[发明专利]基于蓝牙定频扩展参考期信号载波频率偏移消除方法、系统

说明书

本发明公开了一种基于蓝牙定频扩展参考期信号载波频率偏移消除方法及系统，应用于蓝牙无线通信系统。该方法中拥有接收天线阵列的蓝牙接收端与蓝牙发射端建立同步连接，通过计算接收蓝牙信号包中定频扩展参考期信号采样点间的相位差与理论相位差的差值对采样数据添加补偿，消除了由于同步过程中接收机与发射机晶振不同步所带来的载波频率偏移导致的相位误差。本发明在单数据通道多天线分时采样的工作模式下，提高了对于发送信号的还原度，从而进一步提高了基于定频扩展信号的波达角算法估计精度。本发明计算与硬件复杂度均较低，适合低功耗蓝牙5.1及以上协议，接收机多分时天线共享单一数据接收通道且接收数据包包含参考期的信号相位纠正与还原。

技术领域

本发明涉及蓝牙技术领域，具体涉及一种基于蓝牙定频扩展参考期信号载波频率偏移误差消除方法和系统。

背景技术

在蓝牙5.1标准协议中，为支持信号到达角估计功能，每个蓝牙信号包尾端包含一段定频扩展信号(CTE)。蓝牙信号接收端通过分时切换不同天线，按一定采样速率对定频扩展信号进行I/Q数据采样并处理。根据天线阵列的几何排布信息与不同天线采样时的采样信号相位信息，结合多重信号分类等波达角算法，接收机端可计算得出信号在空间内的来波方向。在单数据接收通道低功耗蓝牙设备中，接收阵列天线采用分时切换的方式共享同一路数据通道。由于传统波达角算法对于信号相位数据在理论上要求不同天线在同一时刻采样，为了得到近似于同一时刻的天线采样效果且不增加数据接收通道数目，定义每根天线的激活时间为一个或半个定频扩展信号周期。在此标准下，周期整数倍时间间隔的I/Q采样数据可被认为由不同天线在同一时刻采样得到且只需要一路蓝牙数据接收通道。

在低功耗蓝牙通信系统中，由于信号发射机和信号接收机需要进行同步但晶振之间存在同步误差，且低功耗蓝牙标准采用高斯频移键控的方式调制二进制0和1，导致接收到的载波信号和定频扩展信号存在一定的频率偏移。频率偏移误差进一步导致了I/Q采样数据相位发生偏差，降低了多重信号分类等波达角算法对于信号来波方向的角度估计精度。因此在单一数据接收通道的前提下，为提高接收端I/Q采样数据对发射端定频扩展信号的还原度，提高波达角估计精度，需要接收机对I/Q采样数据进行相位补偿，消除载波频率偏移带来的误差。

发明内容

本发明的目的在于针对蓝牙接收机与发射机晶振同步误差所带来的采样数据相位偏移，提供一种基于蓝牙固定扩展信号参考期信号对采样数据进行相位补偿的方法及系统，克服相位误差导致的来波方向角度估计出现偏差的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种基于蓝牙定频扩展参考期信号载波频率偏移消除方法，包括以下步骤：

(1)拥有天线阵列的蓝牙信号接收机对包含定频扩展信号的蓝牙信号包进行载波过滤与I/Q两路数据采样；

(2)将步骤(1)中获取的定频扩展信号参考期每个采样点的I/Q两路数据合成成有振幅和相位信息的来波数据，并利用公式计算每个采样点相位；

(3)根据步骤(2)中获得的每个采样点相位，计算相邻两个采样点的相位差，并求出参考期内获得的所有相位差的平均相位差；

(4)利用步骤(3)中计算得出的相邻两个采样点的平均相位差与理论相邻采样点相位差的差值计算定频扩展信号中阵列天线切换区间每个有效I/Q数据采样点的实际相位偏移量，根据实际相位偏移量矫正补偿每个有效I/Q数据采样点相位，消除载波频率偏移。

进一步地，所述拥有天线阵列的蓝牙信号接收机中，天线数至少2根，用于接收并在本通道采样包含定频扩展信号的蓝牙信号；其中，在采样定频扩展信号参考期时不进行天线切换，参考期结束后，阵列天线开始按从左往右、从右往左、从上往下、从下往上、顺时针或逆时针方向任一种方式切换激活进行采样。

进一步地，所述定频扩展信号频率为250千赫兹，接收天线单根单次激活采样时间为4微秒，所述蓝牙信号接收机接收通道I/Q数据采样率设置为1兆赫兹、2兆赫兹或者4兆赫兹。