CN110401608B - 用于开/关键控（ook）通信的位同步 - Google Patents

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Abstract

描述了用于开/关键控(OOK)通信的方法和系统。在一个实施例中，一种用于OOK通信的方法涉及检测OOK调制的序列的平均码元能量和响应于所检测的平均码元能量执行所述OOK调制的序列的位同步。还描述了其它实施例。

Description

用于开/关键控(OOK)通信的位同步
技术领域
本发明的实施例大体上涉及通信方法和系统，以及更具体地说，涉及用于开/关键控(OOK)通信的方法和系统。
背景技术
在OOK调制中，数字数据由载波信号的存在或不存在表示。具体地说，逻辑1由载波信号的存在表示，且逻辑0由载波信号的不存在表示。OOK调制的序列的位同步可能会影响OOK接收/解调的质量，尤其是在低信噪比(SNR)和高码间干扰(ISI)条件下。举例来说，不正确或次优的位同步可能会导致设定不正确或次优的振幅阈值以用于检测载波信号的存在，从而可能会产生不正确的解调结果。
发明内容
描述了用于OOK通信的方法和系统。在一个实施例中，一种用于OOK通信的方法涉及检测OOK调制的序列的平均码元能量和响应于所检测的平均码元能量执行OOK调制的序列的位同步。还描述了其它实施例。
在一个或多个实施例中，检测OOK调制的序列的平均码元能量涉及移除OOK调制的序列的寄生直流电(DC)分量以生成输出序列。
在一个或多个实施例中，移除OOK调制的序列的寄生直流电(DC)分量涉及使滤波器模板与OOK调制的序列相关以使用方波副载波匹配滤波器单元检测OOK调制的序列中滤波器模板的存在。
在一个或多个实施例中，检测OOK调制的序列的平均码元能量进一步涉及从输出序列移除边带区段或从输出序列移除幅值低于阈值的信号区段以生成整流输出序列。
在一个或多个实施例中，检测OOK调制的序列的平均码元能量进一步涉及使滤波器模板与整流输出序列相关以使用移动平均低通滤波器单元检测整流输出序列中滤波器模板的存在。
在一个或多个实施例中，OOK通信装置包括：匹配滤波器，其被配置成检测OOK调制的序列的平均码元能量；和位同步匹配滤波器，其被配置成响应于所检测的平均码元能量执行OOK调制的序列的位同步。
在一个或多个实施例中，匹配滤波器包括方波副载波匹配滤波器单元，所述方波副载波匹配滤波器单元被配置成移除OOK调制的序列的寄生直流电(DC)分量以生成输出序列。
在一个或多个实施例中，方波副载波匹配滤波器单元被配置成使滤波器模板与OOK调制的序列相关以检测OOK调制的序列中滤波器模板的存在。
在一个或多个实施例中，匹配滤波器进一步包括信号整流单元，所述信号整流单元被配置成从输出序列移除边带区段或从输出序列移除幅值低于阈值的信号区段以生成整流输出序列。
在一个或多个实施例中，匹配滤波器进一步包括移动平均低通滤波器单元，所述移动平均低通滤波器单元被配置成使滤波器模板与整流输出序列相关以检测整流输出序列中滤波器模板的存在。
将从借助于本发明原理的例子而描绘的结合附图进行的以下详细描述中显而易见本发明的实施例的其它方面和优点。
附图说明
图1是根据本发明的一实施例的位同步器的示意性框图。
图2和3示出图1中所描绘的位同步器的匹配滤波器(MF)的操作的例子。
图4和5示出图1中所描绘的位同步器的同步匹配滤波器(SYNC-MF)的操作的例子。
图6描绘图1中所描绘的位同步器的SYNC-MF的实施例。
图7描绘图1中所描绘的位同步器的位-栅格确定器的实施例。
图8描绘对应于图7中所描绘的位-栅格确定器的信号时序图。
图9是根据本发明的一实施例的用于OOK通信的方法的过程流程图。
在整个描述中，类似的附图标记可用于识别类似的元件。
具体实施方式
将容易理解，如本文中大体上描述且在附图中所示出的实施例的组件可以广泛多种不同的配置来布置和设计。因此，以下如图中所表示的各种实施例的详细描述并非意图限制本公开内容的范畴，而仅仅是表示各种实施例。虽然在图式中呈现了实施例的各种方面，但除非特别地指示，否则所述图式未必按比例绘制。
所描述实施例应视为在所有方面均仅为说明性而非限制性的。因此，本发明的范畴由所附权利要求书而不是由此详细描述来指示。在权利要求书的等效物的含义和范围内的所有变化都涵盖在权利要求书的范畴内。
贯穿本说明书提到特征、优点或类似语言并不暗示可通过本发明实现的所有特征和优点应该在或在任何单一实施例中。相反，提到所述特征和优点的语言应理解成结合实施例所描述的具体特征、优点或特性包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书对特征和优点的论述以及类似语言可能但未必指代同一实施例。
此外，本发明的所描述特征、优点和特性可用任何合适的方式在一个或多个实施例中组合。相关领域的技术人员将认识到，鉴于本文中的描述，本发明可在无特定实施例的具体特征或优点中的一个或多个的情况下实践。在其它情况下，可能在某些实施例中识别出可能不存在于本发明的所有实施例中的额外特征和优点。
贯穿本说明书对“一个实施例”、“实施例”或类似语言的参考意味着结合所指示的实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”和类似语言可能但未必全部都指代同一实施例。
图1是根据本发明的一实施例的位同步器100的示意性框图。位同步器可用于各种通信装置。在图1中所描绘的实施例中，位同步器是OOK通信装置150的组件，例如，OOK解调器。在一些实施例中，OOK通信装置是智能卡装置或智能卡读取器装置，所述智能卡装置或智能卡读取器装置可能够与国际标准化组织(ISO)14443型A106k标准、ISO 15693 ICODE标准和ISO 18000 3M3射频识别(RFID)标准兼容。
在图1中所描绘的实施例中，位同步器100包括匹配滤波器(MF)102、同步匹配滤波器(SYNC-MF)104、位-栅格确定器106和位限幅器108。位同步器的各种组件可实施于硬件(例如，数字逻辑或模拟电路)、存储在非暂时性计算机可读媒体中的软件或存储在非暂时性计算机可读媒体中的硬件和软件的组合中。尽管位同步器在图1中示出为包括某些组件，但在一些实施例中，位同步器包括更多或更少组件以实施更多或更少功能。
一些位同步器实施方案依赖于第一位/码元或位/码元序列的检测以限定位边界/栅格。在这些位同步器实施方案中，不正确或次优的位-栅格决策会损害信号接收/解调的质量。然而，基于对第一位/码元或位/码元序列的检测限定位边界/栅格会限制一个副载波周期的持续时间的处理增益，这关于通常为副载波周期的一部分的实际数据速率是次优的。另外，使用数据速率与副载波周期之间的精确比率以用于解码还易出错，因为码间干扰(ISI)(在OOK调制期间通常作为寄生DC可见)可能会错误地触发副载波检测阈值且可能会扭曲同步时刻。与基于对第一位/码元或位/码元序列的检测限定位边界/栅格的位同步器实施方案相比，图1中所描绘的位同步器100可通过以下方式检测OOK调制的序列的位边界/栅格：检测OOK调制的序列的平均码元能量和响应于平均码元能量执行OOK调制的序列的位同步。因此，图1中所描绘的位同步器100可在低信噪比(SNR)和高ISI条件下实现高同步概率。
位同步器100的匹配滤波器102被配置成检测OOK调制的序列的平均码元能量。匹配滤波器可安置于信号路径上，在模/数转换器(ADC)(图1中未示出)之后，所述模/数转换器可连接到天线或有线通信接口。在一些实施例中，匹配滤波器被配置成使已知信号或模板与所接收的OOK调制信号相关以检测所接收的OOK调制信号中模板的存在。匹配滤波器可用于在存在附加的随机噪声的情况下提高信噪比(SNR)。
在图1中所描绘的实施例中，匹配滤波器102包括方波副载波匹配滤波器(SWSCMF)单元110、信号整流单元112和移动平均低通滤波器(MALP)单元114。SWSCMF单元被配置成移除OOK调制的序列的寄生直流电(DC)分量。SWSCMF单元可被配置成使滤波器模板与所接收的OOK调制的序列相关以检测所接收的OOK调制的序列中滤波器模板的存在。信号整流单元被配置成从SWSCMF单元的输出移除信号区段。在一些实施例中，信号整流单元被配置成从输出序列移除边带区段和/或从输出序列移除幅值低于阈值的信号区段以生成整流输出序列。举例来说，信号整流单元可从SWSCMF单元的输出移除边带区段和/或向MALP单元提供SWSCMF单元的输出的绝对值区段。MALP单元被配置成基于SWSCMF单元的输出检测OOK调制的序列的平均码元能量。在一实施例中，MALP单元被配置成使滤波器模板与来自信号整流单元的整流输出序列相关以检测整流输出序列中滤波器模板的存在。OOK调制的序列的平均码元能量表征有中心峰值，所述中心峰值也被称为相关性最大值。中心峰值可用于限定同步匹配滤波器104的同步时刻。
图2和3示出图1中所描绘的位同步器100的匹配滤波器102的SWSCMF单元110、信号整流单元112和MALP单元114的操作的例子。具体地说，图2示出匹配滤波器的输入OOK调制的序列260、SWSCMF单元的滤波器模板262和SWSCMF单元的输出264。如图2中所示出，SWSCMF单元的输入OOK调制的序列具有寄生DC分量(由未标记的左下方箭头所指示)和信号LMA分量(由未标记的左上方箭头所指示)。SWSCMF单元的滤波器模板与输入OOK调制的序列具有类似模式。通过使滤波器模板与输入OOK调制的序列相关，生成SWSCMF单元的不具有寄生DC分量的输出。如图2中所示出，SWSCMF单元的输出包括滤波器初始设定(例如，边带区段)266和信号区段268。
图3示出MALP单元114的输入序列(例如，其中滤波器初始设定和信号区段的ABS值被移除)270、MALP单元的滤波器模板272和MALP单元的输出274。如图3中所示出，MALP单元的输入序列通过以下方式生成：使用信号整流单元112移除SWSCMF单元110(图2中所示出)的输出的滤波器初始设定和通过使用信号整流单元获得SWSCMF单元的输出的剩余信号区段的绝对值。MALP单元的滤波器模板与SWSCMF单元的滤波器模板具有类似模式。通过使MALP单元的滤波器模板与MALP单元的输入序列相关，生成OOK调制的序列的平均码元能量，其可被增益补偿。
返回到图1，位同步器100的SYNC-MF 104被配置成响应于所检测的平均码元能量执行在位同步器处接收的OOK调制的序列的位同步。在一些实施例中，SYNC-MF被配置成使已知信号或模板与来自匹配滤波器102的输出相关。在一实施例中，位同步匹配滤波器被进一步配置成根据平均码元能量的一阶求导确定同步时刻。SYNC-MF可并入有正使用的数据速率的完全等效的时间单位(ETU)，其是载波频率(时基基准)的倍数。
图4和5示出图1中所描绘的SYNC-MF 104的操作的例子。具体地说，图4示出MALP单元114的输出序列480、SYNC-MF的滤波器模板482和SYNC-MF在高SNR下的输出484。如图4中所示出，SYNC-MF的滤波器模板482与MALP单元的输出序列480具有类似模式。通过使SYNC-MF的滤波器模板482与MALP单元的输出序列480相关，生成输出484，其是平均信号能量模式随时间的复本。图5示出MALP单元的输出序列580、SYNC-MF的滤波器模板582和SYNC-MF在低SNR下的输出584。如图5中所示出，SYNC-MF的滤波器模板582与MALP单元的输出序列580具有类似模式。通过使SYNC-MF的滤波器模板582与MALP单元的输出序列580相关，生成输出584，其是平均信号能量模式随时间的复本。SYNC-MF在低SNR下的同步时刻不受噪音和额外寄生DC分量影响。SYNC-MF可在低SNR条件下提供大量处理增益且因此提供优异性能。
图6描绘图1中所描绘的SYNC-MF 104的实施例。在图6中所描绘的实施例中，SYNC-MF 604包括：加法器622、624、626；乘法器628；延迟元件630、632、634、636；和硬件移位器(HSR)638。延迟元件630、632是具有(N+1)/2采样延迟的延迟元件，其中N是奇整数。延迟元件634、636是具有1采样延迟的延迟元件。HSR被配置成执行右移操作，其等效于除以2。图6中所描绘的SYNC-MF 604是图1中所描绘的SYNC-MF 104的可能实施方案。然而，图1中所描绘的SYNC-MF 104可按与图6中所描绘的SYNC-MF 604不同的方式实施。本发明不限于图6中所描绘的SYNC-MF 104的特定实施方案。
在一些实施例中，输入序列x[n](n是位置整数)被输入延迟元件630和加法器622，输出序列由加法器622生成，输出序列Δy[n]由加法器624生成，输出序列y[n]由加法器626生成，且输出序列||y[n]||由HSR 638生成。在一实施例中，SYNC-MF 604是有限脉冲响应(FIR)，所述有限脉冲响应具有三角形形状的滤波器模板，例如[1，2，3，...，N，N-1，...，3，2，1]。SYNC-MF的脉冲响应可表达为：
其中bi限定SYNC-MF的脉冲响应的第i个系数。为简单起见，考虑SYNC-MF的9个分接头的等腰三角形形状的脉冲响应。首先，方程式(1)的主传递函数可被扩展为：
y[n-1]＝x[n-1]+2x[n-2]+3x[n-3]+4x[n-4]+5x[n-5]...+4x[n-6]+3x[n-7]+2x[n-8]+x[n-9]，
y[n]＝x[n]+2x[n-1]+3x[n-2]+4x[n-3]+5x[n-4]...+4x[n-5]+3x[n-6]+2x[n-7]+x[n-8]，
Δy＝y[n]-y[n-1]
y[n]＝y[n-1]+Δy. (2)
根据方程式(2)的扩展的传递函数，中间迭代滤波器输出可被求导为：
y[n]＝y[n-1]+x[n]+x[n-1]+x[n-2]+x[n-3]+x[n-4]...-x[n-5]-x[n-6]-x[n-7]-x[n-8]-x[n-9] (3)
通过执行方程式(2)的额外求导，其可被求导为：
Δy[n]＝x[n]+x[n-1]+x[n-2]+x[n-3]+x[n-4]...-x[n-5]-x[n-6]-x[n-7]-x[n-8]-x[n-9]
Δy[n-1]＝x[n-1]+x[n-2]+x[n-3]+x[n-4]+x[n-5]...-x[n-6]-x[n-7]-x[n-8]-x[n-9]-x[n-10]
其可进一步被求导为：
y[n]＝y[n-1]+Δy[n]. (5)
同步时刻由SYNC-MF的输出的一阶求导确定。一阶求导传递函数可表达为：
HZC(z)＝1-z-1 (6)
返回到图1，位同步器100的位-栅格确定器106被配置成基于来自SYNC-MF 104的输出确定在位同步器处接收的OOK调制的序列的位边界。在一些实施例中，位-栅格确定器基于SYNC-MF 104的输出的一阶求导的过零确定在位同步器处接收的OOK调制的序列的位边界。位-栅格确定器可用一个或多个数字逻辑电路予以实施。
图7描绘图1中所描绘的位同步器100的位-栅格确定器106的实施例。在图7中所描绘的实施例中，位-栅格确定器706包括：加法器740；延迟元件742、744、746；和符号逻辑748。延迟元件742、744、746是具有1采样延迟的延迟元件。符号逻辑被配置成执行符号有关的操作。图7中所描绘的位-栅格确定器706是图1中所描绘的位-栅格确定器106的可能实施方案。然而，图1中所描绘的位-栅格确定器106可按与图7中所描绘的位-栅格确定器706不同的方式实施。本发明不限于图7中所描绘的位-栅格确定器706的特定实施方案。
在位-栅格确定器706的操作中，SYNC-MF 104的输出信号(sync_filt_out)750被输入延迟元件742和加法器740。当输出信号(sync_filt_out)750从正斜率改变为负斜率或从负斜率改变为正斜率时的情况用于建立同步时刻。加法器的输出信号(sync_filt_out_diff)752被输入符号逻辑748，所述符号逻辑748对信号752执行符号有关的操作以生成输出信号(sync_bc)754。在一实施例中，如果输出信号(sync_filt_out_diff)752大于或等于零，那么对应输出信号(sync_bc)754被设定成逻辑1，且如果输出信号(sync_filt_out_diff)752低于/小于零，那么对应输出信号(sync_bc)754被设定成逻辑0。延迟元件744使信号754延迟以生成延迟信号(sync_bc_d1)756。延迟元件746使延迟信号756延迟以生成延迟输出信号(sync_bc_d2)758。信号756、758可用于帧起始(SOF)检测。
图8描绘对应于图7中所描绘的位-栅格确定器706的信号时序图。具体地说，图8中所描绘的信号时序图示出SYNC-MF 104的输出信号(sync_filt_out)750的例子和信号(sync_bc)754的缩放版本854。如图8中所示出，信号(sync_bc)754的缩放版本854指示输出信号(sync_filt_out)750的斜率改变。
返回到图1中所描绘的位同步器100，位限幅器108被配置成基于由位-栅格确定器106确定的位边界和来自匹配滤波器102的输出从在位同步器处接收的OOK调制的序列生成位。在一些实施例中，位限幅器将半位-栅格处的SYNC-MF 104的输出值与位-栅格时刻处的SYNC-MF的输出值进行比较。倘若半位-栅格处的SYNC-MF 104的输出值小于或等于位-栅格时刻处的SYNC-MF的输出值，那么所述位限幅器108被确定为逻辑‘1’，否则所述位限幅器108被确定为逻辑‘0’。位限幅器可用一个或多个数字逻辑电路予以实施。
图9是根据本发明的一实施例的用于OOK通信的方法的过程流程图。流程图开始于“起始(Start)”(上部未标记椭圆中所示出)。在框902处，检测OOK调制的序列的平均码元能量。在框904处，响应于所检测的平均码元能量执行OOK调制的序列的位同步。流程图结束于“结束(End)”(如下部未标记椭圆中所示出)。
已描述或描绘的实施例的各种组件或单元可实施于硬件、存储在非暂时性计算机可读媒体中的软件或存储在非暂时性计算机可读媒体中的硬件和软件的组合中。非暂时性计算机可读媒体可为电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统(或设备或装置)，或传播媒体。非暂时性计算机可读媒体的例子包括半导体或固态存储器、磁带、可移除计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘和光盘。光盘的当前例子包括只读存储器光盘(CD-ROM)、读取/写入光盘(CD-R/W)、数字视频光盘(DVD)和蓝光盘。此外，已描述或描绘的实施例的各种组件或单元可实施于处理器中，所述处理器可包括多功能处理器和/或专用处理器。
尽管以特定次序示出和描述了本文中的方法的操作，但可更改所述方法的操作次序，从而使得可按逆序执行某些操作，或从而使得可至少部分地与其它操作同时执行某些操作。在另一实施例中，可按间断的和/或交替的方式实施不同操作的指令或子操作。
另外，尽管已描述或描绘的本发明的具体实施例包括本文中所描述或描绘的若干组件，但本发明的其它实施例可包括更少或更多组件以实施更少或更多特征。
此外，尽管已描述和描绘了本发明的具体实施例，但本发明不限于如此描述和描绘的部分的具体形式或布置。本发明的范畴将由在此所附的权利要求书及其等效物限定。

Claims (10)

1.一种用于开/关键控OOK通信的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过匹配滤波器检测OOK调制的序列的平均码元能量；和
通过位同步匹配滤波器响应于所检测的平均码元能量执行所述OOK调制的序列的位同步；
其中，
通过所述位同步匹配滤波器使已知信号或模板与来自所述匹配滤波器的输出相关并生成对应的输出；
通过位-栅格确定器基于来自所述位同步匹配滤波器的输出确定OOK调制的序列的位边界；
通过位限幅器基于由所述位-栅格确定器确定的位边界和来自所述匹配滤波器的输出从OOK调制的序列生成位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测所述OOK调制的序列的所述平均码元能量包括移除所述OOK调制的序列的寄生直流电DC分量以生成输出序列。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，移除所述OOK调制的序列的所述寄生直流电DC分量包括使滤波器模板与所述OOK调制的序列相关以使用方波副载波匹配滤波器单元检测所述OOK调制的序列中所述滤波器模板的存在。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，检测所述OOK调制的序列的所述平均码元能量进一步包括从所述输出序列移除边带区段或从所述输出序列移除幅值低于阈值的信号区段以生成整流输出序列。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，检测所述OOK调制的序列的所述平均码元能量进一步包括使滤波器模板与所述整流输出序列相关以使用移动平均低通滤波器单元检测所述整流输出序列中所述滤波器模板的存在。
6. 一种开/关键控OOK通信装置，其特征在于，所述OOK通信装置包括：
匹配滤波器，其被配置成检测OOK调制的序列的平均码元能量；和
位同步匹配滤波器，其被配置成响应于所检测的平均码元能量执行所述OOK调制的序列的位同步，
其中，所述位同步匹配滤波器被进一步配置成使已知信号或模板与来自所述匹配滤波器的输出相关并生成对应的输出；
所述装置进一步包括位-栅格确定器，所述位-栅格确定器被配置成基于来自所述位同步匹配滤波器的输出确定OOK调制的序列的位边界；
所述装置进一步包括位限幅器，所述位限幅器被配置成基于由所述位-栅格确定器确定的位边界和来自所述匹配滤波器的输出从OOK调制的序列生成位。
7.根据权利要求6所述的OOK通信装置，其特征在于，所述匹配滤波器包括方波副载波匹配滤波器单元，所述方波副载波匹配滤波器单元被配置成移除所述OOK调制的序列的寄生直流电DC分量以生成输出序列。
8.根据权利要求7所述的OOK通信装置，其特征在于，所述方波副载波匹配滤波器单元被配置成使滤波器模板与所述OOK调制的序列相关以检测所述OOK调制的序列中所述滤波器模板的存在。
9.根据权利要求7或8所述的OOK通信装置，其特征在于，所述匹配滤波器进一步包括信号整流单元，所述信号整流单元被配置成从所述输出序列移除边带区段或从所述输出序列移除幅值低于阈值的信号区段以生成整流输出序列。
10.根据权利要求9所述的OOK通信装置，其特征在于，所述匹配滤波器进一步包括移动平均低通滤波器单元，所述移动平均低通滤波器单元被配置成使滤波器模板与所述整流输出序列相关以检测所述整流输出序列中所述滤波器模板的存在。
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