一种基于判决反馈、低复杂度的GFSK信号的解调方法技术

本发明专利技术涉及无线通信技术领域，公开了一种基于判决反馈、低复杂度的高斯频移键控(GFSK)信号的解调方法。根据GFSK信号的表达式，对GFSK信号的相位进行近似，忽略相邻符号间的相位干扰，得到简化的GFSK信号的表达式；基于判决反馈原理，接收信号当前的采样值中，抵消已经检测的符号，得到与当前传输数据符号相关的信号；根据该信号，判决当前信号所传输的数据符号。与传统的差分解调、判决反馈差分解调、极大似然非相干解调相比，本发明专利技术的GFSK解调方法具有较高的性能，计算复杂度仅需两个乘法；当GFSK信号的调制指数为0.5时，本发明专利技术的GFSK解调方法不需要乘法计算，直接根据GFSK信号的实部或虚部判决数据符号；因此，本发明专利技术的GFSK解调方法非常适于数字集成电路实现。

【技术实现步骤摘要】
一种基于判决反馈、低复杂度的GFSK信号的解调方法
本专利技术涉及无线通信领域，特别涉及一种基于判决反馈、低复杂度的高斯频移键控(GFSK)信号的解调方法。
技术介绍
高斯频移键控(GFSK)是一种连续相位频率调制。与通常的频率调制不同的是，GFSK调制时，将发射数据符号通过一个高斯滤波器；这样两个不同频率之间的转换是连续的，从而限制了调制信号的频谱带宽。GFSK信号的幅度是恒定的，可以显著地降低发射机对功率放大器的线性度要求。GFSK调制广泛应用于低功耗传输和物联网领域，如蓝牙(Bluetooth)、低功耗蓝牙(BluetoothLowEnergy，BLE)[1]等。GFSK解调方法是基于GFSK调制的数字通信系统一项关键技术，其性能和结构决定了接收机的灵敏度和数字集成电路实现的复杂度。传统差分解调方法[2]的复杂度比较低，然而该方法的接收性能相对较差。在此基础上，SukkyunHong等设计了判决反馈差分解调方法[3]，与差分解调相比，判决反馈差分解调对接收性能有0.5dB的改善。何津津等设计了一种非相干的极大似然解调方法[4][5]，显著地改善了接收机性能；然而，解调过程需要迭代计算，迭代因子的选择会影响解调性能。以下给出检索的相关文献：[1]BluetoothCoreSpecificationv4.2,BluetoothSIG,2014[2]M.SilvaPereira,J.CaldinhasVaz,C.AzeredoLeme,J.T.deSousaand,“A170μAAll-DigitalGFSKDemodulatorWithRejectionofLowSNRPacketsforBluetooth-LE,”IEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters,vol.26,pp.452–454,June2016[3]SukkyunHongandYongHwanLee,“Fractionally-SpacedDifferentialDetectionofGFSKSignalswithSmallh,”IEICEtransactionsoncommunications.vol.E84-B,pp.3226-3234,Dec2001.[4]JinjinHe,JianCui,LianxingYangandZhongfengWang,“Alow-complexityhigh-performancenoncoherentreceiverforGFSKsignals,”inProc.IEEEInternationalSymposiumonCircuitsandSystems,pp.1256–1259,2008[5]何津津；崔健；杨莲兴,一种低复杂度、高性能的GFSK信号多比特解调法,CN101047677A,2007.10.03
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于判决反馈、低复杂度的GFSK解调方法。为了解决上述问题，本专利技术的GFSK解调方法包括三个步骤：步骤1、根据GFSK信号的表达式，对GFSK信号的相位进行近似，忽略相邻符号间的相位干扰，得到简化的GFSK信号表达式。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，其表达式如下其中BT是带宽与符号的乘积，BLE中BT＝0.5，B是高斯脉冲的-3dB带宽。当L足够大时，g(t)＝g(LT-t)；q(LT)＝0.5；q(t)+q(LT-t)＝0.5；BLE中L＝3足够建模g(t)所带来的符号间干扰。因此在时刻nT的采样值可以表示为接收信号在nT时刻的采样值可以表示为其中N(nT)是复加性高斯白噪声的采样，T为采样周期即符号周期，A为信道衰减系数。步骤2、基于判决反馈原理，接收信号当前的采样值中，抵消掉已经检测的数据符号，得到与当前数据符号相关的信号。在时刻nT，设数据符号α(k)(k＝0,…,n-3)已经判决，判决结果为，在r(nT)中，利用已经获得的抵消掉α(k)(k＝0,…,n-3)。设上式中，假设数据符号α(k)(k＝0,…,n-3)已经被正确判决。因此，可以根据x(nT)的符号判决α(n-2)。此外，为了便于数字电路实现，x(nT)可以进一步表示为和可以通过查表求得。步骤3、根据判决反馈抵消之后所得到的信号，判决当前信号所传输的数据符号。可以根据式(8)和(9)中x(nT)的得到α(n-2)的判决结果，如下式所示从以上描述可以看出，本专利技术的GFSK解调方法，通过对GFSK信号的相位进行近似，忽略相邻符号间的相位干扰，得到简化的GFSK信号的表达式；基于判决反馈原理，接收信号当前的采样值中，抵消已经检测的符号，得到与当前传输数据符号相关的信号；根据该信号，判决当前信号所传输的数据符号。本专利技术的GFSK解调方法计算仅需两个乘法，复杂度相对比较低。因此，本专利技术的GFSK解调方法非常适于数字电路实现，有利于减小电路的面积和功耗。附图说明图1为高斯脉冲的波形；图2为高斯脉冲积分的波形；图3所示为GFSK解调方法的性能曲线；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：步骤1、根据GFSK信号的表达式，对GFSK信号的相位进行近似，忽略相邻符号间的相位干扰，得到简化的GFSK信号表达式。GFSK调制信号的复基带形式可以表示为其中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，通常选择h＝0.5；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，其表达式如下其中BT是带宽与符号的乘积，BLE中BT＝0.5，B是高斯脉冲的-3dB带宽。g(t)的波形如图1所示，q(t)的波形如图2所示。当L足够大时，g(t)＝g(LT-t)；q(LT)＝0.5；q(t)+q(LT-t)＝0.5；BLE中L＝3足够建模g(t)所带来的符号间干扰。因此，在时刻nT的采样值可以表示为接收信号在nT时刻的采样值可以表示为其中N(nT)是复加性高斯白噪声的采样，T为采样周期即符号周期，A为信道衰减系数。步骤2、基于判决反馈原理，接收信号当前的采样值中，抵消掉已经检测的数据符号，得到与当前数据符号相关的信号。在时刻nT，数据符号α(k)(k＝0,…,n-3)已经判决，设判决结果为在r(nT)中，利用已经获得的抵消掉α(k)(k＝0,…,n-3)。设上式中，假设数据符号α(k)(k＝0,…,n-3)已经被正确判决。因此，可以根据x(nT)的符号判决α(n-2)。此外，为了便于数字电路实现，x(nT)可以进一步表示为和可以通过查表求得。实际上h可以用近似表示：由于的取值为+1或-1，那么正余弦表的大小为M，如表1所示。表1.正弦余弦表Indexcossin0101cos(Pπ/M)sin(Pπ/M)2cos(2Pπ/M)sin(2Pπ/M)………………M-1cos((M-1)Pπ/M)sin((M-1)Pπ/M)当index＝M,…,2M-1，利用余弦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于判决反馈、低复杂度的高斯频移键控(GFSK)信号的解调方法，其特征在于包括三个步骤：步骤1、根据GFSK信号的表达式，对GFSK信号的相位进行近似，忽略相邻符号间的相位干扰，得到简化的GFSK信号表达式；步骤2、基于判决反馈原理，接收信号当前的采样值中，抵消掉已经检测的数据符号，得到与当前数据符号相关的信号；步骤3、根据判决反馈抵消之后所得到的信号，判决当前信号所传输的数据符号。

【技术特征摘要】
1.一种基于判决反馈、低复杂度的高斯频移键控(GFSK)信号的解调方法，其特征在于包括三个步骤：步骤1、根据GFSK信号的表达式，对GFSK信号的相位进行近似，忽略相邻符号间的相位干扰，得到简化的GFSK信号表达式；步骤2、基于判决反馈原理，接收信号当前的采样值中，抵消掉已经检测的数据符号，得到与当前数据符号相关的信号；步骤3、根据判决反馈抵消之后所得到的信号，判决当前信号所传输的数据符号。2.根据权利要求1所述的解调方法，其特征在于，所述步骤1：根据GFSK信号的表达式，对GFSK信号的相位进行近似，忽略相邻符号间的相位干扰，得到简化的GFSK信号表达式；当前时刻已经发射的数据符号的累加和、GFSK信号的调制指数和π三者的乘积近似等于GFSK信号当前时刻的相位；通过如下过程实现：其中表示复基带GFSK信号的相位在时刻nT的采样值，h是GFSK信号的调制指数，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。3.根据权利要求1所述的解调方法，其特征在于...

【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