CN116965070A - 短距离无线通信方法及相关设备 - Google Patents

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CN116965070A
CN116965070A CN202180091151.0A CN202180091151A CN116965070A CN 116965070 A CN116965070 A CN 116965070A CN 202180091151 A CN202180091151 A CN 202180091151A CN 116965070 A CN116965070 A CN 116965070A
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张衡
付凯
李之平
余展
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Abstract

本申请提供一种短距离无线通信的方法及相关设备，所述方法包括：生成传输帧，所述传输帧包括帧头及数据域，其中，所述帧头采用相位偏移键控调制，所述数据域采用正交幅度调制或相位偏移键控调制；发送所述传输帧，本申请通过将传输帧的帧头采用相位偏移键控调制，将数据域采用相同带宽的相位偏移键控调制或正交幅度调制，以提升传输帧的传输速率，该传输帧的格式简单，帧头传输时间短，以达到高吞吐率、低时延的目的。

Description

短距离无线通信方法及相关设备 技术领域
本申请涉及短距离无线通信技术领域，尤其涉及一种短距离无线通信方法及相关设备。
背景技术
短距无线通信技术是一种在小范围(几十米到几百米)内对数据进行无线交互的技术。短距无线通信技术包括蓝牙(BT)技术，无线高保真(Wi-Fi)技术，超宽带(UWB)技术，近场通信(NFC)技术。
然而，现有的蓝牙技术传输速率不高(最大3Mbps)，导致相应的吞吐率低，时延大。现有的蓝牙标准不能满足某些吞吐率高低时延的应用场景。示例性的，吞吐率高应用场景，对智能手表手环等配置有蓝牙的设备进行固件升级的时候，需要将下载的固件安装包通过蓝牙传输到这些设备上进行安装，数据传输量大，当前蓝牙耗时较长，影响用户体验。示例性的，时延低应用场景，使用无线键盘鼠标的时候，需要在人眼所能察觉的时隙内，把键盘输入的文字信息以及鼠标的坐标信息传给电脑。使用无线键鼠玩游戏的时候，当前蓝牙会有较大延迟，影响用户体验。示例性的，吞吐率高且时延低的应用场景，使用无线耳机看高清视频的时候，需要把高清音频数据传输到耳机中并且播放出来，同时保持音画同步。当前蓝牙设备只能传输较低音质的音频信息并完成音频播放，影响用户听高清音频的体验。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种短距离无线通信的方法、系统、发送装置、接收装置、短距离无线通信系统及存储介质，有助于提升吞吐率并降低时延，以提升用户体验。
第一方面，本申请的一实施例提供一种短距离无线通信的方法，该方法包括：
生成传输帧，所述传输帧包括帧头及数据域，
其中，所述帧头采用相位偏移键控调制，所述数据域采用与所述帧头相同带宽的相位偏移键控调制或正交幅度调制。
如此，通过将传输帧的帧头采用相位偏移键控调制，将数据域采用相同带宽的相位偏移键控调制或正交幅度调制，以提升传输帧的传输速率，该传输帧的格式简单，传输时间短，以达到高吞吐率、低时延的目的。
在第一方面的某些实施方式中，所述帧头包括前导码，所述前导码使用第一相位偏移键控调制，且所述前导码的序列的任意相邻符号为所述第一相位偏移键控调制对应星座图上相邻的点。
如此，通过将前导码序列的相邻符号限制为该前导码调制方式对应的星座图上相邻的点，以使前导码幅度波动小，以近似成一个恒包络信号，减少调制引起的幅度波动对增益调整的 影响，其中第一相位偏移调制可为前导码支持的任一种相位偏移调制。
在第一方面的某些实现方式中，所述帧头还包括接入码。
如此，该传输帧的帧头格式简单、帧头长度短、最大限度减少传输时间，以达到高吞吐率、低时延的目的。
在第一方面的某些实现方式中，所述帧头还包括同步码和接入码。
如此，该传输帧通过同步码提升同步性能，即可通过同步码辅助实现时间同步、频率估计及相位估计，从而提升接收装置的整体性能，确保在信道质量差的情况下也能正确接收信息，以保证高速率的前提下提升接收性能。
在第一方面的某些实现方式中，所述帧头还包括第一同步码、第二同步码及接入码。
如此，通过设置两段同步码以提升接收性能和同步码的组合数，不同同步码的组合可以作为网络ID，用于对不同网络的设备进行区分。同一网络内的设备，使用接入码进行区分，两段同步码提升了整体接收装置的性能，确保在信道质量差的情况下也能正确接收信息。
在第一方面的某些实现方式中，所述方法还包括：依据信道质量调整所述传输帧的调制方式。
如此，依据信道质量调整传输帧的调制方式，以使从传输帧的传输可适应不同的应用环境。
在第一方面的某些实现方式中，所述方法还包括：
依据信道质量调整所述传输帧的带宽，所述传输帧支持带宽包括：1MHz、2MHz及4MHz。
在第一方面的某些实现方式中，所述相位偏移键控调制具有奇偶旋转的特性。
如此，通过该特性以降低发送装置峰均功率比，提高发射功率，以覆盖更大接收范围。
在第一方面的某些实现方式中，所述帧头还包括包头，所述方法还包括：
依据信道指令调整所述传输帧中待编码字段的编码方式，所述待编码字段包括所述接入码、所述包头及所述数据域中至少一种，所述编码方式包括编码类型和码率，所述编码类型为前向纠错编码。
如此，通过信道编码以提升传输帧抗噪声的能力。
在第一方面的某些实现方式中，所述帧头还包括包头，所述方法还包括：依据所述信道质量调整导频字段的插入方式，所述插入方式包括待插入字段和插入比例，所述待插入字段包括所述接入码、所述包头及所述数据域中至少一个，所述导频字段用于辅助相位估计。
如此，通过信道质量调整导频字段的插入方式，以使本申请可适用不同的应用环境。
第二方面提供一种短距离无线通信方法，所述方法包括：
接收传输帧，所述传输帧包括帧头及数据域，其中，所述帧头采用相位偏移键控调制，所述数据域均采用与所述帧头相同带宽的相位偏移键控调制或正交幅度调制。
在第二方面的某些实现方式中，所述帧头包括前导码，所述前导码使用第一相位偏移键控调制，且所述前导码的序列的任意相邻符号为所述第一相位偏移键控调制对应星座图上相邻的点。
在第二方面的某些实现方式中，所述帧头还包括接入码。
在第二方面的某些实现方式中，所述帧头还包括同步码和接入码组成。
在第二方面的某些实现方式中，所述帧头还包括第一同步码、第二同步码及接入码。
在第二方面的某些实现方式中，所述传输帧支持带宽包括：1MHz、2MHz及4MHz。
在第二方面的某些实现方式中，所述前导码序列的任意相邻符号均为星座图上相邻的星座点。
在第二方面的某些实现方式中，所述相位偏移键控调制具有奇偶旋转的特性。
在第二方面的某些实现方式中，所述帧头还包括包头，所述接入码、所述包头及所述数据域中至少一个字段可采用前向纠错编码。
在第二方面的某些实现方式中，所述帧头还包括包头，所述接入码、所述包头及所述数据域中至少一个字段中具有导频字段，所述导频字段用于辅助相位估计。
第三方面提供一种发送装置，所述发送装置包括：
处理器，用于生成传输帧；
发射电路，耦合至所述处理器，用于发送所述传输帧
至少一个处理器、存储器和通信接口；
所述至少一个处理器与所述存储器和所述通信接口耦合；
所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行所述指令，所述通信接口用于在所述至少一个处理器的控制下与接收装置进行通信；
所述指令在被所述至少一个处理器执行时，使所述至少一个处理器执行第一方面中任意一项所述的短距离无线通信的方法。
第四方面提供一种发送装置，所述发送装置包括：
处理器，用于生成传输帧，所述传输帧包括帧头及数据域；其中所述帧头采用相位偏移键控调制，所述数据域使用与所述帧头相同带宽的相位偏移键控调制或正交幅度调制；
发射电路，耦合至所述处理器，用于发送所述传输帧。
在第四方面的某些实现方式中，所述帧头包括前导码，所述前导码使用第一相位偏移键控PSK调制，且所述前导码的序列的任意相邻符号为所述第一相位偏移键控调制PSK对应星座图上相邻的点。
在第四方面的某些实现方式中，所述帧头还包括接入码。
在第四方面的某些实现方式中，所述帧头还包括同步码和接入码。
在第四方面的某些实现方式中，所述帧头还包括第一同步码、第二同步码及所述接入码
在第四方面的某些实现方式中，所述处理器还用于：依据信道质量调整所述传输帧的调制方式。
在第四方面的某些实现方式中，所述处理器还用于：依据信道质量调整所述传输帧的带宽，其中所述传输帧支持带宽包括：1MHz、2MHz及4MHz。
在第四方面的某些实现方式中，所述相位偏移键控调制具有奇偶旋转的特性。
在第四方面的某些实现方式中，所述帧头还包括包头，所述处理器还用于：
依据信道质量调整所述传输帧中待编码字段的编码方式，所述待编码字段包括所述接入码、所述包头及所述数据域中至少一种，所述编码方式包括编码类型和码率，所述编码类型为前向纠错编码。
在第四方面的某些实现方式中，所述帧头还包括包头，所述处理器还用于：
依据所述信道质量调整导频字段的插入方式，所述插入方式包括待插入字段和插入比例，所述待插入字段包括所述接入码、所述包头及所述数据域中至少一个，所述导频字段用于辅助相位估计。
第五方面提供一种接收装置，所述接收装置包括至少一个处理器、存储器和通信接口；
所述至少一个处理器与所述存储器和所述通信接口耦合；
所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行所述指令，所述通信接口用于在所述至少一个处理器的控制下与发送装置进行通信；
所述指令在被所述至少一个处理器执行时，使所述至少一个处理器执行第二方面中任意一项所述的短距离无线通信的方法。
第六方面提供一种，所述接收装置包括：
接收电路，用于接收传输帧，所述传输帧包括帧头及数据域；其中所述帧头采用相位偏移键控调制，所述数据域使用与所述帧头相同带宽的相位偏移键控调制或正交幅度调制；
处理器，所述接收电路耦合至所述处理器。
所述帧头包括前导码，所述前导码使用第一相位偏移键控调制，且所述前导码的序列的任意相邻符号为所述第一相位偏移键控对应星座图上相邻的点。
在第六方面的某些实现方式中，所述帧头还包括接入码。
在第六方面的某些实现方式中，所述帧头还包括同步码和接入码。
在第六方面的某些实现方式中，所述帧头还包括第一同步码、第二同步码及所述接入码。
在第六方面的某些实现方式中，所述传输帧支持带宽包括：1MHz、2MHz及4MHz。
在第六方面的某些实现方式中，所述相位偏移键控调制具有奇偶旋转的特性。
在第六方面的某些实现方式中，所述帧头还包括包头，所述接入码、所述包头及所述数据域中至少一种采用前向纠错编码。
在第六方面的某些实现方式中，所述帧头还包括包头，所述接入码、所述包头及所述数据域中至少一个具有导频字段，所述导频字段用于辅助相位估计
第七方面提供一种短距离无线通信系统，所述短距离无线通信系统包括发送装置和接收装置；
所述发送装置用于执行第一方面中任意一项所述的短距离无线通信的方法，所述接收装置用于执行第二方面中任意一项所述的短距离无线通信的方法。
本申请第八方面提供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程序，所述程序使得计算机设备执行如第一方面至第二方面中任意一项所述的短距离无线通信的方法。
本申请中第二方面到第八方面及其各种实现方式的具体描述，可以参考第一方面及其各种实现方式中的详细描述；并且，第二方面到第八方面及其各种实现方式的有益效果，可以参考第一方面及其各种实现方式中的有益效果分析，此处不再赘述。
附图说明
图1为本申请实施例提供的短距离无线通信系统的示意图。
图2为本申请实施例提供的短距离无线通信系统的应用场景示意图。
图3为本申请实施例提供的发送装置模块结构的示意图。
图4为本申请实施例提供的接收装置模块结构的示意图。
图5a为本申请实施例提供的基础速率帧的示意图。
图5b为本申请实施例提供的增强速率帧的示意图。
图5c为本申请实施例提供的LE无编码帧的示意图。
图5d为本申请实施例提供的LE有编码帧帧的示意图。
图6为本申请一实施例提供的传输帧的示意图。
图7为本申请实施例一提供的传输帧的示意图。
图8为本申请实施例提供的两种前导码的星座示意图。
图9为本申请实施例二提供的传输帧的示意图。
图10为本申请实施例三提供的传输帧的示意图。
图11为本申请实施例提供的发送装置实体结构的示意图。
图12为本申请实施例提供的接收装置实体结构的示意图。
图13为本申请实施例提供的一种短距离无线通信的方法的流程图。
具体实施方式
在本申请实施例的描述中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请中的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。应理解，本申请中除非另有说明，“多个”是指两个或多于两个。
参考图1所示，为本申请实施例的一种短距离无线通信系统的示意图。如图1所示，所述短距离无线通信系统100包括发送装置10及接收装置20。
发送装置10用于生成传输帧，并将传输帧发送至接收装置20，接收装置20用于接收该传输帧。
本实施例中，一个发送装置10与一个接收装置20进行通信，可以理解，短距离无线通信系统100可包括多个发送装置10，也可以包括多个接收装置20，每个发送装置10可与多个接收装置20进行通信，每个接收装置20可与多个发送装置10进行通信，例如，一个发送装置在不同的时刻分别与不同的接收装置进行数据传输。
请参见图2，图2为本申请一实施例提供的短距离无线通信系统的应用场景示意图，短距离无线通信系统可以应用于手机、平板等终端设备中，也可应用于智能手表、无线耳机等穿戴设备中，也可应用于键盘、鼠标等外围设备中，亦可以应用于智能家居等物联网(Internet of Things，IOT)设备中，也可以应用于车载系统中，如图2所示。示例性的，使用本短距离无线通信系统，可以用无线耳机打电话或者听高音质音乐，使用智能手环或者手表急速上传运动和健康数据到手机中，使用无线键盘和鼠标等无延迟玩游戏，使用手机给这些周边设备快速进行固件升级。可以理解，图2仅为本申请提供的一种应用场景，本申请提供的短距离无线通信系统还可应用于其他应用场景中。
请参见图3，为本申请一实施例提供的发送装置模块示意图。
发送装置10包括信号源模块11、基带处理模块12和发射模块13。信号源模块11用于将待发送的原始数据编译成比特数据流，当然，信号源模块11还可进行加密、添加校验、白化、编码等操作；基带处理模块12用于将比特数据流进行封装，然后按照传输帧格式进行组 包，最终根据调制方式映射成基带信号。发射模块13用于将基带信号调制到适合发射的频段，然后进行滤波放大等操作，以把基带信号发射出去。
可以理解，图3仅为本申请提供的一种发送装置的实施例，发送装置也可由至少一个其他的功能模块组成。
请参见图4，为本申请一实施例提供的接收装置的模块示意图。
接收装置20包含接收模块21、基带处理模块22和信号处理模块23。接收模块21用于将接收到的信号进行放大、混频、滤波、采样等操作，以形成基带处理模块22能识别的基带信号。基带处理模块22用于对基带信号进行同步、跟踪、解调等操作，得到数据中的比特数据流。信号处理模块23用于将比特数据流翻译成能被识别的原始数据，其中可能涉及解码、去白化、校验、解密等操作。
可以理解，图4仅为本申请提供的一种接收装置的实施例，接收装置也可由至少一个其他的功能模块组成。
请参见图5a、图5b、图5c及图5d，为基于蓝牙协议的一些实施例中的传输帧的示意图。本申请实施例提供的传输帧以蓝牙协议为例进行说明，可以理解，本申请的实施例还可应用于其他短距离通信技术中，例如蓝牙协议的替代标准中。
其中图5a所示的传输帧为基础速率帧，即BR帧，BR帧包含前导码、同步码、包头、及数据域。其中前导码用于进行接收装置增益调整，接收装置的增益调整到合适的大小，接收装置才能在期望的幅度范围内接收信号，同步码用以进行帧同步，其中帧同步包括时间同步、频偏估计和相位估计，接收装置在正确接收到同步码字段之后，并成功进行帧同步，才可成功接收后面的字段；如果接收机接收同步码出错，则同步失败，接收装置停止接收传输帧后面的字段，导致接收装置丢帧。包头包含控制信息，接收装置依据包头解调数据域。数据域用来传输数据信息，数据域包括用户数据、校验码和包尾，校验码可为循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，CRC)。数据域之前的字段称为帧头。BR帧的帧头以及数据域均使用高斯频率偏移键控(Gaussian frequency-shift keying，GFSK)调制，占用1MHz信号带宽，可以提供1Mbps的比特速率。基础速率帧信号带宽小，数据传输速率较低。
图5b所示的传输帧为增强速率帧，即EDR帧，相较于基础速率帧，EDR帧的包头和数据域之间新增保护时间和同步码2，两个字段。EDR帧的帧头采用高斯频率偏移键控调制，数据域采用差分相位偏移键控调制。由于这两种调制方式切换需要时间，所以增加了保护时间。保护时间的长度在4.75usec到5.25usec之间，保护时间字段不包含任何有效信息，仅用作切换调制方式。由于经过了保护时间，需要重新进行同步，所以新增了同步码2字段。EDR帧的帧头采用GFSK调制，占用1MHz信号带宽，可以提供1Mbps的比特速率。保护时间之后的字段采用差分正交相位偏移键控调制或者差分8相位偏移键控调制，均占用1MHz信号带宽，该实施例的传输帧可以提供2Mbps或者3Mbps的比特速率。
由于EDR的帧头和数据域采用不同的调制方式，增加了一个保护时间和同步码2，导致数据包的整体速度较低，延迟较大。
图5c所示的传输帧为LE无编码帧，LE无编码帧包含前导码、接入码及数据域。接入码用于进行帧同步。LE无编码帧采用GFSK调制，包含LE1M以及LE2M两种速率。其中LE1M占用1MHz信号带宽，可以提供1Mbps的比特速率。LE2M占用2MHz信号带宽，可以提供2Mbps的比特速率。LE无编码帧为了实现低功耗，传输速度较低。
图5d所示的传输帧为LE有编码帧，LE有编码帧包含前导码、接入码、码率标识及数据域。为了提升接收性能，LE有编码帧对接入码、码率标识字段和数据域字段采用了1/2码率前向纠错编码和4倍重复编码。其中1/2码率的前向纠错编码会把一个信息比特编码成2个比特。4倍重复编码会把每一个编码的比特重复4次形成4个比特。LE有编码帧的接入码及码率标识字段，采用固定的1/2前向纠错编码加4倍重复编码，即1个信息比特会被编码成8个比特。LE有编码帧的数据域字段采用1/2前向纠错编码或者1/2前向纠错编码加4倍重复编码，编码方式被存放在码率标识字段中。LE有编码帧采用GFSK调制，占用1MHz带宽，受编码影响，接入码及其他部分可以提供125Kbps的比特速率，数据域及其他部分可以提供500Kbps或者125Kbps的比特速率。通过采用固定的1/2前向纠错编码加4倍重复码，提升了数据传输的准确率，导致数据传输冗余较多，传输速度较小。
图5a、图5b、图5c及图5d所示的传输帧存在以下问题：吞吐率较低，时延较大，为了解决以上实施例中所示的传输帧的问题，本申请提供的一种新的传输帧的格式。
请参见图6，为本申请一实施例提供的传输帧的示意图。
该传输帧包括前导码、同步接入序列、包头及数据域；其中传输帧中前导码、同步接入序列、包头其中前导码用于进行接收装置的增益调整；同步接入序列用于进行接收装置的帧同步，其中，帧同步包括时间同步、频率估计和相位估计；包头包含控制信息，包头错误控制(Head error control,HEC),HEC用于检测包头数据是否正确；数据域包括用户数据、校验码和包尾，校验码可为CRC，可以用于校验用户数据的完整性。
如此，发送装置10的基带处理模块12依据图6所述的传输帧格式组包。基带处理模块12将信号源模块11编译的比特数据封装到数据域中。同时信号源模块11的编译方式也会被封装进数据域中，用以辅助接收装置20的信号处理模块23按照正确方式将比特数据翻译成原始数据。其次，发送装置10的基带处理模块12在数据域之前加入前导码，同步接入序列，包头等字段，用以辅助接收装置进行接收。
接收装置20的接收模块21根据前导码进行增益调整，以确保后续信号幅度能被调整到合适的范围内。接收装置20的基带处理模块22会根据同步接入序列进行同步、频偏估计、相位估计等操作。同步成功后继续解调后续字段。接收装置20的基带处理模块22解调出包头，然后根据包头信息，对数据域进行解调以得到比特数据。信号处理模块23根据比特数据中的信号源编译方式对比特数据进行翻译，从而得到原始数据。
请参见图7，为本申请提供的传输帧的实施例一的示意图。本申请实施例以蓝牙协议为例进行说明书，可以理解，本申请的实施例还可应用于其他短距离通信技术中，例如蓝牙协议的替代标准中。
图7为图6所示的传输帧的一种实施例，传输帧包括前导码、接入码、包头及数据域，接入码作为同步接入序列，接入码作为用户ID，用于实现帧同步，该传输帧的格式简单、帧头长度短，以最大限度减少传输时间，达到高吞吐率、低时延的目的。可以理解，在实际应用中，调整帧头的组成，例如帧头的可仅包括前导码，或，帧头包括前导码和接入码，或，帧头包括前导码、接入码及包头。
本申请一实施例中，该传输帧的帧头，即前导码、接入码及包头均采用相同带宽的相位偏移键控(PSK)调制。
示例性的，传输帧的帧头采用4MHz带宽的二元相位偏移键控(BPSK)调制，帧头的比 特速率可以达到4Mbps。传输帧的帧头采用4MHz带宽的正交相位偏移键控(QPSK)调制，帧头的比特速率可以达到8Mbps。帧头的传输速率的提高，可以缩短帧头的传输时间，降低时延。
优选地，帧头可采用π/2-BPSK调制和π/4-QPSK调制中的任意一种。
进一步地，传输帧的数据域采用与帧头相同带宽的相位偏移键控调制。
示例性的，传输帧的帧头采用4MHz带宽的π/2-BPSK调制，数据域采用4MHz带宽的8相位偏移键控(8PSK)调制，数据域的比特速率可以达到12Mbps，使吞吐率得到大幅提升。且由于传输帧的帧头和数据域均采用相同带宽的相位偏移键控调制，帧头与数据域之间调制方式的切换不需要额外增加保护时间和同步码字段，从而缩短传输帧的帧头的传输时间，降低时延。
优选地，数据域可采用π/2-BPSK，π/4-QPSK及8PSK中任一种。
在一实施例中，传输帧的帧头采用相位偏移键控调制，数据域采用与帧头相同带宽的正交幅度(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)调制。
示例性的，传输帧的帧头采用4MHz带宽的π/2-BPSK调制；数据域使用4MHz带宽的16-QAM调制，数据域的比特速率可以达到16Mbps，以提升吞吐率。
其中，传输帧的帧头采用PSK调制，传输帧的数据域采用QAM调制，由于PSK调制和QAM调制可采用同一种滤波器实现，因此传输帧的帧头和数据域切换调制方式时，无需如图5b所示的增强速率帧增加保护时间和同步码2字段，从而减小了帧头长度，缩短传输帧的帧头的传输时间，降低时延。
在一实施例中，发送装置和接收装置根据信道质量，协商调整帧头的调制方式，例如，若信道质量较好，则使用高阶的调制方式如π/4-QPSK，若信道质量较差，则使用低阶的调制方式如π/2-BPSK，即可以依据信道质量选择不同的相位偏移键控调制方式。
在一实施例中，发送装置可以根据信道质量，独自调整数据域的调制方式。即发送装置可以依据信道质量选择不同的相位偏移键控调制方式或正交幅度调制方式。例如，若数据域的调制方式为π/2-BPSK，若信道质量变好，发送装置可将数据域的调制方式切换为16-QAM或π/4-QPSK，若数据域的调制方式为64-QAM，若信道质量变差，发送装置可将数据的调制方式切换为16-QAM或π/4-QPSK。即发送装置可依据信道质量将数据域的调制方式在多个相位偏移键控调制方式及多个正交幅度调制方式之间切换。
在一实施例中，本申请提供的传输帧的帧头以及数据域均支持的带宽包括1MHz、2MHz及4MHz。且传输帧的帧头和数据域使用相同的带宽，省去带宽切换带来的保护时间和二次同步时间，降低时延。
在一实施例中，发送装置和接收装置可依据信道质量，协商调整带宽，例如，若信道质量较好，则协商增大带宽；若信道质量不好，则协商减小带宽。
在一实施例中，前导码用于增益调整，如果前导码序列的幅度波动较大，会影响增益调整的准确性。PSK调制为非恒包络，信号的幅度波动较GFSK调制大很多。为了减少PSK调制引起的幅度波动对增益调整的影响，本申请的前导码序列设计成任意相邻符号均为星座图上的相邻星座点，以保证前导码符号变化时，前导码的幅度波动小，以近似成一个恒包络信号，例如依据前导码的调制方式(例如π/2-BPSK调制和π/4-QPSK调制)确定对应的星座图，前导码的序列的任意相邻符号为该调制方式对应星座图上相邻的点，以使。
请参见图8，为本申请提供的两种前导码的星座图，其中图8(a)为前导码采用全0序列的π/4-QPSK调制，该序列对应星座图的星座点分别为0，π/4，0，π/4，……，即前导码序列的两个相邻符号变换时，对应为在星座图上的两个相邻的星座点0和π/4之间跳动。图8(b)为前导码采用全0序列的DQPSK调制，该序列对应星座图的星座点分别为π/4，π/2，3π/4，……，3π/2，7π/4，0，即前导码序列的相邻符号变换时，对应为在星座图上的相邻星座点之间移动。
在一实施例中，传输帧的帧头或数据域采用的PSK调制具有奇偶旋转的特性。其中奇偶旋转为：对一个符号序列，偶数位置的符号所使用的星座图，是在奇数位置的符号所使用的星座图的基础上，旋转某个角度得到的；相应的，奇数位置的符号所使用的星座图，是在偶数位置的符号所使用的星座图的基础上，旋转某个角度得到的。例如，传输帧的帧头或数据域采用π/2-BPSK调制，奇数位置的符号对应的星座图，可以通过偶数位置的符号对应的星座图绕星座图的坐标中心旋转π/2获得。具有该特性的星座图可以降低发送装置峰均功率比，提高发射功率，以覆盖更大接收范围。
在一实施例中，传输帧的接入码、包头及数据域中任一个均可采用前向纠错编码(Forward error correction，FEC)，通过前向纠错编码以降低接收装置接收传输帧的误码率。
在一实施例中，前向纠错编码可为卷积码或polar码。
在一实施例中，发送装置和接收装置可通过沟通以确定传输帧中的接入码和包头是否采用前向纠错编码，即调整接入码和包头的编码方式，编码方式包括编码类型和码率。例如，若信道质量好，则发送装置和接收装置可以沟通之后选择接入码和包头不编码，以获取高吞吐率和低时延。若信道质量较差，则发送装置和接收装置可以沟通之后选择对接入码和包头进行编码。进一步地，编码的码率也可依据信道质量选择，若信道质量较好，则可提高编码的码率减小冗余，以提高吞吐率和降低时延；若信道质量较差，则可降低编码的码率，增加冗余，以提升传输帧的传输准确度，提升接收性能。
在一实施例中，发送装置可依据信道质量调整数据域的编码方式，例如，发送装置检测到信道质量好，可以选择不编码，以获取高吞吐率和低时延。例如，发送装置检测到信道质量较差，为了提升数据域字段的传输准确性，则选择数据采用前向纠错编码且可依据实际信道质量提高或降低编码的码率。编码相关信息放置于包头字段中。接收装置依据包头中的信息进行识别，以确定数据域是否编码及对应的码率。
可以理解，以上实施例中，可以依据实际应用场景选择待编码的字段，其中待编码的字段可为接入码、包头及数据域中至少一个。例如，不同的应用环境可选择不同的编码方式，例如若对数据的精确度要求较高，则可对接入码、包头及数据域均进行编码，若对数据的速率要求较高，则可仅对包头进行编码。
在一实施例中，部分字段可插入已知相位的导频(pilot)字段，以提升相位检测与跟踪性能，如此，接收装置在接收pilot时，可以根据接收到的pilot相位与已知的pilot相位进行比较，从而估计出当前的相位偏差。
本实施例中，可以插入导频的字段为接入码、包头及数据域。发送装置可以依据应用需求，选择需插入导频字段的字段，例如接入码、包头及数据域三个字段中均插入导频字段，或接入码、包头及数据域三个字段中任意一个或任意两个插入导频字段。
进一步地，发送装置可以根据当前通信质量、编码情况以及相位偏移对不同字段接收的 影响程度等因素，选择不同的插入比例来对不同字段进行插入导频字段。例如，信道质量好，发送装置可选择不插入pilot，信道质量差，则选择插入pilot。信道质量越好，pilot插入比例越低。其中，接入码和包头是否插入pilot以及pilot的插入比例是发送装置和接收装置确认好之后再进行调整的。数据域是否插入pilot以及pilot的插入比例是发送装置依据信道质量确定的。接收装置根据包头中信息进行识别，判断数据字段是否插如pilot及插入比例。
示例性的，发送装置可以采用16:1的插入比例在接入码和包头中插入pilot，并采用8:1的比例在payload中插入pilot，即每16个接入码和包头符号之后插入一个pilot，每8个payload符号之后插入一个pilot，当通信质量变差，则可减小插入比例，以增大插入数量，提升相位估计的能力。
可以理解，以上几个实施例涉及的相关参数，例如传输帧的调制方式、带宽、是否编码、编码码率、是否插入pilot及插入比例，可依据实际应用场景调整其中一个或多个。
请参见图9，为本申请提供的传输帧的实施例二的示意图。
实施例二提供的传输帧与实施例一提供的传输帧相似，传输帧包括前导码、同步接入序列、包头及数据域，相同之处这里不再赘述，不同之处在于：
同步码和接入码组合为同步接入序列，同步码和接入码沿从前导码至数据域的方向依次设置，通过同步码字段提升同步性能，即可通过同步码辅助实现时间同步、频率估计及相位估计，从而提升接收装置的整体性能，确保在信道质量差的情况下也能正确接收信息，以了保证高速率的前提下提升接收性能。可以理解，同步码和接入码之间的设置顺序可依据实际场景调整，例如依次包括接入码和同步码。
在一实施例中，同步码可采用m序列或golden序列。
请参见图10，为本申请提供的传输帧的实施例三的示意图。
实施例三提供的传输帧与实施例二提供的传输帧相似，传输帧包括前导码、同步接入序列、包头及数据域，相同之处这里不再赘述，不同之处在于：
同步接入序列包括第一同步码、第二同步码及接入码，第一同步码、第二同步码及接入码沿从前导码至数据域的方向依次设置，通过设置两段同步码提升接收性能和同步码的组合数，不同同步码的组合可以作为网络ID，用于对不同网络的设备(例如发送装置、或接收装置)进行区分。同一网络内的设备，使用接入码进行区分。第一同步码和第二同步码均可单独提升同步性能，第一同步码和第二同步码也可作为一个整体，进一步地提升同步性能，从而提升了整体接收装置的性能，确保在信道质量差的情况下也能正确接收信息。可以理解，在其他实施例中，第一同步码、第二同步码及接入码的设置顺序可依据实际场景进行调整。
进一步地，两个同步码的序列既可以相同，也可以不同。
请参考图11，为本申请实施例的发送装置10的示意图，其中发送装置10可为具有短距离无线通信功能的终端，例如手机、平板电脑等，当然，发送装置10还可为具有短距离无线通信功能的芯片。
发送装置10包括处理器14及发送电路15。本领域技术人员可以理解，图11中示出的结构并不构成对所述发送装置10的限定，所述发送装置10可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。例如，发送装置10还可包括存储器。
所述存储器可用于存储软件程序和/或模块/单元。所述处理器14通过运行或执行存储在 所述存储器内的软件程序和/或模块/单元，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述发送装置10的各种功能，本申请中处理器14用于生成传输帧。所述存储器可主要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、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据发送装置10的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括非易失性计算机可读存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)、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。
所述处理器14可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。该处理器14可以是微处理器或者该处理器14也可以是任何常规的处理器等，例如基带信号处理芯片，所述处理器14是所述发送装置10的控制中心，利用各种接口和线路连接整个发送装置10的各个部分。
所述发送电路15与处理器14耦合，用于发送传输帧，其中发送电路15可耦合至天线16以实现传输帧信号的传输。发送装置10通过发送电路15与所述接收装置20进行通信。
请参考图12，为本申请实施例的接收装置20的示意图。其中接收装置20可为具有短距离无线通信功能的终端，例如手机、平板电脑等，当然，接收装置20还可为具有短距离无线通信功能的芯片，所述接收装置20包括处理器24及接收电路25。本领域技术人员可以理解，图12中示出的结构并不构成对所述接收装置20的限定，所述接收装置20可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。例如，接收装置20还可包括存储器。
所述存储器可用于存储软件程序和/或模块/单元。所述处理器24通过运行或执行存储在所述存储器内的软件程序和/或模块/单元，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述接收装置20的各种功能。所述存储器可主要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、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据接收装置20的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括非易失性计算机可读存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)、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。
所述处理器24可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。该处理器24可以是微处理器或者该处理器24也可以是任何常规的处理器等，所述处理器24是所述接收装置20的控制中心，利用各种接口和线路连接整个接收装置20的各个部分。
所述接收电路25与处理器24耦合，用于接收传输帧，其中接收电路25可耦合至天线24以实现传输帧信号的接收。所述接收装置20通过接收电路25与所述发送装置10进行通信。
参考图13所示，为本申请一实施例的短距离无线通信的方法的流程图，执行主体为发送装置，根据不同的需求，所述流程图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略。为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。所述短距离无线通信的方法包括：
S131：生成并发送传输帧。
具体地，传输帧包括前导码、同步接入序列、包头及数据域，所述同步接入序列用于进行帧同步，其中，所述前导码、所述同步接入序列、所述包头及所述数据域均采用相同带宽的相位偏移键控调制，或，所述数据域采用正交幅度调制，所述前导码、所述同步接入序列及所述包头均采用与所述数据相同带宽的相位偏移键控调制。带宽由发送接收装置协商确定。
如此，通过将传输帧的帧头采用相位偏移键控调制，将数据域采用相同带宽的相位偏移键控调制或正交幅度调制，以提升传输帧的传输速率，该传输帧的格式简单、帧头长度较短，最大限度减少传输时间，以达到高吞吐率、低时延的目的。
可以理解，生成传输帧和发送传输帧可由发送装置的不同模块执行。
另传输帧的格式及其他特性可参见以上的实施例，这里不再赘述。
在一实施例中，请参见图13，所述短距离无线通信的方法还包括：
S132：依据信道质量调整传输帧的带宽。
其中所述传输帧支持带宽包括：1MHz、2MHz及4MHz，传输帧的帧头及数据域的带宽均相同。
在一实施例中，请再次参见图13，所述短距离无线通信的方法还包括：
S133：依据信道质量调整传输帧的调制方式。
其中，所述待调整调制方式包括帧头和数据域中至少一种。发送装置和接收装置根据信道质量，协商调整帧头的调制方式。发送装置可依据信道质量将数据域的调制方式在多个相位偏移键控调制方式及多个正交幅度调制方式之间切换。
在一实施例中，请再次参见图13，所述短距离无线通信的方法还包括：
S134：依据信道质量调整传输帧中待编码字段的编码方式。
其中，所述待编码字段包括所述接入码，所述包头及所述数据域中至少一种，所述编码方式包括编码类型和码率，所述编码类型可为前向纠错编码。
具体地，发送装置可依据信道指令选择合适的编码类型，例如卷积码或polar码；发送装置可依据信道质量调整编码的码率。例如，若信道质量较好，则可提高编码的码率，甚至可不对传输帧进行编码，以获取高吞吐率和低时延；若信道质量较差，则可降低编码的码率，增加冗余，以提升传输帧的传输准确度，提升接收性能。
在一实施例中，请参见图13，所述短距离无线通信的方法还包括：
S135：依据信道质量调整导频字段的插入方式。
其中，插入方式包括待插入字段及插入比例。
具体地，待插入字段包括接入码、包头及数据域，发送装置可以依据应用需求环境选择需插入导频字段的字段，例如接入码、包头及数据域三个字段中任意一个或多个字段插入导频。
进一步地，发送装置可以根据当前通信质量，编码信息，以及相位偏移对不同字段接收的影响程度等因素，选择不同的比例来对不同字段进行插入导频字段。
本申请另一实施例的短距离无线通信的方法的流程图，执行主体为接收装置，根据不同的需求，所述流程图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略。为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。所述短距离无线通信的方法包括：
接收传输帧，所述传输帧至少包括前导码、同步接入序列、包头及数据域，所述同步接 入序列用于进行帧同步，其中，所述前导码、所述同步接入序列、所述包头及所述数据域均采用相同带宽的相位偏移键控调制，或，所述数据域采用正交幅度调制，所述前导码、所述同步接入序列及所述包头均采用与所述数据域相同带宽的相位偏移键控调制。
除以上方法和设备外，本申请实施例还提供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程序，所述程序使得计算机设备执行图13所示的短距离无线通信的方法。
一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机执行指令，所述计算机执行指令存储在计算机可读存储介质中；设备的至少一个处理器可以从所述计算机可读存储介质中读取所述计算机执行指令，所述至少一个处理器执行所述计算机执行指令使得所述设备实现图13所示的短距离无线通信的方法。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等来实现。一般情况下，凡由计算机程序完成的功能都可以很容易地用相应的硬件来实现，而且，用来实现同一功能的具体硬件结构也可以是多种多样的，例如模拟电路、数字电路或专用电路等。但是，对本申请而言更多情况下软件程序实现是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘、U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。
所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(Solid State Disk，SSD))等。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (33)

  1. 一种短距离无线通信方法，其特征在于，所述方法包括：
    生成传输帧，所述传输帧包括帧头及数据域；其中，所述帧头采用相位偏移键控调制，所述数据域使用与所述帧头相同带宽的相位偏移键控调制或正交幅度调制；
    发送所述传输帧。
  2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述帧头包括前导码，所述前导码使用第一相位偏移键控调制，且所述前导码的序列的任意相邻符号为所述第一相位偏移键控调制对应星座图上相邻的点。
  3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述帧头还包括接入码。
  4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述帧头还包括同步码和接入码。
  5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述帧头还包括第一同步码、第二同步码及接入码。
  6. 如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
    依据信道质量调整所述传输帧的调制方式。
  7. 如权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
    依据信道质量调整所述传输帧的带宽，其中所述传输帧支持带宽包括：1MHz、2MHz及4MHz。
  8. 如权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，所述相位偏移键控调制具有奇偶旋转的特性。
  9. 如权利要求3至5任一项所述的方法，其特征在于，所述帧头还包括包头，所述方法还包括：
    依据信道质量调整所述传输帧中待编码字段的编码方式，所述待编码字段包括所述接入码、所述包头及所述数据域中至少一种，所述编码方式包括编码类型和码率，所述编码类型为前向纠错编码。
  10. 如权利要求3、4、5和9中任一项所述的方法，其特征在于，所述帧头还包括包头，所述方法还包括：
    依据所述信道质量调整导频字段的插入方式，所述插入方式包括待插入字段和插入比例，所述待插入字段包括所述接入码、所述包头及所述数据域中至少一个，所述导频字段用于辅助相位估计。
  11. 一种短距离无线通信方法，其特征在于，所述方法包括：
    接收传输帧，所述传输帧包括帧头及数据域；其中，所述帧头采用相位偏移键控调制，所述数据域使用与所述帧头相同带宽的相位偏移键控调制或正交幅度调制。
  12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述帧头包括前导码，所述前导码使用第一相位偏移键控调制，且所述前导码的序列的任意相邻符号为所述第一相位偏移键控对应星座图上相邻的点。
  13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述帧头还包括接入码。
  14. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述帧头还包括同步码和接入码。
  15. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述帧头还包括第一同步码、第二同步码及所述接入码。
  16. 如权利要求11至15任一项所述的方法，其特征在于，所述传输帧支持带宽包括：1MHz、2MHz及4MHz。
  17. 如权利要求11至16任一项所述的方法，其特征在于，所述相位偏移键控调制具有奇偶旋转的特性。
  18. 如权利要求13至15任一项所述的方法，其特征在于，所述帧头还包括包头，所述接入码、所述包头及所述数据域中至少一种采用前向纠错编码。
  19. 如权利要求13、14、15及18中任一项所述的方法，其特征在于，所述帧头还包括包头，所述接入码、所述包头及所述数据域中至少一个具有导频字段，所述导频字段用于辅助相位估计。
  20. 一种发送装置，其特征在于，所述发送装置包括：
    处理器，用于生成传输帧，所述传输帧包括帧头及数据域；其中所述帧头采用相位偏移键控调制，所述数据域使用与所述帧头相同带宽的相位偏移键控调制或正交幅度调制；
    发射电路，耦合至所述处理器，用于发送所述传输帧。
  21. 如权利要求20所述的发送装置，其特征在于，所述帧头包括前导码，所述前导码使用第一相位偏移键控调制，且所述前导码的序列的任意相邻符号为所述第一相位偏移键控调制对应星座图上相邻的点。
  22. 如权利要求21所述的发送装置，其特征在于，所述帧头还包括接入码。
  23. 如权利要求21所述的发送装置，其特征在于，所述帧头还包括同步码和接入码。
  24. 如权利要求21所述的发送装置，其特征在于，所述帧头还包括第一同步码、第二同步码及所述接入码。
  25. 如权利要求21至24任一项所述的发送装置，其特征在于，所述相位偏移键控调制具有奇偶旋转的特性。
  26. 一种接收装置，其特征在于，所述接收装置包括：
    接收电路，用于接收传输帧，所述传输帧包括帧头及数据域；其中所述帧头采用相位偏移键控调制，所述数据域使用与所述帧头相同带宽的相位偏移键控调制或正交幅度调制；
    处理器，所述接收电路耦合至所述处理器。
  27. 如权利要求26所述的接收装置，其特征在于，所述帧头包括前导码，所述前导码使用第一相位偏移键控调制，且所述前导码的序列的任意相邻符号为所述第一相位偏移键控调制对应星座图上相邻的点。
  28. 如权利要求27所述的接收装置，其特征在于，所述帧头还包括接入码。
  29. 如权利要求27所述的接收装置，其特征在于，所述帧头还包括同步码和接入码。
  30. 如权利要求27所述的接收装置，其特征在于，所述帧头还包括第一同步码、第二同步码及所述接入码。
  31. 如权利要求27至30任一项所述的接收装置，其特征在于，所述相位偏移键控调制具有奇偶旋转的特性。
  32. 一种短距离无线通信系统，其特征在于，所述短距离无线通信系统包括发送装置和接收装置；
    所述发送装置用于执行如权利要求1至10中任意一项所述的短距离无线通信的方法，所述接收装置用于执行如权利要求11至19中任意一项所述的短距离无线通信的方法。
  33. 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程序，所述程序使得计算机设备执行如权利要求1至19中任意一项所述的短距离无线通信的方法。
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