一种新型的低功耗蓝牙频偏补偿装置及方法与流程

本发明涉及一种新型的低功耗蓝牙频偏补偿装置及方法，属于通信技术领域。

背景技术：

蓝牙技术联盟在2009年12月推出蓝牙4.0版本，并在2010年底公布4.0版本的相关数据，将传统蓝牙技术、低功耗蓝牙技术、高速蓝牙技术三种规格合为一体，具有超低峰值、平均值和待机功耗特性，其最重要的特点是低功耗技术。一个纽扣电池足以使用数年，且支持多个设备的互联，支持超短封包，传输速率达1mbps。低功耗蓝牙4.0集成了经典蓝牙的自适应跳频技术，以减少2.4ghzism频段其他信号的干扰。低功耗蓝牙4.0具有一个轻量级的链路层，能在最低功耗下支持低功耗的待机、简单的连接、可靠的点对点数据传输和安全加密等，上述控制器的链路层，适用于网络连接传感器，并确保在无线传输中，都能通过蓝牙低功耗传输。低功耗蓝牙4.0中物理层使用调制指数为0.5的gfsk调制方式，并结合自适应调频技术在40个信道上随机调频，其帧结构由8比特前导码开始，紧接着32比特接入地址，之后是pdu和crc校验位。由于低功耗蓝牙4.0使用gfsk调制，其传输的信息包含在瞬时频率中，频率偏移的出现不可避免，这也是影响信号解调的最大因素之一。频率偏移是指收发双方载波中心频率的初始偏移，由于实际通信中，收发双方的射频性能不同，做到射频频率点的完全一致是不可能的，因此，需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种精度高、计算速度块、补偿范围广的新型的低功耗蓝牙频偏补偿装置及方法。

本发明的目的是这样实现的：一种低功耗蓝牙频偏补偿装置，包括频率偏移补偿模块，所述频率偏移补偿模块依次包括差分模块、映射模块、匹配模块、前导码过零点位置计算模块和波形还原模块，其中，差分模块用于将鉴相解调器输出的码元波形进行差分处理，映射模块用于将差分值映射成单比特，即预判决，匹配模块用于将预判决后的值与前导码进行匹配，前导码过零点位置计算模块用于匹配后区间最大值位置计算，得到前导码过零点位置，波形还原模块用于恢复不含直流量的码元波形。

一种低功耗蓝牙频偏补偿装置的使用方法为：

步骤一、通过差分模块对信号进行差分处理；

步骤二、通过映射模块将差分值映射成单比特；

步骤三、通过匹配模块将预判决值与前导码匹配，得到匹配相关度；

步骤四、通过前导码过零点位置计算模块计算前一个码元周期内差分值的最大值；

步骤五、通过波形还原模块对差分信息进行累加，恢复不含频率偏移量的码元波形。

更进一步的，所述步骤一的具体操作为：

a.接收端接收到含频率偏移量的载波表示为

s(t)＝acos[2π(fc+δf)t+φ(t；i)+φ0](1)

b.经过鉴相解调器的输出信号(解调信号)表示为

x(t)＝2πδf+φ'(t)(2)

c.信号x(t)以离散形式x[n]处理，对x[n]做差分处理，得到

α[n]＝x[n]-x[n-1](3)。

更进一步的，所述步骤二将α[n]映射为符号函数

更进一步的，所述步骤三将预判决值与6比特前导码101010经过8倍过采样后的值进行匹配，得到匹配相关度cor，当cor>＝43，则表明公式(4)的输出值检测到前导码。

更进一步的，匹配时使用异或的方式，即将公式(4)的输出值与010101经过8倍过采样后的值异或，得到匹配相关度。

更进一步的，所述步骤四的具体操作为：

a.将所有需要比较的数按二进制有符号数列出，按顺序分别提取出最高位并取反，组成新的变量msb1，再取出次高位，组成msb2，以此类推直到msbn；

b.将msb1和msb2进行与运算，得到结果and12，若and12为全零，则将msb1和msb3进行与运算，若and12不全为零，则将and12和msb3进行与运算，得到and23，以此类推，直至比较完所有值，得到的结果是8比特的值，其中只有一位是1，其余都是0，1的位置即对应所比较的数中最大值的位置，该位置则是前导码过零点位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种新型的低功耗蓝牙频偏补偿装置及方法，基于前导码的差分检测和累加还原，克服了传统基于统计特性的补偿方法中无法获得前导码准确位置导致均值计算偏差较大的缺点，且不需要检测接入地址，对频率偏移的容忍度较大，可应用在低功耗蓝牙接收机和具有相同前导码的其他类似通信接收机中，具有精度高、计算速度块、补偿范围广的优点。

附图说明

图1为本发明一种新型的低功耗蓝牙频偏补偿装置的架构框图。

图2为本发明一种新型的低功耗蓝牙频偏补偿装置的原理图。

图3为匹配模块的原理图。

图4为前导码过零点位置计算模块的原理图。

其中：

频率偏移补偿模块1

差分模块2

映射模块3

匹配模块4

前导码过零点位置计算模块5

波形还原模块6。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-图4，本发明涉及的一种低功耗蓝牙频偏补偿装置，包括频率偏移补偿模块1，所述频率偏移补偿模块1依次包括差分模块2、映射模块3、匹配模块4、前导码过零点位置计算模块5和波形还原模块6，其中，差分模块2用于将鉴相解调器输出的码元波形进行差分处理，映射模块3用于将差分值映射成单比特，即预判决，匹配模块3用于将预判决后的值与前导码进行匹配，前导码过零点位置计算模块5用于匹配后区间最大值位置计算，得到前导码过零点位置，波形还原模块6用于恢复不含直流量的码元波形。

一种低功耗蓝牙频偏补偿装置的使用方法为：

步骤一、通过差分模块对信号进行差分处理；

a.接收端接收到含频率偏移量的载波表示为

s(t)＝acos[2π(fc+δf)t+φ(t；i)+φ0](1)

b.经过鉴相解调器的输出信号(解调信号)表示为

x(t)＝2πδf+φ'(t)(2)

其中，φ'(t)表示差分后的码元波形，δf表示发送端频率偏移，2πδf表示发送端和接收端载波频率偏移造成的直流分量，其叠加在有用信号上。在使用过程中，由于采用gfsk调制方式，其传输的信息包含在瞬时频率中，频率偏移的出现不可避免，这也是影响信号解调的最大因素之一。gfsk调制方式是二进制调制方式，通常判决门限取零，在判决门限为零的情况下，直流量的叠加对判决造成很大影响，如果码元波形叠加的直流量为正值，则本来是0的码元可能被判决成1；如果叠加的直流量为负值，则码元1可能被判决成0，因此消除频率偏移本质上是消除叠加在码元信息上的直流量。

c.信号x(t)以离散形式x[n]处理，对x[n]做差分处理，得到

α[n]＝x[n]-x[n-1](3)

其中，α[n]不含直流分量，在零附近变化。

步骤二、通过映射模块将差分值映射成单比特；

a.将α[n]映射为符号函数

其中，公式(4)的输出值(单比特值)相当于对公式(3)中的信号进行了预判决，预判决值为sig[n]。

步骤三、通过匹配模块将预判决值与前导码匹配，得到匹配相关度；

a.将预判决值与6比特前导码101010经过8倍过采样后的值进行匹配，得到匹配相关度cor，cor最大为6*8bit＝48，设定阈值为43，当cor>＝43，则表明公式(4)的输出值检测到前导码。

其中，匹配时使用异或的方式，即将公式(4)的输出值与010101经过8倍过采样后的值异或，得到匹配相关度。

步骤四、通过前导码过零点位置计算模块计算前一个码元周期内差分值的最大值；

a.通过将所有需要比较的数按二进制有符号数列出，如果所需比较的数据为10比特的变量，按顺序分别提取出最高位并取反，组成新的变量msb1，再取出次高位，组成msb2，以此类推直到msb10；

b.将msb1和msb2进行与运算，得到结果and12，若and12为全零，则将msb1和msb3进行与运算，若and12不全为零，则将and12和msb3进行与运算，得到and23，以此类推，直至比较完所有值，得到的结果是8比特的值，其中只有一位是1，其余都是0，其中1的位置即对应所比较的数中最大值的位置，该位置则是前导码过零点位置。

步骤五、通过波形还原模块对差分信息进行累加，恢复不含频率偏移量的码元波形。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。