專利名稱：相干解調(diào)頻移鍵控調(diào)制信號的頻率偏移估計系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及數(shù)字無線通訊領(lǐng)域，尤其是信號處理領(lǐng)域，具體涉及一種相干解調(diào)頻移鍵控調(diào)制信號的頻率偏移估計系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在數(shù)字無線通訊領(lǐng)域，頻率偏移估計是常用的信號處理方法之一。由于基站與移動臺，或移動臺與移動臺之間的載波頻率不可能絕對相等，因此接收機實際接收信號與期望的接收信號間存在一個較為固定的頻率偏移。這種頻率偏移在數(shù)字無線通訊領(lǐng)域是有害的，它可以降低信道估計的準確性、造成誤碼率上升。因此數(shù)字無線通訊系統(tǒng)中，接收機通常需要依據(jù)上行接收信號進行頻率偏移估計，繼而進行頻率偏移補償，以消除頻率偏移所帶來的種種有害影響。對于信號調(diào)制，分為振幅鍵控ASK、移頻鍵控FSK/GFSK、移相鍵控PSK?；驹矶际怯幂d波信號與數(shù)字基帶信號相作用(不同的調(diào)制方式，計算公式不同)，在發(fā)送的輸出端得到了已經(jīng)被調(diào)制的高頻信號，而在接受端要恢復(fù)出原來的數(shù)字基帶信號，就需要解調(diào)，有兩種解調(diào)方式，相干解調(diào)和非相干解調(diào)方式。兩種解調(diào)方式的根本差別在于，相干解調(diào)必須要恢復(fù)出相干載波，利用這個相干載波和已調(diào)制信號作用，得到最初的數(shù)字基帶信號，而這個相干載波是和原來在發(fā)送端調(diào)制該基帶信號的載波信號是同頻率同相位的，而非相干解調(diào)不需要恢復(fù)出相干載波，所以比相干解調(diào)方式要簡單。但是相干解調(diào)方式在大多數(shù)情況下，解調(diào)效果要好些。所謂相干，泛泛地說就是相互同步，相干解調(diào)是指利用乘法器，輸入一路與載頻相干(同頻同相)的參考信 號與載頻相乘。比如原始彳目號A與載頻cos (ω t+Θ )調(diào)制后得到彳目號Acos (ω t+Θ )；解調(diào)時引入相干(同頻同相)的參考信號cos ( t+ Θ )，則得到Acos ( ω t+Θ ) cos ( ω t+Θ )利用積化和差公式可以得到A*l/2* [cos ( ω t+ θ + ω t+ θ ) +cos ( ω t+ θ - ω t— θ )]=Α*1/2* [cos (2 ω t+2 θ ) +cos (O)]=A/2*[cos(2cot+2 θ )+1]=A/2+A/2cos (2 ω t+2 θ )利用低通濾波器將高頻信號cos (2 ω t+2 θ )濾除，即得原始信號A。因此相干解調(diào)需要接收機和載波同步。而非相干解調(diào)不使用乘法器，不需要接收機和載波同步。解調(diào)方式為非相干解調(diào)的情況下，無需準確估計頻率偏移。對于相干解調(diào)，能大幅提高接收機的性能，但必須準確估計頻率偏移。我們將接收的GFSK/FSK信號表示為= c(i)eji2*,T+e) + / (/) i=l，2，..,Q[0022]這里c(i)代表理想接收信號，fd代表頻率偏移，Θ代表相位偏移，T代表采樣時間間隔，n(i)代表噪聲。由于GFSK/FSK信號的頻率調(diào)制指數(shù)會以較大誤差偏離其標準值(10%或更高)，此誤差會改變GFSK/FSK信號的相位，進而改變c (i)的取值，現(xiàn)有技術(shù)方案很難準確估計頻率偏移。ArrayComm 公司的專利“Method and apparatus for decisiondirecteddemodulation usingantenna arrays and spatial processing，，，實用新型人Barratt ；Craig H. (Redwood City, CA) ；Farzaneh ；Farhad(San Francisco, CA) ；Parish ；David M(Los Altos，CA)，
公開日1998 年 04 月 23 日，公開號W0 98/17037，描述了一種頻率偏移估計的方法，該方法在可能的頻率偏移范圍內(nèi)先用大跨度粗搜，然后小跨度精搜的順序進行頻率偏移估計。上述方法使用一段已知信號進行頻率偏移估計，其代價函數(shù)為實際接收信號與添加探測頻率偏移后理想信號間2的誤差功率。當(dāng)誤差功率最小時，則使用的探測頻率偏移值即為本次頻率偏移估計的估值。該方法實際工程應(yīng)用時，需首先在接收信號中估計這段已知信號的位置，增加了該方法實現(xiàn)的復(fù)雜度，也增加了異常情況的幾率，即已知信號位置估計錯誤時，該方法的頻率偏移估計結(jié)果是錯誤的。
本實用新型則提供一種新的頻率偏移估計系統(tǒng)用以改善或解決上述的問題。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題在于提供一種相干解調(diào)頻移鍵控調(diào)制信號的頻率偏移估計系統(tǒng)，避免了由于GFSK/FSK信號的頻率調(diào)制指數(shù)無法準確得到且會隨時間溫度發(fā)生變化而在接收端無法準確復(fù)制理想接收信號c (i)的難題，提高了頻偏估計的準確性。本實用新型通過這樣的技術(shù)方案解決上述的技術(shù)問題提供一種相干解調(diào)頻移鍵控調(diào)制信號的頻率偏移估計系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括信號發(fā)生器、信號加碼單元、無限響應(yīng)低通濾波器、前綴信號計算單元、頻率估計器； 所述信號發(fā)生器提供GFSK/FSK信號；所述信號加碼單元在所述信號發(fā)生器提供的GFSK/FSK信號的前綴設(shè)置為固定長度的O和I交替的碼成為前綴信號x(i)；所述無限響應(yīng)低通濾波器接收所述前綴信號X (i)，并進行濾波得到濾波后的信號X，⑴=fIIR-LpF [X ⑴];所述前綴信號計算單元對濾波后的前綴信號進行復(fù)共軛乘法運算和累加運算，得到一組消除了前綴信號中‘0’和‘I’所產(chǎn)生的相位變化，只留下頻率偏移產(chǎn)生的相位變化的信號 R (N)，R (2N)，…，R (KN)；所述頻率估計器對上述R (N), R (2N)，…，R (KN)進行頻率估計，得到頻率偏移估計值O與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型3具有以下優(yōu)點本實用新型將GFSK/FSK信號的前綴信號設(shè)計為一串固定長度的{0，1，0，1，...,0,1}碼，此前綴碼的使用讓接收機可以在無需復(fù)制理想接收信號C (i)情況下，將c(i)從x(i)中完全除掉，從而避免了由于GFSK/FSK信號的頻率調(diào)制指數(shù)無法準確得到且會隨時間溫度發(fā)生變化而在接收端無法準確復(fù)制理想接收信號c(i)的難題，提高了頻偏估計的準確性。由于在計算R (N), R (2N),…，R(KN)之前使用無限響應(yīng)低通濾波器來降低x(i)中的噪聲，并使用具有一定間隔的R (N),R (2N),…，R (KN)組合來估計頻率偏移，能夠以較小的K達到較高的頻率估計精度，從而極大的降低了系統(tǒng)復(fù)雜度。另外，所述無限響應(yīng)低通濾波器的截止頻率低于GFSK/FSK信號的帶寬。
圖1是本實用新型相干解調(diào)頻移鍵控調(diào)制信號的頻率偏移估計系統(tǒng)的邏輯示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本實用新型各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護的技術(shù)方案。本實用新型的第一實施方式涉及相干解調(diào)頻移鍵控調(diào)制信號的頻率偏移估計系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)包括信號發(fā)生器、信號加碼單元、無限響應(yīng)低通濾波器、前綴信號計算單元、頻率估計器；其中，信號發(fā)生器用于提供GFSK/FSK信號；在本實施方式中，為了表述方便，將接收的GFSK/FSK信號表示為X(f) 二 c(/y( 2*,了沾)+ η( )，i=l ,2,-,Q這里c(i)代表理想接收信號，4代表頻率偏移，Θ代表相位偏移，T代表采樣時間間隔，n(i)代表噪聲。對于GFSK/FSK信號，常用的解調(diào)方式為非相干解調(diào)，因此無需準確估計頻率偏移。相干解調(diào)能大幅提高接收機的性能，但必須準確估計頻率偏移。由于GFSK/FSK信號的頻率調(diào)制指數(shù)會以較大誤差偏離其標準值(10%或更高)，此誤差會改變GFSK/FSK信號的相位，進而改變c (i)的取值，現(xiàn)有技術(shù)方案很難準確估計頻率偏移。由于GFSK信號的頻率調(diào)制指數(shù)無法準確得到且會隨時間溫度發(fā)生變化，在接收端無法準確復(fù)制理想接收信號c (i)，也就無法將c (i)從x(i)中完全除掉，從而影響了頻偏估計的準確性。信號加碼單元在提供的GFSK/FSK信號的前綴設(shè)置為固定長度的O和I交替的碼成為前綴信號x(i);此前綴碼的使用可以在無需復(fù)制理想接收信號c(i)情況下，將c(i)從x(i)中完全除掉，從而提高了頻偏估計的準確性。無限響應(yīng)低通濾波器接收所述前綴信號x(i)，并進行濾波得到濾波后的信號X’ (i)=fIiE-LPE[x(i)l ;其中，無限響應(yīng)低通濾波器的截止頻率低于GFSK/FSK信號的帶寬。在本實施方式中，使用無限響應(yīng)低通濾波器是因為無限響應(yīng)濾波器的復(fù)雜度低。另外，本實施方式所使用的頻偏估計算法不會受無限響應(yīng)濾波器所造成的相位失真的影響。前綴信號計算單元對濾波后的前綴信號進行復(fù)共軛乘法運算和累加運算，得到一組消除了前綴信號中‘0’和‘I’所產(chǎn)生的相位變化，只留下頻率偏移產(chǎn)生的相位變化的信號 R (N)，R (2N)，···, R (KN)；具體地說，前綴信號計算單元包含復(fù)共軛乘法運算子單元和累加運算子單元；復(fù)共軛乘法運算子單元對濾波后的前綴信號進行復(fù)共軛乘法運算rN(iN)=x’ (i0+iN+N) [x，(i0+iN)]*r2N(i2N)=x’ (i0+i2N+2N) [x，(i0+i2N)]*r腿(iKN)=x，(i0+i腿+KN) [x，(io+im)]*其中，L為采樣速率相較GFSK/FSK碼元速率的倍數(shù)，N是L的一個因子Jtl是可用前綴信號的起點，ikN=0，I, . . .，2MknL-1決定于可用前綴信號的長度，K為系統(tǒng)復(fù)雜度和估計精度，從I取到最大精度值，*表示復(fù)共軛；其中，M是與系統(tǒng)復(fù)雜度與估計精度相關(guān)的系數(shù)，可以是常數(shù)，也可以是根據(jù)系統(tǒng)復(fù)雜度變化的修正系數(shù)，2MKNL-1可以看作是前綴信號的長度的限制，這個長度跟系統(tǒng)復(fù)雜度、碼元速率的倍數(shù)相關(guān)。由于無限響應(yīng)低通濾波器使X’ (i)中相鄰數(shù)據(jù)所含噪聲出現(xiàn)相關(guān)性，在本實施方式中，復(fù)共軛乘法運算子單元中N的取值由以下準則決定1.即N的取值可以滿足此條件式，其中其中Lax為信號的最大可能頻率偏移，T為采樣時間間隔；2.在高信噪比時 N值大于低信噪比時的N值；而且，在高信噪比的情況下N的取值越大越好；在低信噪比的情況下N的取值應(yīng)略有降低。累加運算子單元對經(jīng)過復(fù)共軛乘法運算子單元計算得到的1^(1,)，r2N(i2N)，…，進行加法運算
權(quán)利要求1.一種相干解調(diào)頻移鍵控調(diào)制信號的頻率偏移估計系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括信號發(fā)生器、信號加碼單元、無限響應(yīng)低通濾波器、前綴信號計算單元、頻率估計器； 所述信號發(fā)生器提供GFSK/FSK信號； 所述信號加碼單元在所述信號發(fā)生器提供的GFSK/FSK信號的前綴設(shè)置為固定長度的O和I交替的碼成為前綴信號X (i)，所述信號加碼單元將所述前綴信號X(i)輸出給所述無限響應(yīng)低通濾波器； 所述無限響應(yīng)低通濾波器接收所述前綴信號x(i)，并進行濾波得到濾波后的信號X’ (i) =Wlpf[x(i)l ;所述無限響應(yīng)低通濾波器將所述濾波后的前綴信號輸出給所述前綴信號計算單元； 所述前綴信號計算單元對濾波后的前綴信號進行復(fù)共軛乘法運算和累加運算，得到一組消除了前綴信號中‘0’和‘I’所產(chǎn)生的相位變化，只留下頻率偏移產(chǎn)生的相位變化的信號 R (N)，R (2N)，…，R (KN)； 所述頻率估計器對上述R (N), R (2N),…，R (KN)進行頻率估計，得到頻率偏移估計值尤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率偏移估計系統(tǒng)，其特征在于所述無限響應(yīng)低通濾波器的截止頻率低于GFSK/FSK信號的帶寬。
專利摘要本實用新型涉及數(shù)字無線通訊領(lǐng)域，公開了一種相干解調(diào)頻移鍵控調(diào)制信號的頻率偏移估計系統(tǒng)，該系統(tǒng)將GFSK/FSK信號的前綴信號設(shè)計為一串固定長度的0和1交替的碼，通過此前綴碼的使用讓接收機可以在無需復(fù)制理想接收信號c(i)情況下，將c(i)從x(i)中完全除掉，從而避免了由于GFSK/FSK信號的頻率調(diào)制指數(shù)無法準確得到且會隨時間溫度發(fā)生變化而在接收端無法準確復(fù)制理想接收信號c(i)的難題，提高了頻偏估計的準確性。此外，通過迭代合并R(N)，R(2N)，…，R(KN)的頻率估計結(jié)果，可以消除大頻率偏移所造成的相位含混，可以進一步提高頻率偏移估計的精度。
文檔編號H04L27/26GK202906963SQ201220211038
公開日2013年4月24日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者聶宏 申請人:泰凌微電子(上海)有限公司