CN111669346B - 用于低功耗蓝牙的gfsk频率偏移的校正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种用于低功耗蓝牙的GFSK频率偏移的校正方法，在校正条件触发时，启动频率偏移检测电路，以校正控制值作为频率偏移检测电路的输入对待校正信号的比例因子进行计算。启动GFSK频率校正电路，将比例因子和待校正信号作为GFSK频率校正电路的输入，GFSK频率校正电路基于比例因子对待校正信号进行校正。通过频率偏移检测电路和GFSK频率校正电路对待校正信号的频率偏移进行校正，避免了GFSK频率偏移偏离标准规定的频率偏移值太大的问题，保证了蓝牙芯片的正常工作。

Description

用于低功耗蓝牙的GFSK频率偏移的校正方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种用于低功耗蓝牙的GFSK频率偏移的校正方法。
背景技术
低功耗蓝牙是一种低功耗、低成本的局域无线通信技术。这项技术通过缩小智能设备的尺寸、降低其价格与复杂性进一步提高了其智能化程度。其中，低功耗蓝牙的发射调制方式是高斯频移键控(Gauss frequency Shift Keying，GFSK)，通过高斯频移键控调整低功耗蓝牙的调制信号的频偏。在物理层数据传输比特率是1Mbps的条件下，低功耗蓝牙标准要求发送数据1时，基于GFSK调制的低功耗蓝牙的GFSK调制信号的频率偏移是250KHZ；低功耗蓝牙标准要求发送数据0时，基于GFSK调制的低功耗蓝牙的GFSK调制信号的频率偏移是-250KHZ。在物理层数据传输比特率是2Mbps的条件下，低功耗蓝牙标准要求发送数据1时，基于GFSK调制的低功耗蓝牙的GFSK调制信号的频率偏移是500KHZ；低功耗蓝牙标准要求发送数据0时，基于GFSK调制低功耗蓝牙的GFSK调制信号的频率偏移是-500KHZ。
当GFSK调制信号的频率偏移的绝对值太小时，会导致对应的低功耗蓝牙的接收器比特误码率升高，当GFSK调制信号的频率偏移的绝对值太大时，会导致频谱模板违规。而影响GFSK频率偏移的因素有芯片与芯片之间工艺变异、供电变异，还有一个突出因素是低功耗蓝牙芯片的工作温度。随着低功耗蓝牙芯片工作温度变化，在特高温或极低温度(如摄氏105温度以上或如摄氏负30温度以下)，很多蓝牙芯片不能正常工作。其中原因之一是GFSK频率偏移偏离标准规定的频率偏移值(如250KHZ和500KHZ)太大，因此，如何让GFSK频率偏移值稳定在规定的频率偏移值附近是保证蓝牙芯片正常工作的重要途径。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中GFSK频率偏移规定的频率偏移值而引起蓝牙芯片不能正常工作的问题
为解决上述问题，本发明的实施方式公开了一种用于低功耗蓝牙的GFSK频率偏移的校正方法，所述校正方法包括：
在校正条件触发时，启动频率偏移检测电路；
以校正控制值作为所述频率偏移检测电路的输入对待校正信号的比例因子进行计算，所述校正控制值的绝对值大于第一预设阈值，
启动GFSK频率校正电路；
将所述比例因子和所述待校正信号作为所述GFSK频率校正电路的输入；
所述GFSK频率校正电路基于所述比例因子对所述待校正信号进行校正，其中，所述待校正信号的幅值与所述校正控制值相关。
采用上述技术方案，通过频率偏移检测电路和GFSK频率校正电路对待校正信号的频率偏移进行校正，避免了GFSK频率偏移偏离标准规定的频率偏移值(如250KHZ和500KHZ)太大的问题，保证了蓝牙芯片的正常工作。
在本发明的一些实施方式中，所述待校正信号包括1Mbps的比特流和2Mbps的比特流。
在本发明的一些实施方式中，所述计算待校正信号的比例因子通过以下方式获得：
所述频率偏移检测电路中的锁相环频率调制器基于输入的作为校正控制值的正数N和负数N分别输出第一高频信号和第二高频信号；
在时间间隔T内，基于所述频率偏移检测电路中的高频计数器分别对所述第一高频信号和所述第二高频信号的周期数进行计数，得到与所述第一高频信号对应的第一周期数和与所述第二高频信号对应的第二周期数；
基于所述待校正信号的标准频率偏移值、所述第一周期数、所述第二周期数、正数N和所述时间间隔T计算所述待校正信号的比例因子。
在本发明的一些实施方式中，所述比例因子采用下式计算：
Figure SMS_1
其中，
Figure SMS_2
所述C1为第二周期数、所述C0为第一周期数、所述T为时间间隔、dN为对应于校正控制值为N时的频率偏移值。
在本发明的一些实施方式中，启动GFSK频率校正电路后，针对于待校正信号为1Mbps的比特流，所述待校正信号为1Mbps的比特流的比例因子为
Figure SMS_3
所述待校正信号为1Mbps的比特流输入所述GFSK频率校正电路中的GFSK低通滤波器，所述GFSK低通滤波器输出待校正信号，所述待校正信号的最大幅值为校正控制值N；
将所述比例因子为
Figure SMS_4
和所述待校正信号输入至乘法器进行缩减，并将缩减值作为锁相环频率调制器的输入；
所述1Mbps的比特流对应的校正后的信号经所述锁相环频率调制器后的GFSK频率偏移值为250KHz。
在本发明的一些实施方式中，启动GFSK频率校正电路后，针对于2Mbps的比特流，所述2Mbps的比特流的比例因子为
Figure SMS_5
所述2Mbps的比特流输入所述GFSK频率校正电路中的GFSK低通滤波器，所述GFSK低通滤波器输出待校正信号，所述待校正信号的最大幅值为校正控制值N；
将所述比例因子为
Figure SMS_6
和所述待校正信号输入至乘法器进行缩减，并将缩减值作为锁相环频率调制器的输入；
所述2Mbps的比特流对应的校正后的信号经所述锁相环频率调制器后的GFSK频率偏移值为500KHz。在本发明的一些实施方式中，所述时间间隔T大于第二预设阈值。
在本发明的一些实施方式中，所述N为256。
在本发明的一些实施方式中，所述校正条件包括：所述低功耗蓝牙的蓝牙芯片处于冷启动。
在本发明的一些实施方式中，所述校正条件包括：所述低功耗蓝牙的蓝牙芯片的温度满足校正范围的要求。
本发明其他特征和相应的有益效果在说明书的后面部分进行阐述说明，且应当理解，至少部分有益效果从本发明说明书中的记载变的显而易见。
附图说明
图1(a)为本发明实施例公开的一种用于低功耗蓝牙的GFSK频率偏移的校正方法的流程示意图；
图1(b)为本发明实施例公开的一种频率偏移检测电路的结构示意图；
图1(c)为本发明实施例公开的一种GFSK频率校正电路的结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
低功耗蓝牙的发射调制方式是高斯频移键控(Gauss frequency Shift Keying，GFSK)，通过高斯频移键控调整低功耗蓝牙的调制信号的频偏。在物理层数据传输比特率是1Mbps的条件下，低功耗蓝牙标准要求发送数据1时，基于GFSK调制的低功耗蓝牙的GFSK调制信号的频率偏移是250KHZ；低功耗蓝牙标准要求发送数据0时，基于GFSK调制的低功耗蓝牙的GFSK调制信号的频率偏移是-250KHZ。在物理层数据传输比特率是2Mbps的条件下，低功耗蓝牙标准要求发送数据1时，基于GFSK调制的低功耗蓝牙的GFSK调制信号的频率偏移是500KHZ；低功耗蓝牙标准要求发送数据0时，基于GFSK调制低功耗蓝牙的GFSK调制信号的频率偏移是-500KHZ。
本发明提供的实施例的目的是调制GFSK的调制信号(待校正信号)中的频率偏移(frequency deviation)量,GFSK的调制信号在物理层数据传输比特率是1Mbps时，目的是使对应于1和0的GFSK调制信号频率偏移量为250KHz和-250KHz。GFSK的调制信号在物理层数据传输比特率是2Mbps时，目的是使对应于1和0的GFSK调制信号的频率偏移量分别为500KHz和-500KHz。在中文中，频率偏移也用来指载波频率的频率偏移(frequencyoffset),例如在2402MHz信道上发GFSK调制信号，当连续发射1时，信号频率是2402.4MHz。当连续发射0时，信号频率是2401.8MHz。则此时的载波频率偏移是100KHz((2402.4+2401.8)/2–2402＝100KHz)，GFSK调制信号中的频率偏移(frequency deviation)是300KHz,因此，GFSK调制信号中的频率偏移(frequency deviation)和载波频率偏移(frequency offset)是两个不同的概念，本发明针对的是调制信号中的频率偏移(frequency deviation)的校正。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
请参见图1(a)、图1(b)和图1(c)，图1(a)为本发明实施例公开的一种用于低功耗蓝牙的GFSK频率偏移的校正方法的流程示意图，图1(b)为本发明实施例公开的一种频率偏移检测电路的结构示意图，图1(c)为本发明实施例公开的一种GFSK频率校正电路的结构示意图。
本发明实施例中以待校正信号为1Mbps的比特流和2Mbps的比特流为例对本发明实施例中的低功耗蓝牙的GFSK频率偏移的校正方法进行说明。
如图1(b)所示的，频率偏移检测电路包括但不限于锁相环频率调制器(其输入的数字信号可以为校正控制值)、高频计数器和定时器。对于锁相环频率调制器、高频计数器和定时器的型号可以选择任意一种型号，本发明实施例在此并不作限定。
如图1(c)所示的，GFSK频率校正电路包括但不限于GFSK滤波器，乘法器10、二选一选择器11、二选一选择器12、锁相环频率调制器、高频计数器、定时器和功放。
值得注意的是，频率偏移检测电路和GFSK频率校正电路的结构还可以为其他结构，本发明实施例在此并不作限定。
下面结合图1(b)、图1(c)所示的电路结构对图1(a)中的用于低功耗蓝牙的GFSK频率偏移的校正方法进行说明。
图1(a)中的用于低功耗蓝牙的GFSK频率偏移的校正方法包括：
S101：在校正条件触发时，启动频率偏移检测电路。
根据本发明的一些实施例，校正条件包括：低功耗蓝牙的蓝牙芯片处于冷启动。
根据本发明的一些实施例，校正条件包括：低功耗蓝牙的蓝牙芯片的温度满足校正范围的要求。
具体的，可以把蓝牙芯片的温度分成几个段：-20度以下、-20度到正50度、50度以上。蓝牙芯片处于冷启动时会做一次校正，假设蓝牙芯片冷启动时的温度是10度。在蓝牙芯片冷启动后，温度传感器会定时测量蓝牙芯片的温度，当测量到的蓝牙芯片的温度超出上次校正时的温度是10度所属范围时，触发校正条件开启下一次的校正。值得注意的是，对于蓝牙芯片的温度并不局限于以上的方式，根据实际应用，校正条件中的蓝牙芯片温度还可以为其他值。
根据本发明的一些实施例，校正条件还可以包括上一次校正时的时间至当前时刻的时间差达到预定时间间隔(可以自定义设置)，从而周期性的对频率偏移进行校正。此外，校正条件还可以为其他类型，本发明实施例在此并不作限定。
S102：以校正控制值作为频率偏移检测电路的输入对待校正信号的比例因子进行计算，校正控制值的绝对值大于第一预设阈值。
根据本发明的一些实施例，以待校正信号为与1Mbps和与2Mbps的比特流相关的信号为例，对计算待校正信号的比例因子的计算方式进行说明：
在频率偏移检测电路中的锁相环频率调制器中输入校正控制值正数N和负数N，锁相环频率调制器对应正数N和负数N分别输出一个高频信号(与正数N对应的第一高频信号和与负数N对应的第二高频信号)。与正数N对应的第一高频信号和与负数N对应的第二高频信号的信号频率是载波频率和频率偏移的和值。在时间间隔T(可以大于第二预设阈值，第二预设阈值可以自定义设置，原则上将第二预设阈值设置的较大)内，利用频率偏移检测电路中的高频计数器分别对第一高频信号和第二高频信号的周期数进行计数，得到与第一高频信号对应的第一周期数和与第二高频信号对应的第二周期数。
第一周期数C0＝T*(fc+dN)，T为时间间隔，fc为载波频率，dN是对应于校正控制值N的频率偏移。
第二周期数C1＝T*(fc-dN)，T为时间间隔，fc为载波频率，dN是对应于校正控制值为负N的频率偏移。
第一周期数和第二周期数的差值为2*T*dN，则校正控制值N的频率偏移
Figure SMS_7
将比例因子采用
Figure SMS_8
表示。
对于待校正信号为与1Mbps的比特流相关的信号，其需要产生250KHz的频偏，则需要加一个幅值为M的控制信号M＝250000×N/(dN)。则1Mbps的比特流的比例因子为
Figure SMS_9
对于待校正信号为与2Mbps的比特流相关的信号，其需要产生500KHz的频偏，则需要加一个幅值为M的控制信号M＝500000×N/(dN)，2Mbps的比特流对应的待校正信号的比例因子为
Figure SMS_10
S103：启动GFSK频率校正电路。
根据本发明的一些实施例，在频率偏移检测电路完成频率偏移检测以及计算出待校正信号的比例因子之后，启动GFSK频率校正电路。
S104：将比例因子和待校正信号作为GFSK频率校正电路的输入。
S105：GFSK频率校正电路基于比例因子对待校正信号进行校正，其中，待校正信号的幅值与校正控制值相关。
以1Mbps的比特流和2Mbps的比特流为与待校正信号相关的数字信号为例。
在对与1Mbps的比特流相关的待校正信号进行校正时，把1Mbps的比特流输入GFSK频率校正电路中的GFSK低通滤波器，GFSK低通滤波器的输出为待校正信号，待校正信号的幅值为校正控制值N。
将比例因子为
Figure SMS_11
和待校正信号输入至乘法器进行缩减，并将缩减值作为锁相环频率调制器的输入。
当校正后的信号与1Mbps的比特流相对应时，1Mbps的比特流相对应的数字1的锁相环频率调制器后的GFSK频率偏移值为250KHz。当1Mbps的比特流相对应的数字0的锁相环频率调制器后的GFSK频率偏移值为-250KHz。
在对2Mbps的比特流的待校正信号进行校正时，把2Mbps的比特流输入GFSK频率校正电路中的GFSK低通滤波器，GFSK低通滤波器的输出为待校正信号，待校正信号的幅值为校正控制值N。
将比例因子为
Figure SMS_12
和待校正信号输入至乘法器进行缩减，并将缩减值作为锁相环频率调制器的输入。
当校正后的信号与2Mbps的比特流相对应时，2Mbps的比特流相对应的数字1的锁相环频率调制器后的GFSK频率偏移值为500KHz。当2Mbps的比特流相对应的数字0的锁相环频率调制器后的GFSK频率偏移值为-500KHz。
值得注意的是，N的取值可以为256，也可以为其他值，本发明实施例对于N的取值并不作限定。
对于低功耗蓝牙的GFSK频率偏移的校正装置中的第二二选一选择器、GFSK滤波器、乘法器、锁相环频率调制器、高频计数器、定时器和中央处理器(可以选用单片机)的型号可以自定义选取，只要能实现本申请实施例中的技术方案即可，本发明实施例在此并不作限定。
本发明实施例公开的一种用于低功耗蓝牙的GFSK频率偏移的校正方法，通过频率偏移检测电路和GFSK频率校正电路对待校正信号的频率偏移进行校正，避免了GFSK频率偏移偏离标准规定的频率偏移值(如250KHZ和500KHZ)太大的问题，保证了蓝牙芯片的正常工作。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (8)

1.一种用于低功耗蓝牙的GFSK频率偏移的校正方法，其特征在于，所述校正方法包括：
在校正条件触发时，启动频率偏移检测电路；
以校正控制值作为所述频率偏移检测电路的输入以对待校正信号的比例因子进行计算，所述校正控制值的绝对值大于第一预设阈值；
所述频率偏移检测电路中的锁相环频率调制器基于输入的作为校正控制值的正数N和负数N分别输出第一高频信号和第二高频信号；
在时间间隔T内，基于所述频率偏移检测电路中的高频计数器分别对所述第一高频信号和所述第二高频信号的周期数进行计数，得到与所述第一高频信号对应的第一周期数和与所述第二高频信号对应的第二周期数；
所述比例因子采用下式计算：
Figure FDA0004141128630000011
其中，
Figure FDA0004141128630000012
所述C1为第二周期数、所述C0为第一周期数、所述T为时间间隔、dN为对应于校正控制值为N时的频率偏移值；
启动GFSK频率校正电路；
将所述比例因子和所述待校正信号作为所述GFSK频率校正电路的输入；
所述GFSK频率校正电路基于所述比例因子对所述待校正信号进行校正，其中，所述待校正信号的幅值与所述校正控制值相关。
2.如权利要求1所述的用于低功耗蓝牙的GFSK频率偏移校正方法，其特征在于，所述待校正信号包括1Mbps的比特流和2Mbps的比特流。
3.如权利要求1所述的用于低功耗蓝牙的GFSK频率偏移校正方法，其特征在于，启动GFSK频率校正电路后，针对于待校正信号为1Mbps的比特流，所述待校正信号为1Mbps的比特流的比例因子为
Figure FDA0004141128630000013
所述待校正信号为1Mbps的比特流输入所述GFSK频率校正电路中的GFSK低通滤波器，所述GFSK低通滤波器输出待校正信号，所述待校正信号的最大幅值为校正控制值N；
将所述比例因子为
Figure FDA0004141128630000021
和所述待校正信号输入至乘法器进行缩减，并将缩减值作为锁相环频率调制器的输入；
所述1Mbps的比特流对应的校正后的信号经所述锁相环频率调制器后的GFSK频率偏移值为250KHz。
4.如权利要求1所述的用于低功耗蓝牙的GFSK频率偏移校正方法，其特征在于，启动GFSK频率校正电路后，针对于2Mbps的比特流，所述2Mbps的比特流的比例因子为
Figure FDA0004141128630000022
所述2Mbps的比特流输入所述GFSK频率校正电路中的GFSK低通滤波器，所述GFSK低通滤波器输出待校正信号，所述待校正信号的最大幅值为校正控制值N；
将所述比例因子为
Figure FDA0004141128630000023
和所述待校正信号输入至乘法器进行缩减，并将缩减值作为锁相环频率调制器的输入；
所述2Mbps的比特流对应的校正后的信号经所述锁相环频率调制器后的GFSK频率偏移值为500KHz。
5.如权利要求3-4任意一项所述的用于低功耗蓝牙的GFSK频率偏移校正方法，其特征在于，所述时间间隔T大于第二预设阈值。
6.如权利要求5所述的用于低功耗蓝牙的GFSK频率偏移校正方法，其特征在于，所述N为256。
7.如权利要求1-6任意一项所述的用于低功耗蓝牙的GFSK频率偏移校正方法，其特征在于，所述校正条件包括：所述低功耗蓝牙的蓝牙芯片处于冷启动。
8.如权利要求1-6任意一项所述的用于低功耗蓝牙的GFSK频率偏移校正方法，其特征在于，所述校正条件包括：所述低功耗蓝牙的蓝牙芯片的温度满足校正范围的要求。
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