CN1822579A - 一种短程无线网络中实时侦听载波信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种短程无线网络中实时侦听载波信号的方法，属于无线通信技术领域。首先对两段基带2倍采样接收信号做前后对应点共轭相乘运算得到第一组序列，再对此序列的每个值乘以e^j(π/4)得到第二组序列。分别对两组序列中的每个值做移相操作，再分别累加，并对得到的两个累加值进行求平方值运算，选取较大的值作为判决值，将该判决值与两段基带2倍采样接收信号的总能量统计值相比，再将比例值与门限比较，从而判断出信道状态。本方法的优点是，对任何起始位置的采样信号实时侦听载波信号，不需要时间和载波的同步与估计，降低了侦听过程中的计算量和计算复杂度，增加了系统实现的实时性，减少了系统的能量消耗，提高了算法对系统环境的鲁棒性。

Description

一种短程无线网络中实时侦听载波信号的方法

技术领域

本发明涉及一种短程无线网络中实时侦听载波信号的方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

在基于带冲突避免的载波侦听多址的通信协议中，一般采用实时侦听载波信号的机制来侦听信道，以减少与无线网络中同类信号的冲突。通过对信道中同类信号的检测，来判断信道是否被占用，以避免与无线网络中正在传输的数据发生冲突，达到提高网络效率的目的。在基于带冲突避免的载波侦听多址的通信协议中，实时侦听载波信号对网络通信非常重要。

在实时侦听载波信号中，侦听过程就是检测信号过程。可以利用信号的调制特性来完成检测。传统的实时侦听载波信号方法是通过解调方式来完成的，将接收到的信号解调，判断是否为此协议规定的信号。为了保证解调的准确性能，在数字域对接收信号进行处理时，一般需要2倍信号带宽以上的采样率对接收信号进行采样，以防止接收信号在数字接收时产生失真，从而影响解调性能。此外，为了能够良好的解调，系统又必须对接收信号进行时间和频率上的同步与估计，这样又加大了实时侦听载波信号的计算量，导致了功耗的大幅度提高。

另外，大部分通信协议对完成实时侦听载波信号的时间都有严格的规定，而传统的基于解调来实现实时侦听载波信号的方法必须接收到基带发射信号的前同步头，才能完成同步，解调，判断信道是否空闲，从而导致了侦听的实时性下降，同时也很难满足通信协议对实时侦听载波信号时间的要求。

为了能够对从数据包任何位置起接收到的数据进行实时侦听载波信号，并且降低常规侦听方法中的复杂度，需要设计新的实时侦听载波信号算法。

发明内容

本发明的目的是提出一种短程无线网络中实时侦听载波信号的方法，在满足性能的前提下，解决实时侦听载波信号方法的复杂度问题。在实时侦听载波信号的方法中，利用以最小频移键控方式调制的信号的相位相对位置特性，得到当前信道中是否存在以最小频移键控方式调制的信号的估计。

本发明提出的短程无线网络中实时侦听载波信号的方法，包括以下各步骤：

(1)接收短程无线网络中发送端发出的射频信号，进行下变频，得到基带2倍采样接收信号；

(2)从上述接收信号中的任意采样点开始，以整数倍码片周期为间隔，读取两段任意长度的接收信号；

(3)对上述第一段接收信号中的每个采样点取共轭，再与第二段接收信号中的相应采样点相乘，得到第一组序列，再对第一组序列中的每个值分别乘以 得到第二组序列；

(4)分别对上述两组序列中的每个值进行移相操作，得到第三、第四组序列；

(5)分别对上述移相后的第三、第四组序列中的值进行累加，并计算两个累加值的平方值，取其中较大的平方值作为判决值；

(6)分别计算上述步骤(2)的两段接收信号中所有采样点的幅度的平方值后再累加，将得到的两个累加值相乘，得到两段接收信号的总能量统计值；

(7)计算上述判决值与上述总能量统计值的比值，若该比值大于域值Y，则有载波信号，若小于或等于域值Y，则无载波信号，其中0.5≤Y≤0.7。

上述方法中，对两组序列中的每个值进行移相操作的过程为：根据两组序列中每个值的实部和虚部的正、负符号，进行移相，若该值的实部和虚部同为正，则将原值作为移相后的值；若该值的实部为负、虚部为正，则将该值的实部和虚部各取绝对值，再将实部和虚部互相交换，得到移相后的值；若该值的实部和虚部同为负，则各取该值的实部和虚部的绝对值，作为移相后的值；分别取映射后相关值的实部和虚部为映射前相关值的实部和虚部的绝对值；若该值的实部为正、虚部为负，则将该值的实部和虚部各取绝对值，再将实部和虚部互相交换，得到移相后的值。

本发明提出的短程无线网络中实时侦听载波信号的方法，具有以下优点：

(1)本发明利用了信号的调制特性来检测以最小频移键控方式调制的信号，不用对接收信号解调就可以完成实时侦听载波信号，降低了系统的复杂度。

(2)本发明中实时监听载波信号的算法可以从接收数据的任何位置开始，，不需要时间和载波的同步与估计，降低了算法的复杂度，提高了算法对系统环境的鲁棒性。

(3)本发明中的移相操作结合硬件的实际操作问题，可将传统的移相所需要的复数乘法操作，变成简单的符号判断和交换操作来实现，很大程度的减少了计算量；

(4)本发明方法不受载波频率偏移大小的影响，降低了算法对系统硬件设计的要求，减少了算法的计算量。

附图说明

图1是本发明方法的原理示意图。

图2是本发明方法中2倍采样接收信号的波形及两种可能的采样位置。

具体实施方法

本发明提出的短程无线网络中实时侦听载波信号的方法，首先接收短程无线网络中发送端发出的射频信号，进行下变频，得到基带2倍采样接收信号；从接收信号中的任意采样点开始，以整数倍码片周期为间隔，读取两段任意长度的接收信号；对第一段接收信号中的每个采样点取共轭，再与第二段接收信号中的相应采样点相乘，得到第一组序列，再对第一组序列中的每个值分别乘以 得到第二组序列；分别对两组序列中的每个值进行移相操作，得到第三、第四组序列；分别对移相后的第三、第四组序列中的值分别进行累加，分别计算两个累加值的平方值，取其中较大的平方值作为判决值；分别计算上述两段接收信号中所有采样点的幅度的平方值后再累加，将得到的两个累加值相乘，得到两段接收信号的总能量统计值；计算判决值与总能量统计值的比值，若该比值大于域值Y，则有载波信号，若小于或等于域值Y，则无载波信号，其中0.5≤Y≤0.7。

上述实时侦听载波信号的方法中，对两组序列中的每个值进行移相操作的过程为：根据两组序列中每个值的实部和虚部的正、负符号，进行移相，若该值的实部和虚部同为正，则将原值作为移相后的值；若该值的实部为负、虚部为正，则将该值的实部和虚部各取绝对值，再将实部和虚部互相交换，得到移相后的值；若该值的实部和虚部同为负，则各取该值的实部和虚部的绝对值，作为移相后的值；分别取映射后相关值的实部和虚部为映射前相关值的实部和虚部的绝对值；若该值的实部为正、虚部为负，则将该值的实部和虚部各取绝对值，再将实部和虚部互相交换，得到移相后的值。

以下结合附图详细介绍本发明的一个实施例：

基于IEEE 802.15.4b标准的无线网络系统中，发射信号采用最小相移健控调制方式，这样发射信号的相位随着时间是连续变化的，避免了相位突变，降低了信号带宽以外的频率响应，并且调制后的复数信号模值恒为1，可以表示为 $S_i=e^{j{\mathrm{\θ}}_i},$ 即本地扩频序列只与相位有关系。表示成复数信号如图2所示，其中的I路表示复数信号的实部，Q路表示复数信号的虚部。因此复数信号的相位就表示了信号实部与虚部的相对关系。

在本发明的实施例中，根据该标准确定的调制方案，接收短程无线网络中发送端发出的射频信号，进行下变频处理后，经过2倍采样得到基带接收信号，从图1(a)和图2可以看出，2倍采样信号的采样点可以分为两组采样位置，1位置采样点(用○表示)和2位置采样点(用△表示)。对于1位置的采样点只有0，π/2，π，3π/2四种相位；对于2采样位置的采样点只有π/4，3π/4，5π/4，7π/4四种相位。而且对于每组采样位置的采样点，它们之间的相位互相转换关系只有1，-1，I，-I四种可能。

因为用来做前后相关的接收信号是从2倍采样的接收信号中相隔整数倍码片周期读取的两段任意长度的接收信号，记为S₁和S₂。这里在802.15.4b系统中可选择两段数据的间隔和两段数据的长度都为一个扩频序列周期。所以在对这两段信号做对应点共轭相乘时可以保证两个采样位置的采样点各自对应。对这两段接收信号做前后共轭相乘，得到第一组序列：

               r_i＝s_i·s_i+L′  i＝1，2，…，L

其中r_i为第一组序列中的值，s_i为2倍采样基带接收信号的采样点，L为一个扩频序列周期内的采样点个数。

这时得到的第一组序列的值的相位只有0，π/2，π，3π/2四种，如图1(b)所示。

再对第一组序列的每个相关值分别乘以 将其相位统一逆时针旋转45度，得到第二组序列，其相位只有π/4，3π/4，5π/4，7π/4四种值，如图1(c)所示。

然后分别对上面两组序列的每个值做移相操作，首先判断两组序列中每个值实部和虚部的符号，然后根据判断的结果按表1规则进行加权移相，将每个相关值相位都搬移到第一象限，得到第三和第四组序列，如图1(d)和(e)所示。

再分别对第三和第四组序列分别累加，然后分别对累加值求平方，比较两者大小，选择较大的值作为接收信号相关值的统计值，记为R。

然后分别计算前面读取的两段接收信号幅度的平方值后再累加，将得到的两个累加值相乘，得到两段接收信号的总能量统计值，记为P。

$P=\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\left(s_i^{\′}{s}_i\right)\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\left(s_{i+L}^{\′}{s}_{i+L}\right)$

最后，计算上述两个统计量的比值R/P，若该比值大于域值Y，则有载波信号，若小于或等于域值Y，则无载波信号，其中0.5≤Y≤0.7。

表1硬件实现的位操作与相位判断参数的对应关系表

象限	实部	虚部	移相操作步骤
				I	+	+	不用操作
II	-	+	先把实部与虚部的地址互换，然后实部取反
				III	-	-	实部虚部分别取反
IV	+	-	先把实部与虚部的地址互换，然后虚部取反

Claims (2)

1、一种短程无线网络中实时侦听载波信号的方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：

(1)接收短程无线网络中发送端发出的射频信号，进行下变频，得到基带2倍采样接收信号；

(2)从上述接收信号中的任意采样点开始，以整数倍码片周期为间隔，读取两段任意长度的接收信号；

(3)对上述第一段接收信号中的每个采样点取共轭，再与第二段接收信号中的相应采样点相乘，得到第一组序列，再对第一组序列中的每个值分别乘以 得到第二组序列；

(4)分别对上述两组序列中的每个值进行移相操作，得到第三、第四组序列；

(5)分别对上述移相后的第三、第四组序列中的值进行累加，并计算两个累加值的平方值，取其中较大的平方值作为判决值；

(6)分别计算上述步骤(2)的两段接收信号中所有采样点的幅度的平方值后再累加，将得到的两个累加值相乘，得到两段接收信号的总能量统计值；

(7)计算上述判决值与上述总能量统计值的比值，若该比值大于域值Y，则有载波信号，若小于或等于域值Y，则无载波信号，其中0.5≤Y≤0.7。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的对两组序列中的每个值进行移相操作的过程为：根据两组序列中每个值的实部和虚部的正、负符号，进行移相，若该值的实部和虚部同为正，则将原值作为移相后的值；若该值的实部为负、虚部为正，则将该值的实部和虚部各取绝对值，再将实部和虚部互相交换，得到移相后的值；若该值的实部和虚部同为负，则各取该值的实部和虚部的绝对值，作为移相后的值；分别取映射后相关值的实部和虚部为映射前相关值的实部和虚部的绝对值；若该值的实部为正、虚部为负，则将该值的实部和虚部各取绝对值，再将实部和虚部互相交换，得到移相后的值。

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