CN100373792C - 短程无线网络中接收数据的解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种短程无线网络中接收数据的解码方法，属于无线通讯技术领域。首先对短程无线网络中本地扩频调制复序列进行共轭相关操作，得到一组权值序列；对短程无线网络中本地扩频调制复序列的第一个本地序列进行频偏补偿，得到频偏补偿后的本地扩频序列；将频偏补偿后的本地扩频序列与短程无线网络中同步接收信号序列中的对应点分别进行共轭相乘，得到一个相关值序列；将相关值序列分别与上述每个权值序列进行相关操作，得到一组与权值序列相对应的相关值；与最大相关值相对应的序列位置的二进制表示，即为发送端的数据比特。本方法的优点是，降低了解码过程中的计算量和计算复杂度，增加了系统实现的实时性，减少了系统的能量消耗。

Description

短程无线网络中接收数据的解码方法

技术领域

本发明涉及一种短程无线网络中接收数据的解码方法，尤其涉及短程无线网络中数据的解码方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

数字解调是现代的无线网络通信中的核心组成部分，即利用接收信号的某些特征，恢复出对应的发射数据。解调性能的好坏直接决定了无线网络系统的通信质量。因此，数字解调是现代无线网络通信系统中非常关键的问题。

在基于扩频的系统里，解调的过程就是扩频序列解扩的过程。而扩频序列一般都具有良好的互相关特性(即正交特性)，通过使用已知的扩频序列作为接收机本地的参考信号，常规的解调方法都是通过寻找与接收序列最相关的本地参考信号来完成。当接收信号中的扩频序列和参考信号中的某一个扩频序列最相关时，相关值会表现出一个峰值，而与其它本地扩频序列进行相关操作时，相关值接近于零。为了保证解码的准确性能，在数字域对接收信号进行处理时，一般需要2倍信号带宽以上的采样率对接收信号进行采样，以防止接收信号在数字接收时产生失真，从而影响接收信号与本地扩频序列的相关性。

但是，对于多倍过采样的接收信号与本地序列相关时，需要进行大量的乘法。对于扩频增益16的扩频序列，2倍采样后本地序列由32个复数组成，每完成2倍过采样的接收序列与一组本地扩频序列的相关，就需要32个复数乘法。对于基于标准IEEE802.15.4b发射方案无线网络，调制系统由16个本地序列构成的扩频序列构成，所以完成一次解码就需要将接收信号分别与16组本地序列相关，因此需要16*32个复数乘法。这样会带来较大的复杂度，需要消耗较高的功率，以及给系统的实时性带来一定的困难。

为了能够利用相关实时地实现数字解调，并降低相关算法的功耗和复杂度，需要将大量的复数乘法进行合并或者删减。

发明目的

本发明的目的是提出一种短程无线网络中接收数据的解码方法，在不改变性能的前提下，解决扩频系统解码算法的复杂度问题。在解码方法中，利用本地扩频序列在两倍过采样条件下，对应采样点间的相位关系，得到解码估计的值。

本发明提出的短程无线网络中接收数据的解码方法，包括以下各步骤：

(1)对短程无线网络中本地扩频调制复序列进行共轭相关操作，得到一组权值序列；

(2)对短程无线网络中本地扩频调制复序列的第一个本地序列进行频偏补偿，得到频偏补偿后的本地扩频序列；

(3)将上述频偏补偿后的本地扩频序列与短程无线网络中同步接收信号序列中的对应点分别进行共轭相乘，得到一个相关值序列；

(4)将上述相关值序列分别与上述每个权值序列进行相关操作，得到一组与权值序列相对应的相关值；

(5)与上述最大相关值相对应的序列位置的二进制表示，即为发送端的数据比特。

上述方法中，对短程无线网络中本地扩频调制复序列进行共轭相关操作，得到一组权值序列的方法，包括以下各步骤：

(1)对本地扩频序列进行采样，并将其表示成复数序列；

(2)将上述复数序列分别与第一个本地复数扩频序列中的对应点共轭相乘，得到一组权值序列。

本发明提出的短程无线网络接收数据的解码方法，具有以下优点：

(1)本发明方法中只是根据本地序列的特性，发明了一种新的构造本地序列的方法，只用4个值表示，而不再用复数信号序列表示，从而减少了寄存器的数量和存储空间，并且不会改变接收解码性能；

(2)本发明方法中本地扩频调制复序列进行共轭相关操作得到的权值序列只有{1，-1，i，-i}这4个取值的可能，因此结合硬件的实际操作问题，可将传统的相关解码需要的大量复数乘法，变成由简单的加法和位操作来实现，很大程度的减少了计算量；

(3)本发明方法不受频偏补偿的影响，并且整个数据包只需要对本地复扩频序列做一次相偏补偿即可，而不需要在每次解码运算中都进行补偿，从而减少了数据解调的计算量。

附图说明

图1是最小相移键控调制下发射采样信号的四种可能波形。

图2是本地复扩频序列的实部和虚部的四种组合方式示意图。

具体实施方式

本发明提出的短程无线网络中的数据解码方法，首先对短程无线网络中本地扩频调制复序列进行共轭相关操作，得到一组权值序列；对短程无线网络中本地扩频调制复序列的第一个本地序列进行频偏补偿，得到频偏补偿后的本地扩频序列；将频偏补偿后的本地扩频序列与短程无线网络中同步接收信号序列中的对应点分别进行共轭相乘，得到一个相关值序列；将相关值序列分别与上述每个权值序列进行相关操作，得到一组与权值序列相对应的相关值；与最大相关值相对应的序列位置的二进制表示，即为发送端的数据比特。

上述方法中，对短程无线网络中本地扩频调制复序列进行共轭相关操作，得到一组权值序列的方法，包括以下各步骤：

(1)对本地扩频序列进行采样，并将其表示成复数序列；

(2)将上述复数序列分别与第一个本地复数扩频序列中的对应点共轭相乘，得到一组权值序列。

基于IEEE802.15.4b标准的无线网络系统中，发射信号采用最小相移健控(MSK)调制方式，这样发射信号的相位随着时间是连续变化的，避免了相位突变，降低了信号带宽以外的频率相应，并且调制后的复数信号模值恒为1，可以表示为 $S_{k,i}=e^{j{\mathrm{\θ}}_{k,i}},$ 即本地扩频序列只与相位有关系。表示成复数信号如图1所示，其中的I路表示复数信号的实部，Q路表示复数信号的虚部。因此复数信号的相位就表示了信号实部与虚部的相对关系。

在该标准规定的调制方案中，本地扩频码有16个复扩频序列。解码时需要将采样接收信号分别与16个本地扩频序列的相关，该相关值可表示为：

$\left|R_k\right|=|\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i\·S_{k,i}^{*}|$

其中，r_i为采样接收信号，S_k，i为第k个本地扩频序列的第i个采样，L表示一个码元周期Ts长时间内的采样点个数。

在每个码元周期Ts解码时，需要将采样接收信号分别与16个本地扩频序列进行相关。在2MHz采样率的条件下，一个码元周期Ts时间内包含L＝32个采样接收信号，因此每个相关值的获得需要32次复乘和31次复数加法。每完成一个码元的解码就需要32*16＝512次复乘和31*16＝496次复数加法。

在本发明过程中，首先要构造一组新的16个权值序列来取代16个本地扩频序列。由于该无线网络系统采用最小相移健控的调制方式，本地扩频序列的的采样信号表示为 $S_{k,i}=e^{j{\mathrm{\θ}}_{k,i}}$ 所以权值序列w_k，i可以利用每一个本地扩频序列与第一个扩频序列的相位相对关系来表示：

$S_{k,i}=e^{j{\mathrm{\θ}}_{k,i}}=e^{j{\mathrm{\θ}}_{l,i}}=e^{j{\mathrm{\θ}}_{l,i}}{e}^{j{\mathrm{\Ω}}_{k,i}}=S_{l,i}\·w_{k,i}$

其中，θ_k，i表示第k组本地扩频序列的第i个采样的相位，θ_l，i表示第一个本地扩频序列的第i个采样的相位，Ω_k，i表示第k个本地扩频序列的第i个采样采样与第一个本地扩频序列的第i个采样采样的相位差，S_l，i表示第一个本地扩频序列， $w_{k,i}=e^{j{\mathrm{\Ω}}_{k,i}}$ 表示第k各本地扩频序列相对于第一个本地扩频序列的关系。

在MSK调制方式下，以两倍过采样方式为例，本地复扩频序列的实部和虚部只可能有四种组合方式，如附图2所示，实部信号波形和虚部信号波形分别用实线和虚线标志。从图2中可以看出，采样点只有s1、s2、s3三种可能，对于采样点s1，只有0、π两种相位，每种相位互相转化只有1，-1两种情况；对于采样点s2，只有π/4、3π/4、5π/4、7π/4四种相位，每种相位互相转化只有1，-1，i或-i四种情况；对于采样点s3，只有π/2、3π/2两种相位，每种相位互相转化只有1，-1两种情况。因此，w_k，i的取值只有1，-1，i，-i四种可能。

这样，接收信号与任一本地扩频序列的相关值可以表示为，

$\left|R_k\right|=|\underset{i-1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{r_i}^{*}\•S_{k,i}|=|\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{r_i}^{*}\•(S_{l,i}\·w_{k,i})|=|\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}({r_i}^{*}\•S_{l,i})\•w_{k,i}|$

由于在基于IEEE802.15.4b标准的无线网络通信系统的解码算法中使用的是非相干解调，所以对于存在频偏影响的情况下，必须在对采样接收信号在解码前进行频偏补偿。

在本发明中，考虑将估计的频偏补偿在本地扩频序列上，这样可以避免每次解调试都必须进行的频偏补偿，从而有效的减少计算量：

其中，表示估计频偏。

再将补偿频偏后的第一个本地扩频序列与采样接收信号复乘得到相关值序列，

$r_i^{\′}=r_i^{*}\text{.}{\hat{S}}_{l,i},$ 然后根据新构造的权值序列(w_k，i)对上面的乘法值进行相关操作得到相关值， $\left|R_k\right|=|\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i^{\′}\•w_{k,i}|,$ 从上述相关值|R_k|中选取最大的一个值，与该最大相关值相对应的序列位置k的二进制表示，即为发送端的数据比特。

在计算相关值时，对接收信号与第一组本地扩频序列的相关值进行加权运算的w_k，i在硬件实现时可通过四种位操作来实现(表1)。

表1硬件实现的位操作与权值序列参数的对应关系表

w<sub>k，i</sub>	(r<sub>i</sub><sup>*</sup>·S<sub>l，i</sub>)·w<sub>k，i</sub>
		l	不用操作
-l	取反
		i	先把实部与虚部的地址互换，然后实部取反
-i	先把实部与虚部的地址互换，然后虚部取反

Claims (1)

1.一种短程无线网络中接收数据的解码方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：

(1)对短程无线网络中本地扩频调制复序列进行共轭相乘操作，得到一组权值序列，包括以下各步骤：

(a)对本地扩频序列进行采样，并将采样序列表示成复数序列；

(b)将上述复数序列分别与第一个本地复数扩频序列中的对应点共轭相乘，得到一组权值序列；

(2)对短程无线网络中本地扩频调制复序列的第一个本地序列进行频偏补偿，得到频偏补偿后的本地扩频序列；

(3)将上述频偏补偿后的本地扩频序列与短程无线网络中同步接收信号序列中的对应点分别进行共轭相乘，得到一个相关值序列；

(4)将上述相关值序列分别与上述每个权值序列相乘后再相加，得到一组与权值序列相对应的相关值；

(5)与上述最大相关值相对应的序列位置的二进制表示，即为发送端的数据比特。