CN115276921A - 一种用于测试仪的蓝牙帧类型自动检测方法、系统及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于测试仪的蓝牙帧类型自动检测方法、系统及存储介质，该蓝牙帧类型自动检测方法包括执行以下步骤：步骤S1：开始，加载IQ数据；步骤S2：对已知大频偏进行修正；步骤S3：双滑动窗求帧头帧尾；步骤S4：使用差分信号对preamble系列进行滑动同步，定位到preamble起始位置的最佳采样点，进一步根据同步情况判定帧类型，之后对所检测到的帧类型执行对应的解码分析，得到分析结果，分析完成，结束。本发明的有益效果是：本发明的蓝牙帧类型自动检测方法相比盲检提高了解码速度和准确性，缩短了分析时长。
Description
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种用于测试仪的蓝牙帧类型自动检测方法、系统及存储介质。
背景技术
蓝牙是一种工作于2.4GISM频段的无线短距离通信标准，主要用于低速的数据传输和语音通信，具有低成本、低功耗等特点。为了进一步提升蓝牙性能，蓝牙技术联盟不断提出新的蓝牙标准，新增的蓝牙帧结构可以有效的提高传输距离，或者进一步降低功耗，如图1为已有蓝牙帧类型汇总。图2显示了基础蓝牙BR/EDR的帧格式，图3显示了基础蓝牙BR/EDR的preamble格式，BR和EDR两者之间主要的不同之处除了数据负载采用的调制方式不同外，EDR包的帧格式上，GFSK和DPSK两种调制信号之间，还加入了一个大约5us的保护间隔GUARD，图4中的DPSK包括了π/4-DQPSK和8DPSK信号。图5显示了低功耗蓝牙BLE_uncoded的帧包格式，为了加快传输添加了2M速率帧格式，图6和图7分别显示了BLE_1M和BLE_2M的preamble格式。图8显示了低功耗蓝牙BLE_coded的帧格式，BLE_coded的preamble长度为80个符号，由“00111100”符号模式的10次重复组成，BLE_125K和BLE_500K的区分分别由CI的00和CI的01指示。基于上述蓝牙帧类型的特点可以通过算法进行自动识别，这也是本发明的研究内容。
在GFSK调制公式中h＝2*fd*T，推导出fd＝h/(2*T)，其中fd为频率偏移值，h为调制系数，T为符号周期，基础蓝牙的h值范围为0.28至0.35，低功耗蓝牙的h值范围为0.45至0.55，这将这直接导致他们的频偏范围不在一个区间，这个基础蓝牙和低功耗蓝牙的区分提供了条件。
在蓝牙接收机中，编码帧检测是蓝牙接收机的关键。蓝牙信号接收机对无线蓝牙信号的解析包括硬件处理和信号分析，硬件处理包括射频模块对无线信号的接收、下变频、模数转换为I/Q两路离散数字信号、下采样。信号分析包括信号检测和信号检测。
在已有发明中，可以是硬件方面通过解调和滤波模块实现信号检测的，也可以是通过算法解调实现蓝牙信号检测。
现有技术都是对蓝牙帧检测的发明，缺乏对帧类型自动检测的发明，在当前5.2协议标准下，蓝牙已经有多种帧类型了。若对未知帧类型的蓝牙信号使用一套系统进行盲检，这会使得对未知蓝牙帧类型的检测出现反应速度慢，误码率高等问题。
发明内容
本发明提供了一种用于测试仪的蓝牙帧类型自动检测方法，包括执行以下步骤：
步骤S1：开始，加载IQ数据。
步骤S2：对已知大频偏进行修正。
步骤S3：双滑动窗求帧头帧尾；选取设定长度的功率窗计算功率，当相邻功率窗靠后的功率窗功率相对靠前功率窗功率迅速上升时，则认为是帧大概起始位置，反之迅速下降时为帧大概结束位置。
步骤S4：使用差分信号对preamble(前导)系列进行滑动同步，定位到preamble起始位置的最佳采样点，进一步根据同步情况判定帧类型，之后对所检测到的帧类型执行对应的解码分析，得到分析结果，分析完成，结束。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤S2中，修正公式如下：
θ＝2π*Δf*t；
fix_data＝(I(data)*cosθ-Q(data)*dinθ)+i(I(data)*sinθ-Q(data)*cosθ；
其中，Δf为已知频偏，t为与data同步的离散时间点，I(data)为原数据I路数据，Q(data)为原数据的Q路数据，fix_data表示修正后的数据I(fix_data)+Q(fix_data)。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤S3中，初始化粗初始频偏为0。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤S4中，还包括执行以下步骤：
步骤1：通过angle()相位函数求fix_data帧数据相位角，对相位角angle()进行一个符号长度的差分，对1M速率和2M速率分别进行得到相位差分后数据diff_phase_1M和diff_phase_2M，跳转到步骤2；
步骤2：diff_phase_1M数据从起始点开始以symbol_point长度为间隔进行系列的同步，匹配10101/01010系列，如果匹配到，则跳转到EDR判定步骤，未匹配到则跳转到下一步骤。
步骤3：如果同步到diff_phase_1M限定200us采样时长同步001111000011系列，则认定为BLE_coded类型，同时滑动定位到最佳采样点，进行BLE_coded的解码分析，得到分析结果，跳到步骤7，如果同步失败，跳转到下一步骤。
步骤4：diff_phase_2M在200us采样时长内同步010101010/101010101系列，同步到则认定为BLE_2M类型，同时滑动定位到最佳采样点，修改symbol_point＝Fs/2M，进行BLE_uncoded的解析过程，得到分析结果，跳到步骤7，同步失败则跳转到步骤5。
步骤5：判断粗初始频偏是否为0；为0则对输入数据进行粗初始频偏计算及修正，跳转到步骤1，不为0则跳转下一步骤。
步骤6：提示非BT数据。
步骤7：分析完成，输出分析结果。
EDR判定步骤：增加AccessCode和Guard长度的数据点到DPSK调制数据部分，检测连续多个符号时长范围，如果出现差分相位值大于设定的情况则认定为EDR类型，同时滑动定位到最佳采样点，然后对EDR类型进行分析，得到分析结果，跳到步骤7，如果认定失败则跳转到BLE判定步骤。
BLE判定步骤：通过频偏值差异和同步系列101010101/010101010进行同步，如果同步到，则认定为BLE_1M，同时滑动定位到最佳采样点，进行BLE_uncoded的解析过程，得到分析结果，跳到步骤7，若未同步到则跳转到BR判定步骤。
BR判定步骤：认定为BR类型，进行BR分析，同时滑动定位到最佳采样点，得到分析结果，跳到步骤7。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤1中，1M速率符号长度为Fs/1M，2M速率符号长度为Fs/2M，Fs为采样频率。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤2中，symbol_point＝Fs/1M，symbol_point为一个符号采样点数。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤3中，解码CI为00则认定为BLE_125K,CI为01则认定为BLE_500K。
作为本发明的进一步改进，在所述EDR判定步骤中，检测连续9个符号时长范围，如果出现差分相位值大于120°的情况则认定为EDR类型；对EDR类型进行分析是通过星座图来区分是EDR-2M还是EDR-3M的，如果是4相位则为EDR-2M，如果是8相位则为EDR-3M。
本发明还公开了一种用于测试仪的蓝牙帧类型自动检测系统，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序配置为由所述处理器调用时实现本发明所述蓝牙帧类型自动检测方法的步骤。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现本发明所述的蓝牙帧类型自动检测方法的步骤。
本发明的有益效果是：本发明的蓝牙帧类型自动检测方法实现了在进行帧内容分析之前得到正确的蓝牙帧类型，消除盲解的不确定性，提升准确度，同时提升信号分析仪对蓝牙信号测试项的准确度，缩短分析时长。
附图说明
图1是本发明背景图-已有蓝牙帧类型汇总图；
图2是本发明背景图-基础蓝牙帧格式；
图3是本发明背景图-基础蓝牙preamble格式；
图4是本发明背景图-差分解调之后的典型EDR帧图形；
图5是本发明背景图-低功耗蓝牙BLE_uncoded帧格式；
图6是本发明背景图-BLE_1Mpreamble格式；
图7是本发明背景图-BLE_2Mpreamble格式；
图8是本发明背景图-低功耗蓝牙BLE_coded帧格式；
图9是本发明蓝牙帧类型自动检测方法流程图。
具体实施方式
术语解释：
VSA：矢量信号分析仪(Vector Signal Analyzer)
DUT：测试设备(Dvice Under Test)
GFSK：高斯频移键控(Gaussian Frequency Shift Keying)
8DPSK：8进制相移键控(8-ary phase shift keying)
π/4-DQPSK：π/4旋转差分编码四进制相移键控(π/4rotated differentialencoded quaternary phase shift keying)
BR：基本速率(Basic Rate)。
EDR：增强型速率(Enhanced Data Rate)。
BLE：蓝牙低功耗(Bluetooth of Low Energy)。
AccessCode：接入码。
GUARD：GFSK和DPSK之间的保护间隔。
preamble：前导。
如图9所示，本发明公开了一种用于测试仪的蓝牙帧类型自动检测方法，包括执行以下步骤：
步骤S1：开始，加载IQ(由实部和虚部组成的复数)数据。
步骤S2：对已知大频偏进行修正。
GFSK调制和DPSK调制的差分解调0/1判决点都是零点，如果频偏过大会使值全部大于零或者全部小于零，将导致后面的帧同步失败。通过对已知的固有大频偏先进行一个修正能保证准确性。修正公式如下：
θ＝2π*Δf*t；
fix_data＝(I(data)*cosθ-Q(data)*sinθ)+i(I(data)*sinθ-Q(data)*cosθ)；
其中，Δf为已知频偏；t为与data同步的离散时间点；I(data)为原数据I(实部)路数据；Q(data)为原数据的Q(虚部)路数据；fix_data表示修正后的数据I(fix_data)+Q(fix_data)。
步骤S3：双滑动窗求帧头帧尾；选取一定长度的功率窗计算功率，当相邻功率窗靠后的功率窗功率相对靠前功率窗功率迅速上升时，则认为是帧大概起始位置，反之迅速下降时为帧大概结束位置。功率窗长度的选取和两个功率窗间隔的选取也会影响检测精度，合适的选值可以避免中间限定长度间隔的无功率误判，以及避免起始位置一定长度的阶跃平稳信号造成的误判。帧头帧尾的判定决定一个帧信号，下一步分析针对帧信号，如果有多个帧则选定帧进行分析。初始化粗初始频偏为0。
步骤S4：使用差分信号对preamble(前导)系列进行滑动同步，定位到preamble起始位置的最佳采样点，进一步根据同步情况判定帧类型，之后对所检测到的帧类型执行对应的解码分析，得到分析结果，分析完成，结束。
在所述步骤S4中，还包括执行以下步骤：
步骤1：通过angle()相位函数求fix_data帧数据相位角，对相位角angle()进行一个符号长度的差分，对1M速率和2M速率分别进行得到相位差分后数据diff_phase_1M和diff_phase_2M，1M速率符号长度为Fs/1M，2M速率符号长度为Fs/2M，跳转到步骤2；其中，Fs为采样频率。
步骤2：diff_phase_1M数据从起始点开始以symbol_point长度为间隔进行系列的同步，匹配10101/01010系列，如果匹配到，则跳转到EDR判定步骤，未匹配到则跳转到下一步骤。其中symbol_point＝Fs/1M，symbol_point为一个符号采样点数。
步骤3：如果同步到diff_phase_1M限定200us采样时长同步001111000011系列，则认定为BLE_coded类型，同时滑动定位到最佳采样点，进行BLE_coded的解码分析，解码CI为00则认定为BLE_125K,CI为01则认定为BLE_500K，得到分析结果，跳到步骤7，如果同步失败，跳转到下一步骤；
步骤4：diff_phase_2M在200us采样时长内同步010101010/101010101系列，同步到则认定为BLE_2M类型，同时滑动定位到最佳采样点，修改symbol_point＝Fs/2M，进行BLE_uncoded的解析过程，得到分析结果，跳到步骤7，同步失败则跳转到步骤5。
步骤5：判断粗初始频偏是否为0；为0则对输入数据进行粗初始频偏计算及修正后，跳转到步骤1，不为0则跳转到下一步骤。
步骤6：提示非BT数据。
步骤7：分析完成，输出分析结果。
EDR判定步骤：增加AccessCode和Guard长度的数据点到DPSK调制数据部分，检测连续9个符号时长范围，如果出现差分相位值大于120°的情况则认定为EDR类型，同时滑动定位到最佳采样点，然后对EDR类型进行分析，得到分析结果，跳到步骤7，如果认定失败则跳转到BLE判定步骤；认定为EDR类型之后进一步进行EDR分析，通过星座图来区分是EDR-2M还是EDR-3M，如果是4相位则为EDR-2M，如果为8相位则为EDR-3M。
BLE判定步骤：通过频偏值差异和同步系列101010101/010101010进行同步，如果同步到，则认定为BLE_1M，同时滑动定位到最佳采样点，进行BLE_uncoded的解析过程，得到分析结果，跳到步骤7，若未同步到则跳转到BR判定步骤。
BR判定步骤：认定为BR类型，进行BR分析，同时滑动定位到最佳采样点，得到分析结果，跳到步骤7。
本发明还公开一种用于测试仪的蓝牙帧类型自动检测系统，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序配置为由所述处理器调用时实现本发明所述蓝牙帧类型自动检测方法的步骤。
本发明还公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现本发明所述的蓝牙帧类型自动检测方法的步骤。
本发明是对下采样之后的I/Q信号通过算法实现蓝牙信号检测，进一步实现自动化帧类型识别。
本发明侧重于对多种蓝牙帧类型的自动检测。在进行信号解码之前做一个自动化帧检测，先检测到正确的帧类型，之后针对各个帧类型执行对应的解码分析，相比盲检会提高解码速度和准确性。DUT发送各种帧类型的BT信号，都能够自动识别出来并加以分析，增强了测试灵活度，降低了DUT测试复杂度，适应真实环境下DUT信号类型多变的测试场景。
本发明的有益效果是：本发明的蓝牙帧类型自动检测方法实现了在进行帧内容分析之前得到正确的蓝牙帧类型，消除盲解的不确定性，提升准确度，同时提升信号分析仪对蓝牙信号测试项的准确度，缩短分析时长。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于测试仪的蓝牙帧类型自动检测方法，其特征在于,包括执行以下步骤：
步骤S1：开始，加载IQ数据；
步骤S2：对已知大频偏进行修正；
步骤S3：双滑动窗求帧头帧尾；选取设定长度的功率窗计算功率，当相邻功率窗靠后的功率窗功率相对靠前功率窗功率迅速上升时，则认为是帧大概起始位置，反之迅速下降时为帧大概结束位置；
步骤S4：使用差分信号对preamble系列进行滑动同步，定位到preamble起始位置的最佳采样点，进一步根据同步情况判定帧类型，之后对所检测到的帧类型执行对应的解码分析，得到分析结果，分析完成，结束。
2.根据权利要求1所述的蓝牙帧类型自动检测方法，其特征在于，在所述步骤S2中，包括如下修正公式：
θ＝2π*Δf*t；
fix_data＝(I(datα)*cosθ-Q(data)*sinθ)+i(I(dnta)*sinθ-Q(data)*cosθ)；
其中，Δf为已知频偏，t为与data同步的离散时间点，I(data)为原数据I路数据，Q(data)为原数据的Q路数据，fix_data表示修正后的数据I(fix_data)+Q(fix_data)。
3.根据权利要求1所述的蓝牙帧类型自动检测方法，其特征在于，在所述步骤S3中，初始化粗初始频偏为0。
4.根据权利要求1所述的蓝牙帧类型自动检测方法，其特征在于，在所述步骤S4中，还包括执行以下步骤：
步骤1：通过angle()相位函数求fix_data帧数据相位角，对相位角angle()进行一个符号长度的差分，对1M速率和2M速率分别进行得到相位差分后数据diff_phase_1M和diff_phase_2M，跳转到步骤2；步骤2：diff_phase_1M数据从起始点开始以symbol_point长度为间隔进行系列的同步，匹配10101/01010系列，如果匹配到，则跳转到EDR判定步骤，未匹配到则跳转到下一步骤；
步骤3：如果同步到diff_phase_1M限定200us采样时长同步001111000011系列，则认定为BLE_coded类型，同时滑动定位到最佳采样点，进行BLE_coded的解码分析，得到分析结果，跳到步骤7，如果同步失败，跳转到下一步骤；
步骤4：diff_phase_2M在200us采样时长内同步010101010/101010101系列，同步到则认定为BLE_2M类型，同时滑动定位到最佳采样点，修改symbol_point＝Fs/2M，进行BLE_uncoded的解析过程，得到分析结果，跳到步骤7，同步失败则跳转到步骤5；
步骤5：判断粗初始频偏是否为0；为0则对输入数据进行粗初始频偏计算及修正，跳转到步骤1，不为0则跳转下一步骤；
步骤6：提示非BT数据；
步骤7：分析完成，输出分析结果；
EDR判定步骤：增加AccessCode和Guard长度的数据点到DPSK调制数据部分，检测连续多个符号时长范围，如果出现差分相位值大于设定的情况则认定为EDR类型，同时滑动定位到最佳采样点，然后对EDR类型进行分析，得到分析结果，跳到步骤7，如果认定失败则跳转到BLE判定步骤；
BLE判定步骤：通过频偏值差异和同步系列101010101/010101010进行同步，如果同步到，则认定为BLE_1M，同时滑动定位到最佳采样点，进行BLE_uncoded的解析过程，得到分析结果，跳到步骤7，若未同步到则跳转到BR判定步骤；
BR判定步骤：认定为BR类型，进行BR分析，同时滑动定位到最佳采样点，得到分析结果，跳到步骤7。
5.根据权利要求4所述的蓝牙帧类型自动检测方法，其特征在于，在所述步骤1中，1M速率符号长度为Fs/1M，2M速率符号长度为Fs/2M，Fs为采样频率。
6.根据权利要求4所述的蓝牙帧类型自动检测方法，其特征在于，在所述步骤2中，symbol_point＝Fs/1M，symbol_point为一个符号采样点数。
7.根据权利要求4所述的蓝牙帧类型自动检测方法，其特征在于，在所述步骤3中，解码CI为00则认定为BLE_125K,CI为01则认定为BLE_500K。
8.根据权利要求4所述的蓝牙帧类型自动检测方法，其特征在于，在所述EDR判定步骤中，检测连续9个符号时长范围，如果出现差分相位值大于120°的情况则认定为EDR类型；对EDR类型进行分析是通过星座图来区分是EDR-2M还是EDR-3M的，如果是4相位则为EDR-2M，如果是8相位则为EDR-3M。
9.一种用于测试仪的蓝牙帧类型自动检测系统，其特征在于，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序配置为由所述处理器调用时实现权利要求1－8中任一项所述蓝牙帧类型自动检测方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现权利要求1－8中任一项所述的蓝牙帧类型自动检测方法的步骤。
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