[發明專利]一種S=2編碼方式的低功耗藍牙維特比聯合解調解碼方法

有效

• 申請號: 201911383136.4
• 申請日: 2019-12-28
• 公開（公告）號: CN110995286B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 杜晴鶴;蔣軼
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H03M13/11
• 分類號: H03M13/11
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于無線通信的解調解碼技術領域，具體為S＝2編碼方式的低功耗藍牙維特比聯合解調解碼方法。本發明針對S＝2編碼模式，將高斯頻移鍵控調制(GFSK)過程和低功耗藍牙編碼過程建模為一個有限狀態機，利用維特比譯碼算法對此模型進行聯合解調解碼。本發明考慮到了低功耗藍牙的實際應用場景，算法復雜度低，而且能夠顯著降低誤碼率，提升接收機靈敏度。

技術領域

本發明屬于無線通信的解調解碼技術領域，具體涉及一種S＝2編碼方式的低功耗藍牙維特比聯合解調解碼方法。

背景技術

低功耗藍牙技術是物聯網代表性技術之一，廣泛應用于成本較低、功耗較小的計算器件以及較低數據速率和較低占空比的短距離無線通信場景下。隨著物聯網的發展，在2016年藍牙協議5.0版本中，低功耗藍牙新增了編碼物理層以及兩種編碼方案(S＝2，S＝8)，對應信息傳輸速率分別為500kb/s以及125kb/s。編碼物理層增強了藍牙信號傳輸的穩定性，在不提高發送功率的前提下低功耗藍牙信號傳輸距離最高可以提升4倍，大大拓展了低功耗藍牙在物聯網的應用領域以及發展前景。

針對S＝2低功耗藍牙的編碼物理層，接收機利用維特比聯合解調解碼，將會極大地提高接收機的靈敏度，是一個非常具有實際意義的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種計算復雜度低、誤碼率也低的S＝2編碼方式的低功耗藍牙維特比聯合解調解碼方法。

本發明核心是將高斯頻移鍵控調制(GFSK)過程和低功耗藍牙編碼過程建模為一個有限狀態機，并根據維特比譯碼算法將解調解碼聯合進行。本發明提供一種針對S＝2編碼模式，進一步利用維特比譯碼算法對此模型進行聯合解調解碼。本發明考慮到了低功耗藍牙的實際應用場景，而且能夠顯著降低誤碼率，提升接收機靈敏度。

本發明提供的S＝2編碼方式的低功耗藍牙維特比聯合解調解碼算法，具體步驟如下。

第一步，對于一個經過S＝2編碼器以及調制器的發送藍牙信號r(t)，其相位為：

由GFSK信號模型，有：

其中，Q()為高斯Q函數，I_k∈{±1}是輸入的隨機比特流，h是GFSK調制指數，通常取為0.5；BT為時間-帶寬乘積，一般取為0.5，即脈沖成型函數q(t)的有效持續時間為2T。

因此有：當t0時，q(t)＝0，t≥2T時，當t0和t≥2T時，g(t)＝0；

根據低功耗藍牙5.0協議，比特流在編碼后經過映射延展之后比特‘1’映射為‘1’，‘0’映射為‘0’，φ(t；I)的狀態由和聯合決定，而僅由卷積碼編碼器輸出決定，有四種取值，因此S＝2模式下的編碼調制聯合的有限狀態機可以等效為一個有四位寄存器的編碼器。它的狀態網格中的狀態由編碼器的寄存器(d₂d₁d₀)的狀態和調制器的狀態共同決定(一共有8×4＝32種狀態)。

第二步，根據第一步接收信號建模成的有限狀態機，利用維特比譯碼算法對接收信號進行聯合解調解碼。

第二步中所述利用維特比譯碼算法對接收信號進行聯合解調解碼，具體流程如下：

(1)根據第一步將接收信號建模成的有限狀態機每個狀態的輸出計算分支度量；

(2)根據有限狀態機每個狀態的轉換關系計算路徑度量值；

(3)對每一個狀態，保留上一步驟計算所得的具有最小路徑度量值的到達路徑(幸存路徑)，刪除其余的到達路徑；