CN101594160A - 一种短程无线网络中低中频接收系统的解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种短程无线网络中低中频接收系统的解码方法，首先接收短程无线网络中发送端发出的射频信号，直接对下变频后低中频信号进行采样得到基带接收信号；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；对本地扩频调制复序列的第一个序列上变频到低中频；将低中频本地序列与同步低中频接收信号进行共轭相乘，得到一个相关值序列；将相关值序列分别与每个权值序列进行相关操作，得到一组相关值；该最大相关值相对应的序列位置即为接收解调数据。本方法的优点是接收信号在射频端不需要进行第二次下变频，降低了系统的复杂度和计算量，减少了二次变频引入的镜像干扰，解码时只需将接收信号与第一个本地序列进行共轭相乘，降低了计算量。

Description

一种短程无线网络中低中频接收系统的解码方法

技术领域

本发明涉及一种短程无线网络中低中频接收系统的解码方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

无线网络中的接收端需要通过射频电路将无线信号采集下来，并进行解调处理恢复发送的原始数据。

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。

由于无线通信往往需要将信号调制到很高频率的载波进行发送，这样接收机只需要数十厘米长度以内的天线就可以实现接收。天线直接接收的信号是高频信号，根据奈奎斯特采样定理，为了保证信号不失真，需要至少2倍信号带宽的采样率进行采样。如果直接对天线接收的高频信号直接采样，需要非常高的采样率，对AD的要求非常高，且造价昂贵。因此通常先将高频信号下变频到低载波频段，再AD采样得到基带信号。

下变频主要有两种方式，一种是直接从高频下载到零中频的基带信号，但通常会引入比较大的支流分量，对信号产生较大的影响；另一种是先下变频到中心频率较低的载波频段，再将低中频信号下变频到零中频得到基带信号。但是两次下变频的实现复杂度较高，并且成本较高。另外在变频过程中还会产生镜像干扰，会对接收机性能产生影响。

为了降低两次下变频的实现复杂度，并且减少下变频引入的镜像干扰，设计了一种新的直接对低中频信号进行采样后进行数字信号解码的方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种短程无线网络中低中频接收系统的解码方法，在满足性能的前提下，直接对低中频接收信号进行解码的方法，解决实时信号解调的复杂度问题。

本发明提出的短程无线网络中低中频接收系统的解码方法，包括以下各步骤：

(1)接收短程无线网络中发送端发出的射频信号，直接进行下变频后得到中心频率为f₁的低中频接收信号；

(2)对上述接收的低中频信号直接进行采样得到基带数字信号，采样率为信号带宽的两倍，采样时间间隔为T_s；

(3)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；

(4)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数字上边频，载波频率为f₁，得到上变频后的本地扩频序列；

(5)将上述上变频后的本地序列与短程无线网络中的同步低中频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；

(6)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；

(7)与上述最大相关值相对应的序列位置的二进制表示，即为接收解调的结果，也就是发送端的数据比特。

上述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，包括以下步骤：

(1)对本地序列进行采样，并表示成复数序列，采样时间间隔为T_s；

(2)将上述复数扩频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中低中频接收系统的解码方法，具有以下优点：

(1)本发明利用了本地扩频复序列的特性，发明了一种通过构造新的本地低中频序列进行解调的方法，解码方法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，并且不改变接收解码性能；

(2)本发明低中频本地序列的构造和使用，减少了射频端从低中频载波下变频到零中频的过程以及需要的硬件，降低了设计复杂度和成本；

(3)本发明低中频本地序列的构造和使用，减少了信号从低中频下变频到零中频过程中引入的镜像干扰，有效地提高了解码性能；

(4)本发明方法中本地扩频复序列进行共轭相关操作得到的权值序列只有{1，-1，i，-i}共4种可能取值，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，极大地减少了计算量。

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

具体实施方法

本发明提出的短程无线网络中低中频接收系统的解码方法，首先接收短程无线网络中发送端发出的射频信号，进行下变频处理后得到低中频的接收信号，再进行采样后得到基带接收信号；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上变频到低中频，得到低中频的本地扩频序列；将低中频扩频序列与短程无线网络中的同步低中频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，即为接收解调数据比特。

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)对本地序列进行采样，并表示成复数序列，采样时间间隔为T_s；

(2)将上述复数扩频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IEEE 802.15.4b标准的无线网络系统中，发射信号采用最小相移键控调制方式，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响应，并且调制后的复数信号模值恒为1，可以表示为 $S_{k,i}=e^{j{\mathrm{\θ}}_{k,i}},$ 即本地序列只与相位有关系。表示成复数信号如图1所示，其中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个本地扩频序列进行共轭相关，该相关值可以表示为：

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

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T_c长时间内的采样点个数。

在本发明过程中，首先构造一组新的16个权值序列来取代16各本地扩频序列。由于该无线网络系统采用最小相移键控的调制方式，本地扩批序列的采样信号表示为 $S_{k,i}=e^{j{\mathrm{\θ}}_{k,i}},$ 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：

$S_{k,i}=e^{j{\mathrm{\θ}}_{k,i}}=e^{j{\mathrm{\θ}}_{1,i}}{e}^{j{\mathrm{\Ω}}_{k,i}}=S_{1,i}\·w_{k,i}$

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_1，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个采样相位与第一个本地扩频序列的第i个采样相位的相位差，S_1，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个本地扩频序列相对于第一个本地扩频序列的关系。

在本发明的实施例中，根据该标准确定的调制方案，接收短程无线网络中发送端发出的射频信号，进行下变频处理后，经过2倍采样得到基带接收信号，本地复扩频序列的实部和虚部只可能有四种组合方式，从附图2所示，实部信号波形和虚部信号波形分别用实现和虚线表示。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和π两种相位，每种相位互相转化只有1和-1两种情况；对于采样点s2，只有只有π/4，3π/4，5π/4，7π/4四种相位。而且对于每组采样位置的采样点，它们之间的相位互相转换关系只有1，-1，i，-i四种可能；对于采样点s3，只有π/2和3π/2两种相位，每种相位互相转化只有1和-1两种情况。因此，w_k，i的取值只有1，-1，i，-i四种取值可能。

接收信号进行下变频到低中频后，接收信号可以表示为：

r′_i＝real(r_i)·cos(2πf₁·i·T_s)+j·imag(r_i)·sin(2πf₁·i·T_s)

其中，f₁表示低频载波的中心频率。

降低一个本地扩频序列上变频到低中频f₁，该接收序列可以表示为：

$S_{1,i}^{\′}=S_{1,i}\·e^{-j2\mathrm{\π}{f}_1\·i\·T_c}=e^{j{\mathrm{\θ}}_{1,i}-2\mathrm{\π}{f}_1\·i\·T_c}$

这样，接收的低中频信号与任一本地扩频序列的相关值就可以表示为：

将上变频到低中频的第一个本地扩频序列与短程无线网络中的同步低中频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 ${\hat{r}}_i=r_i^{\′}\·S_{1,i}^{\′*},$ 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，

从上述相关值

中选取最大的一个值，与该最大相关值对应的序列位置k的二进制表示，即为接收解调的结果，也就是发送端的数据比特。

在计算相关值时，对接收信号与第一个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硬件实现的位操作与相位判断参数的对应关系表

象限	实部	虚部	移相操作步骤
				I	+	+	不用操作
II	-	+	先把实部与虚部的地址互换，然后实部取反
				III	-	-	实部虚部分别取反
IV	+	-	先把实部与虚部的地址互换，然后虚部取反

Claims (2)

1、一种短程无线网络中低中频接收系统的解码方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：

(1)接收短程无线网络中发送端发出的射频信号，直接进行下变频后得到中心频率为f1的低中频接收信号；

(2)对上述接收的低中频信号直接进行采样得到基带数字信号，采样率为信号带宽的两倍，采样时间间隔为T_s；

(3)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；

(4)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数字上边频，载波频率为f₁，得到上变频后的本地扩频序列；

(5)将上述上变频后的本地序列与短程无线网络中的同步低中频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；

(6)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；

(7)与上述最大相关值相对应的序列位置的二进制表示，即为接收解调的结果，也就是发送端的数据比特。

2、如权利要求1所述的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，其特征在于：

(1)对本地序列进行采样，并表示成复数序列，采样时间间隔为T_s；

(2)将上述复数扩频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。

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