CN111162858B

CN111162858B - 一种分段信号同步方法、装置、终端设备及存储介质

Info

Publication number: CN111162858B
Application number: CN201910942720.2A
Authority: CN
Inventors: 杨中奇
Original assignee: Phyplus Inc
Current assignee: Fengjia Technology Shanghai Co ltd
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2021-02-05
Anticipated expiration: 2039-09-30
Also published as: CN111162858A

Abstract

本发明实施例涉及无线通信传输领域，公开了一种分段信号同步方法、装置、终端设备和存储介质。本发明中，一种分段信号同步方法，包括：对输入的本地前导序列和调频信号进行相关计算，得到第一相关结果；将根据第一相关结果的最大模值在预设的第一类固定门限范围中的位置，确定为段序列号；对输入的本地同步序列和调频信号进行相关计算，得到第二相关结果；根据第二相关结果的最大模值和同步门限得到同步结果；其中，同步门限由段序列号和与本地同步序列对应的第二类固定门限范围确定。解决了因本地前导序列preamble与本地同步序列access code编码相似导致的假相关峰问题，使信号同步结果更加准确。避免了在低信噪比的情况下，接收机的同步性能降低的问题。

Description

一种分段信号同步方法、装置、终端设备及存储介质

技术领域

本发明实施例涉及无线通信传输领域，特别涉及一种分段信号同步方法、装置、终端设备及存储介质。

背景技术

FSK(Frequency-shift keying，即频移健控)信号是一种用于进行高速数据传输的信号。在FSK信号的传输过程中，需要考虑FSK信号的同步问题。

BLECODED PHY是一种符合通用协议的低功耗蓝牙编码物理层。它的同步序列access code(访问代码，也称访问密钥，是一系列允许访问特定系统的数字)以及Header(标头，是服务器将资料传输到指定区域前所送出的字串)均采用S＝8的coding方式，且125Kbps和 500Kbps的前导序列preamble(指Preamble码，即随机接入前导码，用于随机接入时识别UE 身份)+同步序列access code的调制和编码方式是相同的。

然而，本申请的发明人发现：由于前导序列preamble中都均为00111100固定数据的重复，而同步序列access code采用S＝8的编码方式，mapping的码字为1100或者0011，这意味着 access code会有一部分数据和前导序列preamble的码字比较相似。因此，在接收机同步的过程中，容易出现多个较高的相关峰值。尤其是在信噪比较高的情况下，更容易出现较高的假相关峰值。这将导致最终相关同步果出错。在现有的方案中，一般采用提高同步的门限的方式，减少假相关峰的影响。但在低信噪比的情况下，该方案将导致接收机的同步性能降低。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种分段信号同步方法，解决了因前导序列preamble与同步序列accesscode编码相似导致的假相关峰问题，避免了在低信噪比的情况下，接收机的同步性能降低的问题。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种分段信号同步方法，包括：对输入的本地前导序列和调频信号进行相关计算，得到第一相关结果；将根据第一相关结果的最大模值在预设的第一类固定门限范围中的位置，确定为段序列号；对输入的本地同步序列和调频信号进行相关计算，得到第二相关结果；根据第二相关结果的最大模值和同步门限得到同步结果；其中，同步门限由段序列号和与本地同步序列对应的第二类固定门限范围确定。

本发明的实施方式还提供了一种分段信号同步装置，包括：第一计算模块：用于对输入的本地前导序列和调频信号进行相关计算，得到第一相关结果；位置确认模块：用于将根据第一相关结果的最大模值在预设的第一类固定门限范围中的位置，确定为段序列号；第二计算模块：用于对输入的本地同步序列和调频信号进行相关计算，得到第二相关结果；同步模块：用于根据第二相关结果的最大模值和同步门限得到同步结果；其中，同步门限由段序列号和与本地同步序列对应的第二类固定门限范围确定。

本发明的实施方式还提供了一种终端设备，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述分段信号同步方法。

本发明的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述分段信号同步方法。

本发明实施方式相对于现有技术而言，对输入的本地前导序列和调频信号进行相关计算，得到第一相关结果；将根据第一相关结果的最大模值在预设的第一类固定门限范围中的位置，确定为段序列号；对输入的本地同步序列和调频信号进行相关计算，得到第二相关结果；根据第二相关结果的最大模值和同步门限得到同步结果；其中，同步门限由段序列号和与本地同步序列对应的第二类固定门限范围确定。通过对本地序列信号的输入控制，先后采用本地前导序列和本地同步序列实现了门限的动态选择，并得到了同步结果，解决了因本地前导序列preamble与本地同步序列access code编码相似导致的假相关峰问题，使信号同步结果更加准确。同时，避免了在低信噪比的情况下，接收机的同步性能降低的问题。

另外，对输入的本地前导序列和调频信号进行相关计算，得到第一相关结果，具体包括：获取本地前导序列及调制系数，将本地前导序列作为本地信号输入；根据本地前导序列及调制系数，获取本地信号的差分序列；根据调频信号获取调频信号的差分序列；对本地信号的差分序列与调频信号的差分序列进行相关计算得到第一相关结果。这种双相关的计算方法有利于提高获取第一相关结果的速度，并实现初同步。

另外，所述对输入的本地同步序列和调频信号进行相关计算，得到第二相关结果，具体包括：获取本地同步序列，将本地同步序列作为本地信号输入；根据本地同步序列及调制系数，获取所述本地信号的差分序列；根据所述调频信号获取调频信号的差分序列；对本地信号的差分序列与调频信号的差分序列进行相关计算得到第二相关结果。该方式使实现FSK差分相关的序列双相关同步更加容易，进一步得提高了同步结果的精度。

另外，根据所述调频信号获取调频信号的差分序列包括：以一预设的采样时间间隔，采集所述调频信号；计算本次采集的所述调频信号与上次采集的所述调频信号的相位差；根据所述相位差，获取所述调频信号的差分序列。本发明实施方式只需根据本次采集的调频信号与上次采集的所述调频信号的相位差，即可计算出调频信号的差分序列，计算方法简单，有利于加快同步结果的获取速度。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明第一实施方式中的分段信号同步方法流程图；

图2是根据本发明第一实施方式中的信号处理流程图；

图3a-图3d是根据本发明第一实施方式中的与现有技术同步峰值比较示意图：

图4是根据本发明第二实施方式中的分段信号同步装置示意图；

图5是根据本发明第三实施方式中的一种终端设备结构示意图；

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，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种分段信号同步方法，应用于FSK信号同步过程中，在本实施方式中，对输入的本地前导序列和调频信号进行相关计算，得到第一相关结果；将根据第一相关结果的最大模值在预设的第一类固定门限范围中的位置，确定为段序列号；对输入的本地同步序列和调频信号进行相关计算，得到第二相关结果；根据第二相关结果的最大模值和同步门限得到同步结果；其中，同步门限由段序列号和与本地同步序列对应的第二类固定门限范围确定。

本实施方式中，通过对本地序列信号的输入控制，先后采用本地前导序列和本地同步序列实现了门限的动态选择，并得到了同步结果，解决了因本地前导序列preamble与本地同步序列access code编码相似导致的假相关峰问题，使信号同步结果更加准确。同时，避免了在低信噪比的情况下，接收机的同步性能降低的问题。

下面对本实施方式的分段信号同步方法实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

本实施方式中的分段信号同步方法的流程图如图1所示，包括：

步骤101，对输入的本地前导序列和调频信号进行相关计算，得到第一相关结果；

具体的说，对输入的本地前导序列和调频信号进行相关计算之前，先获取本地前导序列及调制系数，将本地前导序列作为本地信号输入；根据本地前导序列及调制系数，获取本地信号的差分序列；根据调频信号获取调频信号的差分序列；对本地信号的差分序列与调频信号的差分序列进行相关计算得到第一相关结果。

具体信号处理流程如图2所示，包括相关结果y(n)的获取，以及动态门限的选择：

实际中，调频信号r(n)为矢量信号，其差分序列r_diff(n)具体计算方式为：经过相位求解以及差分后，再经过矢量信号恢复，得到r_diff(n)。n为序列索引。

具体的，其调频信号的差分序列包括：以一预设的采样时间间隔，采集调频信号；计算本次采集的所述调频信号与上次采集的所述调频信号的相位差；根据所述相位差，获取所述调频信号的差分序列。相位差为Δθ，则可通过公式r_diff(n)＝e^jΔθ来获取调频信号的差分序列r_diff(n)。

本地信号b(n)的差分序列s_diff(n)，可根据本地信号b(n)及调制系数hIdx来计算。

将得到r_diff(n)与s_diff(n)一并输入相关器进行相关运算(即求r_diff(n)与s_diff(n)的卷积)，获得y(n)，y(n)即为计算出的相关结果。

特别的，现有技术中，信息的收发采用BLECODED PHY帧为单位，帧的开头都使用事先约定好的帧头(前导序列/起始序列)给接收机，标识一个帧中数据的开始，因此一般将本地序列的控制信号默认为本地前导序列，本实施例的步骤101中即以本地前导序列preamble作为本地信号进行输入进行相关计算，根据以上公式，计算得到第一相关结果y₁(n)。

步骤102，将根据第一相关结果的最大模值在预设的第一类固定门限范围中的位置，确定为段序列号；

具体的说，得到第一相关结果后，根据经验值预设第一类固定门限范围ThdA，ThdA涵盖了利用前导序列作为本地序列信号时候的所有门限值，无论信噪比的高低。门限值可映射为信噪比SNR(放大器的输出信号的功率与同时输出的噪声功率的比值)，不同的信噪比，对应不同的最佳门限。y(n)是矢量，经过相关计算，输出的信号包含噪声信号，其模值的最大值是本实施例中需要的信号值。此处利用第一相关结果的最大模值在预设的第一类固定门限范围中的位置，确定为段序列号。具体如下：设第一类固定门限范围ThdA为ThdA[0]～ThdA[m]，当第一相关结果的最大值落在某段范围内，即ThdA[x]<y(n)_max<ThdA[x+1]，可以得到x，设该x为段序列号。

步骤103，对输入的本地同步序列和调频信号进行相关计算，得到第二相关结果；

具体的说，图2中动态门限的选择与本地序列有关，在步骤101中，本地序列控制信号B_Sel为前导序列preamble，实现初同步后，B_Sel切换为同步序列access code,使用B_sync(n)。

具体的说，对输入的本地同步序列和调频信号进行相关计算，得到第二相关结果，具体包括：获取本地同步序列作为本地信号输入；根据本地同步序列及调制系数，获取本地信号的差分序列；根据调频信号获取调频信号的差分序列；对本地信号的差分序列与调频信号的差分序列进行相关计算得到第二相关结果。需要说明的是，调制系数由相干解调中的自适应判决器输出。

具体计算过程与步骤101方式类似，所选择的本地序列不同而已，此处不多赘述。得到第二相关结果y₂(n)。

步骤104，根据第二相关结果的最大模值和同步门限得到同步结果；其中，同步门限由段序列号和与本地同步序列对应的第二类固定门限范围确定。

具体的说，本地序列切换成本地同步序列access code后，进行同步字同步过程中的门限选择对应为第二类固定门限范围ThdB。根据步骤102中得到段序列号x，带入到第二类固定门限范围中得到access同步的门限ThdB[x]。

根据步骤103中计算出的第二相关结果和同步门限ThdB[x]，得出最终的同步结果。具体的说，同步结果包括：帧同步估计、频偏估计；帧同步估计由第二相关结果的最大模值确定：

频偏估计由帧同步估计和第二相关结果确定：

其中，f_s为采样频率。

第一实施例中，通过对本地序列信号的输入控制，先后采用本地前导序列和本地同步序列实现了门限的动态选择，并得到了同步结果，解决了因本地前导序列preamble与本地同步序列access code编码相似导致的假相关峰问题，同时，避免了在低信噪比的情况下，接收机的同步性能降低的问题。另外，该方式使实现FSK差分相关的序列双相关同步更加容易，进一步得提高了同步结果的精度。

具体的说，本实施例所达到的效果如图3所示，与现有方案的同步峰值比较示意图：横轴代表序列索引，y轴的y(n)实际上为y(n)的模值。

图3a和图3b分别为现有技术中低信噪比时的同步输出和高信噪比同步输出，从图中可看出，现有技术中，同步门限固定时，在不同的信噪比情况下，并不是普遍适用；提高同步门限，在低信噪比的情况下，会导致接收机的同步性能降低。而同步门限设置的较低时，在高信噪比情况下会出现假相关峰。

图3c和图3d分别为经过本实施方式中分段信号同步方法的步骤101-104后的低信噪比的同步输出和高信噪比的同步输出，先后采用本地前导序列和本地同步序列实现了门限的动态选择，如图3c和图3d右侧黑色加粗箭头示意的图形发现，由于计算的段序列号x的不同，利用本地序列进行的同步过程中的同步门限不同，无论信噪比为高或低的情况，都避免了现有技术中的问题。另外，由于同步门限可映射成信噪比SNR，根据第一相关结果的最大模值在预设的第一类固定门限范围中的位置预估当前信噪比，根据不同的信噪比SNR,动态选择不同的同步门限。该方法解决了高信噪比是假相关峰值的对同步性能的影响，也能兼顾低信噪比的同步性能。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明的第二实施方式涉及一种分段信号同步装置。如图4所示，包括：

第一计算模块201：用于对输入的本地前导序列和调频信号进行相关计算，得到第一相关结果；位置确认模块202：用于将根据所述第一相关结果的最大模值在预设的第一类固定门限范围中的位置，确定为段序列号；第二计算模块203：用于对输入的本地同步序列和调频信号进行相关计算，得到第二相关结果；同步模块204：用于根据所述第二相关结果的最大模值和同步门限得到同步结果；其中，所述同步门限由所述段序列号和与所述本地同步序列对应的第二类固定门限范围确定。

进一步的，分段信号同步装置的第一计算模块包括：

获取单元：用于获取本地前导序列及调制系数，将本地前导序列作为本地信号输入；差分序列计算单元：用于根据本地同步序列及调制系数，获取本地信号的差分序列；根据调频信号获取调频信号的差分序列；第一相关结果计算单元：用于对本地信号的差分序列与调频信号的差分序列进行相关计算得到第一相关结果。

本实施方式，通过对本地序列信号的输入控制，先后采用本地前导序列和本地同步序列实现了门限的动态选择，并得到了同步结果，解决了因本地前导序列preamble与本地同步序列access code编码相似导致的假相关峰问题，使信号同步结果更加准确。同时，避免了在低信噪比的情况下，接收机的同步性能降低的问题。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的装置实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本发明第三实施方式涉及一种服务器，具体结构如图5所示。

包括至少一个处理器301；以及，与至少一个处理器301通信连接的存储器302。其中，存储器302存储有可被至少一个处理器301执行的指令，指令被至少一个处理器301执行，以使至少一个处理器301能够执行以上实施方式的捕包处理方法。

本实施方式中，处理器301以中央处理器(Central Processing Unit，CPU)为例，存储器 302以可读写存储器(Random Access Memory，RAM)为例。处理器301、存储器302可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。存储器302作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中实现捕包处理方法程序就存储于存储器302中。处理器301通过运行存储在存储器302中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述捕包处理方法。

存储器302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；存储数据区可存储选项列表等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器302可选包括相对于处理器301远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至外接设备。

一个或者多个程序模块存储在存储器302中，当被一个或者多个处理器301执行时，执行上述任意方法实施例中的捕包处理方法。

上述产品可执行本申请实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请实施例所提供的方法。

本发明第四实施方式涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例。

即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请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-OnlyMemory)、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。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种分段信号同步方法，其特征在于，包括:

对输入的本地前导序列和调频信号进行相关计算，得到第一相关结果；

根据预设的包括按照大小排序的多个门限值的第一类固定门限范围，确定与所述第一相关结果的最大模值的差值最小的两个相邻门限值，将所述两个相邻门限值中较小的相邻门限值在所述第一类固定门限范围中的排序号作为段序列号；

对输入的本地同步序列和调频信号进行相关计算，得到第二相关结果；

根据所述第二相关结果的最大模值和同步门限得到同步结果；其中，所述同步门限由所述段序列号和与所述本地同步序列对应的第二类固定门限范围确定；

其中，所述对输入的本地前导序列和调频信号进行相关计算，得到第一相关结果，具体包括：

获取本地前导序列及调制系数，将所述本地前导序列作为本地信号输入；

根据所述本地前导序列及所述调制系数，获取所述本地信号的差分序列；根据所述调频信号获取调频信号的差分序列；

对所述本地信号的差分序列与所述调频信号的差分序列进行相关计算得到第一相关结果。

2.根据权利要求1中所述的分段信号同步方法，其特征在于，所述对输入的本地同步序列和调频信号进行相关计算，得到第二相关结果，具体包括：

获取本地同步序列，将所述本地同步序列作为本地信号输入；

根据所述本地同步序列及所述调制系数，获取所述本地信号的差分序列；根据所述调频信号获取调频信号的差分序列；

对所述本地信号的差分序列与所述调频信号的差分序列进行相关计算得到第二相关结果。

3.根据权利要求1或2中所述的分段信号同步方法，其特征在于，所述根据所述调频信号获取调频信号的差分序列包括：

以一预设的采样时间间隔，采集所述调频信号；

计算本次采集的所述调频信号与上次采集的所述调频信号的相位差；

根据所述相位差，获取所述调频信号的差分序列。

4.一种分段信号同步装置，其特征在于，包括：

第一计算模块：用于对输入的本地前导序列和调频信号进行相关计算，得到第一相关结果；

位置确认模块：用于根据预设的包括按照大小排序的多个门限值的第一类固定门限范围，确定与所述第一相关结果的最大模值的差值最小的两个相邻门限值，将所述两个相邻门限值中较小的相邻门限值在所述第一类固定门限范围中的排序号作为段序列号；

第二计算模块：用于对输入的本地同步序列和调频信号进行相关计算，得到第二相关结果；

同步模块：用于根据所述第二相关结果的最大模值和同步门限得到同步结果；其中，所述同步门限由所述段序列号和与所述本地同步序列对应的第二类固定门限范围确定；

其中，所述第一计算模块包括：

获取单元：用于获取本地前导序列及调制系数，将所述本地前导序列作为本地信号输入；

差分序列计算单元：用于根据所述本地同步序列及所述调制系数，获取所述本地信号的差分序列；根据所述调频信号获取调频信号的差分序列；

第一相关结果计算单元：用于对所述本地信号的差分序列与所述调频信号的差分序列进行相关计算得到第一相关结果。

5.一种终端设备，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至少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能够执行如权利要求1至3中任一项所述的分段信号同步方法。

6.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3中任一项所述的分段信号同步方法。