本发明专利技术涉及无线通信技术领域，公开了一种低功耗蓝牙LE coded PHY的数据包检测方法。首先，接收信号采用过采样，在相位域，计算接收信号的相位差分序列与本地序列的相关值，观测该相关值的信号特征，检测数据包Preamble。当Preamble检测到之后，确定符号同步的采样点位置，根据此时的相位差分序列估计接收信号的频率偏移。频率偏移补偿之后，以符号同步采样点为基准采样信号，以符号速率采样信号，计算时域信号和本地信号的相关值，观测该相关值的信号特征，检测Access Address。Access Address检测到之后，获得Access Address的同步采样点位置，以此为基准，确定PDU的起始位置。仿真表明，高斯加性噪声信道下，本发明专利技术的数据包检测方法，在SNR＝3dB时，前导序列的检测概率为98％，Access Address的检测概率为98％。
【技术实现步骤摘要】
一种低功耗蓝牙LECodedPHY的数据包检测方法
本专利技术涉及无线通信领域，特别涉及一种低功耗蓝牙LECodedPHY的数据包检测方法。
技术介绍
低功耗蓝牙(BluetoothLowEnergy,BLE)是一种短距离的无线通信技术；由于其可靠性、安全性、易用性、低成本和超低功耗等特点，成为医疗健康、智能设备和物联网等领域应用最广泛的技术之一。与经典蓝牙相比，低功耗蓝牙极大地降低了系统功耗，节省了系统成本。低功耗蓝牙工作在2.4～2.4835GHz非授权频段，共有40个无线信道，每个信道占用带宽2MHz，采用跳频技术提高了抗干扰性和可靠性；低功耗蓝牙无线通信物理层采用恒包络的高斯频移键控(GFSK)调制，简化了发射机的设计。为了进一步扩大低功耗蓝牙的应用范围，2016年12月，蓝牙技术联盟(BluetoothSIG)颁布了Bluetooth5技术标准。在Bluetooth5的低功耗蓝牙技术中，加入了LE2MPHY通信模式和LECodedPHY通信模式[1]，提高了BLE的通信速率、扩展了BLE的通信距离。LECodedPHY采用1MSymbols/s的符号速率，对发射的信息数据进行了卷积编码，通过编码增益，改善接收机的灵敏度，使得BLE可以工作在更低的信噪比(SNR)；同样的发射功率下，接收机可以工作在更小的接收信号功率范围，从而扩大BLE的覆盖范围。同时要求，BLE接收机能够在较低的SNR下准确检测LECodedPHY数据包，需要设计可靠的BLECodedPHY数据包检测方法，有效地利用LECodedPHY的数据包格式和信号特征。因此，数据包检测是LECodedPHY的关键技术之一。以下给出检索的相关文献：[1]BluetoothCoreSpecificationv5.0,BluetoothSIG,2016
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种低功耗蓝牙LEcodedPHY的数据包检测方法。为了解决上述问题，本专利技术的GFSK解调方法包括四个步骤：步骤1：接收信号采用过采样，在相位域，计算接收信号的相位差分序列与本地序列的相关值，观测该相关值的信号特征，检测数据包Preamble。复基带GFSK信号可以表示为其中Eb是每比特信息的能量；T是符号周期；h是GFSK调制指数，BLE中0.45≤h≤0.55；α(k)是发射的数据符号，α(k)∈{-1，+1}是发射二进制信息序列的映射；q(t)是高斯脉冲的积分。接收信号在nTs时刻的采样值可以表示为r(n)＝r(nTs)＝As(nTs)+N(nTs)(3)其中N(nTs)是复加性高斯白噪声的采样，Ts为采样周期，OverSample为接收信号相对符号速率的过采样倍数，A为信道衰减系数。计算接收信号的相位、相位差、相位差与本地序列的相关值如下：Phase(n)＝angle(r(n))/π(4)PhaseDiff(n)＝Phase(n)-Phase(n-OverSample)(5)其中Phase(n)表示接收信号r(n)的相位；PhaseDiff(n)表示接收信号r(n)的相位差分序列；PhaseDiffCorr(n)表示接收信号的相位差分序列与本地序列的相关值；α(m)(m＝0,...,M-1)表示本地序列，α(m)∈{-1，+1}，其长度为M；sign{·}是符号函数；接收信号的相位差分序列与本地序列的相关值的计算，是基于滑动窗计算的，窗口的长度为M，每个窗口计算一个相关值，每计算一个相关值，窗口向前滑动一个采样点；当接收信号包含LECodedPHY的Preamble时，该相关值序列的峰值有正有负，并呈现周期性特征，周期大小为P；当检测到连续多个周期接近于P的峰值、并且该峰值的绝对值大于一个预先设定的门限时，认为检测到Preamble。步骤2：当Preamble检测到之后，确定符号同步的采样点位置，根据此时的相位差分序列估计接收信号的频率偏移。根据接收信号的相位差分序列与本地序列的相关值的峰值对应的采样点位置和符号同步采样点位置之间的关系，确定最近一个峰值所对应的符号同步采样点的位置为PacketStartPoint；频率偏移估计cfo为：上式表示，以PacketStartPoint为基准，向前偏移L个采样点，从该采样点开始，用N个相位差分的平均值作为频率偏移cfo的估计值。偏移L个采样点的目的是保证在没有频率偏移和噪声的情况下，cfo的估计值为0。步骤3：频率偏移补偿之后，以符号同步采样点为基准，以符号速率采样信号，计算时域信号和本地信号的相关值，观测该相关值的信号特征，检测AccessAddress。首先，通过数字前端的混频器补偿步骤2所估计的频率偏移cfoy(n)＝exp(-j·n·cfo)r(n)(9)其中y(n)是接收信号r(n)补偿cfo之后所得信号的采样序列。cfo补偿之后，以PacketStartPoint为起点，搜索AccessAddress，计算相关值：其中x(k)是本地重构的AccessAddress对应的时域序列。以步骤(2)所得到的PacketStartPoint为起点，在一个搜索窗口内计算AccessCorr(n)，通过比较获得该搜索窗口内的最大相关值max{AccessCorr(n)}(11)如果max{AccessCorr(n)}大于一个预先设定的门限，则认为检测到AccessAddress，其对应的采样点位置即为AccessStartPoint。步骤4：AccessAddress检测到之后，获得AccessAddress的同步采样点位置，以此为基准，确定PDU的起始位置PDUStartPoint＝AccessStartPoint+AccessAddressLength+40(12)其中，PDUStartPoint是PDU起始采样点的位置，AccessAddressLength是AccessAddress序列的长度。从以上描述可以看出，本专利技术的低功耗蓝牙LEcodedPHY的数据包检测方法在检测数据包的Preamble时，接收信号采用过采样，在相位域，计算接收信号的相位差分序列与本地序列的相关值，通过观测相关值峰值的周期性特征，检测Preamble；使用过采样，提高了Preamble检测的灵敏度。Preamble检测到之后，估计并补偿接收信号的频率偏移。此时，以符号同步采样点为基准采样信号，以符号速率采样接收信号，搜索AccessAddress。以符号速率采样和计算，有利于降低算法的复杂度。检测到AccessAddress之后，便可以确定PDU的起始位置。附图说明图1为LECodedPHY的数据包检测的方框图；图2为LECodedPHY的数据包格式；图3为Preamble检测的本地序列的波形；图4为相位差分与本地序列的相关值的波形；具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：本专利技术的低功耗蓝牙LEcodedPHY的数据包检测方法的方框图如图1所示，包括相位计算、相位差分计算、Preamble检测、频率偏移估计、频率偏移补偿、AccessCode搜索等模块，通过下面四个步骤实现：步骤1：接收信号采用过采样，在相位域，计算接收信号的相位差分序列与本地序列的相关值，观测该相关值的信号特征，检本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低功耗蓝牙LE Coded PHY的数据包检测方法。其特征在于包括四个步骤：步骤1、接收信号采用过采样，在相位域，计算接收信号的相位差分序列与本地序列的相关值，观测该相关值的信号特征，检测数据包Preamble；步骤2、当Preamble检测到之后，确定符号同步的采样点位置，根据此时的相位差分序列估计接收信号的频率偏移；步骤3、频率偏移补偿之后，以符号同步采样点为基准，以符号速率采样信号，计算时域信号和本地信号的相关值，观测该相关值的信号特征，检测Access Address；步骤4、Access Address检测到之后，获得Access Address的同步采样点位置，以此为基准，确定PDU的起始位置。
【技术特征摘要】
1.一种低功耗蓝牙LECodedPHY的数据包检测方法。其特征在于包括四个步骤：步骤1、接收信号采用过采样，在相位域，计算接收信号的相位差分序列与本地序列的相关值，观测该相关值的信号特征，检测数据包Preamble；步骤2、当Preamble检测到之后，确定符号同步的采样点位置，根据此时的相位差分序列估计接收信号的频率偏移；步骤3、频率偏移补偿之后，以符号同步采样点为基准，以符号速率采样信号，计算时域信号和本地信号的相关值，观测该相关值的信号特征，检测AccessAddress；步骤4、AccessAddress检测到之后，获得AccessAddress的同步采样点位置，以此为基准，确定PDU的起始位置。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1：接收信号采用过采样，在相位域，计算接收信号的相位差分序列与本地序列的相关值，观测该相关值的信号特征，检测数据包Preamble，通过如下过程实现：其中PhaseDiffCorr(n)表示接收信号的相位差分序列与本地序列的相关值；α(m)(m＝0,...,M-1)表示本地序列，其长度为M；PhaseDiff(n+m)表示接收信号的相位差分序列；sign{·}是符号函数；接收信号的相位差分序列与本地序列的相关值的计算，是基于滑动窗计算的，窗口的长度为M，每个窗口计算一个相关值；当接收信号包含BLELECodedPHY的Preamble时，该相关值序列的峰值有正有负，并呈现周期性特征，周期大小为P；当检测到连续多个周期等于P的峰值、并且该峰值大于一个预先设定的门限时，认为检测到Preamble。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2：当Preamble检测到之后，确定符号同步的采样点位置，根据此时的相位差分序列估计接收信号的频率偏移，通过如下过程实现：根据接收信号的相位差分序列与本地序列的...
【专利技术属性】
技术研发人员：车小林，
申请(专利权)人：上海华虹集成电路有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海,31
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