碼元的初始相位0。通 過W下相關(guān)運算公式獲得：
其中，r(t+nT)為第n個碼元周 期的接收信號，Vi (t)為所述接收信號r(t+nT)對應(yīng)的高斯二進制頻移鍵控信號波形。
[0023] 本發(fā)明還提供一種估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的系統(tǒng)，用于實施上述的估計調(diào)制指 數(shù)和頻率偏移的方法，包括，
[0024] 接收模塊，用W接收數(shù)據(jù)包；
[00巧]同步模塊，與所述接收模塊連接，用W對所述數(shù)據(jù)包進行包頭同步，W
[0026] 獲取所述數(shù)據(jù)包中碼元的起始位置；
[0027] 匹配濾波器組，與所述接收模塊和所述同步模塊連接，用W解調(diào)所述接收數(shù)據(jù) 包；
[0028] 第一計算單元，與所述匹配濾波器組連接，用W計算所述接收信號的差分相位；
[0029] 補償單元，與所述第一計算單元連接，用W對所述差分相位進行頻偏補償，建立具 有頻偏補償?shù)牟罘窒辔魂P(guān)系式；
[0030] 第二計算單元，與所述補償單元連接，用于估計頻率偏移；
[0031] 第H計算單元，與所述補償單元連接，用于估計接收信號的調(diào)制指數(shù)。
[0032] 本發(fā)明的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的系統(tǒng)，還包括存儲單元，用W存儲所述本地 參考信號。
[0033] 有益效果：由于采用W上技術(shù)方案，本發(fā)明通過建立調(diào)制指數(shù)和差分相位的關(guān)系， 實現(xiàn)同時估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移，適合藍牙基本數(shù)據(jù)速率化asic rate)的信號估計和其 他GFSK信號的頻率偏移和調(diào)制指數(shù)估計。
【附圖說明】
[0034] 圖1為本發(fā)明的方法流程示意圖；
[003引圖2為GFSK的基本分組格式示意圖；
[0036] 圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0037] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其 他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0038] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可W相 互組合。
[0039] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。
[0040] 參照圖1，一種估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，應(yīng)用于藍牙無線接收系統(tǒng)，其中， 包括W下步驟：
[0041] 步驟1，對接收信號的相鄰碼元之間的差分相位A 0 接收信號的調(diào)制指數(shù)K 連續(xù)四個本地參考信號的碼元符號序列I。1，I。，1。+1，1。+2及本地參考信號的調(diào)制指數(shù)h。之間 建立W下關(guān)系：
[00化I
其中，A日ndiff為第n+1個碼元的 初始相位與第n個碼元的初始相位之間的相位差；I。1，I。，1。+1，1。+2分別為第n-1個，第n個、 第n+1個，第n巧個碼元的取值，n取正整數(shù)；
[0043] 步驟2,建立具有頻偏補償?shù)牟罘窒辔坏年P(guān)系式如下：
[0044] 其中，A 0。為具有頻偏補償?shù)牟罘窒辔?；為接收信號的頻率偏移.
[0045] 步驟3,依據(jù)最小均方誤差準則估計頻率偏移和接收信號的調(diào)制指數(shù)。
[0046] 本發(fā)明的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，本地參考信號的碼元符號序列通過W 下步驟獲得：
[0047] 步驟曰，利用發(fā)射信號的接入碼進行包頭同步；
[0048] 步驟b，獲取本地參考信號中碼元對應(yīng)的起始位置；
[0049] 步驟C，讀取碼元符號序列。
[0050] 藍牙技術(shù)的基本數(shù)據(jù)速率度asic rate)傳輸W分組形式實現(xiàn)，GFSK調(diào)制方式分 組通常由H個部分組成，參照圖2,包括接入碼（Access Code)、分組頭化eader)和數(shù)據(jù)凈 荷（Payload),信道上的每個分組都是W接入碼作為開始的，典型的接入碼由頭（4位）、同 步字（64位）和尾（4位）組成，共計72位，每一個藍牙單元都有48位的藍牙設(shè)備地址，該 地址是藍牙設(shè)備的組成部分，固化在設(shè)備中，而且是全球唯一的。接入碼的同步字字段由48 位的藍牙設(shè)備地址的低24位，經(jīng)過一個算法換算得出。由于藍牙無線通信的發(fā)射信號的接 入碼（access code)是已知的，可W利用接入碼進行包頭同步，則當完成包頭同步后，得到 相應(yīng)的碼元（symbol)邊界，相應(yīng)的接入碼的發(fā)送數(shù)據(jù)可W得到，然后利用已知的接入碼進 行頻率偏移和調(diào)制指數(shù)估計。
[0051] 在藍牙無線收發(fā)系統(tǒng)中，GFSK調(diào)制方式對輸入數(shù)據(jù)的二進制序列進行調(diào)制，相應(yīng) 數(shù)學(xué)表達式為：
[00閲
…
[0053] 其中，h為調(diào)制指數(shù)，范圍為0. 28-0. 35 ;1。為發(fā)送數(shù)據(jù)碼元符號序列；T為碼元間
1? ；g 屯間KK姍化.縣昔化池姍盟的脯衷麻而.
[0054] (2)
[0055] 上述的q(t)定義為高斯濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)g(t)的積分；
[005引令Mt)表示為v(t)的相位信息，是隨時間變化的函數(shù)，在n個符號間隔內(nèi)的相 位函數(shù)為：
(4)
[0060] 其中，Ik為第K個數(shù)據(jù)碼元符號序列。
[0061] 本發(fā)明的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，本地參考信號可W為初始相位為0,且 調(diào)制指數(shù)h。為0. 31的高斯二進制頻移鍵控信號。根據(jù)公式（4)，本地參考信號的存儲波形 的相位信息表示為： 「006引
(5)
[006引根據(jù)公式（5)可知；V (t)在符號間隔nT<t< (n+3) T時間內(nèi)僅僅由數(shù)據(jù) I。1，I。，U，U決定。由于I。取值為1或者-1，因此總共有16中波形，記為V 1 (t)。
[0064] 假設(shè)接收信號為r(t)，經(jīng)過包頭同步后的利用已知的接入碼可W得到已知數(shù)據(jù) I。1，I。，1。+1，1。+2,從而得到 r (t+nT)對應(yīng)的波形 Vi (1:)。
[0065] 本發(fā)明的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，第n個碼元的初始相位0。通過W下 相關(guān)運算公式獲得：
[0066] C 6)
[0067] 其中，r(t+nT)為第n個碼元周期的接收信號，Vi(t)為接收信號r(t+nT)對應(yīng)的 高斯二進制頻移鍵控信號波形。
[0068] 對相鄰接收信號之間的相位進行差分運算W獲取差分相位，相應(yīng)的差分相位 A 0 ndiff計算如下：
[006引 A Bndiff= 0。"-日。 (7)
[0070] 不考慮頻偏的情況下，根據(jù)公式（3)，差分相位A 0"diff應(yīng)該僅僅與發(fā)送數(shù)據(jù) I。1，I。，U，1。+2, I。。和調(diào)制指數(shù)h有關(guān)。通過線性化近似，建立如下關(guān)系：
[0071]
(8)
[0072] 由于信號的傳輸過程中，不可避免存在頻率偏差，應(yīng)當考慮頻率偏差的影響，具有 頻偏補償?shù)牟罘窒辔坏年P(guān)系式如下：
[00731 (9)
[0(
[0075] 本發(fā)明的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，對具有頻偏補償?shù)牟罘窒辔唤⑷缦?矩陣關(guān)系式：
[0076] 令，
[0077]
[0078] 則存在，A 0 = Hz。
[0079] 本發(fā)明的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，步驟3中根據(jù)最小均方誤差準則 (MMSE，Minimum Mean Square化ror)建立W下關(guān)系式W同時估計頻率偏移和調(diào)制指數(shù)，具 體為：
[0080]
(10)
[0081] 根據(jù)公式（10)即可同時估計頻偏和調(diào)制指數(shù)。
[008引對于藍牙設(shè)備，由于接入碼是預(yù)先知道的，則（腫）電呵W預(yù)先計算出來。同 時由于化咱）1是二階矩陣，因此求逆十分容易，實時計算并不復(fù)雜。在藍牙算法的靈敏 度條件下，經(jīng)過上述估計算法，頻偏估計的標準差小于5KHZ，調(diào)制指數(shù)有90 %的概率落著 比-0. 0化+0. 02]范圍內(nèi)。
[0083] 本發(fā)明還提供一種估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的系統(tǒng)，用于實施上述的估計調(diào)制指 數(shù)和頻率偏移的方法，參照圖2,包括，
[0084] 接收模塊，用W接收數(shù)據(jù)包；
[0085] 同步模塊，與接收模塊連接，用W對數(shù)據(jù)包進行包頭同步，W獲取數(shù)據(jù)
[0086] 包中碼元的起始位置；
[0087] 匹配濾波器組，與接收模塊和同步模塊連接，用W解調(diào)接收數(shù)據(jù)包；
[0088] 第一計算單元，與匹配濾波器組連接，用W計算接收信號的差分相位；
[0089] 補償單元，與第一計算單元連接，用W對差分相位進行頻偏補償，建立具有頻偏補 償?shù)牟罘窒辔魂P(guān)系式；
[0090] 第二計算單元，與補償單元連接，用于估計頻率偏移；
[0091] 第H計算單元，與補償單元連接，用于估計接收信號的調(diào)制指數(shù)。
[0092] 本發(fā)明的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的系統(tǒng)，還包括存儲單元，用W存儲本地參考 信號。
[0093] 本發(fā)明通過建立調(diào)制指數(shù)和差分相位的關(guān)系，實現(xiàn)同時估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏 移，適合藍牙基本數(shù)據(jù)速率化asic rate)的信號估計和其他GFSK信號的頻率偏移和調(diào)制 指數(shù)估計。
[0094] W上僅為本發(fā)明較佳的實施例，并非因此限制本發(fā)明的實施方式及保護范圍，對 于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，應(yīng)當能夠意識到凡運用本發(fā)明說明書及圖示內(nèi)容所做出的等同替 換和顯而易見的變化所得到的方案，均應(yīng)當包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，應(yīng)用于藍牙無線接收系統(tǒng)，其特征在于，包括 以下步驟： 步驟1，對接收信號的相鄰碼元之間的差分相位Λ 0ndiff、接收信號的調(diào)制指數(shù)h、連續(xù) 四個本地參考信號的碼元符號序列In i，In，In+1，In+2及所述本地參考信號的調(diào)制指數(shù)h。之間 建立以下關(guān)系：其中，λ endiff為第η+ι個碼元的初始 相位與第η個碼元的初始相位之間的相位差；In i，In，In+1，In+2分別為第n-1個，第η個、第 η+1個，第η+2個碼元的取值，η取正整數(shù)； 步驟2,建立具有頻偏補償?shù)牟罘窒辔坏年P(guān)系式如下：Δ& = Δ，+Δ見#， 其中，△ 0"為具有頻偏補償?shù)牟罘窒辔?；為接收信號的頻率偏移； 步驟3,依據(jù)最小均方誤差準則估計所述頻率偏移和所述接收信號的調(diào)制指數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，其特征在于，步驟2中，對 所述具有頻偏補償?shù)牟罘窒辔唤⑷缦戮仃囮P(guān)系式：則存在，Δ Θ = Hz。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，其特征在于，所述步驟3 中根據(jù)最小均方誤差準則建立以下關(guān)系式以同時估計頻率偏移和調(diào)制指數(shù)，具體為：z = (HhH) W Λ Θ。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，其特征在于，所述本地參 考信號的碼元符號序列通過以下步驟獲得： 步驟a，利用發(fā)射信號的接入碼進行包頭同步； 步驟b，獲取所述本地參考信號中碼元對應(yīng)的起始位置； 步驟c，讀取所述碼元符號序列。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，其特征在于，所述本地參 考信號為初始相位為〇,且調(diào)制指數(shù)h。位于0. 28至0. 35之間的高斯二進制頻移鍵控信號。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，其特征在于，步驟1中第 η個碼元的初始相位θη通過以下相關(guān)運算公式獲得r(t+nT)為第η個碼元周期的接收信號，Vl(t)為所述接收信號r(t+nT)對應(yīng)的高斯二進制 頻移鍵控信號波形。7. -種估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的系統(tǒng)，其特征在于，用于實施權(quán)利要求1至6任意一 項所述的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的方法，包括， 接收模塊，用以接收數(shù)據(jù)包； 同步模塊，與所述接收模塊連接，用以對所述數(shù)據(jù)包進行包頭同步，以 獲取所述數(shù)據(jù)包中碼元的起始位置； 匹配濾波器組，與所述接收模塊和所述同步模塊連接，用以解調(diào)所述接收數(shù)據(jù)包； 第一計算單元，與所述匹配濾波器組連接，用以計算所述接收信號的差分相位； 補償單元，與所述第一計算單元連接，用以對所述差分相位進行頻偏補償，建立具有頻 偏補償?shù)牟罘窒辔魂P(guān)系式； 第二計算單元，與所述補償單元連接，用于估計頻率偏移； 第三計算單元，與所述補償單元連接，用于估計接收信號的調(diào)制指數(shù)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的估計調(diào)制指數(shù)和頻率偏移的系統(tǒng)，其特征在于，還包括存儲 單元，用以存儲所述本地參考信號。
【文檔編號】H04L25/02GK105827551SQ201510005508
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年1月4日
【發(fā)明人】陳希
【申請人】展訊通信（上海）有限公司