基于编码脉冲技术的数据包对齐方法及装置

1.本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种基于编码脉冲技术的数据包对齐方法及装置。


背景技术：

2.数据包对齐问题一直是解码过程中很重要的问题。在数据编码过程中，会采用多个比特编码一个数据，因此只有找到准确的起始编码位置，才能正确对应到每一个编码数据中，进而实现正确解码。
3.目前的数据包对齐方法主要采用基于信号强度、效验码等方法进行验证。
4.但是，目前的数据包对齐方法存在准确率低的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种基于编码脉冲技术的数据包对齐方法及装置，用以解决现有技术中数据包对齐准确率低的缺陷，提高数据包对齐准确率。
6.第一方面，本发明提供一种基于编码脉冲技术的数据包对齐方法，包括：
7.获取待处理信号，对所述待处理信号进行采样，获得m段采样信号，m为正整数；
8.将所述m段采样信号分别与预设的设计信号进行相关性操作，获得m个第一数据点，所述第一数据点具有第一值信息和频率信息；
9.基于m个所述第一数据点的第一值信息确定离群点；
10.基于所述离群点确定中心频率偏移量；
11.基于所述中心频率偏移量对所述待处理信号进行补偿，获得对齐的数据包。
12.可选地，所述基于所述离群点确定中心频率偏移量，包括：
13.基于所述离群点确定第一频率上升符号和第一频率下降符号；
14.将所述第一频率上升符号点乘所述第一频率下降符号，获得点乘结果，对所述点乘结果进行离散傅里叶变换，获得多个第二数据点，所述第二数据点具有第二值信息和频率偏移信息；
15.基于最大第二值对应的第二数据点的频率偏移信息，确定中心频率偏移量；
16.其中，所述第一频率上升符号为所述采样信号中的第一个频率上升符号，所述第一频率下降符号为所述采样信号中的第一个频率下降符号。
17.可选地，所述基于所述离群点确定第一频率上升符号和第一频率下降符号，包括：
18.基于频率最小的离群点确定第一频率上升符号；
19.基于频率最大的离群点与所述数据包的符号长度确定第一频率下降符号。
20.可选地，所述设计信号的符号长度与所述数据包的符号长度相同，所述设计信号的频率从开始线性增长至所述bw表示数据包的带宽。
21.可选地，所述基于所述离群点确定中心频率偏移量，之前还包括：
22.在相邻离群点之间的距离为所述数据包的符号长度的情况下，确定所述待处理信号中包含数据包。
23.可选地，所述基于所述中心频率偏移量对所述待处理信号进行补偿，获得对齐的数据包，包括：
24.以所述第一频率上升符号为起点，基于所述中心频率偏移量对所述待处理信号进行补偿，获得对齐的数据包。
25.第二方面，本发明还提供一种基于编码脉冲技术的数据包对齐装置，包括：
26.获取单元，用于获取待处理信号，对所述待处理信号进行采样，获得m段采样信号，m为正整数；
27.处理单元，用于将所述m段采样信号分别与预设的设计信号进行相关性操作，获得m个第一数据点，所述第一数据点具有第一值信息和频率信息；
28.所述处理单元，还用于基于m个所述第一数据点的第一值信息确定离群点；
29.所述处理单元，还用于基于所述离群点确定中心频率偏移量；
30.补偿单元，用于基于所述中心频率偏移量对所述待处理信号进行补偿，获得对齐的数据包。
31.第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于编码脉冲技术的数据包对齐方法。
32.第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于编码脉冲技术的数据包对齐方法。
33.第五方面，本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于编码脉冲技术的数据包对齐方法。
34.本发明提供的基于编码脉冲技术的数据包对齐方法及装置，通过编码数据包时采用的频率随时间线性变化的特性，结合离群点来确定中心频率偏移量，因此本发明实施例提供的基于编码脉冲技术的数据包对齐方法，无需准确找到信号强度发生突变的位置也可以确定中心频率偏移量，在极低信号能量的情况下也可以准确找到数据包起始位置，从而实现对收发设备间的中心频率偏移进行矫正，提高了数据包对齐的准确率。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1是本发明实施例提供的基于编码脉冲技术的数据包对齐方法的流程示意图；
37.图2是本发明实施例提供的离群点示意图；
38.图3是本发明实施例提供的数据包的频率随时间线性变化的示意图；
39.图4是本发明实施例提供的频率互补信号进行点乘和傅里叶变换操作后得到频率偏移值示意图；
40.图5是本发明实施例提供的基于编码脉冲技术的数据包对齐装置的结构示意图；
41.图6是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
42.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.为了方便理解本发明实施例，下面介绍与本发明实施例相关的术语或背景：
44.广域物联网数据包通过调整信号的频率用于编码不同的数据。数据包中的每一个符号的频率线性增长。由于不同设备之间的晶振不同，收发数据包之间频率会有一定的差距，即中心频率偏移。这一中心频率偏移会影响对数据包起始位置的判断，因此在对齐数据包时，首先需要对该中心频率偏移进行矫正。
45.目前的数据包对齐主要采用基于信号强度、效验码等方法进行验证。
46.采用信号强度的方法需要准确找到信号强度发生突变位置，但是由于广域物联网需要在信噪比极低的情况下进行通信，故而数据包的信号能量通常并没有噪声能量强，因此对于接收的信号而言，不一定会出现信号强度突变的位置。因此，无法进行准确的数据包对齐。
47.基于效验码的方法需要先对信号进行处理解码，再判断解码结果是否符合效验码的要求。这种方法更加适用于验证是否对齐，但是对于寻找数据包的起点进行对齐没有帮助。
48.发明人发现上述对齐数据包的方法无法解决中心频率偏移的问题，因为二者并没有对信号的频率进行估计。
49.本发明实施例通过分析广域物联网数据包信号特点，利用信号频率随时间线性增长的这一编码脉冲规律，提出了一种基于编码脉冲技术的数据包对齐方法，该方法可以在信号能量远低于噪声能量的情况下进行中心频率矫正以及数据包对齐。
50.下面结合图1-图4描述本发明的提供的基于编码脉冲技术的数据包对齐方法。
51.图1是本发明实施例提供的基于编码脉冲技术的数据包对齐方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供一种基于编码脉冲技术的数据包对齐方法，包括：
52.步骤110，获取待处理信号，对所述待处理信号进行采样，获得m段采样信号，m为正整数；
53.具体地，数据包可以为广域物联网的数据包。数据包的一个符号的符号长度为l个(从起始采样点向后数l个采样点，或理解为l个间隔)采样点，应理解，采样点为频率采样点，每个相邻采样点之间间隔的频率相同。对于待处理信号，假设有n个采样点，应理解，从待处理信号的初始位置开始，每次向后移动l个采样点，截取一段与符号长度相同的信号，作为采样信号，共移动n-l(n减l)次。
54.其中，数据包的符号长度可以基于数据包信息预先确定，数据包的符号长度的确定方法参考相关技术，此处不再赘述。
55.示例性地，待处理信号可以有6个采样点(采样点0、采样点1、采样点2、采样点3、采
样点4和采样点5)，单个符号长为2个采样点(从采样点0至采样点2的长度)，则可以获得n-l＝4个采样点：
56.采样信号1：从采样点0至采样点2；
57.采样信号2：从采样点1至采样点3；
58.采样信号3：从采样点2至采样点4；
59.采样信号4：从采样点3至采样点5。
60.步骤120，将所述m段采样信号分别与预设的设计信号进行相关性操作，获得m个第一数据点，所述第一数据点具有第一值信息和频率信息；
61.示例性地，将预设的设计信号与采样信号1、采样信号2、采样信号3和采样信号4进行相关性操作，分别得到与采样信号1对应的第一数据点，与采样信号2对应的第一数据点，与采样信号3对应的第一数据点，与采样信号4对应的第一数据点。每个数据点具有第一值信息和频率信息，第一值信息可以为经过相关性操作(也可以称为互相关操作)得到的相关性值(也可以称为互相关值)。
62.可以将m个第一数据点，以横坐标轴为频率，纵坐标轴为第一值信息，绘制数据图，便于数据处理。
63.可选地，所述设计信号的符号长度与所述数据包的符号长度相同，所述设计信号的频率从开始线性增长至所述bw表示数据包的带宽。其中，数据包的带宽可以基于数据包的信息确定，数据包的带宽的确定方法可以参考相关技术，此处不再赘述。
64.步骤130，基于m个所述第一数据点的第一值信息确定离群点；
65.具体地，离群点是指远离一般水平的极端大值或极端小值的数据点，本发明实施例中的离群点为第一值明显脱离一般水平的第一数据点。示例性地，图2是本发明实施例提供的离群点示意图，如图2所示，第一值在3
×
104以上的第一数据点为离群点。根据图2可以看出，离群点与一般水平的数据点(第一值在0.5
×
104以上的第一数据点)，差距较大，第一值可以达到6倍的数据差距。
66.可选地，可以基于第一数据点的第一值的分布情况，设定离群点阈值，将第一值大于离群点阈值的第一数据点作为离群点。
67.步骤140，基于所述离群点确定中心频率偏移量；
68.具体地，图3是本发明实施例提供的数据包的频率随时间线性变化的示意图，如图3所示，广域物联网数据包的初始符号为一段频率从开始线性增长至的信号，中间存在两个符号频率从开始线性降低至这两段信号的频率处于一种对称的状态。
69.离群点是由一段采用信号经过相关性操作计算到的，频率从开始线性增长至的信号为频率上升符号，离群点的第一次出现表示对应的这一段采样信号是第一段频率从开始线性增长至的信号，所述第一频率上升符号为所述采样信号中的第一
个频率上升符号；频率从开始线性下降至的信号为频率下降符号，离群点的最后一次出现可以表示对应的这一段采样信号是最后一段频率从开始线性增长至的信号，下一个符号即为第一个频率下降符号，所述第一频率下降符号为所述采样信号中的第一个频率下降符号。
70.本发明实施例提供的基于编码脉冲技术的数据包对齐方法，通过编码数据包时采用的频率随时间线性变化的特性，结合离群点来确定中心频率偏移量，因此本发明实施例提供的基于编码脉冲技术的数据包对齐方法，无需准确找到信号强度发生突变的位置也可以确定中心频率偏移量，在极低信号能量的情况下也可以准确找到数据包起始位置，从而实现对收发设备间的中心频率偏移进行矫正，提高了数据包对齐的准确率。
71.可选地，步骤141，所述基于所述离群点确定第一频率上升符号和第一频率下降符号，包括：
72.步骤1411，基于频率最小的离群点确定第一频率上升符号；
73.具体地，步骤130确定的多个离群点中，每个离群点之间间隔l个采样点，基于采样点的顺序(即频率)对离群点进行排序，如图2所示，其中第一个离群点，即频率最小的离群点，所对应的频率可以确定数据包的初始起点，可以称为a点，在未产生中心频率偏移的情况下，a点为数据包的准确起点，也即数据包中的第一个符号的起点，而数据包中第一个符号为一段频率从开始线性增长至的信号，即第一频率上升符号。
74.步骤1412，基于频率最大的离群点与所述数据包的符号长度确定第一频率下降符号。
75.具体地，频率最大的离群点所对应的频率与所述数据包的符号长度相加得到的频率，即为第一频率下降符号的起始位置。步骤130确定的多个离群点中的最后一个离群点，即频率最大的离群点，是最后一段频率开始线性增长至的符号的起点，从最后一个离群点对应的频率往后加l个采样点(所述数据包的符号长度)即为第一频率降低符号(第一个从频率开始线性降低至的符号)的起始位置，假设为b。
76.步骤142，将所述第一频率上升符号点乘所述第一频率下降符号，获得点乘结果，对所述点乘结果进行离散傅里叶变换，获得多个第二数据点，所述第二数据点具有第二值信息和频率偏移信息；
77.具体地，因为存在中心频率偏移，所以需要对a和b两个位置进行矫正。可以从a位置获取长度为l个采样点的一段数据，再从b位置处获取长度为l个采样点的一段数据，将这两段数据进行点乘操作，获得点乘结果，再对点乘结果进行离散傅里叶变换。第二值信息为通过离散傅里叶变换得到的计算值，频率偏移信息经过离散傅里叶变换后得到的频率偏移。
78.步骤143，基于最大第二值对应的第二数据点的频率偏移信息，确定中心频率偏移量。
79.具体地，离散傅里叶变换后，在多个第二数据点中会有一个第二值最大的第二数
据点，获取第二值最大的第二数据点对应的频率偏移信息，即可得到中心频率偏移量。
80.示例性地，图4是本发明实施例提供的频率互补信号(第一频率上升符号和第一频率下降符号)进行点乘和傅里叶变换操作后得到频率偏移值示意图，如图4所示，数据点a为第二值最大的第二数据点，数据点a对应的频率偏移即为中心频率偏移量。
81.可选地，步骤140，所述基于所述离群点确定中心频率偏移量，之前还包括：
82.在相邻离群点之间的距离为所述数据包的符号长度的情况下，确定所述待处理信号中包含数据包。
83.示例性地，数据包的符号长度为l个采样点，步骤130确定的多个离群点中，如果出现多个离群点，且相邻离群点之间的距离为l个采样点。则判定待处理信号中存在广域物联网数据包。如果不存在多个离群点，或者多个离群点中相邻离群点之间的距离为不为l个采样点，则判定待处理信号中不存在广域物联网数据包，为提高计算效率，此时可以不再执行后续步骤。本发明实施例可以提高数据包对齐效率。
84.可选地，所述基于所述中心频率偏移量对所述待处理信号进行补偿，获得对齐的数据包，包括：
85.以所述第一频率上升符号为起点，基于所述中心频率偏移量对所述待处理信号进行补偿，获得对齐的数据包。
86.示例性地，从位置a处将所述中心频率偏移量消除，即可完成频率矫正，得到准确的起始点位置，实现数据包对齐。
87.一个实施例中，本发明提供了一种基于编码脉冲技术的数据包对齐方法，可以应用于广域物联网数据包在设备间不稳定且噪声能量强的情况下数据包对齐。
88.本发明提供的基于编码脉冲技术的数据包对齐方法包括数据包存在判定，起始点粗略确定以及频率矫正三个部分，具体包括以下步骤：
89.数据包存在判定：
90.1、对于接收到的待处理信号，设计一段与所述待处理信号的符号长度相同，频率从低到高线性增长的设计信号。
91.设计信号与待处理信号的符号长度相同的、频率从开始线性增长至的信号，bw表示数据包的带宽。
92.2、对待处理信号进行采样，逐个采样点，将设计信号与待处理信号做相关性操作。
93.从相关性结果(相关性值，即第一值)中找到离群点，判断离群点个数与距离，确定数据包存在。
94.起始点粗略确定：
95.3、假设有n个具有相同距离差d的离群点。粗略估计第一个离群点对应的频率位置a是数据包开始位置，即第一频率上升符号的开始位置；最后一个离群点对应的频率位置a加上距离差d的位置b为数据包中频率线性降低符号开始位置，即第一频率下降符号的开始位置。
96.4、从位置a和b处分别选取一个符号长度的信号，进行点乘以及离散傅里叶计算。
97.频率矫正：
98.5、根据计算结果对中心频率偏移进行矫正，同时对初始位置a进行矫正。
99.本发明针对广域物联网数据包信号能量较弱且收发设备间频率不稳定的问题，设计了一种基于编码脉冲技术的数据包对齐方法，本方法可以对收发设备间的中心频率偏移进行矫正，在极低信号能量的情况下准确找到数据包起始位置。
100.下面对本发明提供的基于编码脉冲技术的数据包对齐装置进行描述，下文描述的基于编码脉冲技术的数据包对齐装置与上文描述的基于编码脉冲技术的数据包对齐方法可相互对应参照。
101.图5是本发明实施例提供的基于编码脉冲技术的数据包对齐装置的结构示意图，如图5所示，本发明实施例提供的基于编码脉冲技术的数据包对齐装置，包括：
102.获取单元510，用于获取待处理信号，对所述待处理信号进行采样，获得m段采样信号，m为正整数；
103.处理单元520，用于将所述m段采样信号分别与预设的设计信号进行相关性操作，获得m个第一数据点，所述第一数据点具有第一值信息和频率信息；
104.所述处理单元520，还用于基于m个所述第一数据点的第一值信息确定离群点；
105.所述处理单元520，还用于基于所述离群点确定中心频率偏移量；
106.补偿单元530，用于基于所述中心频率偏移量对所述待处理信号进行补偿，获得对齐的数据包。
107.可选地，所述处理单元520，用于基于所述离群点确定中心频率偏移量，包括：
108.所述处理单元520，用于基于所述离群点确定第一频率上升符号和第一频率下降符号；
109.所述处理单元520，用于将所述第一频率上升符号点乘所述第一频率下降符号，获得点乘结果，对所述点乘结果进行离散傅里叶变换，获得多个第二数据点，所述第二数据点具有第二值信息和频率偏移信息；
110.所述处理单元520，用于基于最大第二值对应的第二数据点的频率偏移信息，确定中心频率偏移量。
111.可选地，所述处理单元520，用于基于所述离群点确定第一频率上升符号和第一频率下降符号，包括：
112.所述处理单元520，用于基于频率最小的离群点确定第一频率上升符号；
113.所述处理单元520，用于基于频率最大的离群点与所述数据包的符号长度确定第一频率下降符号。
114.可选地，所述设计信号的符号长度与所述数据包的符号长度相同，所述设计信号的频率从-bw/2开始线性增长至bw/2，所述bw表示数据包的带宽。
115.可选地，所述装置还包括：
116.数据包确定单元，用于在相邻离群点之间的距离为所述数据包的符号长度的情况下，确定所述待处理信号中包含数据包。
117.可选地，所述补偿单元530，用于基于所述中心频率偏移量对所述待处理信号进行补偿，获得对齐的数据包，包括：
118.所述补偿单元530，用于以所述第一频率上升符号为起点，基于所述中心频率偏移量对所述待处理信号进行补偿，获得对齐的数据包。
119.本技术各实施例提供的方法和装置是基于同一申请构思的，由于基于编码脉冲技
术的数据包对齐方法和基于编码脉冲技术的数据包对齐装置解决问题的原理相似，且能够达到相同的技术效果，因此系统和方法的实施可以相互参见，重复之处不再赘述。
120.图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(communications interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行一种基于编码脉冲技术的数据包对齐方法，包括：获取待处理信号，对所述待处理信号进行采样，获得m段采样信号，m为正整数；将所述m段采样信号分别与预设的设计信号进行相关性操作，获得m个第一数据点，所述第一数据点具有第一值信息和频率信息；基于m个所述第一数据点的第一值信息确定离群点；基于所述离群点确定中心频率偏移量；基于所述中心频率偏移量对所述待处理信号进行补偿，获得对齐的数据包。
121.此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
122.另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的一种基于编码脉冲技术的数据包对齐方法，包括：获取待处理信号，对所述待处理信号进行采样，获得m段采样信号，m为正整数；将所述m段采样信号分别与预设的设计信号进行相关性操作，获得m个第一数据点，所述第一数据点具有第一值信息和频率信息；基于m个所述第一数据点的第一值信息确定离群点；基于所述离群点确定中心频率偏移量；基于所述中心频率偏移量对所述待处理信号进行补偿，获得对齐的数据包。
123.又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的一种基于编码脉冲技术的数据包对齐方法，包括：获取待处理信号，对所述待处理信号进行采样，获得m段采样信号，m为正整数；将所述m段采样信号分别与预设的设计信号进行相关性操作，获得m个第一数据点，所述第一数据点具有第一值信息和频率信息；基于m个所述第一数据点的第一值信息确定离群点；基于所述离群点确定中心频率偏移量；基于所述中心频率偏移量对所述待处理信号进行补偿，获得对齐的数据包。
124.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
125.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
126.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。