一种低功耗蓝牙的低复杂度优化解码算法的制作方法

本发明涉及低功耗蓝牙，尤其涉及一种低功耗蓝牙的低复杂度优化解码算法。

背景技术：

1、随着物联网、智能穿戴设备和医疗健康监测等领域的快速发展，低功耗蓝牙技术作为一种关键的无线通信技术，得到了广泛应用，它以其低功耗、低成本、短距离传输等特点，成为连接各种智能设备的理想选择，然而，由于低功耗蓝牙信号传输时常受到环境干扰、信号衰减以及多径效应等因素的影响，解码接收端需要应对复杂的信道状况，确保准确解析发送端传输的数据。

2、传统的低功耗蓝牙解码算法往往复杂度高、计算量大，不仅增加了硬件成本，还消耗了大量能量，导致设备的续航能力下降，此外，传统算法在面对复杂的信道环境时容易出现性能不稳定的问题，影响了通信的可靠性和实时性，因此，为了提高低功耗蓝牙通信系统的稳定性、效率和可靠性，迫切需要一种低复杂度、高性能的解码算法来应对这些挑战。

技术实现思路

1、基于上述目的，本发明提供了一种低功耗蓝牙的低复杂度优化解码算法。

2、一种低功耗蓝牙的低复杂度优化解码算法，包括以下步骤：

3、s1，接收数字信号：在接收端，通过低功耗蓝牙单元接收到来自传输信道的低功耗蓝牙数字信号；

4、s2，信号预处理：对接收到的低功耗蓝牙数字信号进行预处理，包括噪声抑制、信号增强和特征提取；

5、s3，信号解调：对预处理后的低功耗蓝牙数字信号进行解调处理，以恢复出原始的数字信号；

6、s4，误码校正：对解调后的低功耗蓝牙数字信号进行误码校正处理，以修复由于信道传输导致的数据错误或丢失；

7、s5，实施低复杂度解码算法：应用低复杂度的优化解码算法对经过误码校正处理的低功耗蓝牙数字信号进行解码；

8、s6，有限状态机控制：利用有限状态机设计解码算法的控制逻辑，简化解码过程的控制流程，降低低复杂度解码算法的复杂度和功耗；

9、s7，输出解码后的数据：将解码后的低功耗蓝牙数据信号输出至目标设备，以完成低功耗蓝牙通信的数据传输。

10、进一步的，所述s1中的接收数字信号包括：

11、s11，设置扫描模式：将接收端的低功耗蓝牙单元设置为扫描模式，以扫描周围的低功耗蓝牙信道；

12、s12，接收信号：当接收端的低功耗蓝牙单元接收到信号时，通过射频接收电路接收信号。

13、进一步的，所述s2中的信号预处理包括：

14、s21，噪声抑制：建立适应性的噪声模型，并应用于接收到的低功耗蓝牙数字信号；

15、所述适应性的噪声模型采用深度神经网络模型，模型表示为：

16、

17、其中，是预测的噪声模型输出，x是输入的低功耗蓝牙数字信号，和分别是第i个隐藏层的权重矩阵和偏置向量，σ是激活函数，lnoise是隐藏层的数量，∈是噪声；

18、s22，信号增强：设计信号增强模型，通过学习信号的特征和结构，对接收到的低功耗蓝牙数字信号进行增强；

19、所述信号增强模型采用深度神经网络模型，模型表示为：

20、

21、其中，是预测的增强后的信号，x是输入的低功耗蓝牙数字信号，和分别是第i个隐藏层的权重矩阵和偏置向量，σ是激活函数，lenhance是隐藏层的数量，∈是噪声；

22、s23，特征提取：从接收到的低功耗蓝牙数字信号中提取特征，包括频谱特征、时序特征，特征提取采用傅里叶变换。

23、进一步的，所述s3中的信号解调包括：

24、s31，频偏校正：对预处理后的低功耗蓝牙数字信号进行频偏校正，消除频率偏移，频偏校正采用最大似然频率估计法，计算公式为：

25、

26、其中，foffset是频率偏移量，n是信号的长度，x(n)是接收到的低功耗蓝牙数字信号的样本数据；

27、s32，时钟恢复：应用costas循环算法，同步接收端和发送端的时钟信号，计算公式为：

28、i(t)＝r(t)·cos(θ(t))；

29、q(t)＝r(t)·sin(θ(t))；

30、其中，i(t)和q(t)是costas循环的输出信号，分别表示实部和虚部，r(t)是接收到的信号，θ(t)是接收到的信号与本地振荡器的相位差；

31、s33，符号同步：进行符号同步处理，恢复出发送端发送的数字信号的符号序列，符号同步处理采用gardner算法，计算公式为：

32、errorgardner(k)＝re{r(kts)·[r((k-1)ts)-r((k+1)ts)]*}；

33、其中，k是采样索引，ts是符号间隔，r(t)是接收到的低功耗蓝牙数字信号，re{·}表示取实部，(·)*表示复共轭。

34、进一步的，所述s4中的误码校正包括：

35、s41，误码检测：对解调后的低功耗蓝牙数字信号进行误码检测，识别出数据中存在的错误或丢失，误码检测采用奇偶校验，计算公式为：

36、

37、其中，xi是数据位，n是数据位的数量，p是奇偶校验位；

38、s42，纠错码解码：应用海明码算法对识别出的错误或丢失数据进行纠正，计算公式为：

39、

40、其中，是纠正后的码字，c是码空间，d(y,c)是接收到的信号y与码字c之间的距离；

41、s43，错误位校正：对于未能通过纠错码解码的数据错误，采用循环冗余校验(crc)进行错误位校正，计算公式为：

42、

43、其中，d(x)是待校验的数据位，g(x)是生成多项式，k是冗余位的数量，r是校验位。

44、进一步的，所述s5中的实施低复杂度解码算法包括：

45、s51，解码器配置：配置解码器以适应低功耗蓝牙数字信号的特性和误码校正后的数据格式，包括设置解码器的参数和状态；

46、s52，解码算法执行：执行低复杂度的优化解码算法对经过误码校正处理的低功耗蓝牙数字信号进行解码。

47、进一步的，所述低复杂度的优化解码算法采用viterbi算法，所述viterbi算法包括：

48、状态度量更新：引入动态阈值策略，根据接收到的信号质量动态调整状态度量值，计算公式为：

49、li(t)＝maxj{lj(t-1)+logp(si|sj,y(t))-λ(t)}；

50、其中，li(t)是时刻t时状态si的度量值，p(si|sj,y(t))是在给定前一状态sj和接收到的信号y(t)的条件下，状态si的转移概率，λ(t)是动态调整的阈值；

51、路径选择：根据状态度量更新策略，进行路径选择，选择具有最大度量值的路径作为当前时刻的最优路径，计算公式为：

52、πi(t)＝arg maxj{lj(t)+h(j,t)}；

53、其中，πi(t)是在时刻t时，到达状态si的最优路径上的前一状态的索引，h(j,t)是路径剪枝的启发式函数，表示在时刻t时到达状态sj的路径的概率；

54、解码输出：根据最终的路径选择结果，确定解码输出，计算公式为：

55、

56、其中，是时刻t的解码输出结果，p(si|y(t))是在接收到的信号y(t)的条件下，状态si的后验概率分布。

57、进一步的，所述s6中的有限状态机控制包括：

58、s61，定义状态：确定解码过程中的状态，并为每个状态分配一个唯一的标识符，状态代表解码算法中的不同阶段，包括开始状态(解码算法开始执行的初始状态)、接收状态(接收到低功耗蓝牙信号的状态)、信号解调状态(对接收到的信号进行解调的状态)、信号预处理状态(对解调后的信号进行预处理的状态，例如噪声抑制、信号增强等)、误码校正状态(对预处理后的信号进行误码校正的状态)、解码状态(实施低复杂度解码算法的状态)以及解码完成状态(解码算法执行完成的状态)；

59、s62，确定状态转移规则：针对每个状态，确定状态转移规则，即在给定条件下从一个状态转移到另一个状态的规则，给定条件是接收到的符号(从低功耗蓝牙信号中接收到的数字信号符号)或解码过程中的变量(解码算法执行过程中使用的状态信息，可能包括当前状态、历史状态、路径度量值等)；

60、s63，设计控制逻辑：基于定义的状态和状态转移规则，设计解码算法的控制逻辑；

61、s64，简化解码流程：通过有限状态机控制，将解码过程分解为一系列简化状态和状态转移，从而简化解码流程；

62、s65，优化状态转移：根据低复杂度的优化解码算法的特性和性能要求，优化状态转移规则。

63、进一步的，所述解码算法的控制逻辑包括：

64、确定转换到下一个状态的时间：根据解码算法的实际需求和性能要求，确定从当前状态转移到下一个状态的时间，包括状态转移所需的计算时间、延迟和响应时间；

65、根据当前状态执行解码操作的方法：对于每个状态，确定执行相应解码操作的方法，包括调用预定义的解码算法、更新状态变量、计算路径度量值，根据当前状态的特点和需求，选择解码操作，并确保操作的正确性和有效性。

66、进一步的，所述s7中的输出解码后的数据包括：

67、s71，数据转换：对解码得到的低功耗蓝牙数字信号进行数据格式转换，包括将数字信号转换为文本、图像、音频；

68、s72，数据传输：将转换后的低功耗蓝牙数字信号通过低功耗蓝牙协议栈中提供的数据传输接口，将数据传输至目标设备；

69、s73，目标设备接收：目标设备接收传输的低功耗蓝牙数字信号，并进行相应的处理，包括数据的解析、存储、显示。

70、本发明的有益效果：

71、本发明，通过引入适应性噪声模型和信号增强模型，显著提高了解码过程中的信号质量，使用深度神经网络构建的噪声抑制和信号增强策略能够有效地处理复杂的信号干扰，保证了信号解调的准确性和稳定性，此外，特征提取的步骤采用傅里叶变换，进一步提高了信号处理的精确度，为后续的解码过程提供了高质量的输入数据，从而提升了整个解码系统的性能。

72、本发明，通过有限状态机的使用简化了整个解码过程的控制逻辑，明确了不同状态间的转换规则，并通过设计优化的状态转移策略，显著降低了解码算法的复杂度和功耗，这种方法使解码过程更加高效和可靠，减少了对资源的需求，使得解码算法更适合在资源受限的设备上运行，此外，解码算法的高效执行确保了快速准确的数据处理，满足了实时通信的需求。

73、本发明，通过采用viterbi算法使得解码过程更加高效和可靠，动态调整阈值的策略有效地适应了不同信道条件下的信号质量变化，进而优化了状态度量值的更新方式，提高了解码的准确性和稳定性，路径剪枝的启发式函数进一步优化了状态转移的选择，降低了解码算法的复杂度，使其更适用于低功耗蓝牙通信的应用场景，提高了解码效率，同时降低了解码算法的能耗，为低功耗蓝牙通信提供了更可靠且高效的数据传输解决方案。