[發(fā)明專利]一種適用于IEEE802.15.4的非相干BPSK接收方法

有效

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• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN106789799B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設計）人: 張高遠;吳紅海;謝萍;王斐;馬華紅;冀保峰;宋梁;鄭國強;汪莎莎;秦麗明;朱子龍;劉葉;黃利鵬;楊苗苗;閆蓓蓓;范文淵
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: H04L27/233
• 分類號: H04L27/233;H04L27/00
• 代理公司: 洛陽公信知識產(chǎn)權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 劉興華

一種適用于IEEE802.15.4的非相干BPSK接收機，接收的數(shù)據(jù)幀由四個字節(jié)的前導碼、一個字節(jié)的幀起始分隔符、一個字節(jié)的物理幀頭和若干字節(jié)的物理層服務數(shù)據(jù)單元組成，其中前導碼和幀起始分隔符分別用于進行數(shù)據(jù)的位同步和字節(jié)同步，物理幀頭用于表征物理層數(shù)據(jù)服務單元的長度。首先，接收機對接收的數(shù)據(jù)幀的前導碼進行處理，獲取頻率偏移信息；其次，根據(jù)幀起始分隔符和物理幀頭定位物理層服務數(shù)據(jù)單元，對物理層服務數(shù)據(jù)單元進行處理以供檢測判決使用；最后，借助從前導碼提取的頻率偏移信息對處理后的物理層數(shù)據(jù)服務單元進行檢測判決。本發(fā)明適用于IEEE802.15.4的非相干BPSK接收機，工作在868/915/950?MHz頻段上，具有低計算復雜度和高可靠性的特點。

技術領域

本發(fā)明涉及通信信號檢測技術領域，具體的說是一種適用于IEEE802.15.4的非相干BPSK接收方法。

背景技術

IEEE 802.15.4是ZigBee，WirelessHART等規(guī)范的基礎，描述了低速率無線個人局域網(wǎng)的物理層和媒體接入控制協(xié)議。其最初工作在868/915MHz、2.4GHz的ISM頻段上，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達250kbps。低功耗、低成本的優(yōu)點使它在數(shù)據(jù)采集、處理與分析，遠程控制精作農(nóng)業(yè)自動化、環(huán)境保護和監(jiān)測等眾多領域獲得了廣泛應用。在2011年公布的最新標準中，又加入了314–316MHz,430–434MHz,779–787MHz和950–956MHz工作頻段。

如圖1所示，802.15.4協(xié)議在不同載波頻段上采用調(diào)制方式和數(shù)據(jù)傳輸速率不同。在四個典型的頻段總共提供48個信道：868MHz頻段1個信道，915MHz頻段10個信道，2450MHz頻段16個信道，950MHz頻段21個信道。如圖2所示，在868/915/950-MHz頻段上，信號處理過程相同，只是數(shù)據(jù)速率不同。發(fā)送方首先將物理層數(shù)據(jù)協(xié)議單元(PPDU)的二進制數(shù)據(jù)差分編碼，然后再將差分編碼后的每一以位轉換為長度為15的片序列，最后使用BPSK調(diào)制到信道上。差分編碼是將數(shù)據(jù)的每一個原始比特與前一個差分編碼生成的比特進行異或運算：其中E_n是差分編碼的結果，R_n為要編碼的原始比特，E_n-1是上一次差分編碼的結果。對每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包，R₁是第一個原始比特，計算E₁時假定E₀＝0。差分解碼過程與編碼過程類似：對每個接收到的數(shù)據(jù)包，E₁為第一個需要解碼的比特，計算E₁時假定E₀＝0。如圖3所示，差分編碼后的每個比特被轉換為長度為15的片序列。擴頻后的序列使用BPSK調(diào)制方式調(diào)制到載波上。

如圖4所示，IEEE 802.15.4協(xié)議物理層數(shù)據(jù)幀結構的第一個字段是四個字節(jié)的前導碼，收發(fā)器在接收前導碼期間，會根據(jù)前導碼序列的特征完成片同步和符號同步。幀起始分隔符(SFD)字段長度為一個字節(jié)，其值固定為0xA7，表示為一個物理幀的開始，收發(fā)器接收完成前導碼后只能做到數(shù)據(jù)的位同步，通過搜索SFD字段的值0xA7才能同步到字節(jié)上。幀長度由一個字節(jié)的低7位表示，其值就是物理幀負載的長度，因此物理幀負載的長度不會超過127個字節(jié)。物理幀的負載長度可變，稱之為物理層服務數(shù)據(jù)單元(PSDU)，一般用來承載MAC幀。

如圖5所示為現(xiàn)有技術中868/915/950-MHz頻段現(xiàn)有技術典型的復基帶非相干接收機，在對前導碼進行處理時，即1≤m≤J-1時，開關1閉合，開關2向下斷開，此時可得到在對PSDU進行檢測判決時，即m≥J時，開關1斷開，開關向上閉合，對A₀[m]進行補償后判決。用表示接收的復基帶采樣信號，其中s(k)為待檢測的發(fā)送數(shù)據(jù)，s(k)∈{+1,-1}，ω₀和θ分別為頻率偏移和相位偏移，在整個數(shù)據(jù)幀中保持不變，T_c表示擴頻碼碼片周期，η₀(k)為復基帶加性高斯白噪聲。則圖5所示的檢測過程可歸納為：

步驟一、利用32個比特的前導碼提取頻率偏移信息：