Msk和o-qpsk信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量的估計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及MSK和O-QPSK信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量的估計(jì)方法，基于碼片的統(tǒng)計(jì)特征對(duì)MSK和O-QPSK信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量的估計(jì)；碼片同步的建立，碼片同步的建立先于擴(kuò)頻碼相位的同步和幀的同步；在碼片符號(hào)同步信號(hào)的輔助下對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的非線性運(yùn)算和并對(duì)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)化的線性平均即可快速得到對(duì)當(dāng)前信號(hào)質(zhì)量的高分辨率估計(jì)?？梢栽谳^短的時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行精確估計(jì)，對(duì)估計(jì)值進(jìn)行更細(xì)膩的量化分級(jí)，有助于上層應(yīng)用更精確地使用該估計(jì)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】MSK和O-QPSK信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量的估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種MSK和O-QPSK信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量的高效估計(jì)方法，屬于無(wú)線局域網(wǎng)傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]MSK和O-QPSK調(diào)制方式是一種用于無(wú)線通信的流行調(diào)制方案，具有良好的功率利用率以及便于調(diào)制和解調(diào)的特性而被越來(lái)越多的用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信傳輸方案。Zigbee就是近年來(lái)采用這種調(diào)制技術(shù)的一種無(wú)線傳輸技術(shù)。
[0003]ZigBee是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)。ZigBee 的基礎(chǔ)是 IEEE 802.15.4,這是 IEEE無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)(Personal Area Network,PAN)工作組的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，被稱(chēng)作IEEE 802.15.4(ZigBee)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee聯(lián)盟在制定ZigBee標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，采用了 IEEE802.15.4作為其物理層和媒體接入層規(guī)范。在其基礎(chǔ)之上，ZigBee聯(lián)盟制定了數(shù)據(jù)鏈路層(DLL)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)和應(yīng)用編程接口(API)規(guī)范，并負(fù)責(zé)高層應(yīng)用、測(cè)試和市場(chǎng)推廣等方面的工作。ZigBee技術(shù)將主要嵌入在消費(fèi)性電子設(shè)備、家庭和建筑物自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)控制裝置、電腦外設(shè)、醫(yī)用傳感器、玩具和游戲機(jī)等設(shè)備中，支持小范圍的基于無(wú)線通信的控制和自動(dòng)化等領(lǐng)域中的應(yīng)用，同時(shí)還支持地理定位功能。ZigBee具有很廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]ZigBee的器件的低復(fù)雜度、低功耗、低成本特點(diǎn)無(wú)疑是其能夠廣泛應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)之一，但是其低數(shù)據(jù)速率雙向通信的特性又成為了他在可以預(yù)見(jiàn)的得到的未來(lái)的應(yīng)用中的一個(gè)制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素，IEEE組織也意識(shí)到了這一點(diǎn)，并在其后的補(bǔ)充版本的規(guī)范中陸續(xù)增加了提高數(shù)據(jù)率的調(diào)制方式(如IEEE 802.15.4a-2007中的2450MHz chirp spreadspectrum PHY)作為可選擇的補(bǔ)充,但是新增的調(diào)制方式與之前廣泛使用的調(diào)制技術(shù)存在很大差異，因此無(wú)法做到有效的兼容之前的標(biāo)準(zhǔn)，這就帶來(lái)了復(fù)雜度和成本的急劇提高和功耗的響應(yīng)增大從而犧牲其原有的優(yōu)勢(shì)。如何能夠提高其頻譜利用率同時(shí)維持現(xiàn)有復(fù)雜度的成本成為業(yè)界目前的一個(gè)備受關(guān)注的通信領(lǐng)域綠色科技熱點(diǎn)。
[0005]ZigBee物理層發(fā)送/接收，在ffiEE 802.15.4-2006的物理層規(guī)范中，half sineO-QPSK和16-ary Orthogonal DSSS的組合成為在868/915/2450MHz上都使用的調(diào)制方式。根據(jù)使用的DSSS擴(kuò)頻序列的長(zhǎng)度和碼片速率的不同分別支持100kb/S和250kb/s的數(shù)據(jù)速率。以2450MHz物理層規(guī)范為例，IEEE 802.15.4-2006對(duì)其調(diào)制方式做了如下的規(guī)定:2450MHz物理層調(diào)制和擴(kuò)頻可以分為如下幾個(gè)步驟:1)比特到符號(hào)映射(Bit-to-symbolmapping)，將上一層需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按照每4個(gè)比特一組映射為一個(gè)符號(hào)；2)符號(hào)到碼片映射(Symbol-to-chip mapping),將16個(gè)可能的符號(hào)映射為16個(gè)長(zhǎng)度為32bit的碼片序列；3)Q_QPSK調(diào)制(0-QPSK modulation),將每個(gè)碼片序列映射到1-phase和Q-phase兩個(gè)正交的坐標(biāo)上，每一對(duì)I/Q值對(duì)應(yīng)一個(gè)碼片的星座點(diǎn)，Tc為碼片周期；4) Half-sine成型，half sine 0-QPSK和16-ary Orthogonal DSSS之所以在ZigBee中能成為一種主導(dǎo)的調(diào)制技術(shù)是因?yàn)槠浔旧淼奶攸c(diǎn)適用于ZigBee的應(yīng)用環(huán)境?？梢钥闯鯤alf sine O-QPSK的信號(hào)在復(fù)平面上其軌跡嚴(yán)格落在在單位圓上，這說(shuō)明其時(shí)域信號(hào)包絡(luò)為恒定的。這個(gè)特性是由于O-QPSK信號(hào)的I和Q分量不會(huì)同時(shí)穿過(guò)零點(diǎn)，這對(duì)于射頻功放的功率利用率幫助，同時(shí)也降低了對(duì)射頻器件的線性度的要求，等效于降低了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。使得ZiBee使用簡(jiǎn)單低成本低功耗的設(shè)計(jì)成為了可能。16-ary Orthogonal DSSS的應(yīng)用帶來(lái)了 9dB以上的信噪比性能增益，對(duì)于降低信道中噪聲和各種干擾的影響以及信道中的多徑傳播影響以及提高接收靈敏度都有積極的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種對(duì)MSK和O-QPSK信號(hào)進(jìn)行快速高精度信號(hào)質(zhì)量估計(jì)的方法。
[0007]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
MSK和O-QPSK信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量的估計(jì)方法，基于碼片的統(tǒng)計(jì)特征對(duì)MSK和O-QPSK信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量的估計(jì)；碼片同步的建立，碼片同步的建立先于擴(kuò)頻碼相位的同步和幀的同步；在碼片符號(hào)同步信號(hào)的輔助下對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的非線性運(yùn)算和并對(duì)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)化的線性平均即可快速得到對(duì)當(dāng)前信號(hào)質(zhì)量的高分辨率估計(jì)。
[0008]進(jìn)一步地，上述的MSK和O-QPSK信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量的估計(jì)方法，在接收機(jī)的輸入端MSK或者O-QPSK射頻信號(hào)進(jìn)入射頻模塊被轉(zhuǎn)移到零中頻成為基帶信號(hào)，基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器后由模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字采樣信號(hào)r (η);在符號(hào)定時(shí)恢復(fù)模塊的控制下，數(shù)字采樣信號(hào)Hn)被轉(zhuǎn)換為以符號(hào)速率采樣的信號(hào)rs(k)，k為每個(gè)符號(hào)的中心位置對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)刻；將信號(hào)rs(k)與上一時(shí)刻的信號(hào)rs (k-1)進(jìn)行共軛相乘，并對(duì)該乘積做取實(shí)部運(yùn)算后再求絕對(duì)值得到si (k):
SI (k) = abs{real[rs (k)rs* (k-1)]}
其中，real O為對(duì)復(fù)數(shù)取實(shí)部運(yùn)算；abs()為取絕對(duì)值運(yùn)算；
繼而，對(duì)sl(k)進(jìn)行分段求平均，將分段長(zhǎng)度定為2的整數(shù)次冪，平均得到的結(jié)果即為信號(hào)質(zhì)量的估計(jì)結(jié)果，估計(jì)值數(shù)值越大，表明信號(hào)質(zhì)量越差，反之表示信號(hào)質(zhì)量越好，當(dāng)該估計(jì)值數(shù)值為零時(shí)，表示信號(hào)質(zhì)量達(dá)到最高值。
[0009]本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在:
本發(fā)明方法可以在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行精確估計(jì)，對(duì)估計(jì)值進(jìn)行更細(xì)膩的量化分級(jí)，有助于上層應(yīng)用更精確地使用該估計(jì)值。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明:
圖1:本發(fā)明的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]MSK和O-QPSK信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量的估計(jì)方法，首先，基于碼片的統(tǒng)計(jì)特征對(duì)MSK和
O-QPSK信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量的估計(jì)是，而不是基于擴(kuò)頻碼解擴(kuò)頻后的統(tǒng)計(jì)特征，也不是基于傳輸?shù)奈锢韼腻e(cuò)誤率統(tǒng)計(jì)特征；繼 而，由于信號(hào)質(zhì)量的估計(jì)是基于碼片的統(tǒng)計(jì)特征的，因此在進(jìn)行信號(hào)質(zhì)量估計(jì)時(shí)無(wú)需建立擴(kuò)頻碼相位同步的輔助，亦無(wú)需幀同步的建立來(lái)輔助，僅需要碼片同步的建立，而碼片同步的建立一定先于擴(kuò)頻碼相位的同步和幀的同步；最后，在碼片符號(hào)同步信號(hào)的輔助下對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的非線性運(yùn)算和并對(duì)該運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)化的線性平均即可快速得到對(duì)當(dāng)前信號(hào)質(zhì)量的高分辨率估計(jì)。
[0012]如圖1所示，在接收機(jī)的輸入端MSK或者O-QPSK射頻信號(hào)進(jìn)入射頻模塊被轉(zhuǎn)移到零中頻成為基帶信號(hào)，基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器后由模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字采樣信號(hào)Hn);在符號(hào)定時(shí)恢復(fù)模塊的控制下，數(shù)字采樣信號(hào)r (η)被轉(zhuǎn)換為以符號(hào)速率采樣的信號(hào)rs(k)，k為每個(gè)符號(hào)的中心位置對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)刻；將信號(hào)rs(k)與上一時(shí)刻的信號(hào)rs(k-l)進(jìn)行共軛相乘，并對(duì)該乘積做取實(shí)部運(yùn)算后再求絕對(duì)值得到si (k):
SI (k) = abs{real[rs(k)rs*(k-1)]}
其中，real O為對(duì)復(fù)數(shù)取實(shí)部運(yùn)算；abs()為取絕對(duì)值運(yùn)算；
繼而，對(duì)sl(k)進(jìn)行分段求平均，將分段長(zhǎng)度定為2的整數(shù)次冪，平均得到的結(jié)果即為信號(hào)質(zhì)量的估計(jì)結(jié)果，估計(jì)值數(shù)值越大，表明信號(hào)質(zhì)量越差，反之表示信號(hào)質(zhì)量越好，當(dāng)該估計(jì)值數(shù)值為零時(shí)，表示信號(hào)質(zhì)量達(dá)到最高值。
[0013]綜上所述，本發(fā)明方法可以在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行精確估計(jì)，對(duì)估計(jì)值進(jìn)行更細(xì)膩的量化分級(jí)，有助于上層應(yīng)用更精確地使用該估計(jì)值。
[0014]需要理解到的是:以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.MSK和O-QPSK信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量的估計(jì)方法，其特征在于:基于碼片的統(tǒng)計(jì)特征對(duì)MSK和O-QPSK信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量的估計(jì)；碼片同步的建立，碼片同步的建立先于擴(kuò)頻碼相位的同步和幀的同步；在碼片符號(hào)同步信號(hào)的輔助下對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的非線性運(yùn)算和并對(duì)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)化的線性平均即可快速得到對(duì)當(dāng)前信號(hào)質(zhì)量的高分辨率估計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MSK和O-QPSK信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量的估計(jì)方法，其特征在于:在接收機(jī)的輸入端MSK或者O-QPSK射頻信號(hào)進(jìn)入射頻模塊被轉(zhuǎn)移到零中頻成為基帶信號(hào)，基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器后由模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字采樣信號(hào)r (η);在符號(hào)定時(shí)恢復(fù)模塊的控制下，數(shù)字采樣信號(hào)r (η)被轉(zhuǎn)換為以符號(hào)速率采樣的信號(hào)rs (k)，k為每個(gè)符號(hào)的中心位置對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)刻；將信號(hào)rs(k)與上一時(shí)刻的信號(hào)rs(k-l)進(jìn)行共軛相乘，并對(duì)該乘積做取實(shí)部運(yùn)算后再求絕對(duì)值得到si (k):
SI (k) = abs{real[rs (k)rs* (k-1)]} 其中，real O為對(duì)復(fù)數(shù)取實(shí)部運(yùn)算；abs()為取絕對(duì)值運(yùn)算； 繼而，對(duì)sl(k)進(jìn)行分段求平均，將分段長(zhǎng)度定為2的整數(shù)次冪，平均得到的結(jié)果即為信號(hào)質(zhì)量的估計(jì)結(jié)果，估計(jì)值數(shù)值越大，表明信號(hào)質(zhì)量越差，反之表示信號(hào)質(zhì)量越好，當(dāng)該估計(jì)值數(shù)值為零時(shí)，表 示信號(hào) 質(zhì)量達(dá)到最高值。
【文檔編號(hào)】H04B17/00GK103888198SQ201410010092
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】李宏 申請(qǐng)人:蘇州英菲泰爾電子科技有限公司