一種短程無線網絡中實時偵聽載波信號的方法
2023-05-25 17:13:41 1
專利名稱：一種短程無線網絡中實時偵聽載波信號的方法
技術領域：
本發明涉及一種短程無線網絡中實時偵聽載波信號的方法，屬於無線通信技術領域。
背景技術：
在基於帶衝突避免的載波偵聽多址的通信協議中，一般採用實時偵聽載波信號的機制來偵聽信道，以減少與無線網絡中同類信號的衝突。通過對信道中同類信號的檢測，來判斷信道是否被佔用，以避免與無線網絡中正在傳輸的數據發生衝突，達到提高網絡效率的目的。在基於帶衝突避免的載波偵聽多址的通信協議中，實時偵聽載波信號對網絡通信非常重要。
在實時偵聽載波信號中，偵聽過程就是檢測信號過程。可以利用信號的調製特性來完成檢測。傳統的實時偵聽載波信號方法是通過解調方式來完成的，將接收到的信號解調，判斷是否為此協議規定的信號。為了保證解調的準確性能，在數字域對接收信號進行處理時，一般需要2倍信號帶寬以上的採樣率對接收信號進行採樣，以防止接收信號在數字接收時產生失真，從而影響解調性能。此外，為了能夠良好的解調，系統又必須對接收信號進行時間和頻率上的同步與估計，這樣又加大了實時偵聽載波信號的計算量，導致了功耗的大幅度提高。
另外，大部分通信協議對完成實時偵聽載波信號的時間都有嚴格的規定，而傳統的基於解調來實現實時偵聽載波信號的方法必須接收到基帶發射信號的前同步頭，才能完成同步，解調，判斷信道是否空閒，從而導致了偵聽的實時性下降，同時也很難滿足通信協議對實時偵聽載波信號時間的要求。
為了能夠對從數據包任何位置起接收到的數據進行實時偵聽載波信號，並且降低常規偵聽方法中的複雜度，需要設計新的實時偵聽載波信號算法。
發明內容
本發明的目的是提出一種短程無線網絡中實時偵聽載波信號的方法，在滿足性能的前提下，解決實時偵聽載波信號方法的複雜度問題。在實時偵聽載波信號的方法中，利用以最小頻移鍵控方式調製的信號的相位相對位置特性，得到當前信道中是否存在以最小頻移鍵控方式調製的信號的估計。
本發明提出的短程無線網絡中實時偵聽載波信號的方法，包括以下各步驟(1)接收短程無線網絡中發送端發出的射頻信號，進行下變頻，得到基帶2倍採樣接收信號；
(2)從上述接收信號中的任意採樣點開始，以整數倍碼片周期為間隔，讀取兩段任意長度的接收信號；(3)對上述第一段接收信號中的每個採樣點取共軛，再與第二段接收信號中的相應採樣點相乘，得到第一組序列，再對第一組序列中的每個值分別乘以 得到第二組序列；(4)分別對上述兩組序列中的每個值進行移相操作，得到第三、第四組序列；(5)分別對上述移相後的第三、第四組序列中的值進行累加，並計算兩個累加值的平方值，取其中較大的平方值作為判決值；(6)分別計算上述步驟(2)的兩段接收信號中所有採樣點的幅度的平方值後再累加，將得到的兩個累加值相乘，得到兩段接收信號的總能量統計值；(7)計算上述判決值與上述總能量統計值的比值，若該比值大於域值Y，則有載波信號，若小於或等於域值Y，則無載波信號，其中0.5≤Y≤0.7。
上述方法中，對兩組序列中的每個值進行移相操作的過程為根據兩組序列中每個值的實部和虛部的正、負符號，進行移相，若該值的實部和虛部同為正，則將原值作為移相後的值；若該值的實部為負、虛部為正，則將該值的實部和虛部各取絕對值，再將實部和虛部互相交換，得到移相後的值；若該值的實部和虛部同為負，則各取該值的實部和虛部的絕對值，作為移相後的值；分別取映射後相關值的實部和虛部為映射前相關值的實部和虛部的絕對值；若該值的實部為正、虛部為負，則將該值的實部和虛部各取絕對值，再將實部和虛部互相交換，得到移相後的值。
本發明提出的短程無線網絡中實時偵聽載波信號的方法，具有以下優點(1)本發明利用了信號的調製特性來檢測以最小頻移鍵控方式調製的信號，不用對接收信號解調就可以完成實時偵聽載波信號，降低了系統的複雜度。
(2)本發明中實時監聽載波信號的算法可以從接收數據的任何位置開始，，不需要時間和載波的同步與估計，降低了算法的複雜度，提高了算法對系統環境的魯棒性。
(3)本發明中的移相操作結合硬體的實際操作問題，可將傳統的移相所需要的複數乘法操作，變成簡單的符號判斷和交換操作來實現，很大程度的減少了計算量；(4)本發明方法不受載波頻率偏移大小的影響，降低了算法對系統硬體設計的要求，減少了算法的計算量。
圖1是本發明方法的原理示意圖。
圖2是本發明方法中2倍採樣接收信號的波形及兩種可能的採樣位置。
具體實施方法本發明提出的短程無線網絡中實時偵聽載波信號的方法，首先接收短程無線網絡中發送端發出的射頻信號，進行下變頻，得到基帶2倍採樣接收信號；從接收信號中的任意採樣點開始，以整數倍碼片周期為間隔，讀取兩段任意長度的接收信號；對第一段接收信號中的每個採樣點取共軛，再與第二段接收信號中的相應採樣點相乘，得到第一組序列，再對第一組序列中的每個值分別乘以 得到第二組序列；分別對兩組序列中的每個值進行移相操作，得到第三、第四組序列；分別對移相後的第三、第四組序列中的值分別進行累加，分別計算兩個累加值的平方值，取其中較大的平方值作為判決值；分別計算上述兩段接收信號中所有採樣點的幅度的平方值後再累加，將得到的兩個累加值相乘，得到兩段接收信號的總能量統計值；計算判決值與總能量統計值的比值，若該比值大於域值Y，則有載波信號，若小於或等於域值Y，則無載波信號，其中0.5≤Y≤0.7。
上述實時偵聽載波信號的方法中，對兩組序列中的每個值進行移相操作的過程為根據兩組序列中每個值的實部和虛部的正、負符號，進行移相，若該值的實部和虛部同為正，則將原值作為移相後的值；若該值的實部為負、虛部為正，則將該值的實部和虛部各取絕對值，再將實部和虛部互相交換，得到移相後的值；若該值的實部和虛部同為負，則各取該值的實部和虛部的絕對值，作為移相後的值；分別取映射後相關值的實部和虛部為映射前相關值的實部和虛部的絕對值；若該值的實部為正、虛部為負，則將該值的實部和虛部各取絕對值，再將實部和虛部互相交換，得到移相後的值。
以下結合附圖詳細介紹本發明的一個實施例基於IEEE 802.15.4b標準的無線網絡系統中，發射信號採用最小相移健控調製方式，這樣發射信號的相位隨著時間是連續變化的，避免了相位突變，降低了信號帶寬以外的頻率響應，並且調製後的複數信號模值恆為1，可以表示為Si=eji,]]>即本地擴頻序列只與相位有關係。表示成複數信號如圖2所示，其中的I路表示複數信號的實部，Q路表示複數信號的虛部。因此複數信號的相位就表示了信號實部與虛部的相對關係。
在本發明的實施例中，根據該標準確定的調製方案，接收短程無線網絡中發送端發出的射頻信號，進行下變頻處理後，經過2倍採樣得到基帶接收信號，從圖1(a)和圖2可以看出，2倍採樣信號的採樣點可以分為兩組採樣位置，1位置採樣點(用○表示)和2位置採樣點(用△表示)。對於1位置的採樣點只有0，π/2，π，3π/2四種相位；對於2採樣位置的採樣點只有π/4，3π/4，5π/4，7π/4四種相位。而且對於每組採樣位置的採樣點，它們之間的相位互相轉換關係只有1，-1，I，-I四種可能。
因為用來做前後相關的接收信號是從2倍採樣的接收信號中相隔整數倍碼片周期讀取的兩段任意長度的接收信號，記為S1和S2。這裡在802.15.4b系統中可選擇兩段數據的間隔和兩段數據的長度都為一個擴頻序列周期。所以在對這兩段信號做對應點共軛相乘時可以保證兩個採樣位置的採樣點各自對應。對這兩段接收信號做前後共軛相乘，得到第一組序列ri＝si·si+L′ i＝1，2，…，L其中ri為第一組序列中的值，si為2倍採樣基帶接收信號的採樣點，L為一個擴頻序列周期內的採樣點個數。
這時得到的第一組序列的值的相位只有0，π/2，π，3π/2四種，如圖1(b)所示。
再對第一組序列的每個相關值分別乘以
將其相位統一逆時針旋轉45度，得到第二組序列，其相位只有π/4，3π/4，5π/4，7π/4四種值，如圖1(c)所示。
然後分別對上面兩組序列的每個值做移相操作，首先判斷兩組序列中每個值實部和虛部的符號，然後根據判斷的結果按表1規則進行加權移相，將每個相關值相位都搬移到第一象限，得到第三和第四組序列，如圖1(d)和(e)所示。
再分別對第三和第四組序列分別累加，然後分別對累加值求平方，比較兩者大小，選擇較大的值作為接收信號相關值的統計值，記為R。
然後分別計算前面讀取的兩段接收信號幅度的平方值後再累加，將得到的兩個累加值相乘，得到兩段接收信號的總能量統計值，記為P。
P=i=1L(sisi)i=1L(si+Lsi+L)]]>最後，計算上述兩個統計量的比值R/P，若該比值大於域值Y，則有載波信號，若小於或等於域值Y，則無載波信號，其中0.5≤Y≤0.7。
表1硬體實現的位操作與相位判斷參數的對應關係表
權利要求
1.一種短程無線網絡中實時偵聽載波信號的方法，其特徵在於該方法包括以下各步驟(1)接收短程無線網絡中發送端發出的射頻信號，進行下變頻，得到基帶2倍採樣接收信號；(2)從上述接收信號中的任意採樣點開始，以整數倍碼片周期為間隔，讀取兩段任意長度的接收信號；(3)對上述第一段接收信號中的每個採樣點取共軛，再與第二段接收信號中的相應採樣點相乘，得到第一組序列，再對第一組序列中的每個值分別乘以 得到第二組序列；(4)分別對上述兩組序列中的每個值進行移相操作，得到第三、第四組序列；(5)分別對上述移相後的第三、第四組序列中的值進行累加，並計算兩個累加值的平方值，取其中較大的平方值作為判決值；(6)分別計算上述步驟(2)的兩段接收信號中所有採樣點的幅度的平方值後再累加，將得到的兩個累加值相乘，得到兩段接收信號的總能量統計值；(7)計算上述判決值與上述總能量統計值的比值，若該比值大於域值Y，則有載波信號，若小於或等於域值Y，則無載波信號，其中0.5≤Y≤0.7。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於其中所述的對兩組序列中的每個值進行移相操作的過程為根據兩組序列中每個值的實部和虛部的正、負符號，進行移相，若該值的實部和虛部同為正，則將原值作為移相後的值；若該值的實部為負、虛部為正，則將該值的實部和虛部各取絕對值，再將實部和虛部互相交換，得到移相後的值；若該值的實部和虛部同為負，則各取該值的實部和虛部的絕對值，作為移相後的值；分別取映射後相關值的實部和虛部為映射前相關值的實部和虛部的絕對值；若該值的實部為正、虛部為負，則將該值的實部和虛部各取絕對值，再將實部和虛部互相交換，得到移相後的值。
全文摘要
本發明涉及一種短程無線網絡中實時偵聽載波信號的方法，屬於無線通信技術領域。首先對兩段基帶2倍採樣接收信號做前後對應點共軛相乘運算得到第一組序列，再對此序列的每個值乘以e
文檔編號H04L27/14GK1822579SQ20061006645
公開日2006年8月23日 申請日期2006年3月31日 優先權日2006年3月31日
發明者張良, 趙國棟, 楊晨陽, 胡志建, 酈亮 申請人:北京威訊紫晶科技有限公司