CN111277363A - 低复杂度同步标头检测 - Google Patents

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Abstract

本申请的实施例涉及低复杂度同步标头检测。一种将调制移频键控MSK符号的序列分成第一部分和第二部分且分别将MSK符号的所述序列的所述第一部分和MSK符号的所述序列的所述第二部分与MSK符号的参考序列的第一部分和MSK符号的所述参考序列的第二部分进行比较(445、450)的技术实现在无线通信包中对起始字段定界符进行低复杂度检测(455)。

Description

低复杂度同步标头检测
技术领域
本公开涉及无线通信领域，且具体来说，涉及用于检测同步标头的技术。
背景技术
无线通信标准通常使用同步标头以允许无线通信接收器辨识出数据包的开始。对一些通信标准中的同步标头进行相干检测所需的硬件复杂度相当大，这对于小型的低成本电池供电装置来说不合适。
发明内容
一个一般方面包含一种用于无线通信接收器的起始字段定界符检测器，所述起始字段定界符检测器包含：最小移频键控(MSK)解调电路，其配置成将偏移正交相移键控码片转译成MSK符号；第一限定符模块，其配置成将MSK符号的多个序列中的每一个的第一部分与参考MSK符号的多个序列中的每一个的第一部分进行比较；第二限定符模块，其配置成将MSK符号的多个序列中的每一个的第二部分与参考MSK符号的多个序列中的每一个的第二部分进行比较，其中参考MSK符号的多个序列中的每一个的第二部分是不变的；以及起始字段定界符检测器模块，其配置成响应于第一限定符模块指示成功匹配和第二限定符模块指示成功匹配而指示在无线通信包中检测到起始字段定界符。
另一一般方面包含一种无线通信接收器，其包含：电路，其用以将包含偏移正交相移键控码片的接收到的无线信号解调制成MSK符号的接收到的多个序列；微控制器，其配置成检测接收到的多个MSK符号中的起始字段定界符，所述微控制器包含第一限定符模块，所述第一限定符模块配置成将MSK符号的多个序列中的每一个的第一部分与参考MSK符号的多个序列中的每一个的第一部分进行比较。微控制器还包含第二限定符模块，所述第二限定符模块配置成将MSK符号的多个序列中的每一个的第二部分与参考MSK符号的多个序列中的每一个的第二部分进行比较，其中参考MSK符号的多个序列中的每一个的第二部分是不变的。微控制器还包含起始字段定界符检测器模块，所述起始字段定界符检测器模块配置成响应于第一限定符模块指示成功匹配和第二限定符模块指示成功匹配而指示在无线通信包中检测到起始字段定界符。
又一一般方面包含一种在无线通信包中检测起始字段定界符的方法，其包含：将一组偏移正交相移键控码片转换成MSK符号的多个序列；在第一比较中将MSK符号的多个序列中的每一个的第一部分与对应于由无线通信标准定义的起始字段定界符的参考MSK符号的多个序列的第一部分进行比较；在第二比较中将MSK符号的多个序列中的每一个的第二部分与参考MSK符号的多个序列中的每一个的第二部分进行比较，其中参考MSK符号的多个序列中的每一个的第二部分是不变的；以及响应于第一比较指示成功匹配和第二比较指示成功匹配而在无线通信包中检测到起始字段定界符。
又一方面包含一种用于无线通信接收器的微控制器，其中微控制器被编程来：将一组偏移正交相移键控码片转换成MSK符号的多个序列；在第一比较中将MSK符号的多个序列中的每一个的第一部分与对应于由无线通信标准定义的起始字段定界符的参考MSK符号的多个序列的第一部分进行比较；在第二比较中将MSK符号的多个序列中的每一个的第二部分与参考MSK符号的多个序列中的每一个的第二部分进行比较，其中参考MSK符号的多个序列中的每一个的第二部分是不变的；以及响应于第一比较指示成功匹配和第二比较指示成功匹配而在无线通信包中检测到起始字段定界符。
附图说明
并入在本说明书中且构成本说明书的一部分的附图示出了与本发明一致的设备和方法的实施方案，且与具体实施方式一起用以解释与本发明一致的优点和原理。在附图中，
图1是示出根据一个方面从16位到512个码片的帧起始定界符(SFD)的扩频的框图。
图2是示出根据一个方面用于使用MSK到偏移正交相移键控(OQPSK)转译器处理SFD的技术的框图。
图3是示出根据一个方面在SFD位与MSK符号之间的对应关系的表。
图4是示出根据一个方面的SFD检测器装置的一部分的框图。
图5是示出根据一个方面用于检测SFD的技术的流程图。
具体实施方式
在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供透彻理解。可以在无这些具体细节的情况下实践本文中所公开的原理。在其它情况下，以框图的形式示出结构和装置以避免混淆本发明。对没有下标的数字的引用应理解为涉及与被引用数字对应的所有带下标实例。此外，本公开中所用的语言主要是出于可读性和指导性目的来选择的，并且可能没有被选择来描绘或限定本发明主题，而是诉诸于确定该发明主题所必需的权利要求。在说明书中提及的“一个方面”或“一方面”意味着结合所述方面描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个方面中，且多次提及的“一个方面”或“一方面”不应理解为必须都指同一方面。
尽管以下描述中的一些是以与软件或固件有关的术语进行撰写的，但是若干方面可以按需要在软件、固件或硬件中实施本文中所描述的特征和功能性，包含软件、固件和硬件的任何组合。提及的后台程序、驱动程序、引擎、模块或例程不应被视为对任何类型的实施方案施加方面限制。
除非有明确的定义，否则术语“一(a或an)”和“所述”并非用于指单数，而是包含可以使用具体实例进行说明的一般类别。因此，可以使用术语“一(a或an)”来指至少为一的任何数字，包含“一个”、“一或多个”、“至少一个”和“一个或超过一个”。
术语“或”指任何一个替代例和替代例的任何组合，包含全部的替代例，除非替代例明确为相互排斥的。
短语“中的至少一个”当与项目列表组合时指列表中的单个项目或者列表中的项目的任何组合。除非有明确的定义，否则所述短语并不需要所有列出的项目。
下文描述的技术的硬件复杂度低于纯偏移正交相移键控(OQPSK)技术，电力利用较少，且因此适合于低成本的电池供电装置。所述技术可以获得与相干帧起始定界符(SFD)检测技术相比可接受的性能水平，大约有3dB的损失。举例来说，Atmel AT86RF215 IEEE802.15.4g收发器在28mA电流下实施相干OQPSK SFD检测技术，而下文描述的技术可以在示例德克萨斯仪器(TI)CC1312接收器中在6mA电流下实施。
无线通信标准的一个实例是电气电子工程师学会(IEEE)802.15.4g，它也被称为智能公用网络(SUN)标准，利用OQPSK数字调制方案通过改变参考信号的相位来传达数据。IEEE 801.15.4g SUN OQPSK规范定义了由同步标头(SHR)、包标头(PHR)和PHY有效载荷组成的包格式102。随后，802.15.4g标准中的SHR 104被定义为包含前导码106和帧起始定界符(SFD)110，如图1中所示。前导码106是32位零序列，而SFD是16位序列，如图1中所示。前导码106的每个位和SFD 110的每个位使用图1的表120扩频到OQPSK信号中的32个码片，因此前导码106扩频到1024个码片，且SFD 110扩频到512个码片。随后，接收器必须能够辨识或检测出前导码106和SFD 110，之后所述接收器可以处理数据有效载荷。
802.15.4g SUN OQPSK调制可以替代地被描述为最小移频键控(MSK)调制。OQPSK接收器可以实施为MSK解调器，后跟着MSK符号到OQPSK码片转译块，如图2的实例中所示。无线信号SSFD(t)210可由例如MSK差分解调器等MSK解调器220处理以产生MSK符号230。随后，那些MSK符号230可以由转译模块240转译成OQPSK码片250。另外，MSK符号230可以在接收器中使用特定检测算法进行检查，以得到对应于SFD 110的等效MSK符号序列。代码示例260示出了一种用于执行OQPSK到MSK转译的技术，所述技术为SFD 110生成图3的MSK符号。类似的技术(图中未示)允许将MSK符号转译成OQPSK码片。
图3是示出与SFD 110相对应的512个参考MSK符号的表。表300示出了SFD 110的位在扩频成码片之前如何从OQPSK信号转译成MSK符号。列310列举了16个SFD位中的每一个。上文所描述的MSK转译器将OQPSK信号转换成32个MSK符号的16个序列，其中32个MSK符号的每个序列与SFD 110的一个位相对应。列320中示出MSK符号[0]，且列330中示出MSK符号[1..31]。如列330中易于见到，MSK符号[1..31]对于与SFD位相对应的MSK符号的每一个序列是不变的。
在OQPSK域中，与SFD 110的每个位相对应的32码片序列之间的汉明距离是32。如图3中所示，在MSK域中，在与SFD的任何位相对应的任意对32个MSK符号之间的汉明距离是1，因为32个MSK符号的序列中唯一可变的部分是第一MSK符号。这种低汉明间距的结果是如图2中所描述的纯MSK到OQPSK转译器的性能不良。表的每个行中的大部分信息被舍弃，且纯MSK到OQPSK转译器对噪声或引入到信号中的其它误差更敏感，这是有利的。然而，下文描述的技术利用MSK符号[1..31]的不变性，允许考虑MSK符号，使用低复杂度确定接收到的OQPSK信号是SFD 110，但仍然能够处理好图2的简单MSK到OQPSK转译器处理不好的误差。
图4是利用了MSK符号[1..31]在SFD 110中不变的这一事实的无线通信接收器的SFD 110检测器部分的框图。所述技术分别确定第一符号(MSK符号[0])和其余MSK符号(MSK[1..31])符合条件。这时当第一符号(MSK符号[0])匹配SFD 110的预期MSK序列(如图3中所示)且其余符号(MSK符号[1..31])也匹配图3中所示的预期MSK符号序列时，使用这个技术检测SFD 110。因为这个技术使用了MSK符号序列中的更多信息，所以检测器的各个方面可以允许MSK符号[0]的预期序列之间出现小差异，且仍然是成功的匹配并指示检测SFD 110。在一方面，计数器可以计数匹配(或不匹配)MSK符号[0]的期望值的MSK符号[0]的数目。如果不匹配的MSK符号[0]的计数小于不符阈值，那么检测器可以考虑MSK符号[0]的序列来指示SFD 110，只要MSK符号[1..31]精确地匹配期望值即可。因此，举例来说，在阈值为3的情况下，仍可以辨识出有1或2个MSK符号[0]不同于期望值的序列以检测SFD 110序列，只要MSK符号[1..31]有严格的标识即可。这允许检测器对噪声不太敏感(相比于图2中所描述的纯MSK技术)，它利用了所有MSK符号序列中的信息，而不是将MSK符号[1..31]扔掉。
其它方面可以放宽MSK符号[1..31]的严格标识要求。在一方面，汉明距离阈值可用于确定MSK符号[1..31]的序列是否应被视为匹配MSK符号[1..31]的预期序列。举例来说，汉明距离的差小于阈值可以被视为匹配，而差等于或高于阈值则可被视为不匹配，因此指示不检测SFD 110。
现在转而参看图4，框图示出了根据一个方面执行对前导码106和SFD 110的检测的无线通信接收器的SHR检测器400部分。无线通信接收器的其它部分(例如转换输入信号的数据有效载荷部分的部分)为了清晰起见而被省略。在此示例方面，输入信号405由Nx1位相关电路410、峰值检测电路415和频率偏移估计电路420取样。峰值检测电路415的输出和频率偏移估计电路420的频率偏移输出435被用作频率校正电路430的输入。这些电路在无线通信接收器行业中是熟知的，且此处不需要进一步论述。
由Nx1位相关电路410(其中N＝512)生成的时序信息425和由频率校正电路430输出的频率校正信号用以检测前导码106，随后指示SFD 110的开始。含有SFD 110的信号被输入到MSK解调器电路440中，所述MSK解调器电路使用时序信息425对从频率校正电路430输出的频率校正输入信号进行处理以生成MSK符号的序列。
随后，从MSK解调器电路440输出的MSK符号由限定符模块445处理以确定32个符号中的每一个中可对应于潜在SFD 110的第1MSK符号符合条件，以及由限定符模块450处理以确定第2到第31符号(对应于列330的MSK符号[1..31])符合条件。如果第1MSK符号和第2到第31MSK符号通过匹配图3中所示的参考MSK符号的序列而皆符合条件，那么SFD检测器电路455指示在由无线通信接收器接收的信号中已经识别SFD 110，从而允许接收器随后通过对SFD 110之后的信号执行MSK到OQPSK转译来处理信号的数据有效载荷部分。如上文所指示，SFD 110检测是在检测到由无线通信标准定义的前导码信号部分之后执行的，且对由无线通信接收器接收的每一个包执行全部程序。前导码是由无线通信标准定义的重复模式，且不含特定于包中含有的数据的任何信息。
在各个方面，图4中所示的元件410、415、420、430、440、445、450和455中的任一个或全部可以硬件、固件、软件或硬件、固件或软件的任何组合来实施。举例来说，元件445、450和455可以使用微控制器或处理器芯片来实施，所述微控制器或处理器芯片例如是被编程来执行本文中所描述的程序的TI CC1312微控制器。
现在转而参看图5，流程图示出了程序500。对应于图4的Nx1位相关电路410的512x1码片相关电路510试图使用汉明距离计算来识别前导码106(与前导码106的参考512码片序列相比)。当汉明距离计算指示512码片序列在参考序列的阈值距离内时，峰值由峰值检测器块520指示，从而允许在块530中执行对应于图4的频率偏移估计电路420和频率校正电路430的频率偏移校正。一旦块530的频率偏移校正已执行，便在块540中执行对应于图4的MSK解调电路440的MSK解调，从而生成512个MSK符号的序列、16组MSK符号[0..31]。在块560中，基于汉明距离计算，将16组中的每一组的第一MSK符号(MSK符号[0])与图3的列320中所示的第一MSK符号的预期序列进行比较。如果未找到匹配，那么检测器程序在块570中前移以检查从块530中的频率偏移校正开始的另一信号部分。如果未找到匹配，那么在块580中，再次基于汉明距离计算将其余MSK符号(MSK符号[1..31])进行比较以知晓它们是否匹配图3的列330中的序列。如果未找到匹配，例如汉明距离计算值在预定阈值汉明距离之外，那么程序前进到块570以如上文所描述般前移。尽管图5中示出为顺序发生，但是各个方面可以并行或按照逆向的图5所示次序实施块560和580的比较。如果每一组32个MSK符号中的第一MSK符号皆匹配图3的列320中的预期序列且其余MSK符号匹配图3的列330中所示的31个MSK符号的集合，那么SFD检测器程序500指示在块590中已检测到SFD 110，且无线通信接收器可以开始处理无线包的数据部分。
可以硬件、固件和软件中的一个或组合来实施各个方面。各个方面也可被实施为存储在计算机可读存储媒体上的指令，所述指令可以由至少一个处理元件读取和执行以执行本文中所描述的操作。计算机可读存储媒体可包含用于以机器(例如，计算机)可读的形式存储信息的任何非暂时性机构。举例来说，计算机可读存储装置可包含只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储媒体、光学存储媒体、闪存存储器装置和其它存储装置和媒体。
如本文中所描述，各个方面可以包含逻辑或多个组件、模块或机构，或可以在逻辑或多个组件、模块或机构上操作。模块可以是以通信方式耦合到一或多个处理元件以执行本文中所描述的操作的硬件、软件或固件。模块可以是硬件模块，并且因此，模块可以考虑为能够执行特定操作的有形实体且可以某一方式配置或布置。回路可以特定方式布置(例如，内部地或关于例如其它回路的外部实体)为模块。完整或部分的一或多个可编程装置(例如，独立客户端或服务器计算机系统)或一或多个硬件处理元件可以由固件或软件(例如，指令、应用程序部分或应用程序)配置为用以执行指定操作的模块。软件可以驻留在计算机可读媒体上。软件当由模块的底层硬件执行时使得硬件执行指定操作。因此，术语硬件模块应理解成涵盖有形实体，即，以物理方式构建、特定地配置(例如，硬接线)或临时(例如，暂时地)配置(例如，编程)而以特定方式操作或执行本文所述的任何操作的部分或全部的实体。在模块是临时配置的情况下，模块中的每一个不必在任何一个时刻进行实例化。举例来说，其中模块包括使用软件配置的通用硬件处理元件；通用硬件处理元件可以在不同时间被配置成相应不同模块。软件因此可以对硬件处理器进行编程以例如在一个时刻构成特定模块和在不同时刻构成不同模块。模块也可为用以执行本文中所描述的方法的软件或固件模块。
虽然附图中已详细地描述和展示了某些示范性方面，但是应理解此些方面仅是说明性的，且是在不脱离其基本范围的情况下进行设计的，所述基本范围由所附权利要求书限定。

Claims (20)

1.一种用于无线通信接收器的起始字段定界符检测器，其包括：
最小移频键控MSK解调电路，其配置成将偏移正交相移键控码片转译成MSK符号；
第一限定符电路，其配置成将MSK符号的多个序列中的每一个的第一部分与参考MSK符号的多个序列中的每一个的第一部分进行比较；
第二限定符模块，其配置成将MSK符号的所述多个序列中的每一个的第二部分与参考MSK符号的所述多个序列中的每一个的第二部分进行比较，其中参考MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第二部分是不变的；以及
起始字段定界符检测器电路，其配置成响应于第一限定符模块指示成功匹配和所述第二限定符模块指示成功匹配而指示在无线通信包中检测到起始字段定界符。
2.根据权利要求1所述的起始字段定界符检测器，
其中MSK符号的每个序列是32个MSK符号的序列，且
其中MSK符号的每个序列的所述第一部分是32个MSK符号的所述序列中的第一MSK符号。
3.根据权利要求1所述的起始字段定界符检测器，
其中MSK符号的每个序列是32个MSK符号的序列，且
其中MSK符号的每个序列的所述第二部分是32个MSK符号的所述序列中的第二到第31MSK符号。
4.根据权利要求1所述的起始字段定界符检测器，
其中所述起始字段定界符是IEEE 802.15.4g起始字段定界符。
5.根据权利要求1所述的起始字段定界符检测器，
其中所述第一限定符模块配置成计算MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第一部分与参考MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第一部分之间的汉明距离，且
其中所述第一限定符模块配置成响应于所述汉明距离与第一阈值具有第一关系而确定成功匹配。
6.根据权利要求1所述的起始字段定界符检测器，
其中所述第二限定符模块配置成计算MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第二部分与参考MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第二部分之间的汉明距离，且
其中所述第二限定符模块配置成响应于所述汉明距离与第二阈值具有第二关系而确定成功匹配。
7.一种无线通信接收器，其包括：
电路，其用以将包括偏移正交相移键控码片的接收到的无线信号解调制成最小移频键控MSK符号的接收到的多个序列；以及
微控制器，其配置成检测所述接收到的多个MSK符号中的起始字段定界符，所述微控制器包括：
第一限定符模块，其配置成将MSK符号的所述多个序列中的每一个的第一部分与参考MSK符号的多个序列中的每一个的第一部分进行比较；
第二限定符模块，其配置成将MSK符号的所述多个序列中的每一个的第二部分与参考MSK符号的所述多个序列中的每一个的第二部分进行比较，其中参考MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第二部分是不变的；以及
起始字段定界符检测器模块，其配置成响应于所述第一限定符模块指示成功匹配和所述第二限定符模块指示成功匹配而指示在无线通信包中检测到起始字段定界符。
8.根据权利要求7所述的无线通信接收器，
其中MSK符号的每个序列是32个MSK符号的序列，且
其中MSK符号的每个序列的所述第一部分是32个MSK符号的所述序列中的第一MSK符号。
9.根据权利要求7所述的无线通信接收器，
其中MSK符号的每个序列是32个MSK符号的序列，且
其中MSK符号的每个序列的所述第二部分是32个MSK符号的所述序列中的第二到第31MSK符号。
10.根据权利要求7所述的无线通信接收器，
其中所述起始字段定界符是IEEE 802.15.4g起始字段定界符。
11.根据权利要求7所述的无线通信接收器，
其中所述第一限定符模块配置成计算MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第一部分与参考MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第一部分之间的汉明距离，且
其中所述第一限定符模块配置成响应于所述汉明距离与第一阈值具有第一关系而确定成功匹配。
12.根据权利要求7所述的无线通信接收器，
其中所述第二限定符模块配置成计算MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第二部分与参考MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第二部分之间的汉明距离，且
其中所述第二限定符模块配置成响应于所述汉明距离与第二阈值具有第二关系而确定成功匹配。
13.一种在无线通信包中检测起始字段定界符的方法，其包括：
将一组偏移正交相移键控码片转换成最小移频键控MSK符号的多个序列；
在第一比较中将MSK符号的所述多个序列中的每一个的第一部分与对应于由无线通信标准定义的起始字段定界符的参考MSK符号的多个序列的第一部分进行比较；
在第二比较中将MSK符号的所述多个序列中的每一个的第二部分与参考MSK符号的所述多个序列中的每一个的第二部分进行比较，其中参考MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第二部分是不变的；以及
响应于所述第一比较指示成功匹配和所述第二比较指示成功匹配而在所述无线通信包中检测到所述起始字段定界符。
14.根据权利要求13所述的方法，
其中MSK符号的每个序列是32个MSK符号的序列，
其中MSK符号的每个序列的所述第一部分是32个MSK符号的所述序列中的第一MSK符号，且
其中MSK符号的每个序列的所述第二部分是32个MSK符号的所述序列中的第二到第31MSK符号。
15.根据权利要求13所述的方法，
其中所述起始字段定界符是IEEE 802.15.4g起始字段定界符。
16.根据权利要求13所述的方法，
其中在所述第一比较中的比较包括计算MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第一部分与参考MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第一部分之间的汉明距离，且
其中所述第一比较响应于所述汉明距离与第一阈值具有第一关系而指示成功匹配。
17.根据权利要求13所述的方法，
其中在所述第二比较中的比较包括计算MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第二部分与参考MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第二部分之间的汉明距离，且
其中所述第二比较响应于所述汉明距离与第二阈值具有第二关系而指示成功匹配，
响应于MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第一部分与参考MSK符号的所述多个序列的所述第一部分的成功匹配且响应于MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第二部分与参考MSK符号的所述多个序列的所述第二部分的成功匹配而检测到所述起始字段定界符。
18.一种设备，其包括：
微控制器，其被编程来：
将一组偏移正交相移键控码片转换成最小移频键控MSK符号的多个序列；
在第一比较中将MSK符号的所述多个序列中的每一个的第一部分与对应于由无线通信标准定义的起始字段定界符的参考MSK符号的多个序列的第一部分进行比较；
在第二比较中将MSK符号的所述多个序列中的每一个的第二部分与参考MSK符号的所述多个序列中的每一个的第二部分进行比较，其中参考MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第二部分是不变的；以及
响应于所述第一比较指示成功匹配和所述第二比较指示成功匹配而在无线通信包中检测到起始字段定界符。
19.根据权利要求18所述的设备，
其中所述起始字段定界符是IEEE 802.15.4g起始字段定界符，
其中MSK符号的每个序列是32个MSK符号的序列，
其中MSK符号的每个序列的所述第一部分是32个MSK符号的所述序列中的第一MSK符号，且
其中MSK符号的每个序列的所述第二部分是32个MSK符号的所述序列中的第二到第31MSK符号。
20.根据权利要求18所述的设备，
其中所述微控制器被编程来通过编程进行以下操作而在所述第一比较中进行比较：
计算MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第一部分与参考MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第一部分之间的第一汉明距离，
其中所述微控制器被编程来通过编程进行以下操作而在所述第二比较中进行比较：
计算MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第二部分与参考MSK符号的所述多个序列中的每一个的所述第二部分之间的第二汉明距离。
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