專利名稱：一種無線網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)合信號檢測和頻率估計的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)合信號檢測和頻率估計的方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
使用基于分組的突發(fā)式傳輸模式的通信系統(tǒng)，需要通過連續(xù)不斷地檢測接收的信號， 判斷何時收到數(shù)據(jù)包，然后對前綴信號中訓(xùn)練序列進(jìn)行頻率估計，以保證能正確解調(diào)接收 信號。在基于分組的突發(fā)式傳輸模式的通信系統(tǒng)中，信號檢測和頻率估計對接收機(jī)的正常 工作起著非常重要的作用。
檢測信號可以利用信號的調(diào)制特性來完成。傳統(tǒng)的信號檢測方法是通過數(shù)據(jù)包的前綴 信號周期重復(fù)發(fā)送的特性，將接收到的信號以重復(fù)周期為間隔進(jìn)行前后相關(guān)操作，利用重 復(fù)發(fā)送信號的相關(guān)性來判斷是否收到數(shù)據(jù)包。為了保證信號檢測的準(zhǔn)確性能，在數(shù)字域?qū)?接收信號進(jìn)行處理時， 一般需要2個重復(fù)周期以上的接收信號。另外，為了防止突發(fā)噪聲 對信號檢測性能的影響，往往需要進(jìn)行多次信號檢測，這樣會加大信號檢測的計算量，導(dǎo) 致功耗的大幅度提高。
由于大部分分組傳輸系統(tǒng)對數(shù)據(jù)包前綴的長度有嚴(yán)格的限定，而在有限的數(shù)據(jù)包前綴 傳輸時間內(nèi)需完成接收信號的自動增益控制、信號檢測、時間同步估計、頻偏估計等，因 此每個檢測或者估計模塊只能利用有限的前綴數(shù)據(jù)，否則將無法在數(shù)據(jù)包前綴的接收時間 完成必需的信號檢測和頻率估計工作，導(dǎo)致無法進(jìn)行后續(xù)的接收和解調(diào)。
為了能夠利用更少的數(shù)據(jù)包前綴進(jìn)行信號檢測，并且提高信號檢測的性能，同時降低 常規(guī)信號檢測方法中的復(fù)雜度，需要設(shè)計新的信號檢測算法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種短程無線網(wǎng)絡(luò)中信號檢測的方法，在滿足性能的前提下，解 決信號檢測方法的復(fù)雜度問題，并有效提高數(shù)據(jù)利用率。在信號檢測的方法中，利用連續(xù) 相位調(diào)制信號在一個碼元周期時間上的相位累積偏轉(zhuǎn)為零度的特性，得到當(dāng)前接收信號是 否是最小頻移鍵控方式調(diào)制信號的估計。
本發(fā)明提出的短程無線網(wǎng)絡(luò)中信號檢測的方法，包括以下各步驟程無線網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送端發(fā)出的射頻信號，進(jìn)行下變頻，得到基帶2倍采樣 接收信號，采樣間隔時間記為Te;
(2) 從上述接收信號中的任意采樣點(diǎn)開始，讀取一個碼片周期長度的接收信號，該 接收信號序列記為r-h,^,..., ]，其中iV表示一個碼元周期時間的采樣信號個數(shù)；
(3) 對上述接收信號中的每個采樣點(diǎn)進(jìn)行共軛操作后與其相鄰的采樣點(diǎn)相乘，得到 一組相關(guān)值序列，記為C^q,C2,…,C"n]，其中c, =。4,,+1， (了表示共軛操作；
(4) 對相關(guān)值序列C中所有值進(jìn)行累加，得到統(tǒng)計值作為判決值，記為i 二l;1。；
(5) 計算接收信號序列r中所有采樣點(diǎn)的幅度的平方值后再累加，得到接收信號的能
量統(tǒng)計值，記為尸=|;卜,|2;
(=1
(6) 計算上述判決值與上述能量統(tǒng)計值的比值^/ = ^ /尸，與域值Y進(jìn)行比較。若該 比值t/大于域值Y，則說明檢測到信號；若比值t/小于或等于域值Y，說明無載波信號，
返回載波空閑的信息，并重復(fù)步驟(2)到(6)的操作；
(7) 利用(4)的統(tǒng)計值i 進(jìn)行頻率估計，得到頻率估計值/。
上述域值Y獲取的方法，其特征在于
(1) 在不同接收信噪比條件下統(tǒng)計比值t/在
區(qū)間內(nèi)的分布；
(2) 在沒有信號發(fā)送的時刻，對接收的射頻信號進(jìn)行下變頻，得到基帶2倍高斯白噪 聲采樣信號；
(3) 將上述高斯白噪聲采樣信號作為接收信號，執(zhí)行無線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時偵聽載波信號的 方法中的步驟(2) (6)，可以得到高斯白噪聲采樣信號的比值U'，并統(tǒng)計比值t/'在
區(qū)間內(nèi)的分布；
(4) 比較不同接收信噪比條件下統(tǒng)計比值C/和高斯白噪聲采樣信號的比值t/'的分布， 尋找兩個分布曲線交界的數(shù)值，把該數(shù)值作為域值Y。
上述利用統(tǒng)計值i 進(jìn)行頻率估計得到頻率估計值/的方法，其特征在于
(1) 對統(tǒng)計值/ 進(jìn)行幅度歸一化操作，得到的值記為^ ' = ^ /|/ |;
(2) 分別取i '的實(shí)部"a/(i ')和虛步/m"g(/0，并將虛部除以實(shí)部，其結(jié)果記為<formula>formula see original document page 6</formula>
(3)對上述/Vw值進(jìn)行反正切運(yùn)算，得到該值對應(yīng)的相位值，記為<formula>formula see original document page 6</formula>(4)利用上述相位值計算對應(yīng)的頻率值，記為<formula>formula see original document page 6</formula>，該值即為頻率估計值。
本發(fā)明提出的短程無線網(wǎng)絡(luò)中信號檢測的方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1) 本發(fā)明利用了連續(xù)相位調(diào)制信號在一個碼元周期時間上的相位累積偏轉(zhuǎn)為零度 的特性，只需要一個碼元周期的信號就可以完成信號檢測的算法，降低了算法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜 度；
(2) 本發(fā)明只需要一個碼元周期的信號就可以完成信號檢測的算法，降低了算法實(shí) 現(xiàn)對接收信號數(shù)據(jù)量的要求；
(3) 本發(fā)明利用了連續(xù)相位調(diào)制信號在一個碼元周期時間上的相位累積偏轉(zhuǎn)為零度 的特性，減少了信道噪聲對信號檢測算法性能的影響，提高了信號檢測的性能；
(4) 本發(fā)明方法不受載波頻率偏移大小的影響，降低了算法對系統(tǒng)硬件設(shè)計的要求， 減少了算法的計算量；
(5) 本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)了信號檢測與頻率估計的聯(lián)合實(shí)現(xiàn)，降低了頻率估計對接收信 號數(shù)據(jù)量的要求，減少了算法的計算量；
(6) 本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)的頻率估計不受載波頻率偏移大小的影響，提高了頻率估計的 精度，增大了頻率估計的范圍。
圖1是本發(fā)明的通信系統(tǒng)接收機(jī)信號流方向示意圖2是本發(fā)明的通信系統(tǒng)接收機(jī)信號檢測和頻偏估計方法的原理示意圖。 具體實(shí)施方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出的短程無線網(wǎng)絡(luò)中信號檢測的方法，包括以下各步驟
(1) 接收短程無線網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送端發(fā)出的射頻信號，進(jìn)行下變頻，得到基帶2倍采樣 接收信號，采樣間隔時間記為^;
(2) 從上述接收信號中的任意采樣點(diǎn)開始，讀取一個碼片周期長度的接收信號，該 接收信號序列記為r = [、&，...， ]，其中W表示一個碼元周期時間的采樣信號個數(shù)；
(3) 對上述接收信號中的每個采樣點(diǎn)進(jìn)行共軛操作后與其相鄰的采樣點(diǎn)相乘，得到 一組相關(guān)值序列，記為C-[C,，C2,..., —,]，其中。=。、,+1，(.)'表示共軛操作；
(4) 對相關(guān)值序列C中所有值進(jìn)行累加，得到統(tǒng)計值作為判決值，記為i^gc,;
(5) 計算上述步驟(2)的接收信號中所有采樣點(diǎn)的幅度的平方值后再累加，得到接 收信號的能量統(tǒng)計值，記為尸；
(6) 計算上述判決值與上述能量統(tǒng)計值的比值[/ = / /尸，與域值Y進(jìn)行比較。若該 比值f/大于域值Y，則說明檢測到信號；若比值f/小于或等于域值Y，說明無載波信號， 返回載波空閑的信息，并重復(fù)步驟(2)到(6)的操作；
(7) 利用(4)的統(tǒng)計值/ 進(jìn)行頻率估計，得到頻率估計值/。
上述偵聽載波信號的方法中，域值Y獲取的方法，包括以下各步驟
(1) 在不同接收信噪比條件下統(tǒng)計比值C/在
區(qū)間內(nèi)的分布；
(2) 在沒有信號發(fā)送的時刻，對接收的射頻信號進(jìn)行下變頻，得到基帶2倍高斯白噪 聲采樣信號；
(3) 將上述高斯白噪聲采樣信號作為接收信號，執(zhí)行無線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時偵聽載波信號的 方法中的步驟(2) (6)，可以得到高斯白噪聲采樣信號的比值t/'，并統(tǒng)計比值V在[Ol] 區(qū)間內(nèi)的分布；
(4) 比較不同接收信噪比條件下統(tǒng)計比值t/和高斯白噪聲采樣信號的比值C/'的分布， 尋找兩個分布曲線交界的數(shù)值，把該數(shù)值作為域值Y。
上述利用統(tǒng)計值i 進(jìn)行頻率估計得到頻率估計值/的方法，包括以下步驟
(1) 對統(tǒng)計值/ 進(jìn)行幅度歸一化操作，得到的值記為及'=/ /間；
(2) 分別取i '的實(shí)部"a/(i ')和虛步/mag(i ')，并將虛部除以實(shí)部，其結(jié)果記為
(3)對上述/^"值進(jìn)行反正切運(yùn)算，得到該值對應(yīng)的相位值，記為^ = "r"g(尸/w);
(4)利用上述相位值計算對應(yīng)的頻率值，記為/=^4^ ，該值即為頻率估計值。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的一個實(shí)施例
基于IEEE 802.15.4b標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，發(fā)射信號采用最小相移健控調(diào)制方式，
7這樣發(fā)射信號的相位隨著時間是連續(xù)變化的，避免了相位突變，降低了信號帶寬以外的頻 率響應(yīng)，并且調(diào)制后的復(fù)數(shù)信號模值恒為1，即本地擴(kuò)頻序列只與相位有關(guān)系。在本發(fā)明 的實(shí)施例中，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)確定的調(diào)制方案，接收短程無線網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送端發(fā)出的射頻信號， 進(jìn)行下變頻處理后，經(jīng)過2倍采樣得到基帶接收信號，采樣間隔時間記為^。
在接收過程中首先接收短程無線網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送端發(fā)出的射頻信號，進(jìn)行下變頻處理后得 到基帶接收數(shù)字信號。從接收數(shù)字信號中選取任意一段長度為一個碼元周期的接收信號， 記為r = h,r2,..., ]。基于正EE 802.15.4b標(biāo)準(zhǔn)的恒模發(fā)射信號經(jīng)過無線信道會發(fā)生幅度
和相位的變化，并且經(jīng)過上、下變頻等射頻器件后，會存在頻率偏移的影響，因此接收信 號可以表示為
= a. exp{c^ + 2;rA//1,. + 〃}, / = 1，2,..., -1 ，
其中",/ 分別表示無線信道引起接收信號幅度和相位的變化，a乂,表示第/個采樣信號的
調(diào)制相位和發(fā)送時間，A/表示載波的頻率偏移，7V為一個碼元周期內(nèi)的采樣點(diǎn)個數(shù)。 對這段接收信號做相鄰點(diǎn)共軛相乘，得到一組相關(guān)值序列
c,=《.。+1 = H2 exp{a,+1 + 2,+1 + 〃 - (a, + 2, + / )}
=. exp{a,+1 _ a, + 27rA/(f,+1 _ 。} = —| . exp{c^+1 _ a; + 2;rA/T、.}， 其中c,為第一組序列中的值，r,為2倍釆樣基帶接收信號的采樣點(diǎn)。
然后對上面相關(guān)值序列進(jìn)行統(tǒng)計操作，可以累加所有相關(guān)值得到統(tǒng)計值
=|"| exp(2;zA/r, exp{^+1 - a,}
,=i
基于IEEE 802.15.4b標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)射信號在任一個周期時間內(nèi)相位累計變化了 0度，所以
統(tǒng)計值i = |"|2 exp{2;r4/r,}。這意味著當(dāng)信道傳送了基于正EE 802.15.4b標(biāo)準(zhǔn)的信號，該算
法能在不估計和補(bǔ)償頻偏的情況下檢查出該信號的相關(guān)特性。
對上面相關(guān)值序列進(jìn)行統(tǒng)計操作，還可以將相關(guān)值序列中每個值虛部取絕對值c,' =Rea/(C,) + _/*|lmag(C,)| ，得到移相后的相關(guān)值序列后再進(jìn)行累加，得到的累加值作為 統(tǒng)計值
其中Rea/O和Imag(O分別表示對復(fù)數(shù)取實(shí)部和虛部的操作。
為了防止接收信號能量對該算法統(tǒng)計值的影響，需要計算接收信號幅度的平方值后再
累加，將得到的兩個累加值相乘，得到兩段接收信號的總能量統(tǒng)計值，記為尸
最后，計算上述兩個統(tǒng)計量的比值[/ = / /尸，若該比值大于域值Y，則說明檢測到接 收信號，可以進(jìn)行后續(xù)的頻偏估計；否則，若小于或等于域值Y，則沒有檢測到信號，需 要繼續(xù)上面的運(yùn)算，直到檢測到信號。
在基于正EE 802.15.4b標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)中，在不同接收信噪比條件下統(tǒng)計比值f/在
區(qū) 間內(nèi)的分布?？紤]到統(tǒng)計比值f/會受到接收機(jī)高斯白噪聲的影響，所以還需要單獨(dú)分析在 沒有信號發(fā)送的情況下，接收信號只包含高斯白噪聲時統(tǒng)計比值f/'在
區(qū)間內(nèi)的分布。 比較不同接收信噪比條件下統(tǒng)計比值f/和高斯白噪聲采樣信號的比值t/'的分布，尋找兩個 分布曲線交界的數(shù)值，把該數(shù)值作為域值Y。在本實(shí)施例中，利用符合正EE 802.15.4b標(biāo) 準(zhǔn)的信號進(jìn)行統(tǒng)計的結(jié)果，可以得出該域值Y的取值在之間。
在檢測到信號后，可以利用統(tǒng)計值i 得到頻率估計值/。首先，對統(tǒng)計值i 進(jìn)行幅度 歸一化操作，得到的值記為= / /|/ | = exp(2;rA/r」。然后分別取i '的實(shí)部"a/(i ')和虛步 /顧g(i ')，并將虛部除以實(shí)部的結(jié)果記為尸^^',g^》^^(^,)Wg(2;rA/7;)，其中m"/(-) 和^唯0分別表示對復(fù)數(shù)取實(shí)部和虛部的操作。再對P/m值進(jìn)行反正切運(yùn)算，得到該值對 應(yīng)的相位值，記為^ = w"g(尸/w),最后通過公式/ = % T就可以得到頻率估計值/ 。
權(quán)利要求
1.一種短程無線網(wǎng)絡(luò)中信號檢測的方法，其特征在于該方法包括以下各步驟(1)接收短程無線網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送端發(fā)出的射頻信號，進(jìn)行下變頻，得到基帶2倍采樣接收信號，采樣間隔時間記為TC；(2)從上述接收信號中的任意采樣點(diǎn)開始，讀取一個碼片周期長度的接收信號，該接收信號序列記為r＝[r1，r2，...，rN]，其中N表示一個碼元周期時間的采樣信號個數(shù)；(3)對上述接收信號中的每個采樣點(diǎn)進(jìn)行共軛操作后與其相鄰的采樣點(diǎn)相乘，得到一組相關(guān)值序列，記為C＝[c1，c2，...，cN-1]，其中<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>c</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msubsup> <mi>r</mi> <mi>i</mi> <mo>*</mo></msubsup><mo>·</mo><msub> <mi>r</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2008101129840002C1.tif" wi="21" he="6" top= "83" left = "110" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>(·)*表示共軛操作；(4)對相關(guān)值序列C中所有值進(jìn)行累加，得到統(tǒng)計值作為判決值，記為<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>R</mi><mo>=</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></munderover><msub> <mi>c</mi> <mi>i</mi></msub><mo>;</mo> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2008101129840002C2.tif" wi="17" he="10" top= "95" left = "163" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>(5)計算接收信號序列r中所有采樣點(diǎn)的幅度的平方值后再累加，得到接收信號的能量統(tǒng)計值，記為<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>P</mi><mo>=</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi></munderover><msup> <mrow><mo>|</mo><msub> <mi>r</mi> <mi>i</mi></msub><mo>|</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>;</mo> </mrow>]]></math> id="icf0003" file="A2008101129840002C3.tif" wi="20" he="10" top= "120" left = "50" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>(6)計算上述判決值與上述能量統(tǒng)計值的比值U＝R/P，與域值Y進(jìn)行比較。若該比值U大于域值Y，則說明檢測到信號；若比值U小于或等于域值Y，說明無載波信號，返回載波空閑的信息，并重復(fù)步驟(2)到(6)的操作；(7)利用(4)的統(tǒng)計值R進(jìn)行頻率估計，得到頻率估計值 id="icf0004" file="A2008101129840002C4.tif" wi="5" he="5" top= "161" left = "140" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>
2.如權(quán)利要求1所述的域值Y獲取的方法，其特征在于(1) 在不同接收信噪比條件下統(tǒng)計比值t/在
區(qū)間內(nèi)的分布；(2) 在沒有信號發(fā)送的時刻，對接收的射頻信號進(jìn)行下變頻，得到基帶2倍高斯白噪 聲采樣信號；(3) 將上述高斯白噪聲采樣信號作為接收信號，執(zhí)行無線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時偵聽載波信號的 方法中的步驟(2)~(6)，可以得到高斯白噪聲采樣信號的比值f/'，并統(tǒng)計比值t/'在
區(qū)間內(nèi)的分布；(4) 比較不同接收信噪比條件下統(tǒng)計比值U和高斯白噪聲采樣信號的比值C/'的分布， 尋找兩個分布曲線交界的數(shù)值，把該數(shù)值作為域值Y。
3.如權(quán)利要求1所述的利用統(tǒng)計值i 進(jìn)行頻率估計得到頻率估計值/的方法，其特征 在于該方法包括以下各步驟(1) 對統(tǒng)計值i 進(jìn)行幅度歸一化操作，得到的值記為<formula>formula see original document page 3</formula>；(2) 分別取W的實(shí)部"a/(iO和虛步/mag(iO，并將虛部除以實(shí)部，其結(jié)果記為(3) 對上述尸to值進(jìn)行反正切運(yùn)算，得到該值對應(yīng)的相位值，記為<formula>formula see original document page 3</formula>(4) 利用上述相位值計算對應(yīng)的頻率值，記為<formula>formula see original document page 3</formula>該值即為頻率估計值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種短程無線網(wǎng)絡(luò)中信號檢測的方法，首先接收短程無線網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送端發(fā)出的射頻信號，進(jìn)行下變頻得到基帶采樣接收信號；從任意采樣點(diǎn)開始讀取一個碼元周期長度的接收信號；對接收信號中的每個采樣點(diǎn)進(jìn)行共軛操作后與其相鄰的上一時刻采樣點(diǎn)的相乘得到一組相關(guān)值序列；將相關(guān)值序列中所有相關(guān)值進(jìn)行累加得到判決值；計算上述接收信號中的能量統(tǒng)計值；計算判決值與總能量統(tǒng)計值的比值，再將比例值與門限比較，從而判斷是否檢測到信號；檢測到信號后計算判決值的相位，利用該相位求得頻率估計值。本方法的優(yōu)點(diǎn)是只需要一個碼元周期的接收信號，降低了對接收信號數(shù)據(jù)量的要求、以及降低了計算量和計算復(fù)雜度，增加了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的實(shí)時性，提高了頻率估計的范圍。
文檔編號H04B1/707GK101594167SQ20081011298
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月27日
發(fā)明者良 張, 朱金兵, 趙振豐 申請人:北京威訊紫晶科技有限公司