CN110602131B - Wi-Fi到BLE的跨协议通信方法和装置 - Google Patents

Wi-Fi到BLE的跨协议通信方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种Wi‑Fi到BLE的跨协议通信方法和装置。所述方法包括：对BLE符号的每个比特进行拆分编码，生成初始相位序列；根据解码概率模型调整所述初始相位序列，得到使所述BLE符号被正确解码的概率最大的相位序列，所述解码概率模型为根据采样点落在指定相位时发生错误的概率确定；根据相位优化模型对所述相位序列进行优化，得到所述BLE符号的最优相位序列，所述相位优化模型为以Wi‑Fi的模拟误差最小为目标构建的目标函数；采用Wi‑Fi信号模拟目标波形，以进行Wi‑Fi到BLE的跨协议通信，所述目标波形为所述最优相位序列对应的时域波形。本发明实施例能够实现Wi‑Fi到BLE的跨协议通信，Wi‑Fi模拟误差小，且符号在接收端解码概率高。

Description

Wi-Fi到BLE的跨协议通信方法和装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种Wi-Fi到BLE的跨协议通信方法和装置。
背景技术
大规模的物联网应用带来了无线感知和控制应用的蓬勃发展。目前常用的无线网络标准最流行的3个是WiFi、ZigBee和蓝牙(Bluetooth)。WiFi、ZigBee和Bluetooth的工作频段都是2.4GHz免费的ISM(Industrial Scientific Medical)频段，在许多场景下，这些异质设备在物理空间中的共存不可避免的会导致各自无线通信系统受到对方的干扰以及相互的信道竞争。为了实现异质设备之间更有效的数据传输和频谱使用，这些异质设备之间需要进行信息的传输和交换。无线跨协议通信(CTC，Cross-Technology Communication)技术应运而生，它旨在异质设备之间能够实现直接的通信。
目前的跨协议通信技术主要有可以分为两类：数据包层的跨协议通信和物理层的跨协议。
数据包层的跨协议通信通过调制数据包的信号强度、包长、传输时间和信道状态信息来实现异质设备之间的信息交换。比如，WiZig在信号强度上实现了从WiFi到ZigBee的直接通信，通过调整WiFi设备的发射功率来传递信息。不同的信号强度代表不同的数据比特。Gap Sense通过调整数据包的包长实现了从WiFi到zigbee的数据传输，不同的包长可以被调制成不同的信息。FreeBee从时间维度上实现了从WiFi到ZigBee的直接通信，通过改变在异质设备之间广播信号的浮标beacon时间来传递信息。B2W2利用WiFi信道状态信息的变化实现了从蓝牙设备到WiFi设备的数据传输。但是，由于每秒传输的数据包是有限的，数据包层的跨协议通信的吞吐量比较低。
物理层的跨协议通信技术旨在让异质设备之间相互兼容，能够在物理层信号上实现跨协议通信。WEBee实现了用WiFi数据包的payload部分来模拟ZigBee标准时域信号的方法。ZigBee设备不需要修改硬件设备就能识别到WiFi信号并解码。BlueBee提出了用蓝牙信号模拟ZigBee信号的方法在物理层实现了蓝牙到ZigBee的跨协议通信。物理层的跨协议通信技术直接利用物理层的信号，因此可以有效的提高跨协议通信的速率和吞吐量。通常来说，发送端改变payload的内容，使得payload发出的波形或者产生的相偏序列和接收端想要的序列尽可能的相似。这样接收端就能按照自己的解码方法来解码发送端发出的信号，从而实现直接的跨协议通信。比如，WeBee(WIDE)改变Wi-Fi的payload来模拟ZigBee的波形(相偏序列)，从而实现Wi-Fi到ZigBee的跨协议通信。
但是，由于WiFi和ZigBee协议标准的不兼容，再加上发送端模拟信号的硬件限制。所以模拟出来的时域信号和标准的时域信号有比较大的差别，WiFi模拟出来的那个波形和接收端想要的标准的时域波形之间不是完全匹配的。实际上，很多现有的工作都需要依赖于接收端内置的容错机制来容忍模拟误差。比如，WeBee的接收端是ZigBee，有直接序列扩频(DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum)的容错机制。具体来说，DSSS设置了一个chip-symbol的映射序列表。ZigBee接收端将收到的32位的chip序列，按照最小汉明距离的规则，映射对应的symbol，从而实现解码。当chip序列发生的错误低于某一阈值时，ZigBee接收端利用DSSS方法能得到正确的symbol解码结果。但是，因为Wi-Fi模拟ZigBee信号的过程中产生的模拟误差，很多情况下，chip序列的错误也会导致解码的错误。所以，WeBee能够实现的ZigBee数据包接收率只有接近50％。更为严重的是，有些接收端，比如蓝牙，它不像ZigBee有类似于DSSS的容错机制。在这种情况下，如何能够实现可靠高效的跨协议通信就成了一个突出难题。
Wi-Fi到蓝牙的跨协议通信方法的挑战主要有以下三点：(1)Wi-Fi采用的OFDM编码，但BLE(Bluetooth Low Energy，低功耗蓝牙)采用的是GFSK编码方式。所以Wi-Fi信号并不能够被BLE直接接收；(2)Wi-Fi和BLE的重叠带宽是2M，但是Wi-Fi的可用的编码带宽是2M，BLE的解码能力是1M。这种不对称性也增大了Wi-Fi的模拟误差；(3)BLE接收端没有DSSS类似的容错机制，不能容忍Wi-Fi的模拟误差。
发明内容
针对现有技术问题，本发明实施例提供一种Wi-Fi到BLE的跨协议通信方法和装置。
本发明实施例提供一种Wi-Fi到BLE的跨协议通信方法，所述方法包括：
对BLE符号的每个比特进行拆分编码，生成初始相位序列；
根据解码概率模型调整所述初始相位序列，得到使所述BLE符号被正确解码的概率最大的相位序列，所述解码概率模型为根据采样点落在指定相位时发生错误的概率确定；
根据相位优化模型对所述相位序列进行优化，得到所述BLE符号的最优相位序列，所述相位优化模型为以Wi-Fi的模拟误差最小为目标构建的目标函数；
采用Wi-Fi信号模拟目标波形，以进行Wi-Fi到BLE的跨协议通信，所述目标波形为所述最优相位序列对应的时域波形。
本发明实施例提供一种Wi-Fi到BLE的跨协议通信装置，所述装置包括：
拆分单元，用于对BLE符号的每个比特进行拆分编码，生成初始相位序列；
调整单元，用于根据解码概率模型调整所述初始相位序列，得到使所述BLE符号被正确解码的概率最大的相位序列，所述解码概率模型为根据采样点落在指定相位时发生错误的概率确定；
优化单元，用于根据相位优化模型对所述相位序列进行优化，得到所述BLE符号的最优相位序列，所述相位优化模型为以Wi-Fi的模拟误差最小为目标构建的目标函数；
模拟单元，用于采用Wi-Fi信号模拟目标波形，以进行Wi-Fi到BLE的跨协议通信，所述目标波形为所述最优相位序列对应的时域波形。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述Wi-Fi到BLE的跨协议通信方法。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述Wi-Fi到BLE的跨协议通信方法。
本发明实施例提供的Wi-Fi到BLE的跨协议通信方法和装置，通过对BLE符号的每个比特进行拆分编码，生成相位序列，对相位序列进行调整使得符号被正确解码的概率最大，并根据相位优化模型得到使Wi-Fi的模拟误差最小的最优相位序列，采用Wi-Fi信号对最优相位序列的时域波形进行模拟，能够实现Wi-Fi到BLE的跨协议通信，Wi-Fi模拟误差小，且符号在接收端解码概率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的Wi-Fi到BLE的跨协议通信方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的拆分编码生成初始相位序列的示意图；
图3中(a)、(b)、(c)和(d)为本发明实施例提供的BLE符号为“1010”时相位调整的示意图；
图4中(a)和(b)为本发明实施例提供的BLE符号为“0000”或“1111”时利用相位周期性来保证相偏一致性的示意图；
图5为本发明实施例提供的BLE符号为“0000”时相位调整的示意图；
图6为本发明实施例提供的将相位序列进行转换的示意图；
图7为本发明实施例提供的Wi-Fi模拟BLE信号的示意图；
图8为本发明实施例提供的Wi-Fi到BLE的跨协议通信装置的结构示意图；
图9为本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在对本发明实施例进行详细阐述前，首先介绍BLE符号(BLE symbol)的概念。
一个Wi-Fi符号(Wi-Fi symbol)持续4us，一个BLE比特持续1us，所以一个Wi-Fisymbol能够模拟4个BLE比特。因此，本发明实施例定义BLE symbol的概念，由4个BLE比特组成。因此，一共有16(24)种不同的BLE symbol。任意一个BLE的数据包都是由着16种不同的BLE symbol组成的。
需要说明的是，相位是频率的积分。BLE想要的频率偏移信号可以转换成相位偏移信号。所以Wi-Fi设备可以模拟BLE的相位偏移信号，这样BLE接收端也能解码出想要的频率偏移。
图1示出了本发明一实施例提供的Wi-Fi到BLE的跨协议通信方法的流程示意图。
所述方法应用于Wi-Fi设备，如图1所示，所述方法包括：
S11、对BLE符号的每个比特进行拆分编码，生成初始相位序列；
具体地，Wi-Fi发送端将BLE信号的每个比特分成两部分，用拆分编码的方法产生两个不同的相位值。
图2示出了本发明实施例提供的拆分编码生成初始相位序列的示意图。
如图2所示，一个BLE的数据包(数据包Packet)都是由着16种不同的BLE symbol组成的，利用拆分编码的方法，能够将BLE symbol序列转换成2倍长度的相位序列，每个symbol包括4比特，则对应8位的相位序列，该相位序列对应产生一个阶梯状的时域波形。那么，Wi-Fi端就产生了一个阶梯状的相位序列能够满足BLE的相位偏移要求。
本发明实施例采样拆分编码的方法，Wi-Fi能够用更小的粒度来模拟BLE信号，从而有机会减小模拟误差。
S12、根据解码概率模型调整所述初始相位序列，得到使所述BLE符号被正确解码的概率最大的相位序列，所述解码概率模型为根据采样点落在指定相位时发生错误的概率确定；
具体地，Wi-Fi的循环前缀(Cyclic Prefix，CP)对BLE的相位序列会产生影响，因为Wi-Fi CP，一个Wi-Fi symbol的前0.8us和后0.8us的波形是完全一致的。一个BLE比特持续1us，所以模拟BLE序列的解码概率取决于第一个BLE比特和第四个BLE比特。当第一个BLE比特和第四个BLE比特相同时，Wi-Fi CP不会对相位序列产生有害影响，正确解码的概率是100％。当第一个BLE比特和第四个BLE比特不同时，则需要调整BLE的相位序列减小Wi-FiCP的影响。
解码概率模型则是根据采样点落在受Wi-Fi CP影响的相位的概率，以及落在受Wi-Fi CP影响的相位时发生错误的概率构建的，根据解码概率模型调整相位序列使得Wi-Fi循环前缀导致的错误率最小化，提高符号正确解码的概率。
S13、根据相位优化模型对所述相位序列进行优化，得到所述BLE符号的最优相位序列，所述相位优化模型为以Wi-Fi的模拟误差最小为目标构建的目标函数；
具体地，为了能够让Wi-Fi的模拟误差最小，本发明实施例提供一种相位优化模型。该模型以Wi-Fi的模拟误差最小为目标构建目标函数，以受Wi-Fi CP影响的相位需要满足相偏的要求，以及WiFi进行模拟可用的子载波数量为约束条件，将优化问题公式化，通过求解得到使得Wi-Fi的模拟误差最小的最优相位序列。
S14、采用Wi-Fi符号模拟目标波形，以进行Wi-Fi到BLE的跨协议通信，所述目标波形为所述最优相位序列对应的时域波形。
具体地，当找到最优的相位序列及其对应的时域波形后，Wi-Fi端修改payload模拟生成目标波形，并且将模拟信号作为一个正常的Wi-Fi数据包放出去。在BLE接收端，Wi-Fi payload就能够被BLE接收端识别成一个合法的BLE数据包，从而实现Wi-Fi到BLE的跨协议通信。
本发明实施例提供的Wi-Fi到BLE的跨协议通信方法，通过对BLE符号的每个比特进行拆分编码，生成相位序列，对相位序列进行调整使得符号被正确解码的概率最大，并根据相位优化模型得到使Wi-Fi的模拟误差最小的最优相位序列，采用Wi-Fi信号对最优相位序列的时域波形进行模拟，能够实现Wi-Fi到BLE的跨协议通信，Wi-Fi模拟误差小，且符号在接收端解码概率高。
在上述实施例的基础上，所述BLE符号由4个比特组成，每个比特持续1us；
所述对BLE符号的每个比特进行拆分编码，生成初始相位序列包括：
将BLE符号的每个比特拆分成相偏值相同的两部分，得到相偏序列；
根据所述相偏序列生成所述初始相位序列；
其中，所述相偏序列的表达式为：
∈＝(s0,s1,s2,s3,s4,s5,s6,s7)
所述初始相位序列根据以下公式生成：
Figure GDA0002521590680000071
其中，φ＝(x0,x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7)为初始相位序列，xi为相位值；
δi为每两个连续相位采样点的绝对相位偏移，δi＝(δ0,δ1,δ2,δ3,δ4,δ5,δ6,δ7)，δi的初始值为相偏单元Δ，Δ∈(0,π)；
xref表示参考相位，等于前一个BLE符号的最后一个相位值，若当前的BLE符号是一个BLE数据包的第一个符号，则xref设为0。
如图2所示，BLE symbol为β＝(b0,b1,b2,b3)，包括4个BLE比特，bk(k＝0,1,2,3)值是‘1’或者‘0’。比特值是‘1’代表相偏为正，比特值是‘0’代表相偏为负。BLE的采样周期和解码周期分别为0.5us和1us。将每1us的BLE信号分成两部分，这两部分的相偏值是一样的。BLE symbolβ的相偏序列(Sign of Phase shift)为∈＝(s0,s1,s2,s3,s4,s5,s6,s7)满足：
那么满足相偏要求的相位序列(Phase)为φ＝(x0,x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7)，其中xi(i＝0,1,…,7)是相位值，每个相位值持续0.5us。两个连续相位采样点的绝对相位偏移为δ＝(δ0,δ1,δ2,δ3,δ4,δ5,δ6,δ7)。假设初始值δi(i＝0,1,…,7)等于相偏单元Δ(Δ∈(0,π))，那么相位序列可以根据下面的公式生成：
Figure GDA0002521590680000081
在这里xref代表参考相位，等于前一个BLE symbol的最后一个相位值。如果当前的BLE symbol是一个BLE数据包的第一个symbol，xref设为0。
在上述实施例的基础上，所述解码概率模型为：
P＝1-(P(A)P(W|A)+P(B)P(W|B))
其中，P(A)为采样点落在相位x6前0.2us的概率，P(B)为采样点落在相位x6后0.3us的概率，P(W|A)代表采样点落在相位x6前0.2us时发生错误的概率，P(W|B)代表采样点落在相位x6后0.3us时发生错误的概率。
具体地，因为Wi-Fi CP会导致相位序列的前0.8us和后0.8us是一样的，并且一个BLE比特持续1us，所以模拟BLE序列的解码概率取决于第一个BLE比特和第四个BLE比特。当第一个BLE比特和第四个BLE比特相同时，Wi-Fi CP不会对相位序列产生有害影响，正确解码的概率是100％。当第一个BLE比特和第四个BLE比特不同时，调整BLE的相位序列减小Wi-Fi CP的影响，将正确解码的概率提高到70％。用以下的例子来解释具体的相位调整方法：
图3中(a)-(d)示出了本发明一实施例提供的BLE符号为“1010”时相位调整的示意图。
当BLE symbol是“1010”，对应的相偏序列是(“++--++--”)，加入Wi-Fi CP前、后的相位序列如图3中(a)和(b)所示。图3中(c)展示的是(3,3.2)us的局部相位。如图3中(d)所示，这种情况下P(W|A)＝P(W|B)＝50％，正确解码的概率是50％。接下来调整(3,3.2)us的相位满足
Figure GDA0002521590680000082
经过这样的调整，P(W|A)＝0，P(W|B)＝50％。这样，正确解码的概率就提高到了70％。
图4中(a)和(b)为本发明实施例提供的BLE符号为“0000”或“1111”时利用相位周期性来保证相偏一致性的示意图。
当BLE symbol是“0000”或者“1111”时，利用相位周期性来保证相偏一致性从而消除Wi-Fi CP的影响。相位周期性是指经过相位具有2π的周期性。如图4中(a)所示，从a到b，b到c的相偏是正的，但是从c到a的相偏是负的。调整具体的相位值到图4中(b)，则从a到b，b到c，c到a的相偏都是正，从而保证了相偏的一致性。
图5示出了本发明实施例提供的BLE符号为“0000”时相位调整的示意图。
如图5所示，以BLE symbol“0000”为例，调整
Figure GDA0002521590680000091
这样满足x0+π<x5<x6＝x0+2π，正确解码概率为100％。
在上述实施例的基础上，步骤S12具体包括：
若BLE符号为0001/0011/0101/0111/1000/1010/1100/1110中的任意一种，则调整
Figure GDA0002521590680000092
调整后所述BLE符号的正确解码概率为70％；
若BLE符号为1001或0110，则不做调整，所述BLE符号的正确解码概率为100％；
若BLE符号为0000或1111，则调整
Figure GDA0002521590680000093
调整后所述BLE符号的正确解码概率为100％；
若BLE符号为0010/0100/1011/110中的任意一种，则调整δ4＝3Δ，
Figure GDA0002521590680000094
调整后所述BLE符号的正确解码概率为100％。
具体地，BLE一共有16种不同的symbol，可以被分成4类，分别对应不同的相位调整方法。
表1示出了不同符号分别对应的相位调整策略。
表1
Figure GDA0002521590680000095
Figure GDA0002521590680000101
按照表1的调整策略进行调整，Wi-Fi CP对相位序列的影响能够被最大化的消除。
在上述实施例的基础上，在步骤S13之前，所述方法还包括：
将相位序列根据以下公式转换为φ＝(x0,x1,x2,x3,x4,x5,y0,y1,y2,y3)：
Figure GDA0002521590680000102
其中，y0,y1,y2,y3为BLE符号在(3,4)us的相位，y0∈[3,3.2)us，y1∈[3.2,3.5)us，y2∈[3.5,3.7)us，y3∈[3.7,4)us。
具体地，为找到最优的相位序列，将BLE symbolβ＝(b0,b1,b2,b3)的相位序列进行转换。考虑到Wi-Fi CP的影响，将相位序列的(3,4)us的相位分成4部分。y0,y1,y2,y3，新的相位序列按照上述公式生成。
图6示出了将相位序列进行转换的示意图。如图6所示，φ＝(x0,x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7)改写为φ＝(x0,x1,x2,x3,x4,x5,y0,y1,y2,y3)。
在上述实施例的基础上，所述相位优化模型的表达式为：
maxΔ
Figure GDA0002521590680000103
其中，目标函数maxΔ表示使两个连续相位采样点的相偏值最大；
(y1-x5)×s6>0和(y2-y1)×s7>0,(y3-y1)×s7>0(when b0＝b3)为受Wi-Fi循环前缀影响的相位需要满足的相偏要求；
Figure GDA0002521590680000104
为对Wi-Fi用于进行模拟的子载波数量的约束，E[i]为FFT系数，i＝1,2,…,64，γ为能量阈值，表示超过7个子载波的能量泄漏。
具体地，考虑到信道的影响，进行相位优化的目的是找到最优的相位序列能够使得Wi-Fi的模拟误差最小，两个连续相位采样点的相偏值应该尽可能的大，绝对相位偏移δ＝(δ0,δ1,δ2,δ3,δ4,δ5,δ6,δ7)受到相偏单元Δ的影响。因此，相位优化问题转换为了使得相偏单元Δ最大化的问题。
上述优化问题包含两个必要的条件：
(1)受Wi-Fi CP影响的相位需要满足相偏的要求，如上述优化公式的第1和第2个约束条件；
(2)Wi-Fi的模拟能力是有限的，Wi-Fi只能用和BLE重叠的2M带宽内的7个子载波进行模拟，如第3个约束条件所示。根据FFT计算出的信号能量可以用来约束WiFi可用的子载波数量。E[i](i＝1,2,…,64)是FFT系数，γ是能量阈值，用来表示超过7个子载波的能量泄漏。
本发明实施例采用二分法去解决上述的优化问题。相偏单元Δ的范围被约束在(ηmin,ηmax)，具体值如表1所示。增加Δ的值直到Wi-Fi所需要的带宽超过2MHz。θ是迭代结束的阈值，γ是2M带外最多可允许的能量阈值。在本发明实施例中，取值可为θ＝π/24和γ＝0.3。
本发明实施例采用的二分算法的具体实现说明如下：
输入：ηmin相偏单元的最小值，ηmax相偏单元的最大值，θ循环结束阈值，γ能量泄漏阈值；
输出：相偏单元值Δ；
实现代码如下：
Figure GDA0002521590680000111
Figure GDA0002521590680000121
在上述实施例的基础上，在步骤S13之后，所述方法还包括：
将每种BLE符号与对应的最优相位序列保存在映射表中，以使Wi-Fi设备在进行Wi-Fi到BLE的跨协议数据传输时根据所述映射表模拟BLE符号。
具体地，将每种BLE符号与对应的最优相位序列保存在映射表中，当需要进行Wi-Fi到BLE的跨协议数据传输时，将这个映射表加载到Wi-Fi设备上。Wi-Fi设备根据这种映射表来对所对应的相位序列进行模拟，从而实现数据传输。
进一步地，当找到最优的相位序列及其对应的时域波形后，WEB采用数字模拟的方法来实现对Wi-Fi payload的选取。
图7示出了本发明实施例提供的Wi-Fi模拟BLE信号的示意图。
如图7所示。首先，将想要的时域信号送入FFT(Fast Fourier Transformation，离散傅氏变换快速算法)模块得到星座点。在Wi-Fi标准的星座图上找到7个汉明距离最小的对应标准星座点。Wi-Fi根据所选择的星座点来构建payload。在接收端，Wi-Fi数据包的包头、前导码和tail域部分都会被BLE认为是噪声，只有Wi-Fi的payload部分会被识别成一个符合标准的BLE数据包，从而实现Wi-Fi到BLE的跨协议通信。
进一步地，Wi-Fi在模拟BLE的相位序列时，需要修改和BLE重叠的子载波上的payload。因为Wi-Fi的子载波分为DC子载波、导频子载波、零子载波、数据子载波等，只有数据子载波上的payload能够被修改。所以，将Wi-Fi的中心频率设置为2420M，BLE的信道设为37广播信道，中心频率为2402M。这样BLE就能和Wi-Fi的数据子载波进行重叠。
图8示出了本发明实施例提供的Wi-Fi到BLE的跨协议通信装置的结构示意图。
所述装置应用于Wi-Fi设备，如图8所示，所述装置还包括：拆分单元81、调整单元82、优化单元83和模拟单元84，其中：
所述拆分单元81，用于对BLE符号的每个比特进行拆分编码，生成初始相位序列，所述BLE符号由4个比特组成，每个比特持续1us；
所述调整单元82，用于根据解码概率模型调整所述初始相位序列，得到使所述BLE符号被正确解码的概率最大的相位序列，所述解码概率模型为根据采样点落在指定相位时发生错误的概率确定；
所述优化单元83，用于根据相位优化模型对所述相位序列进行优化，得到所述BLE符号的最优相位序列，所述相位优化模型为以Wi-Fi的模拟误差最小为目标构建的目标函数；
所述模拟单元84，用于采用Wi-Fi信号模拟目标波形，以进行Wi-Fi到BLE的跨协议通信，所述目标波形为所述最优相位序列对应的时域波形。
本发明实施例提供的Wi-Fi到BLE的跨协议通信装置，通过对BLE符号的每个比特进行拆分编码，生成相位序列，对相位序列进行调整使得符号被正确解码的概率最大，并根据相位优化模型得到使Wi-Fi的模拟误差最小的最优相位序列，采用Wi-Fi信号对最优相位序列的时域波形进行模拟，能够实现Wi-Fi到BLE的跨协议通信，Wi-Fi模拟误差小，且符号在接收端解码概率高。
在上述实施例的基础上，所述拆分单元81具体用于：
将BLE符号的每个比特拆分成相偏值相同的两部分，得到相偏序列；
根据所述相偏序列生成所述初始相位序列；
其中，所述相偏序列的表达式为：
∈＝(s0,s1,s2,s3,s4,s5,s6,s7)
所述初始相位序列根据以下公式生成：
Figure GDA0002521590680000131
其中，φ＝(x0,x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7)为初始相位序列，xi为相位值；
δi为每两个连续相位采样点的绝对相位偏移，δi＝(δ0,δ1,δ2,δ3,δ4,δ5,δ6,δ7)，δi的初始值为相偏单元Δ，Δ∈(0,π)；
xref表示参考相位，等于前一个BLE符号的最后一个相位值，若当前的BLE符号是一个BLE数据包的第一个符号，则xref设为0。
在上述实施例的基础上，所述解码概率模型为：
P＝1-(P(A)P(W|A)+P(B)P(W|B))
其中，P(A)为采样点落在相位x6前0.2us的概率，P(B)为采样点落在相位x6后0.3us的概率，P(W|A)代表采样点落在相位x6前0.2us时发生错误的概率，P(W|B)代表采样点落在相位x6后0.3us时发生错误的概率。
在上述实施例的基础上，所述调整单元具体用于：
若BLE符号为0001/0011/0101/0111/1000/1010/1100/1110中的任意一种，则调整
Figure GDA0002521590680000141
调整后所述BLE符号的正确解码概率为70％；
若BLE符号为1001或0110，则不做调整，所述BLE符号的正确解码概率为100％；
若BLE符号为0000或1111，则调整
Figure GDA0002521590680000142
调整后所述BLE符号的正确解码概率为100％；
若BLE符号为0010/0100/1011/110中的任意一种，则调整δ4＝3Δ，
Figure GDA0002521590680000143
调整后所述BLE符号的正确解码概率为100％。
在上述实施例的基础上，所述装置还包括：
转换单元，用于将相位序列根据以下公式转换为φ＝(x0,x1,x2,x3,x4,x5,y0,y1,y2,y3)：
Figure GDA0002521590680000144
其中，y0,y1,y2,y3为BLE符号在(3,4)us的相位，y0∈[3,3.2)us，y1∈[3.2,3.5)us，y2∈[3.5,3.7)us，y3∈[3.7,4)us。
在上述实施例的基础上，所述相位优化模型的表达式为：
maxΔ
Figure GDA0002521590680000145
其中，目标函数maxΔ表示使两个连续相位采样点的相偏值最大；
(y1-x5)×s6>0和(y2-y1)×s7>0,(y3-y1)×s7>0(when b0＝b3)为受Wi-Fi循环前缀影响的相位需要满足的相偏要求；
Figure GDA0002521590680000151
为对Wi-Fi用于进行模拟的子载波数量的约束，E[i]为FFT系数，i＝1,2,…,64，γ为能量阈值，表示超过7个子载波的能量泄漏。
在上述实施例的基础上，所述装置还包括：
保存单元，用于将每种BLE符号与对应的最优相位序列保存在映射表中，以使Wi-Fi设备在进行Wi-Fi到BLE的跨协议数据传输时根据所述映射表模拟BLE符号。
本实施例所述的Wi-Fi到BLE的跨协议通信装置可以用于执行上述方法实施例，其原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图9示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图9所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)91、通信接口(Communications Interface)92、存储器(memory)93和通信总线94，其中，处理器91，通信接口92，存储器93通过通信总线94完成相互间的通信。处理器91可以调用存储器93中的逻辑指令，以执行上述各实施例提供的方法。
此外，上述的存储器93中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的方法。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种Wi-Fi到BLE的跨协议通信方法，其特征在于，所述方法包括：
对BLE符号的每个比特进行拆分编码，生成初始相位序列；
根据解码概率模型调整所述初始相位序列，得到使所述BLE符号被正确解码的概率最大的相位序列，所述解码概率模型为根据采样点落在指定相位时发生错误的概率确定；
根据相位优化模型对所述相位序列进行优化，得到所述BLE符号的最优相位序列，所述相位优化模型为以Wi-Fi的模拟误差最小为目标构建的目标函数；
采用Wi-Fi信号模拟目标波形，以进行Wi-Fi到BLE的跨协议通信，所述目标波形为所述最优相位序列对应的时域波形；
其中，解码概率模型则是根据采样点落在受Wi-FiCP影响的相位的概率，以及落在受Wi-FiCP影响的相位时发生错误的概率构建的；
所述解码概率模型为：
P＝1-(P(A)P(W|A)+P(B)P(W|B))
其中，P(A)为采样点落在相位x6前0.2us的概率，P(B)为采样点落在相位x6后0.3us的概率，P(W|A)代表采样点落在相位x6前0.2us时发生错误的概率，P(W|B)代表采样点落在相位x6后0.3us时发生错误的概率；
所述根据解码概率模型调整所述初始相位序列包括：
若BLE符号为0001/0011/0101/0111/1000/1010/1100/1110中的任意一种，则调整
Figure FDA0002540693410000013
调整后所述BLE符号的正确解码概率为70％；
若BLE符号为1001或0110，则不做调整，所述BLE符号的正确解码概率为100％；
若BLE符号为0000或1111，则调整
Figure FDA0002540693410000012
调整后所述BLE符号的正确解码概率为100％；
若BLE符号为0010/0100/1011/110中的任意一种，则调整δ4＝3Δ，
Figure FDA0002540693410000021
调整后所述BLE符号的正确解码概率为100％；
所述相位优化模型为以Wi-Fi的模拟误差最小为目标构建的目标函数时，以受Wi-FiCP影响的相位需要满足相偏的要求，以及WiFi进行模拟可用的子载波数量为约束条件，将优化问题公式化，通过求解得到使得Wi-Fi的模拟误差最小的最优相位序列；
所述BLE符号由4个比特组成，每个比特持续1us；
所述对BLE符号的每个比特进行拆分编码，生成初始相位序列包括：
将BLE符号的每个比特拆分成相偏值相同的两部分，得到相偏序列；
根据所述相偏序列生成所述初始相位序列；
其中，所述相偏序列的表达式为：
∈＝(s0，s1，s2，s3，s4，s5，s6，s7)
所述初始相位序列根据以下公式生成：
Figure FDA0002540693410000022
其中，φ＝(x0，x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7)为初始相位序列，xi为相位值；
δi为每两个连续相位采样点的绝对相位偏移，δi＝(δ0，δ1，δ2，δ3，δ4，δ5，δ6，δ7)，δi的初始值为相偏单元Δ，Δ∈(0，π)；
xref表示参考相位，等于前一个BLE符号的最后一个相位值，若当前的BLE符号是一个BLE数据包的第一个符号，则xref设为0。
2.根据权利要求1所述的Wi-Fi到BLE的跨协议通信方法，其特征在于，在所述根据相位优化模型对所述相位序列进行优化之前，所述方法还包括：
将相位序列根据以下公式转换为φ＝(x0，x1，x2，x3，x4，x5，y0，y1，y2，y3)：
Figure FDA0002540693410000023
其中，y0，y1，y2，y3为BLE符号在(3，4)us的相位，y0∈[3，3.2)us，y1∈[3.2，3.5)us，y2∈[3.5，3.7)us，y3∈[3.7，4)us。
3.根据权利要求2所述的Wi-Fi到BLE的跨协议通信方法，其特征在于，所述相位优化模型的表达式为：
maxΔ
Figure FDA0002540693410000031
其中，目标函数maxΔ表示使两个连续相位采样点的相偏值最大；
(y1-x5)×s6＞0和(y2-y1)×s7＞0，(y3-y1)×s7＞0(when b0＝b3)为受Wi-Fi循环前缀影响的相位需要满足的相偏要求；
Figure FDA0002540693410000032
为对Wi-Fi用于进行模拟的子载波数量的约束，E[i]为FFT系数，i＝1，2，...，64，γ为能量阈值，表示超过7个子载波的能量泄漏。
4.根据权利要求1所述的Wi-Fi到BLE的跨协议通信方法，其特征在于，在得到所述BLE符号的最优相位序列之后，所述方法还包括：
将每种BLE符号与对应的最优相位序列保存在映射表中，以使Wi-Fi设备在进行Wi-Fi到BLE的跨协议数据传输时根据所述映射表模拟BLE符号。
5.一种Wi-Fi到BLE的跨协议通信装置，其特征在于，所述装置包括：
拆分单元，用于对BLE符号的每个比特进行拆分编码，生成初始相位序列；
调整单元，用于根据解码概率模型调整所述初始相位序列，得到使所述BLE符号被正确解码的概率最大的相位序列，所述解码概率模型为根据采样点落在指定相位时发生错误的概率确定；
优化单元，用于根据相位优化模型对所述相位序列进行优化，得到所述BLE符号的最优相位序列，所述相位优化模型为以Wi-Fi的模拟误差最小为目标构建的目标函数；
模拟单元，用于采用Wi-Fi信号模拟目标波形，以进行Wi-Fi到BLE的跨协议通信，所述目标波形为所述最优相位序列对应的时域波形；
其中，解码概率模型则是根据采样点落在受Wi-FiCP影响的相位的概率，以及落在受Wi-FiCP影响的相位时发生错误的概率构建的；
所述解码概率模型为：
P＝1-(P(A)P(W|A)+P(B)P(W|B))
其中，P(A)为采样点落在相位x6前0.2us的概率，P(B)为采样点落在相位x6后0.3us的概率，P(W|A)代表采样点落在相位x6前0.2us时发生错误的概率，P(W|B)代表采样点落在相位x6后0.3us时发生错误的概率；
所述根据解码概率模型调整所述初始相位序列包括：
若BLE符号为0001/0011/0101/0111/1000/1010/1100/1110中的任意一种，则调整
Figure FDA0002540693410000041
调整后所述BLE符号的正确解码概率为70％；
若BLE符号为1001或0110，则不做调整，所述BLE符号的正确解码概率为100％；
若BLE符号为0000或1111，则调整
Figure FDA0002540693410000042
调整后所述BLE符号的正确解码概率为100％；
若BLE符号为0010/0100/1011/110中的任意一种，则调整δ4＝3Δ，
Figure FDA0002540693410000043
调整后所述BLE符号的正确解码概率为100％；
所述相位优化模型为以Wi-Fi的模拟误差最小为目标构建的目标函数时，以受Wi-FiCP影响的相位需要满足相偏的要求，以及WiFi进行模拟可用的子载波数量为约束条件，将优化问题公式化，通过求解得到使得Wi-Fi的模拟误差最小的最优相位序列；
所述BLE符号由4个比特组成，每个比特持续1us；
所述对BLE符号的每个比特进行拆分编码，生成初始相位序列包括：
将BLE符号的每个比特拆分成相偏值相同的两部分，得到相偏序列；
根据所述相偏序列生成所述初始相位序列；
其中，所述相偏序列的表达式为：
∈＝(s0，s1，s2，s3，s4，s5，s6，s7)
所述初始相位序列根据以下公式生成：
Figure FDA0002540693410000044
其中，φ＝(x0，x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7)为初始相位序列，xi为相位值；
δi为每两个连续相位采样点的绝对相位偏移，δi＝(δ0，δ1，δ2，δ3，δ4，δ5，δ6，δ7)，δi的初始值为相偏单元Δ，Δ∈(0，π)；
xref表示参考相位，等于前一个BLE符号的最后一个相位值，若当前的BLE符号是一个BLE数据包的第一个符号，则xref设为0。
6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述Wi-Fi到BLE的跨协议通信方法的步骤。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述Wi-Fi到BLE的跨协议通信方法的步骤。
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