CN111144201A - 一种信号模式识别方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种信号模式识别方法及装置,该信号模式识别方法的具体步骤包括:获取输入信号的采样序列;根据所述输入信号的采样序列和预设的CSS子符号计算序列互相关值;对所述序列互相关值进行延迟处理,得到经过不同延迟的第二序列互相关值;根据所述第二序列互相关值进行组合生成序列互相关值组;根据所述序列互相关值组计算同步识别度量值;根据所述同步识别度量值识别所述输入信号的信号模式。通过实施本发明,与预设的子符号做序列相关运算,根据同步识别度量值识别输入信号的信号模式,减少运算量。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域,具体涉及一种信号模式识别方法及装置。
背景技术
IEEE802.15.4是美国电气与电子工程师协会制定的一个低速率无线个人局域网物理层和媒体接入控制协议,该协议定义了将近20种不同的物理层,其中采用线性调频扩频(Chirp Spread Spectrum,CSS)的物理层具有优良的抗多径能力,实现简单,便于大成本部署。
IEEE802.15.4CSS物理层协议数据帧(Physical Protocol Data Unit,PPDU)由前导、帧起始符、帧头和帧载荷数据组成,其中,前导部分由8或20个CSS符号组成,每个CSS符号又由4个CSS子符号构成,CSS 符号由4种不同的子符号构造方式,在整个数据帧期间保持不变,相关技术中,帧同步算法是对4个可能的CSS符号做序列相关运算,根据相关峰值确定最可能的CSS符号构成方式,但是这种序列相关运算的乘加运算次数非常多,运算量大。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的序列相关运算的乘加运算次数非常多,运算量大的缺陷,从而提供一种信号模式识别方法及装置。
根据第一方面,本发明实施例公开了一种信号模式识别方法,包括如下步骤:获取输入信号的采样序列;根据所述输入信号的采样序列和预设的CSS子符号计算序列互相关值;对所述序列互相关值进行延迟处理,得到经过不同延迟的第二序列互相关值;根据所述第二序列互相关值进行组合生成序列互相关值组;根据所述序列互相关值组计算同步识别度量值;根据所述同步识别度量值识别所述输入信号的信号模式。
结合第一方面,在第一方面第一实施方式中,根据如下公式计算所述序列互相关值:
其中,sm,j为CSS子符号,m表示CSS子符号类型序号,取值为0到3,j 表示CSS子符号采样序号,取值为0到n-1,n为子符号采样个数,ui为所述输入信号采样序列,i为采样时间标号,A*表示对复数A取共轭。
结合第一方面,在第一方面第二实施方式中,所述对所述序列互相关值进行延迟处理,包括:将所述序列互相关值分别通过顺序移位寄存器进行延迟处理;每个所述顺序移位寄存器均选择延迟为0、n、2n、3n的互相关值。
结合第一方面,在第一方面第三实施方式中,所述根据所述第二序列互相关值进行组合生成序列互相关值组,包括:通过多路选择器分别从经过不同延迟的第二序列互相关值中选择一第二序列互相关值,组成所述序列互相关值组。
结合第一方面,在第一方面第四实施方式中,根据如下公式计算所述同步识别度量值:
其中,abs(A)表示求实数A的绝对值,real(A)表示求复数A的实部,imag(A)表示求复数A的虚部,x=[x0,x1,x2,x3]表示序列互相关值组。
结合第一方面,在第一方面第五实施方式中,所述根据所述同步识别度量值识别所述输入信号的信号模式,包括:比较一个CSS符号周期内各个CSS符号构成方式对应的同步识别度量值,得到第一同步识别度量最大值;比较各所述第一同步识别度量最大值,得到第二同步识别度量最大值;将所述第二同步识别度量最大值对应的类型确定为所述输入信号的CSS符号类型,将所述第二同步识别度量值对应的最后一个非零采样标号对应的符号确定为当前CSS符号。
结合第一方面第五实施方式,在第一方面第六实施方式中,所述将所述第二同步识别度量值对应的最后一个非零采样标号对应的符号确定为当前CSS符号,包括:当CSS符号类型为I、II、III时,通过相邻周期的CSS 符号最后一个非零采样标号的差值确定该CSS符号是第奇数个符号还是第偶数个符号。
根据第二方面,本发明实施例公开了一种信号模式识别装置,包括:第一获取模块,用于获取输入信号的采样序列;第一计算模块,用于根据所述输入信号的采样序列和预设的CSS子符号计算序列互相关值;延迟模块,用于对所述序列互相关值进行延迟处理,得到经过不同延迟的第二序列互相关值;组合模块,用于根据所述第二序列互相关值进行组合生成序列互相关值组;第二计算模块,用于根据所述序列互相关值组计算同步识别度量值;识别模块,用于根据所述同步识别度量值识别所述输入信号的信号模式。
根据第三方面,本发明实施例公开了一种终端,包括:至少一个处理器;以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器执行如第一方面或第一方面任一实施方式所述的信号模式识别方法。
根据第四方面,本发明实施例公开了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,该指令被处理器执行时实现如第一方面或第一方面任一实施方式所述的信号模式识别方法。
本发明技术方案,具有如下优点:
本发明提供的一种信号模式识别方法及装置,获取输入信号的采样序列;根据输入信号的采样序列和预设的CSS子符号计算序列互相关值;对序列互相关值进行延迟处理,得到经过不同延迟的第二序列互相关值;根据第二序列互相关值进行组合生成序列互相关值组;根据序列互相关值组计算同步识别度量值;根据同步识别度量值识别输入信号的信号模式。通过实施本发明,与预设的子符号做序列相关运算,根据同步识别度量值识别输入信号的信号模式,减少运算量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,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1中信号模式识别方法的一个具体示例的流程图;
图2为本发明实施例CSS符号4种构造方式的一个具体示例图;
图3为本发明实施例CSS符号的一个具体示例图;
图4为本发明实施例模式识别度量值计算的一个具体示例图;
图5为本发明实施例2中信号模式识别装置的一个具体示例的原理框图;
图6为本发明实施例3中终端的一个具体示例的原理框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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做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。
此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种信号模式识别方法,应用于PPDU的信号模式识别中,该PPDU由前导、帧起始符、帧头和帧载荷数据四部分组成,其中前导部分由8个或20个未调制的CSS符号组成,每个CSS符号又由4个CSS子符号构成,CSS符号的4种不同的子符号构造方式如图2所示,每个PPDU数据帧可以选择其中一种构造方式,一旦确定选用一种子符号构造方式,在整个数据帧期间都会保持不变,CSS符号频率随时间线性变化的规律如图3所示。
如图1所示,该信号模式识别方法包括:
步骤S11:获取输入信号的采样序列。
示例性地,该采样序列是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来时间上连续的信号,该采样序列可以通过采样开关获得,每输入一个输入信号的采样序列,都会执行下列步骤,为了提高检测的可靠性,可以获取多个CSS符号周期的输入信号的采样序列,进行多次运算。
步骤S12:根据输入信号的采样序列和预设的CSS子符号计算序列互相关值。
示例性地,4种预设的CSS子符号分别为{S0,j}、{S1,j}、{S2,j}、{S3,j},j为CSS 子符号的采样序列,取值为0到n-1,n为子符号采样个数,输入的采样序列分别和4个预设的CSS子符号做序列相关运算,得到4个序列互相关值分别为C0,i、C1,i、C2,i、C3,i。
步骤S13:对序列互相关值进行延迟处理,得到经过不同延迟的第二序列互相关值。
示例性地,分别对4个序列互相关值C0,i、C1,i、C2,i、C3,i做延迟处理,对每个序列互相关值都做0,n,2n,3n的延迟,得到第二序列互相关值Cm,i、Cm,i-n、 Cm,i-2n、Cm,i-3n。
步骤S14:根据第二序列互相关值进行组合生成序列互相关值组。
示例性地,实际上,不同的CSS符号是由4个CSS子符号按不同的次序组合而成,将第二序列互相关值进行组合,得到4个序列互相关值组X0,i、 X1,i、X2,i、X3,i,分别对应4种不同的CSS符号,用于4个同步识别度量值的计算。
步骤S15:根据序列互相关值组计算同步识别度量值。
示例性地,根据4组序列互相关组计算4个同步识别度量值M0,i,M1,i, M2,i,M3,i。
步骤S16:根据同步识别度量值识别输入信号的信号模式。
示例性地,为了提高检测的可靠性,可以获取多个CSS符号周期的输入信号的采样序列,进行多次运算,若连续数次检测到相同的CSS符号类型,相同或近似的CSS符号非零采样终结位置,那么就可以完成CSS物理层协议数据帧的同步和CSS信号模式的识别。
本发明提供一种信号模式识别方法,该信号模式识别方法获取输入信号的采样序列;根据输入信号的采样序列和预设的CSS子符号计算序列互相关值;对序列互相关值进行延迟处理,得到经过不同延迟的第二序列互相关值;根据第二序列互相关值进行组合生成序列互相关值组;根据序列互相关值组计算同步识别度量值;根据同步识别度量值识别输入信号的信号模式。通过对预设的子符号做序列相关运算,根据同步识别度量值识别输入信号的信号模式,减少运算量。
作为本申请一个可选实施方式,根据如下公式(1)计算序列互相关值:
其中,Sm,j为CSS子符号,m表示CSS子符号类型序号,取值为0到3, j表示CSS子符号采样序号,取值为0到n-1,n为子符号采样个数,ui为输入信号采样序列,i为采样时间标号,A*表示对复数A取共轭。
作为本申请一个可选实施方式,如图4所示,对序列互相关值进行延迟处理,包括:
将序列互相关值分别通过顺序移位寄存器进行延迟处理;每个顺序移位寄存器均选择延迟为0、n、2n、3n的互相关值。
作为本申请一个可选实施方式,如图4所示,根据第二序列互相关值进行组合生成序列互相关值组,包括:
通过多路选择器分别从经过不同延迟的第二序列互相关值中选择一第二序列互相关值,组成序列互相关值组。
示例性地,该多路选择器是多入多出的多路选择器,通过多路选择器分别从经过不同延迟的第二序列互相关值中选择一第二序列互相关值,共有24种情况,但是只有4种是合法的,就是4种CSS符号对应的可能的情况,根据4种CSS符号,生成对应的4组序列互相关值组。
作为本申请一个可选实施方式,根据如下公式(2)计算同步识别度量值:
其中,abs(A)表示求实数A的绝对值,real(A)表示求复数A的实部, imag(A)表示求复数A的虚部,x=[x0,x1,x2,x3]表示序列互相关值组。
作为本申请一个可选实施方式,根据同步识别度量值识别输入信号的信号模式,包括:
比较一个CSS符号周期内各个CSS符号构成方式对应的同步识别度量值,得到第一同步识别度量最大值。
示例性地,比较一个CSS符号周期内各个M0,i,M1,i,M2,i,M3,i的大小,得到一个CSS符号周期内各自的最大值M0,k0=max(M0,i),M1,k1=max(M1,i), M2,k2=max(M2,i),M3,k3=max(M3,i),这些最大值就是第一同步识别度量最大值。
比较各第一同步识别度量最大值,得到第二同步识别度量最大值。
示例性地,在一个周期结束时,比较各个第一同步识别度量最大值M0,k0, M1,k1,M2,k2,M3,k3,得到一个最大的同步识别度量值Mmm,kk,即为第二同步识别度量最大值,根据该第二同步识别度量最大值识别输入信号的信号模式。
将第二同步识别度量最大值对应的类型确定为输入信号的CSS符号类型,将第二同步识别度量值对应的最后一个非零采样标号对应的符号确定为当前CSS符号。
示例性地,第二同步识别度量最大值Mmm,kk中,mm即当前检测到的CSS 符号类型标号,将mm对应的符号类型确定为输入信号的CSS符号类型,kk 即当前检测到的CSS符号最后一个非零采样的采样标号,将kk对应的符号确定为当前CSS符号。
作为本申请一个可选实施方式,将第二同步识别度量值对应的非零采样标号对应的符号确定为当前CSS符号,包括:
当CSS符号类型为I、II、III时,通过相邻周期的CSS符号最后一个非零采样标号的差值确定该CSS符号是第奇数个符号还是第偶数个符号。
示例性地,为避免接收机的采样计数值在某个时间溢出,导致该时间附近的数据帧漏检,接收机接收的是每个符号采样的相对终结位置,按照相对终结位置,如图3所示,CSS符号类型为I、II、III时,间隔一个符号的CSS符号具有相同的非零采样终结位置,CSS符号类型为IV时,每个 CSS符号有相同的非零采样终结位置。如果当前检测到的CSS符号类型不是 IV,每个CSS符号在奇偶CSS符号后插入的空白时间是不同的,那么还需通过相邻CSS符号周期获得的kk值的差值,来判断当前符号是第偶数个还是第奇数个CSS符号,用于确定下一个CSS符号在经过多长时间后开始第一个非零采样。例如,最近3个CSS符号(分别为符号0,1,2)周期都检测到相同的CSS符号类型标号,各自的最大同步识别度量值采样标号为kk0, kk1,kk2,那么当kk2-kk1>kk1-kk0时,可以判断当前CSS符号2是第奇数个CSS符号,反之,则可以判断当前CSS符号2是第偶数个符号。
实施例2
本发明实施例提供一种信号模式识别装置,如图5所示,包括:
第一获取模块21,用于获取输入信号的采样序列。具体实现方式见实施例1中步骤S11的相关描述,在此不再赘述。
第一计算模块22,用于根据输入信号的采样序列和预设的CSS子符号计算序列互相关值。具体实现方式见实施例1中步骤S12的相关描述,在此不再赘述。
延迟模块23,用于对序列互相关值进行延迟处理,得到经过不同延迟的第二序列互相关值。具体实现方式见实施例1中步骤S13的相关描述,在此不再赘述。
组合模块24,用于根据第二序列互相关值进行组合生成序列互相关值组。具体实现方式见实施例1中步骤S14的相关描述,在此不再赘述。
第二计算模块25,用于根据序列互相关值组计算同步识别度量值。具体实现方式见实施例1中步骤S15的相关描述,在此不再赘述。
识别模块26,用于根据同步识别度量值识别输入信号的信号模式。具体实现方式见实施例1中步骤S16的相关描述,在此不再赘述。
本发明提供的一种信号模式识别装置,包括:第一获取模块,用于获取输入信号的采样序列;第一计算模块,用于根据输入信号的采样序列和预设的CSS子符号计算序列互相关值;延迟模块,用于对序列互相关值进行延迟处理,得到经过不同延迟的第二序列互相关值;组合模块,用于根据第二序列互相关值进行组合生成序列互相关值组;第二计算模块,用于根据序列互相关值组计算同步识别度量值;识别模块,用于根据同步识别度量值识别输入信号的信号模式。通过对预设的子符号做序列相关运算,根据同步识别度量值识别输入信号的信号模式,减少运算量。
作为本申请一个可选实施方式,根据如下公式(1)计算序列互相关值:
其中,Sm,j为CSS子符号,m表示CSS子符号类型序号,取值为0到3, j表示CSS子符号采样序号,取值为0到n-1,n为子符号采样个数,ui为输入信号采样序列,i为采样时间标号,A*表示对复数A取共轭。
作为本申请一个可选实施方式,延迟模块包括:
延迟子模块,用于将序列互相关值分别通过顺序移位寄存器进行延迟处理;每个顺序移位寄存器均选择延迟为0、n、2n、3n的互相关值。具体实现方式见实施例1中对应步骤的相关描述,在此不再赘述。
作为本申请一个可选实施方式,组合模块,包括:
组合子模块,用于通过多路选择器分别从经过不同延迟的第二序列互相关值中选择一第二序列互相关值,组成序列互相关值组。具体实现方式见实施例1中对应步骤的相关描述,在此不再赘述。
作为本申请一个可选实施方式,根据如下公式(2)计算同步识别度量值:
其中,abs(A)表示求实数A的绝对值,real(A)表示求复数A的实部, imag(A)表示求复数A的虚部,x=[x0,x1,x2,x3]表示序列互相关值组。
作为本申请一个可选实施方式,识别模块包括:
第一比较模块,用于比较一个CSS符号周期内同一种CSS子符号对应的各个同步识别度量值,得到第一同步识别度量最大值。具体实现方式见实施例1中对应步骤的相关描述,在此不再赘述。
第二比较模块,用于比较各第一同步识别度量最大值,得到第二同步识别度量最大值。具体实现方式见实施例1中对应步骤的相关描述,在此不再赘述。
确定模块,用于将第二同步识别度量最大值对应的类型确定为输入信号的CSS符号类型,将第二同步识别度量值对应的最后一个非零采样标号对应的符号确定为当前CSS符号。具体实现方式见实施例1中对应步骤的相关描述,在此不再赘述。
作为本申请一个可选实施方式,确定模块包括:
确定子模块,当CSS符号类型为I、II、III时,通过相邻周期的CSS 符号最后一个非零采样标号的差值确定该CSS符号是第奇数个符号还是第偶数个符号。具体实现方式见实施例1中对应步骤的相关描述,在此不再赘述。
实施例3
本发明实施例还提供了一种信号模式识别终端,如图6所示,该信号模式识别终端可以包括处理器31和存储器32,其中处理器31和存储器32 可以通过总线或者其他方式连接,图6中以通过总线连接为例。
处理器31可以为中央处理器(Central Processing Unit,CPU)。处理器 31还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片,或者上述各类芯片的组合。
存储器32作为一种非暂态计算机可读存储介质,可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块,如本发明实施例中的信号模式识别方法对应的程序指令/模块(例如,图5所示的第一获取模块21、第一计算模块22、延迟模块23、组合模块24、第二计算模块25和识别模块 26)。处理器31通过运行存储在存储器32中的非暂态软件程序、指令以及模块,从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理,即实现上述方法实施例中的信号模式识别方法。
存储器32可以包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序;存储数据区可存储处理器 31所创建的数据等。此外,存储器32可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非暂态存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中,存储器32可选包括相对于处理器31 远程设置的存储器,这些远程存储器可以通过网络连接至处理器31。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器32中,当被所述处理器31 执行时,执行如图1所示实施例中的信号模式识别方法。
上述信号模式识别终端具体细节可以对应参阅图1所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解,此处不再赘述。
实施例4
本发明实施例还提供了一种计算机存储介质,所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令,该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的信号模式识别的方法。其中,所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory,RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard DiskDrive,缩写:HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive,SSD)等;所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种信号模式识别方法,其特征在于,包括如下步骤:
获取输入信号的采样序列;
根据所述输入信号的采样序列和预设的CSS子符号计算序列互相关值;
对所述序列互相关值进行延迟处理,得到经过不同延迟的第二序列互相关值;
根据所述第二序列互相关值进行组合生成序列互相关值组;
根据所述序列互相关值组计算同步识别度量值;
根据所述同步识别度量值识别所述输入信号的信号模式。
3.根据权利要求1所述的信号模式识别方法,其特征在于,所述对所述序列互相关值进行延迟处理,包括:
将所述序列互相关值分别通过顺序移位寄存器进行延迟处理;每个所述顺序移位寄存器均选择延迟为0、n、2n、3n的互相关值。
4.根据权利要求1所述的信号模式识别方法,其特征在于,所述根据所述第二序列互相关值进行组合生成序列互相关值组,包括:
通过多路选择器分别从经过不同延迟的第二序列互相关值中选择一第二序列互相关值,组成所述序列互相关值组。
6.根据权利要求1所述的信号模式识别方法,其特征在于,所述根据所述同步识别度量值识别所述输入信号的信号模式,包括:
比较一个CSS符号周期内各个CSS符号构成方式对应的同步识别度量值,得到第一同步识别度量最大值;
比较各所述第一同步识别度量最大值,得到第二同步识别度量最大值;
将所述第二同步识别度量最大值对应的类型确定为所述输入信号的CSS符号类型,将所述第二同步识别度量值对应的最后一个非零采样标号对应的符号确定为当前CSS符号。
7.根据权利要求6所述的信号模式识别方法,其特征在于,所述将所述第二同步识别度量值对应的最后一个非零采样标号对应的符号确定为当前CSS符号,包括:
当CSS符号类型为I、II、III时,通过相邻周期的CSS符号最后一个非零采样标号的差值确定该CSS符号是第奇数个符号还是第偶数个符号。
8.一种信号模式识别装置,其特征在于,包括:
第一获取模块,用于获取输入信号的采样序列;
第一计算模块,用于根据所述输入信号的采样序列和预设的CSS子符号计算序列互相关值;
延迟模块,用于对所述序列互相关值进行延迟处理,得到经过不同延迟的第二序列互相关值;
组合模块,用于根据所述第二序列互相关值进行组合生成序列互相关值组;
第二计算模块,用于根据所述序列互相关值组计算同步识别度量值;
识别模块,用于根据所述同步识别度量值识别所述输入信号的信号模式。
9.一种终端,其特征在于,包括:至少一个处理器;以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器执行如权利要求1至7任一所述的信号模式识别方法。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,其特征在于,该指令被处理器执行时实现如权利要求1至7任一所述的信号模式识别方法。
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