[發明專利]藍牙4.0低功耗高精度頻偏估計的裝置及其方法

有效

• 申請號: 201310308249.4
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103368878A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 李宏
• 申請（專利權）人: 蘇州英菲泰爾電子科技有限公司
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04L25/03;H04L27/26
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 王玉國;陳忠輝

技術領域

本發明涉及一種藍牙4.0低功耗高精度頻偏估計的裝置及其方法，屬于無線局域網傳輸技術領域。

背景技術

2009年12月，藍牙技術聯盟（Bluetooth?Special?Interest?Group，SIG）首度先行推出藍牙4.0版本，并在2010年底，于西雅圖正式公布藍牙核心規格4.0版本的相關數據，藍牙4.0版本將過去三種藍牙規格包括傳統藍牙技術、藍牙低功耗技術及藍牙高速技術等三種規格合而為一。

低功耗技術可說是藍牙4.0版本的重大突破，具備超低峰值（Peak）、平均值與待機功耗，透過標準鈕扣電池足以使用數年，支持多種設備之間的兼容性，并加強射程。支持很短的數據封包，8octet至27octet，其傳輸速度高達1Mbps。藍牙低功耗技術和其他版本的藍牙技術一樣都是使用自適應跳頻，以盡量減少2.4GHz?ISM波段其他技術的干擾。藍牙低功耗設計主要提供3種應用方案：獨立運作模式（Stand-alone）、雙模工作模式（Dual?Mode）及整合模式。在雙模應用中，藍牙低功耗的功能會整合至現有的傳統藍牙控制器中，共享傳統藍牙技術既有的射頻和功能，相較于傳統的藍牙技術增加的成本更小。除此之外，制造商可利用升級版藍牙低功耗技術的堆棧，整合目前的藍牙3.0高速版本、或2.1+EDR等傳統藍牙芯片組，增進傳統藍牙裝置的新效能。另外，低功耗的獨立運作芯片組則是一個高度集成的裝置，具備輕量的鏈路層（Link?Layer），能在最低成本的前提下，支持低功耗的待機模式、簡易的裝置發現、可靠的點對多點的數據傳輸、安全的加密連結等；位于上述控制器中的鏈路層，適用于網絡連接傳感器，并確保在無線傳輸中，皆能通過藍牙低功耗傳輸。

BT4.0LE中物理層使用h=0.5的GFSK為其調制方式，并結合自適應跳頻技術（AFH）使其在40個可能的頻道上隨機跳頻。其幀結構具有一般通信技術中物理層幀結構的特點，幀由一個8bit的前導碼（Preamble）為起始，后面緊跟著32bit的接入地址（Access?Address），之后是PDU和CRC字節。Preamble和Access?Address在傳輸過程中不會被加擾。由于BT4.0LE為GFSK調制，所以所有的傳輸信息全部包含于接收信號瞬時頻率中，頻偏的出現是不可避免的但是卻恰恰是影響調頻信號接收性能的最大因素之一。

對BT4.0LE中物理幀的接收過程首先是幀頭檢測，由于preamble和AA對于接收方來說是確知信號，因此接收端通常使用一個滑動相關器來檢測一個物理幀的出現，相關器的一端為移位寄存器用于按時間順序存儲采樣速率的鑒頻器（FD）輸出值的離散值FD（n），FD（n）表示每一采樣時刻GFSK信號的頻率偏移

fd(n)=angle[r(n)·r(n-k)^*]

angle為求復數相角運算，r（n）為接收到的采樣信號，k為設計參數，取值范圍為[1,OSR]的整數（OSR為過采樣率）。

相關器的另一端為本地存儲的理想preamble和AA經過/未經過GFSK調制后的信號波形并上采樣至采樣速率，當相關器的輸出大于預設的門限時就認為以極大的概率檢測到了preamble和AA。此時根據相關器峰值的位置推斷出preamble對應的那些FD（n）并將其加和求出的直流分量即視為該信號的初始頻偏。該方法基于的前提是preamble為8bit的0，1交替波形，不含有任何的直流分量。由于preamble的長度比較短（只有8比特）因此這種頻偏估計方法的估計方差比較大。而AA是32bit幾乎任意的0,1的排列，并不能保證是不含有直流分量的，因此不適用于提取頻偏信息，只能被用于進行幀同步檢測。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種藍牙4.0低功耗高精度頻偏估計的裝置及其方法。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：