CN104468431B

CN104468431B - 一种蓝牙系统数字信号频偏估计方法和装置

Info

Publication number: CN104468431B
Application number: CN201410849601.XA
Authority: CN
Inventors: 罗润树; 周文; 周一文
Original assignee: Allwinner Technology Co Ltd
Current assignee: Allwinner Technology Co Ltd
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2017-07-25
Anticipated expiration: 2034-12-29
Also published as: CN104468431A

Abstract

本发明公开了一种蓝牙系统数字信号频偏估计方法和装置，方法包括步骤：在蓝牙标准数据包各字段中寻找奇数位的二进制序列对，二进制序列对包括第一二进制序列和第二二进制序列，第一二进制序列和第二二进制序列互为反码，预存二进制序列对；计算接收到的蓝牙标准数据包中对应字段各数字信号的频率并生成二进制数字，在二进制数字中查找二进制序列对；如果存在二进制序列对，则计算第一二进制序列中间位数字对应频率的二分之一与第二二进制序列中间位数字对应频率的二分之一的频率和值。本发明简单、高效，具有较好的频偏估计性能，而且可以用于动态AGC的蓝牙系统中，降低了对射频模块的增益范围和模数转换的动态范围的要求。

Description

一种蓝牙系统数字信号频偏估计方法和装置

技术领域

本发明涉及蓝牙技术领域，具体涉及一种蓝牙系统数字信号频偏估计方法和装置。

背景技术

在通信系统中，由于接收机和发射机之间时钟的不同步会导致接收到的信号会有一定的频率偏移，若要正确同步和接收数据就需要接收机对接收到信号的频偏进行估计和补偿。

在蓝牙技术领域，现有技术采用preamble字段的信号进行频偏估计，要求AGC(自动增益控制)处于稳定状态。该方法对于RF(射频模块)的增益范围和ADC(模数转换)的动态范围要求较高，而且不利于提升接收机的灵敏度和抗临道干扰能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种蓝牙系统数字信号频偏估计方法和装置，克服现有技术采用preamble字段的信号进行频偏估计，不利于提升蓝牙系统接收机的灵敏度和抗临道干扰能力的缺陷。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种蓝牙系统数字信号频偏估计方法，包括步骤：

A1、在蓝牙标准数据包各字段中寻找至少一种奇数位的二进制序列对，该二进制序列对包括第一二进制序列和第二二进制序列，第一二进制序列和第二二进制序列互为反码，预存该二进制序列对；

A2、计算接收到的蓝牙标准数据包中对应字段各数字信号的频率并生成二进制数字，在该二进制数字中查找该二进制序列对；

A3、如果存在该二进制序列对，则计算第一二进制序列中间位数字对应频率的二分之一与第二二进制序列中间位数字对应频率的二分之一的频率和值，该频率和值即为频偏估计值。

根据本发明的具体实施例，还包括步骤：

A4、如果存在多种该二进制序列对，并计算出相应的频偏估计值，则将该频偏估计值进行累加平均，取得最佳频偏估计值。

根据本发明的具体实施例，第一二进制序列和第二二进制序列设为3位、5位或者7位数字的二进制序列。

根据本发明的具体实施例，该字段设为ACCESS CODE字段。

一种蓝牙系统数字信号频偏估计装置，包括分析单元、接收单元、查找单元和计算单元，该查找单元与该分析单元、该接收单元和该计算单元相连，该分析单元用于在蓝牙标准数据包各字段中寻找至少一种奇数位的二进制序列对，该二进制序列对包括第一二进制序列和第二二进制序列，第一二进制序列和第二二进制序列互为反码，并将该二进制序列对发送给该查找单元，该接收单元用于接收蓝牙标准数据包，计算接收到的蓝牙标准数据包中对应字段各数字信号的频率并生成二进制数字，将该二进制数字发送给该查找单元，该查找单元用于在该二进制数字中查找该二进制序列对，并将该二进制序列对中第一二进制序列和第二二进制序列中间位数字对应的频率发送给该计算单元，该计算单元用于计算第一二进制序列中间位数字对应频率的二分之一与第二二进制序列中间位数字对应频率的二分之一的频率和值，该频率和值即为频偏估计值。

根据本发明的具体实施例，该字段设为ACCESS CODE字段。

根据本发明的具体实施例，该计算单元将多组该频偏估计值进行累加平均，取得最佳频偏估计值。

实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：本发明简单、高效，具有较好的频偏估计性能，而且可以用于动态AGC(自动增益控制)的蓝牙系统中，降低了对RF(射频模块)的增益范围和ADC(模数转换)的动态范围的要求。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1为蓝牙系统数据包BR/EDR/LE格式示意图；

图2为GFSK调制过程示意图；

图3为GFSK系统信号传输的理想状态眼图；

图4为现有技术蓝牙系统信号传输眼图；

图5为本发明频偏估计方法流程图；

图6为本发明频偏估计装置模块图。

具体实施方式

如图1所示，Bluetooth以625us为一个时隙发送数据，包括BR/EDR/LE三种格式，其中，BR/EDR的preamble为4bit，LE为8bit，用于频率同步/定时同步/AGC(可以认为LE的ACCESS CODE是由Preamble和AccessAddress组成)。

如图2所示，Bluetooth的ACCESS CODE部分采用GFSK(Gaussian Frequency ShiftKeying)，高斯频移键控(GFSK)是一种连续相位的频移键控(CPFSK)调制技术，在FSK信号的基础上加了一个进行预滤波的高斯滤波器。

理想情况下发送信号的眼图如图3所示(Ft为信号载波频率)，

在实际接收的时候，接收端的时钟与发送端的时钟会有误差，因此接收到的信号在下变频到0频的时候会存在残留频偏fo。另外由于受到高斯滤波器的影响，当前符号的频率会受到前后符号的影响。如下列公式所示，a(n)是由发送的二进制序列映射成的±1序列，fs当前信号的频率，Δf_n为当前符号前第n个符号和后第n个对当前符号信号的影响，由于高斯滤波器的系数是对称的，因此前第n个和后第n个的影响相同，K为会影响当前符号最大符号间隔，由高斯滤波器系数长度决定：

fs＝a(n)*f_d+[a(n-1)+a(n+1)]*Δf₁+[a(n-2)+a(n+2)]*Δf₂+...[a(n-K)+a(n+K)]*Δf_K

以3个数字符号为例，前后各一个数字符号对当前符号影响的眼图如图4所示。其中0至T是一个符号周期，T/2为符号的采样时刻。频偏是fo，则1所对应的频率如图中圆圈所示，会在fo+fd附近，并受到旁边的其他符号的影响。

Bluetooth的ACCESS CODE采用GFSK调制，将‘1’调制到fd频率上，‘0’调制到-fd频率上。在接收端通过f1+f0可以计算得到频率偏移的估计值。本发明的方法就是在ACCESSCODE中找到可比较的1和0的符号对，通过其信号频率的相互抵消来得到频偏的估计值。可比较的1和0的位置的条件是在ACCESS CODE中能找出一个奇数个数的二进制序列，并能找出与其完全相反的另外一个序列，那么这两个序列的中间一个符号就是一个可比较的1和0符号对，将其频率值相加并除以2，得到频偏的估计值。

该方法可以应用于任何FSK的系统中。

举例：

假如发送序列如下：

1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1

接收信号的频率f0 f1..............................f17

那么可以从中找出可比较的序列对：

1，100/011

1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 (f1+f4)

1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 (f1+f15)

2，000/111

1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 (f2+f5)

1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 (f2+f16)

3，101/010

1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 (f7+f8)

4，00111/11000

1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 (f4+f12)

因此频偏的估计值为：

fo＝[(f1+f4)/2+(f1+f15)/2+(f2+f5)/2+(f2+f16)/2+(f7+f8)/2+(f4+f12)/2]/6。

如图5所示，本发明蓝牙系统数字信号频偏估计方法，包括步骤：

A1、在蓝牙标准数据包各字段中寻找至少一种奇数位的二进制序列对，二进制序列对包括第一二进制序列和第二二进制序列，第一二进制序列和第二二进制序列互为反码，预存二进制序列对；

A2、计算接收到的蓝牙标准数据包中对应字段各数字信号的频率并生成二进制数字，在二进制数字中查找二进制序列对；

A3、如果存在二进制序列对，则计算第一二进制序列中间位数字对应频率的二分之一与第二二进制序列中间位数字对应频率的二分之一的频率和值，频率和值即为频偏估计值。

进一步的优化是还包括步骤：

A4、如果存在多种二进制序列对，并计算出相应的频偏估计值，则将频偏估计值进行累加平均，取得最佳频偏估计值。

根据本发明的具体实施例，第一二进制序列和第二二进制序列设为3位、5位或者7位数字的二进制序列。根据本发明的具体实施例，字段设为ACCESS CODE字段。

如图6所示，本发明蓝牙系统数字信号频偏估计装置，包括分析单元、接收单元、查找单元和计算单元，查找单元与分析单元、接收单元和计算单元相连，分析单元用于在蓝牙标准数据包各字段中寻找至少一种奇数位的二进制序列对，二进制序列对包括第一二进制序列和第二二进制序列，第一二进制序列和第二二进制序列互为反码，并将二进制序列对发送给查找单元，接收单元用于接收蓝牙标准数据包，计算接收到的蓝牙标准数据包中对应字段各数字信号的频率并生成二进制数字，将二进制数字发送给查找单元，查找单元用于在二进制数字中查找二进制序列对，并将二进制序列对中第一二进制序列和第二二进制序列中间位数字对应的频率发送给计算单元，计算单元用于计算第一二进制序列中间位数字对应频率的二分之一与第二二进制序列中间位数字对应频率的二分之一的频率和值，频率和值即为频偏估计值。

根据本发明的具体实施例，计算单元将多组频偏估计值进行累加平均，取得最佳频偏估计值。

本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims

1.一种蓝牙系统数字信号频偏估计方法，其特征在于，包括步骤：

A1、在蓝牙标准数据包各字段中寻找至少一种奇数位的二进制序列对，所述二进制序列对包括第一二进制序列和第二二进制序列，第一二进制序列和第二二进制序列互为反码，预存所述二进制序列对；

A2、计算接收到的蓝牙标准数据包中对应字段各数字信号的频率并生成二进制数字，在所述二进制数字中查找所述二进制序列对；

A3、如果存在所述二进制序列对，则计算第一二进制序列中间位数字对应频率的二分之一与第二二进制序列中间位数字对应频率的二分之一的频率和值，所述频率和值即为频偏估计值。

2.根据权利要求1所述的蓝牙系统数字信号频偏估计方法，其特征在于，还包括步骤：

A4、如果存在多种所述二进制序列对，并计算出相应的频偏估计值，则将所述频偏估计值进行累加平均，取得最佳频偏估计值。

3.根据权利要求1所述的蓝牙系统数字信号频偏估计方法，其特征在于：第一二进制序列和第二二进制序列设为3位、5位或者7位数字的二进制序列。

4.根据权利要求3所述的蓝牙系统数字信号频偏估计方法，其特征在于：所述字段设为ACCESS CODE字段。

5.一种蓝牙系统数字信号频偏估计装置，其特征在于：包括分析单元、接收单元、查找单元和计算单元，所述查找单元与所述分析单元、所述接收单元和所述计算单元相连，所述分析单元用于在蓝牙标准数据包各字段中寻找至少一种奇数位的二进制序列对，所述二进制序列对包括第一二进制序列和第二二进制序列，第一二进制序列和第二二进制序列互为反码，并将所述二进制序列对发送给所述查找单元，所述接收单元用于接收蓝牙标准数据包，计算接收到的蓝牙标准数据包中对应字段各数字信号的频率并生成二进制数字，将所述二进制数字发送给所述查找单元，所述查找单元用于在所述二进制数字中查找所述二进制序列对，并将所述二进制序列对中第一二进制序列和第二二进制序列中间位数字对应的频率发送给所述计算单元，所述计算单元用于计算第一二进制序列中间位数字对应频率的二分之一与第二二进制序列中间位数字对应频率的二分之一的频率和值，所述频率和值即为频偏估计值。

6.根据权利要求5所述的蓝牙系统数字信号频偏估计装置，其特征在于：第一二进制序列和第二二进制序列设为3位、5位或者7位数字的二进制序列。

7.根据权利要求6所述的蓝牙系统数字信号频偏估计装置，其特征在于：所述字段设为ACCESS CODE字段。

8.根据权利要求5所述的蓝牙系统数字信号频偏估计装置，其特征在于：所述计算单元将多组所述频偏估计值进行累加平均，取得最佳频偏估计值。