一种蓝牙信号瞬时频偏估计的方法与流程

本发明属于蓝牙信号，尤其涉及一种蓝牙信号瞬时频偏估计的方法。

背景技术：

1、蓝牙是一种工作于2.4ghz频段的无线短距离通信标准，主要应用于低速近距离的数据传输，在蓝牙的通信过程中，频偏估计是一个重要的技术环节。频偏可能由多种因素引起，如发射端和接收端的本地晶振频率偏差、多径效应、多普勒频移等。在蓝牙系统中，频偏的存在会导致接收到的信号相位出现偏差，进而影响解调性能，甚至可能导致通信失败。为了解决这个问题，蓝牙系统需要采用频偏估计技术来估计并补偿频偏。现有方案中大多通过分析接收到的信号特性来实现蓝牙信号的频偏估计，现行方案中大多采用信号的自相关性或互相关算法来估计频偏。

2、现行方案中主要采用通过对接收端接收到的同位码字段做相关算法来求取频偏，而蓝牙信号的同位码字段相较于整个蓝牙信号的数据长度而言是十分有限的，在计算频偏的过程中取同位码与本地同位码求共轭后的均值对频偏进行估计，这里的采用的数据相对与蓝牙信号的数据点数是偏小的，且在频偏估计的过程中并未能够得到蓝牙信号瞬时的频偏估计。因此同位码部分的频偏作为整个蓝牙信号的频偏是存在着一定程度上的精度误差。在蓝牙系统中，也存在着频率漂移以及硬件稳定的问题，导致现有技术的频偏估计精度不够。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种蓝牙信号瞬时频偏估计的方法，本发明要解决的技术问题是提供如何提高蓝牙信号的频偏估计精度。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种蓝牙信号瞬时频偏估计的方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：蓝牙信号接收端接收到蓝牙时域信号，并对其进行处理；

4、步骤s2：采用算法对处理后的蓝牙时域信号同步进行粗频偏f1的求取和蓝牙信号data字段的寻找；

5、步骤s3：利用粗频偏f1对蓝牙信号data字段进行粗补偿；

6、步骤s4：对粗补偿后的蓝牙信号data字段进行相位提取，然后求取出相位信号的上下包络；

7、步骤s5：基于上下包络提取蓝牙信号相位的基线，然后对基线求取微分；

8、步骤s6：利用微分求得蓝牙信号data字段的瞬时频率偏差；

9、步骤s7：进行粗频偏f1和瞬时频率偏差的求和，得到瞬时频偏估计值。

10、进一步的，所述步骤s1中，处理后的蓝牙时域信号表示为：

11、；

12、其中，y为处理后的蓝牙时域信号；t为采样时间；pi为自然数π；f为蓝牙信号频率；为频偏，其中，，为粗频偏，freq_off为瞬时频率偏差，这里为未知量。

13、进一步的，步骤s2中，采用算法对处理后的蓝牙时域信号同步粗频偏f1的求取和蓝牙信号data字段的寻找具体包括：

14、蓝牙信号由前导码、同位码、data字段构成；前导码和同位码共有40位数据，而其中的内容是已知的，可由此生成本地码的相位信号local_dphsae(t)；

15、然后对步骤s1处理后的蓝牙信号每40位数据进行相位求取得到实际接收到的码元相位信号：

16、=arctan()；

17、接下来对本地码相位信号与实际接收到的码元相位信号进行相关计算，得到相关函数corr(n)：

18、corr(n)=local_dphsae(t)conj()；

19、然后找到相关函数corr(n)的峰值位置index；

20、此时的峰值位置index即表示蓝牙信号前导码的第一位，然后可由蓝牙帧结构定位到蓝牙信号的data字段的起始位，并且可由此时的index利用频偏与相位的关系得出粗频偏f1：

21、f1=()-local_dphsae(t))/40。

22、进一步的，步骤s3，进行粗频偏补偿时，将乘以，得到粗频偏补偿后的信号，过滤掉f1，粗频偏补偿后信号中，频偏仅剩freq_off；

23、进一步的，所述步骤s4中，采用如下公式进行相位提取：

24、=arctan()；

25、其中，phase为粗补偿后的蓝牙信号data字段的相位。

26、进一步的，所述步骤s4中，提取的上下包络为：

27、；

28、其中，high为上包络；low为下包络；velope为求取上下包络的函数；velope求取上包络时，为对信号加窗求取局部极大值点，然后进行插值所得，velope求取下包络时，为加窗求取局部极小值点，然后进行插值所得。

29、进一步的，所述步骤s5中，基线为：

30、；

31、其中，base为蓝牙信号相位的基线，即采用上下包络求取均值的方法获取基线。

32、进一步的，所述步骤s6中，求得瞬时频率偏差为：

33、；

34、其中，freq_off为瞬时频率偏差；diff为对蓝牙信号相位的基线求微分的函数。

35、本发明一种蓝牙信号瞬时频偏估计的方法通过求取蓝牙数据字段相位基线的微分，进而得到瞬时频率偏差，结合蓝牙信号的特点，结合瞬时频率偏差与粗频偏估计作为整个信号的瞬时频偏估计，能够应对蓝牙信号中得频率漂移以及相应的硬性能不稳定的问题，并能够显著提升对蓝牙信号的频偏估计精度。

技术特征：

1.一种蓝牙信号瞬时频偏估计的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的蓝牙信号瞬时频偏估计的方法，其特征在于，所述步骤s1中，处理后的蓝牙时域信号表示为：

3.根据权利要求2所述的蓝牙信号瞬时频偏估计的方法，其特征在于，所述步骤s3中，进行粗频偏补偿时，将乘以，得到粗频偏补偿后的信号。

4.根据权利要求3所述的蓝牙信号瞬时频偏估计的方法，其特征在于，所述步骤s4中，采用如下公式进行相位提取：

5.根据权利要求4所述的蓝牙信号瞬时频偏估计的方法，其特征在于，所述步骤s4中，提取的上下包络为：

6.根据权利要求5所述的蓝牙信号瞬时频偏估计的方法，其特征在于，所述步骤s5中，基线为：

7.根据权利要求6所述的蓝牙信号瞬时频偏估计的方法，其特征在于，所述步骤s6中，求得瞬时频率偏差为：

技术总结本发明提供了一种蓝牙信号瞬时频偏估计的方法，属于蓝牙信号技术领域，包括蓝牙信号接收端接收到蓝牙时域信号，并对其进行处理；采用算法对处理后的蓝牙时域信号同步进行粗频偏的求取和蓝牙信号data字段的寻找；利用粗频偏f1对蓝牙信号data字段进行粗补偿；对粗补偿后的蓝牙信号data字段进行相位提取，然后求取出上下包络；提取相位信号的基线，然后对基线求取微分；利用微分求得蓝牙信号data字段的瞬时频率偏差；进行粗频偏f1和瞬时频率偏差的求和，得到瞬时频偏估计值。本方法能够应对蓝牙信号中得频率漂移以及相应的硬性能不稳定的问题，并能够显著提升对蓝牙信号的频偏估计精度。技术研发人员：戴圆强,乐磊,刘涛,许根泉受保护的技术使用者：苏州赛迈测控技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20