CN116488978A - 一种适用测试环境中br蓝牙的帧同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用测试环境中BR蓝牙的帧同步方法，属于无线通信技术领域，包括FSK解调、部分积分和同步检测三部分，采用部分积分的方式对抗噪声和频偏，同步检测则利用了同步字的BCH编码属性，解决了不需要预知同步字，也能实现帧同步的技术问题，本发明在于不需要预先知道BR蓝牙接收信号中的接入码，巧妙利用了接入码中同步字的BCH编码属性，同样可以滑动搜索同步字，实现帧同步。

Description

一种适用测试环境中BR蓝牙的帧同步方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种适用测试环境中BR蓝牙的帧同步方法。
背景技术
蓝牙无线技术系统有两种形式，分别是基本速率（BR）和低功耗（LE）。其中，BR蓝牙又包括可选的增强型数据速率（EDR）扩展。
在蓝牙系统中，物理信道上的所有传输都以接入码开始。BR/EDR蓝牙的接入码完全一致，采用GFSK（高斯频移键控）调制。如图1所示，其接入码由前导码、同步字和尾码（可选）组成。接入码可用于接收机的定时同步和偏移补偿。接收机利用滑动相关器搜索接入码中的同步字，可以获得非常可靠的定时信息。
蓝牙协议定义了3种接入码，分别是设备接入码、信道接入码和查询接入码。它们的同步字来自于蓝牙设备地址的低地址部分（Lower Address Part, LAP），或者是保留的查询LAP。
在蓝牙组网通信的过程中，通过主从交互的流程，可以保证任意接收方始终处于预知接入码的境况。
但在对蓝牙设备进行测试时，为了方便，控制器会旁路上述交互流程，直接将待测设备设定为测试模式。也就是说，此时待测设备和测试仪均没有接入码的先验信息，测试过程将不依赖任何蓝牙设备地址。
目前传统技术需要进行滑动相关实现帧同步，目前很少有文献关注测试环境下蓝牙的帧同步。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用测试环境中BR蓝牙的帧同步方法，解决了不需要预知同步字，也能实现帧同步的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适用测试环境中BR蓝牙的帧同步方法，包括如下步骤：
步骤1：建立测试仪和待测设备之间的数据交互信道，测试仪中包含FSK解调单元和基带处理单元；
FSK解调单元用于将GFSK信号从射频或中频搬移到基带，并将基带信号的相位信息转换成频率信息，获得过采样的GFSK解调符号；
步骤2：以GFSK解调符号的每个过采样点为起点，基带处理单元对过采样的GFSK解调符号计算缩短积分时间的部分积分，获得每个GFSK解调符号按照过采样速率不断滑动的部分积分结果；
步骤3：以不断滑动的每个部分积分结果为起点，以GFSK符号间隔为周期，基带处理单元从不断滑动的部分积分结果中均匀抽取出64个GFSK解调符号的部分积分结果；检测这64个GFSK解调符号的部分积分结果的符号位是否符合BCH编码，从中筛选得出一个符合BCH编码的区间；
步骤4：在步骤3得到的区间内，滑动计算64个解调符号的部分积分结果的绝对值之和，从中筛选出最大值，将最大值对应的64个解调符号的位置作为同步字的准确位置，即帧同步结果最终输出。
优选的，执行步骤3时，测试仪接收待测设备的数据时，具体包括如下两种情况：
情况1：在接收数据无误码的情况下，直接将接收的信息位编码，然后将编码得到的校验位与接收的校验位比对，判断是否一致：是，则判定搜索成功；否，则判定搜索失败，测试仪继续搜索并接收待测设备的数据；
情况2：在接收数据有可能出现误码的情况下，先译码，再将译码后的信息位重新编码，最后将重新编码得到的校验位与译码后的校验位比对，判断是否一致：是，则判定搜索成功；否，则判定搜索失败，测试仪继续搜索并接收待测设备的数据。
优选的，在执行步骤4时，所述帧同步结果还作为符号定时捕获结果。
本发明所述的一种适用测试环境中BR蓝牙的帧同步方法，解决了不需要预知同步字，也能实现帧同步的技术问题，无需预知接入码，也能通过滑动相关器搜索接入码中的同步字，获得准确的帧同步以及符号定时。
附图说明
图1是背景技术中BR蓝牙定义的接入码格式；
图2是本发明的帧同步方法主要步骤示意图；
图3是本发明的采用的Quadricorrelator解调模块；
图4是本发明的部分积分与完全积分的效果比较；
图5是本发明的符号定时示意图。
具体实施方式
如图2-图5所示的一种适用测试环境中BR蓝牙的帧同步方法，包括如下步骤：
步骤1：建立测试仪和待测设备之间的数据交互信道，测试仪中包含FSK解调单元和基带处理单元；
FSK解调单元用于将GFSK信号从射频或中频搬移到基带，并将基带信号的相位信息转换成频率信息，获得过采样的GFSK解调符号；
本实施例中，基带处理单元可以为FPGA基带处理单元或ARM基带处理单元。
本实施例中，FSK解调单元包含两个正交的混频器和1个互相关器，FSK解调单元采用传统的Quadricorrelator方法获得GFSK解调符号，其中混频器用于将BR蓝牙的GFSK信号从射频或中频下变频至基带，互相关器用于将GFSK基带信号的相位信息转换成频率信息，具体转换原理如下：
假设i（t）和q（t）分别表示GFSK基带信号的同相分量和正交分量，则基带信号的相移Δθ（t）（即频率信息）的计算公式为：
因为GFSK属于恒包络调制，，将相移Δθ（t）的计算公式简化为以下公式：
；
进一步使用延迟k替代微分，即得到图3表示的离散形式：
；
步骤2：以GFSK解调符号的每个过采样点为起点，基带处理单元对过采样的GFSK解调符号计算缩短积分时间的部分积分，获得每个GFSK解调符号按照过采样速率不断滑动的部分积分结果；
积分环节采用部分积分，而非完全积分的方式，是因为在FSK信号解调后的频率信息中，频偏表现为信号整体幅度的上下偏移，当频偏较大时，会导致在单个符号时间长度的完全积分不准确。本发明采用部分积分方式，缩短积分时间，就可以避免在积分区间内积分信号互相干扰的情况。
部分积分的极端是积分时间仅包括1个样点，相当于没有积分，显然积分时间太短不利于对抗噪声的影响。本实施例中选择单个符号时间长度的三分之一作为部分积分的积分时间。
如图4所示，本实施例比较了75kHz频偏时，部分积分和完全积分的不同效果。可以看到，此时无论完全积分如何滑动，在所示位置均不能得到期望的结果。但部分积分的积分区间较小，通过滑动甚至可以不跨越积分信号的正负分界，继续提供期望的结果。
在测试环境中，由于待测设备被设定为测试模式，此时待测设备和测试仪均没有接入码的先验信息，所以这里的同步检测无法直接使用滑动相关的方法。
按照蓝牙协议的定义，接入码中的同步字采用了扩展的BCH(64，30)分组编码，汉明距离等于14，故本实施例的帧同步采用搜索验证解调符号中是否存在BCH分组编码的方法。
步骤3：以不断滑动的每个部分积分结果为起点，以GFSK符号间隔为周期，基带处理单元从不断滑动的部分积分结果中均匀抽取出64个GFSK解调符号的部分积分结果；检测这64个GFSK解调符号的部分积分结果的符号位是否符合BCH编码，从中筛选得出一个符合BCH编码的区间。
在执行步骤3时，测试仪接收待测设备的数据时，具体包括如下两种情况：
情况1：在接收数据无误码的情况下，直接将接收的信息位编码，然后将编码得到的校验位与接收的校验位比对，判断是否一致：是，则判定搜索成功；否，则判定搜索失败，测试仪继续搜索并接收待测设备的数据；
对于测试仪的接收通道，一般采用电缆连接的方式，良好的信道条件不会导致解调出现误码。此时帧同步检测符号位是否符合BCH分组编码时，可以直接将接收的信息位再次编码，然后将编码得到的校验位与接收的校验位比对。
在本实施例中，对于情况1，在无误码的情况下，帧同步检测的主要过程即BCH编码，按照蓝牙协议的定义，其实现过程如下：
步骤S1：均匀抽取出64个解调符号的部分积分结果，取其符号位，1代表正值，0代表负值；再按照时间先后顺序将符号位编号，最先出现的符号位编号a0，最后出现的符号位编号a63；
步骤S2：将a0a1...a63与0x3F2A_33DD_69B1_21C1异或，获得x0x1...x63；
步骤S3：取x34x35...x63进行BCH(64，30)编码，获得校验位c0c1...c33，其中，编码生成多项式g（D）=260534236651（八进制）；
步骤S4：对比编码校验位c0c1...c33与接收校验位x0x1...x33是否一致。
情况2：在接收数据有可能出现误码的情况下，先译码，再将译码后的信息位重新编码，最后将重新编码得到的校验位与译码后的校验位比对，判断是否一致：是，则判定搜索成功；否，则判定搜索失败，测试仪继续搜索并接收待测设备的数据。
对于待测设备的接收通道，一般采用无线连接的方式，而且会加入噪声和频偏等干扰，在不同信道条件下测试待测设备的接收特性，所以解调时不可避免地会出现误码。
由于帧同步仅检测FSK解调频率信息的符号位，获得的帧同步结果显然不够精确，有效区间大致呈现为单个符号长度，其长度与频偏的大小和方向有关。为此，在该区间内增加对FSK解调频率信息的幅值检测。
在缓存的部分积分结果中，属于每个符号的积分结果仍占用与原符号相同长度的区间。每个符号抽取1个部分积分结果，且均匀抽取64次，再将这64次抽取结果取绝对值后求和，最大值出现的位置即对应同步字的准确位置。图5所示为同步字中的连续3个符号的部分积分示意，图中画斜线阴影的积分位置对应最佳符号定时位置，帧同步的有效区间仅在第3个符号上画出。
接入码是用于接收机的定时同步和偏移补偿目的。在没有完成这些同步或补偿之前直接解调接入码，误码数量不可避免较后续的载荷数据多。但由于是在已经搜索到同步字的限定范围内，所以当出现误码时，这些位置的部分积分即使参与上述求和过程，也不会影响结果的准确性。
步骤4：在步骤3得到的区间内，滑动计算64个解调符号的部分积分结果的绝对值之和，从中筛选出最大值，将最大值对应的64个解调符号的位置作为同步字的准确位置，即帧同步结果最终输出。
本发明所述的一种适用测试环境中BR蓝牙的帧同步方法，解决了不需要预知同步字，也能实现帧同步的技术问题，无需预知接入码，也能通过滑动相关器搜索接入码中的同步字，获得准确的帧同步以及符号定时。

Claims (3)

1.一种适用测试环境中BR蓝牙的帧同步方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：建立测试仪和待测设备之间的数据交互信道，测试仪中包含FSK解调单元和基带处理单元；
FSK解调单元用于将GFSK信号从射频或中频搬移到基带，并将基带信号的相位信息转换成频率信息，获得过采样的GFSK解调符号；
步骤2：以GFSK解调符号的每个过采样点为起点，基带处理单元对过采样的GFSK解调符号计算缩短积分时间的部分积分，获得每个GFSK解调符号按照过采样速率不断滑动的部分积分结果；
步骤3：以不断滑动的每个部分积分结果为起点，以GFSK符号间隔为周期，基带处理单元从不断滑动的部分积分结果中均匀抽取出64个GFSK解调符号的部分积分结果；检测这64个GFSK解调符号的部分积分结果的符号位是否符合BCH编码，从中筛选得出一个符合BCH编码的区间；
步骤4：在步骤3得到的区间内，滑动计算64个解调符号的部分积分结果的绝对值之和，从中筛选出最大值，将最大值对应的64个解调符号的位置作为同步字的准确位置，即帧同步结果最终输出。
2.如权利要求1所述的一种适用测试环境中BR蓝牙的帧同步方法，其特征在于：在执行步骤3时，测试仪接收待测设备的数据时，具体包括如下两种情况：
情况1：在接收数据无误码的情况下，直接将接收的信息位编码，然后将编码得到的校验位与接收的校验位比对，判断是否一致：是，则判定搜索成功；否，则判定搜索失败，测试仪继续搜索并接收待测设备的数据；
情况2：在接收数据有可能出现误码的情况下，先译码，再将译码后的信息位重新编码，最后将重新编码得到的校验位与译码后的校验位比对，判断是否一致：是，则判定搜索成功；否，则判定搜索失败，测试仪继续搜索并接收待测设备的数据。
3.如权利要求1所述的一种适用测试环境中BR蓝牙的帧同步方法，其特征在于：在执行步骤4时，所述帧同步结果还作为符号定时捕获结果。
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