[发明专利]基于不变检验的BPSK信号单符号差分检测方法及装置

说明书

基于不变检验的BPSK信号单符号差分检测方法，接收端收到的信号接收值包括已知码片和未知码片，方法包括：S1、对每个码片周期内收到的信号接收值进行匹配滤波采样，得到接收数据样值序列；S2、从接收数据样值序列中提取已知码片对应的已知样值序列；S3、对已知样值序列进行处理，得到星座集重构统计量；S4、利用星座集重构统计量重构星座集并划分判决域；S5、从接收数据样值序列中提取未知码片对应的未知样值序列，并对未知样值序列进行比特级差分处理，得到判决统计量；S6、根据重构后的星座集和划分后的判决域对判决统计量进行检测判决。本发明不需要对频偏影响进行估计和补偿，降低计算复杂度，减少节点能量消耗，而且不会造成检测性能的损失。

技术领域

本发明涉及信号检测技术领域，具体的说是基于不变检验的BPSK信号单符号差分检测方法及装置。

背景技术

处于最底层的感知层是物联网(Internet of Things,IoT)的皮肤和五官，是联系物理世界与信息世界的纽带，负责识别物体，数据采集和信息的初次传输。在网络层准确及时传送数据的前提下，应用层处理数据时的计算精确与数据挖掘结论的准确性将取决于感知层数据的质量。而“全面感知”、“可靠传输”和“智能处理”也正是物联网三大基本特征。因此，感知数据准确性决定了物联网系统的实际应用价值，感知层是物联网的核心，对其研究意义重大。

相对于初出茅庐的低功耗蜂窝物联网(即广域物联技术，如当前主流的NB- IOT/eMTC/LoRa等)，低功耗短距离物联网(即局域物联网技术，如应用已久的WiFi/蓝牙 /ZigBee等)方兴未艾，仍是当前物联网接入网技术的研究热点。它涵盖多种不同网络类型，低速率无线个域网(Low-rateWireless Personal Area Network，LR-WPAN)便是其中最为重要一类。当前，LR-WPAN的具体实现手段层出不穷，呈现多样化发展态势(具体包括ZigBee等七种之多)，应用领域自然也极为广泛。但它们在感知层多采用统一架构，即在2003年12月便出现第一版且发展成熟的IEEE 802.15.4协议。该标准把低能耗、低速率、低成本作为重点目标，旨在为个人或家庭范围内不同设备间的低速互联提供统一标准。

针对不同数据传输速率(包括20～250Kb/s四种)需求，IEEE 802.15.4协议涉及多种感知层结构，但以牺牲带宽利用率为代价的二进制相移键控键控(BPSK)调制最有能力为感知数据的初次传输提供高可靠性。因此，研究符合LR-WPAN特性的BPSK信号强鲁棒性检测技术，是保障感知数据准确可靠运达应用层的最根本出发点之一，也是其在工业、农业和服务业中应用时亟需解决的最根本核心难题之一。

如图1所示，802.15.4协议在不同载波频段上采用调制方式和数据传输速率不同。在四个典型的频段总共提供48个信道：868MHz频段1个信道，915MHz频段10个信道，2450MHz频段16个信道，950MHz频段21个信道。如图2所示，在868/915/950-MHz频段上，发送端信号处理过程相同，只是数据速率不同。发送方首先将物理层数据协议单元 (PPDU)的二进制数据差分编码，然后再将差分编码后的每一位转换为长度为15的片序列，最后使用BPSK调制到信道上。差分编码是将数据的每一个原始比特与前一个差分编码生成的比特进行异或运算：其中E_n是差分编码的结果，R_n为要编码的原始比特， E_n-1是上一次差分编码的结果。对每个发送的数据包，R₁是第一个原始比特，计算E₁时假定 E₀＝0。差分解码过程与编码过程类似：对每个接收到的数据包，E₁为第一个需要解码的比特，计算E₁时假定E₀＝0。如图3所示，差分编码后的每个比特被转换为长度为15的片序列。扩频后的序列使用BPSK调制方式调制到载波上。