專利名稱：一種無線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時偵聽載波信號的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種短程無線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時偵聽載波信號的方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
使用帶沖突避免的多址通信協(xié)議的系統(tǒng)， 一般采用偵聽載波信號的機(jī)制來實(shí)時偵聽信 道，通過對信道中同類信號的檢測判斷信道是否被占用，以避免與無線網(wǎng)絡(luò)中正在傳輸?shù)?數(shù)據(jù)發(fā)生沖突，達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)效率的目的。在基于帶沖突避免的載波偵聽多址的通信協(xié)議 中，實(shí)時偵聽載波信號對網(wǎng)絡(luò)通信非常重要。
實(shí)時偵聽載波信號的過程就是檢測信號的過程?？梢岳眯盘柕恼{(diào)制特性來完成檢 測。傳統(tǒng)的實(shí)時偵聽載波信號方法是通過解調(diào)方式來完成的，將接收到的信號解調(diào)，判斷 是否為此協(xié)議規(guī)定的信號。為了保證解調(diào)的準(zhǔn)確性能，在數(shù)字域?qū)邮招盘栠M(jìn)行處理時， 一般需要2倍信號帶寬以上的采樣率對接收信號進(jìn)行采樣，以防止接收信號在數(shù)字接收時 產(chǎn)生失真，從而影響解調(diào)性能。此外，為了能夠良好的解調(diào)，系統(tǒng)又必須對接收信號進(jìn)行 時間和頻率上的同步與估計，這樣又加大了實(shí)時偵聽載波信號的計算量，導(dǎo)致了功耗的大 幅度提高。
另外，大部分通信協(xié)議對完成實(shí)時偵聽載波信號的時間都有嚴(yán)格的規(guī)定，而傳統(tǒng)的基 于解調(diào)來實(shí)現(xiàn)實(shí)時偵聽載波信號的方法必須接收到基帶發(fā)射信號的前同步頭，才能完成同 步和解調(diào)，判斷信道是否空閑，從而導(dǎo)致了偵聽的實(shí)時性下降，同時也很難滿足通信協(xié)議 對實(shí)時偵聽載波信號時間的要求。
為了能夠?qū)臄?shù)據(jù)包任何位置起接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時偵聽載波信號，并且降低常規(guī) 偵聽方法中的復(fù)雜度，需要設(shè)計新的實(shí)時偵聽載波信號算法。
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)中實(shí)時偵聽載波信號的方法，在滿足性能的前 提下，解決實(shí)時偵聽載波信號方法的復(fù)雜度問題。在實(shí)時偵聽載波信號的方法中，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)前信道中是 否存在連續(xù)相位調(diào)制信號的估計。
本發(fā)明提出的短程無線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時偵聽載波信號的方法，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；
(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,G,...， ]，其中7V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(7 = [^,2,..., —小其中c, =^,.+1， 0'表示共軛操作；
(4) 對相關(guān)值序列C進(jìn)行數(shù)值統(tǒng)計操作，得到統(tǒng)計值作為判決值，記為i ;
(5) 計算接收信號序列r中所有釆樣點(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;
(6) 計算上述判決值與上述能量統(tǒng)計值的比值^/ = / /尸，若該比值t/大于域值Y， 則有載波信號，并且該載波監(jiān)聽操作結(jié)束，返回載波忙的信息，其中0.4《Y《0.5;
(7) 若上述判決值與能量統(tǒng)計值的比值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， 一直到監(jiān)聽時間結(jié)束。
上述對相關(guān)值序列C進(jìn)行數(shù)值統(tǒng)計操作的方法，其特征在于將相關(guān)值序列中所有值 進(jìn)行累加，得到的累加值作為統(tǒng)計值及=。
/=1
上述對相關(guān)值序列C進(jìn)行數(shù)值統(tǒng)計操作的方法，其特征在于
(1) 根據(jù)相關(guān)值序列中每個值虛部取絕對值，得到移相后的相關(guān)值序列；
(2) 將上述移相后的相關(guān)值序列中所有相關(guān)值進(jìn)行累加，得到的累加值作為統(tǒng)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)行短程無線網(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f/'在
5
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f/'的分布， 尋找兩個分布取相同數(shù)值時對應(yīng)的比值，把該比值作為域值Y。
本發(fā)明提出的短程無線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時偵聽載波信號的方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1) 本發(fā)明利用了信號的調(diào)制特性來檢測信號，不用對接收信號解調(diào)就可以完成實(shí) 時偵聽載波信號，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度；
(2) 本發(fā)明中實(shí)時監(jiān)聽載波信號的算法可以從接收數(shù)據(jù)的任何位置開始，不需要時 間和載波的同步與估計，降低了算法的復(fù)雜度，提高了算法對系統(tǒng)環(huán)境的魯棒性；
(3) 本發(fā)明中的數(shù)值統(tǒng)計操作只需要簡單的符號判斷和加法操作來實(shí)現(xiàn)，很大程度 的減少了計算量；
(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。
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)實(shí)時偵聽載波信號方法的原理示意圖。
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)中實(shí)時偵聽載波信號的方法，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)行下變頻處理后得到基帶采樣接收信號，對一個時間段內(nèi)的基帶 采樣接收信號進(jìn)行相鄰點(diǎn)的共軛相乘得到相關(guān)值序列，通過對相關(guān)值序列直接疊加或者將 虛部都轉(zhuǎn)換為正數(shù)后疊加得到統(tǒng)計值，再與接收信號的能量統(tǒng)計值進(jìn)行比較來判斷當(dāng)前信 道是否已被占用。
上述偵聽載波信號的方法中，對一個時間內(nèi)的采樣接收信號進(jìn)行相鄰點(diǎn)的共軛相乘得 到相關(guān)值序列的方法，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；
(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7V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,…,Cn]，其中。=^,+1， (.y表示共軛操作；
(4) 對相關(guān)值序列C進(jìn)行數(shù)值統(tǒng)計操作，得到統(tǒng)計值作為判決值，記為i ;
(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=|;|。|2;
,=1
(6) 計算上述判決值與上述能量統(tǒng)計值的比值^/ = ^ /尸，若該比值f/大于域值Y， 則有載波信號，并且該載波監(jiān)聽操作結(jié)束，返回載波忙的信息，其中0.4《Y《0.5;
(7) 若上述判決值與能量統(tǒng)計值的比值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， 一直到監(jiān)聽時間結(jié)束。
上述偵聽載波信號的方法中，對相關(guān)值序列虛部都轉(zhuǎn)換為正數(shù)后疊加得到統(tǒng)計值的方 法，包括以下各步驟將相關(guān)值序列中所有值進(jìn)行累加，得到的累加值作為統(tǒng)計值
AM
,=i
上述偵聽載波信號的方法中，對相關(guān)值序列虛部都轉(zhuǎn)換為正數(shù)后疊加得到統(tǒng)計值的方
法，包括以下各步驟
(1) 根據(jù)相關(guān)值序列中每個值虛部取絕對值，得到移相后的相關(guān)值序列；
(2) 將上述移相后的相關(guān)值序列中所有相關(guān)值進(jìn)行累加，得到的累加值作為統(tǒng)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f/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f/'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f/和高斯白噪聲采樣信號的比值t/'的分布， 尋找兩個分布取相同數(shù)值時對應(yīng)的比值，把該比值作為域值Y。以下詳細(xì)介紹本發(fā)明的一個實(shí)施例
以基于正EE 802.15.4b標(biāo)準(zhǔn)的無線通信系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)發(fā)射信號采用最小相移健控 調(diào)制方式，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，基于正EE 802.15.4b標(biāo)準(zhǔn)的使用帶沖突避免的多址通信協(xié)議的系統(tǒng)， 采用偵聽載波信號的機(jī)制來實(shí)時偵聽信道，通過對信道中同類信號的檢測判斷信道是否被 占用，以避免與無線網(wǎng)絡(luò)中正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)發(fā)生沖突。
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,G,…, ]?；贗EEE 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(a, + 2;r械+/ = 1,2,…，jV -1 ，
其中",y5分別表示無線信道引起接收信號幅度和相位的變化，a,J,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，iV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, = 。* . = l"「 exp{a,+1 + 2哮,+1 2, + 〃)}
=|a| . exp{",+1 _ a, + 2;rA/((+1 _ ( )} = |a| . exp{a,+1 _ a, + 2;r4/Ts}， 其中c,為第一組序列中的值，。為2倍采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
<formula>formula see original document page 8</formula>
基于正EE 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 = |"「 exp{27rA/7;}。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
。'=Rea/(C,) + ,|lmc7g(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
W —1
其中Re fl/(0和Im 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
尸=2>1 。
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，則有載波信號， 若小于或等于域值Y，則無載波信號。
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C/在
區(qū) 間內(nèi)的分布?？紤]到統(tǒng)計比值"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。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0.4^Y^).5之間。
權(quán)利要求
1.一種短程無線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時偵聽載波信號的方法，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；(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="A2008101129850002C1.tif" wi="21" he="6" top= "80" 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進(jìn)行數(shù)值統(tǒng)計操作，得到統(tǒng)計值作為判決值，記為R；(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="math0002" num="0002" ><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="icf0002" file="A2008101129850002C2.tif" wi="20" he="10" top= "108" 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，若該比值U大于域值Y，則有載波信號，并且該載波監(jiān)聽操作結(jié)束，返回載波忙的信息，其中0.4≤Y≤0.5；(7)若上述判決值與能量統(tǒng)計值的比值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，一直到監(jiān)聽時間結(jié)束。
2. 如權(quán)利要求1所述的對相關(guān)值序列C進(jìn)行數(shù)值統(tǒng)計操作的方法，其特征在于將相1關(guān)值序列中所有值進(jìn)行累加，得到的累加值作為統(tǒng)計值/ = $>,。,=1
3. 如權(quán)利要求1所述的對相關(guān)值序列C進(jìn)行數(shù)值統(tǒng)計操作的方法，其特征在于 (1)根據(jù)相關(guān)值序列中每個值虛部取絕對值，得到移相后的相關(guān)值序列；(2)將上述移相后的相關(guān)值序列中所有相關(guān)值進(jìn)行累加，得到的累加值作為統(tǒng)計值。
4. 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f/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 方法權(quán)利要求l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U'在[O l]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[/和高斯白噪聲采樣信號的比值f/'的分布， 尋找兩個分布取相同數(shù)值時對應(yīng)的比值，把該比值作為域值Y。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種短程無線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時偵聽載波信號的方法，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；從接收信號中的任意采樣點(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；對相關(guān)值序列進(jìn)行統(tǒng)計操作，得到的統(tǒng)計值作為判決值；計算上述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；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，從而判斷出信道狀態(tài)。本方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要時間和載波同步，降低了計算量和復(fù)雜度，增加了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的實(shí)時性，提高了算法對系統(tǒng)環(huán)境的魯棒性。
文檔編號H04L12/407GK101594280SQ20081011298
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