[發明專利]基于特定天線陣列切換順序的載波頻率偏移誤差消除方法及系統

在審

• 申請號: 202111022592.3
• 申請日: 2021-09-01
• 公開（公告）號: CN113923087A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 楊李杰;勵翔東;盧昊;鄧慶文;許桐愷;沈思逸;曾玉明;徐志偉
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種基于特定天線陣列切換順序的載波頻率偏移誤差消除方法及系統，應用于藍牙無線通信系統，包含以下步驟：信號接收端通過特定順序分時切換參考天線與陣列天線接收藍牙信號；計算參考天線時間間隔為載波周期整數倍的采樣點間的相位差得出頻率偏移誤差值；通過計算得出的相位誤差值對其余陣列天線進行相位補償。本發明基于特定接收機天線陣列排布，引入一路參考天線，提出一種特定天線切換順序和相位補償算法，消除了接收機與發射機晶振不同步所帶來的載波頻率偏移進而導致的相位誤差，提高了采樣信號的還原度。本發明對于數據通道個數要求低，計算復雜度低，適用于單數據通道多天線分時切換的接收機信號處理。

技術領域

本發明涉及藍牙通信領域，具體涉及一種基于特定天線陣列切換順序的載波頻率偏移誤差消除方法。

背景技術

隨著低功耗藍牙設備的日漸普及，使用藍牙信號進行定位在近些年也成了一個熱門課題。為更好的支持藍牙定位功能，在藍牙5.1標準協議中每個藍牙信號包尾端包含一段固定頻率的擴展信號。該信號通過載波過濾后為定頻正弦波，接收機端通過不同的天線分時切換對該段信號進行采樣并分析，通過波達角算法對來波方向進行估計。由于發射機與接收機晶振之間存在同步誤差，導致接收到的載波過濾后的固定頻率擴展信號存在一定程度的頻率偏移。由于天線采用分時切換的模式，頻率偏移將導致采樣數據相位發生偏差，而空間譜波達角算法對于輸入信號相位十分敏感，頻率偏移誤差將會降低基于空間譜波達角算法的信號來波方向的角度估計準確度。因此為提高對于信號來波方向的角度估計準確度，需要對接收機采樣數據進行相位補償，消除載波頻率偏移帶來的誤差。

發明內容

本發明的目的在于針對藍牙接收機與發射機晶振同步誤差所帶來的載波頻率偏移以及采樣數據相位偏移，提供一種基于特定天線陣列切換順序的載波頻率偏移誤差消除方法，提高對于來波方向的角度估計準確度。

本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

一種基于特定天線陣列切換順序的載波頻率偏移誤差消除方法，所述特定天線陣列包括一個參考天線和l個以參考天線為圓心排布的陣列天線構成的均勻圓形陣列。該方法具體包括以下步驟：

(1)擁有特定天線陣列的接收機分時切換接收定頻擴展信號，對每一根天線接收到的數據進行I/Q兩路數據采樣；分時切換的順序為參考天線、陣列天線交錯切換，且陣列天線根據特定天線陣列順時針或逆時針進行切換，每個陣列天線激活一次，參考天線激活l次。

(2)對步驟(1)中獲取到的每一個有效I/Q采樣數據利用公式計算采樣點相位；

(3)取步驟(2)中采樣自參考天線且相隔時間為載波周期整數倍的數據點相位進行對比并計算載波頻率偏移帶來的平均相位誤差；

(4)利用步驟(3)中計算得出的平均相位誤差計算出除參考天線外的每個有效I/Q數據采樣點的實際相位偏移量并進行補償，消除載波頻率偏移誤差。

進一步地，均勻圓形陣列中的各陣列天線與參考天線的距離為半個載波波長，載波為2.4千兆赫茲。

進一步地，所述陣列天線個數為8個，天線陣列切換時按照以下順序進行：參考天線→陣列天線1→參考天線→陣列天線2→參考天線→陣列天線3→參考天線→陣列天線4→參考天線→陣列天線5→參考天線→陣列天線6→參考天線→陣列天線7→參考天線→陣列天線8。

進一步地，所述特定天線陣列中，每一根天線的激活時間為一整個載波周期。

進一步地，相鄰兩次參考天線激活時采樣的數據點相位偏移誤差與相鄰兩次陣列天線激活時采樣的數據點相位偏移誤差相等，且以陣列天線1的有效采樣點作為后續陣列天線對應位置有效采樣點的相位基準點。

進一步地，所述步驟(4)中，利用步驟(3)中計算得出的載波頻率偏移量計算出除參考天線外的每個有效I/Q數據采樣點的實際相位偏移量，具體為：