專利名稱：基于實(shí)信號(hào)的數(shù)字化自動(dòng)頻率檢測(cè)方法
基于實(shí)信號(hào)的數(shù)字化自動(dòng)頻率檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信傳輸領(lǐng)域中的頻率同步系統(tǒng)，尤其涉及一種基于實(shí)信號(hào) 的數(shù)字化自動(dòng)頻率檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
在通信傳輸系統(tǒng)中，接收端的頻率源信號(hào)頻率通常需要與發(fā)射端的頻率 源信號(hào)頻率保持一致。為了做到這一點(diǎn)，可以采用的一種方法是在收發(fā)兩端 采用高精度的晶體振蕩器。但是高精度的晶體振蕩器通常比較昂貴，而且長(zhǎng) 時(shí)間使用之后會(huì)發(fā)生頻率漂移，需要定期進(jìn)行人工頻率校正。
可以采用的另一種方法是由發(fā)射端向接收端發(fā)送一個(gè)頻率參考信號(hào)(又 稱為校頻信號(hào)或?qū)ьl信號(hào)),接收端根據(jù)接收的頻率參考信號(hào)對(duì)本地頻率源信 號(hào)的頻率進(jìn)行自動(dòng)校正，使得本地頻率源信號(hào)的頻率在精度允許的范圍內(nèi)跟 蹤于頻率參考信號(hào)的頻率，從而達(dá)到收發(fā)雙方頻率同步的目的。這種方法稱 為自動(dòng)頻率跟蹤或自動(dòng)頻率校正。
有時(shí)頻率參考信號(hào)并不是一直存在的，而是間歇發(fā)送的。此時(shí)在實(shí)施自
動(dòng)頻率校正之前必須先檢測(cè)接收信號(hào)中是否存在頻率參考信號(hào)，只有在頻率
參考信號(hào)存在的前提下才可以實(shí)施自動(dòng)頻率校正，而這種在接收信號(hào)中檢測(cè) 頻率參考信號(hào)是否存在的方法稱為自動(dòng)頻率檢測(cè)。
自動(dòng)頻率檢測(cè)的一個(gè)典型例子是GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)中基站與移動(dòng)臺(tái)或 直放站之間的頻率校正?；驹谙滦袕V播信道中，每隔約46ms或51ms發(fā)送 一個(gè)持續(xù)時(shí)間約為577s的校頻突發(fā)包(FCB)，即頻率參考信號(hào)，移動(dòng)臺(tái)或 直放站在接收信號(hào)中檢測(cè)這些FCB，并根據(jù)這些FCB校正自己的頻率源頻 率。
自動(dòng)頻率檢測(cè)方法分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式自動(dòng)頻率檢測(cè)方法 通過(guò)對(duì)模擬信號(hào)的處理來(lái)獲得用于頻率檢測(cè)的門(mén)限和度量，而數(shù)字式自動(dòng)頻 率檢測(cè)方法則先將模擬信號(hào)數(shù)字化，然后再通過(guò)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理來(lái)獲得用于頻率檢測(cè)的門(mén)限和度量。
通常的數(shù)字式自動(dòng)頻率檢測(cè)方法是根據(jù)接收信號(hào)的復(fù)數(shù)形式(即I、 Q
兩^^相互正交的實(shí)信號(hào))來(lái)實(shí)施的，例如美國(guó)專利公告US 6226336B1和 US2005/0129149A1。這種基于復(fù)頻率參考信號(hào)的數(shù)字式自動(dòng)頻率檢測(cè)方法所 處理的采樣數(shù)據(jù)是復(fù)數(shù)，其實(shí)部和虛部分別是在同一時(shí)刻對(duì)I、 Q兩路相互 正交的實(shí)信號(hào)采樣得到的實(shí)數(shù)樣值。
然而基于復(fù)信號(hào)的數(shù)字式自動(dòng)頻率檢測(cè)方法具有較高的復(fù)雜度。獲得復(fù) 數(shù)形式的I、 Q兩路信號(hào)需要通過(guò)對(duì)實(shí)數(shù)形式的一路信號(hào)進(jìn)行正交變頻來(lái)實(shí) 現(xiàn)，這比獲得實(shí)數(shù)形式的一路信號(hào)要復(fù)雜得多；另外，在得到I、 Q兩路信 號(hào)的過(guò)程中又可能會(huì)引入一些失衡，包括幅度失衡(I、 Q兩路幅度不同)、 相位失衡(I、 Q兩路相位不正交)等，這些失衡會(huì)影響自動(dòng)頻率檢測(cè)方法的 性能。為了解決這一問(wèn)題需要對(duì)失衡進(jìn)行補(bǔ)償，但這樣做又會(huì)使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的 復(fù)雜度增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為克服上述基于復(fù)信號(hào)的數(shù)字式自動(dòng)頻率檢測(cè)方法復(fù) 雜度較高的缺點(diǎn)，提供一種基于實(shí)信號(hào)的數(shù)字化自動(dòng)頻率檢測(cè)方法。 為此，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
本發(fā)明之基于實(shí)信號(hào)的數(shù)字化自動(dòng)頻率檢測(cè)方法，由接收端對(duì)發(fā)射端傳 輸來(lái)的一路模擬實(shí)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化檢測(cè)，以確認(rèn)是否存在頻率參考信號(hào)，其 中包括
將所述一路中頻或基帶模擬實(shí)信號(hào)進(jìn)行采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的步
驟；
以該實(shí)信號(hào)的采樣數(shù)據(jù)計(jì)算判決門(mén)限基準(zhǔn)的步驟；
以該實(shí)信號(hào)的采樣數(shù)據(jù)計(jì)算用于檢測(cè)頻率參考信號(hào)的檢測(cè)度量的步驟；
將所述檢測(cè)度量與由所述判決門(mén)限基準(zhǔn)乘以預(yù)設(shè)系數(shù)后所形成的判決門(mén)
限進(jìn)行比較的步驟，若超過(guò)該判決門(mén)限，則產(chǎn)生標(biāo)志所述頻率參考信號(hào)存在
的標(biāo)志信號(hào)。
所述采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換的步驟中，采樣時(shí)鐘由本地頻率源信號(hào)經(jīng)分頻/倍頻 得到，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中不同的收發(fā)頻差允許范圍，采樣頻率與本地頻率源信號(hào)頻率之比取不同的預(yù)設(shè)值，采樣頻率隨著本地頻率源的調(diào)整而變化。
所述判決門(mén)限基準(zhǔn)的計(jì)算步驟中，判決門(mén)限基準(zhǔn)是由兩個(gè)相鄰采樣時(shí)刻的實(shí)采樣數(shù)據(jù)的平方和經(jīng)平滑后得到的。
所述判決門(mén)限基準(zhǔn)的計(jì)算步驟中，更具體地，所述兩個(gè)相鄰采樣時(shí)刻的實(shí)采樣數(shù)據(jù)，先各經(jīng)乘法器自乘，結(jié)果經(jīng)加法器相加，再進(jìn)行平滑處理，獲得所述判決門(mén)限基準(zhǔn)。
所述檢測(cè)度量的計(jì)算步驟中，檢測(cè)度量由兩組采樣數(shù)據(jù)的乘積之差的2倍經(jīng)平滑后獲得，其中每組均包含兩個(gè)實(shí)采樣數(shù)據(jù)， 一組中兩個(gè)實(shí)采樣數(shù)據(jù)的采樣時(shí)刻之和與另一組中兩個(gè)實(shí)采樣數(shù)據(jù)的采樣時(shí)刻之和相等，每組中兩個(gè)采樣數(shù)據(jù)的采樣時(shí)刻之差為采樣時(shí)間的偶數(shù)倍。
所述檢測(cè)度量的計(jì)算步驟中，更具體地，每組的兩個(gè)實(shí)采樣數(shù)據(jù)用乘法器相乘之后，兩組實(shí)采樣數(shù)據(jù)的乘積均輸出至減法器計(jì)算兩者之差，然后對(duì)其進(jìn)行平滑處理，獲得所述檢測(cè)度量。
所述檢測(cè)度量與判決門(mén)限進(jìn)行比較的步驟中，所述判決門(mén)限基準(zhǔn)經(jīng)以預(yù)設(shè)的倍數(shù)放大后得到判決門(mén)限，與所述檢測(cè)度量一起通過(guò)門(mén)限比較器進(jìn)行比較，若檢測(cè)度量超過(guò)所述判決門(mén)限則產(chǎn)生標(biāo)志所述頻率參考信號(hào)存在的標(biāo)志信號(hào)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
首先，只需對(duì)實(shí)數(shù)形式的接收信號(hào)(即一路實(shí)信號(hào))的實(shí)采樣數(shù)據(jù)直接進(jìn)行處理，就可以自動(dòng)檢測(cè)頻率參考信號(hào)是否存在，與對(duì)復(fù)數(shù)形式的接收信號(hào)進(jìn)行采樣和處理要簡(jiǎn)單得多；
其次，由于無(wú)需得到復(fù)數(shù)形式的I、 Q兩路相互正交的信號(hào)，也不存在失衡補(bǔ)償問(wèn)題，因此本發(fā)明在確保頻率檢測(cè)性能的前提下大大減小了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度；
再者，本發(fā)明便于采用DSP芯片、FPGA芯片或ASIC芯片等來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖1是以本發(fā)明之基于實(shí)信號(hào)的數(shù)字化自動(dòng)頻率檢測(cè)方法為基礎(chǔ)的系統(tǒng)的原理框圖2是本發(fā)明實(shí)施例中參數(shù)^["]、 C["]、 S[w]的算法結(jié)構(gòu)示意6圖3是本發(fā)明實(shí)施例中參數(shù)^\["]、 cM["]、 Sw["]的算法結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明實(shí)施例中計(jì)算本地頻率源調(diào)整信號(hào)的算法結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例中，頻率參考信號(hào)存在且無(wú)噪聲時(shí)，檢測(cè)度量CM["]和頻率誤差函數(shù)S4"]與采樣時(shí)間W々關(guān)系曲線。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例和原理作詳細(xì)的說(shuō)明如圖l所示，本發(fā)明之基于實(shí)信號(hào)的數(shù)字化自動(dòng)頻率檢測(cè)方法與本申請(qǐng)人同時(shí)在另一申請(qǐng)中予以保護(hù)并在本申請(qǐng)中公開(kāi)之基于實(shí)頻率參考信號(hào)的數(shù)字化自動(dòng)頻率校正方法一起在其中實(shí)現(xiàn)，其中包括A/D變換器(也即模數(shù)變換器)102、自動(dòng)頻率檢測(cè)和校正算法模塊104、 D/A變換器(也即數(shù)模變換器)106、低通濾波器108、壓控振蕩器110和分頻/倍頻器112。
在圖l中，接收的模擬實(shí)信號(hào)KO來(lái)自于發(fā)射端的中頻或基帶輸出。KO經(jīng)過(guò)A/D變換器102的采樣和模數(shù)變換，得到離散的數(shù)字實(shí)信號(hào)送入自動(dòng)頻率檢測(cè)和校正算法模塊104。
A/D變換器102的采樣時(shí)鐘由壓控振蕩器110和分頻/倍頻器112構(gòu)成的
本地頻率源提供。設(shè)所接收的實(shí)信號(hào)的頻率參考信號(hào)的頻率為/,本地頻率
源信號(hào)的頻率為/+ A/，則本地頻率源信號(hào)與所述頻率參考信號(hào)之間的頻率
誤差為A/，而采樣時(shí)間r與本地頻率源信號(hào)頻率/+ A/的關(guān)系為
_ 4A: + 1r = 4(/ + A/)，
或
一 4A + 3T = 4(/ + A/)。
其中A為設(shè)計(jì)參數(shù)，且&￡{0, 1,2,...},可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的需要來(lái)選取。由于本地頻率源存在頻率誤差A(yù)/，因此按照上述關(guān)系選取的采樣時(shí)間r是不確定的，在本發(fā)明中，其允許變化的范圍為
&2A: + 12/ /與之相對(duì)應(yīng)的頻率誤差的允許變化范圍為
或
也就是說(shuō)， 一旦按照上述關(guān)系選定了采樣時(shí)間r,若頻率誤差A(yù)/處于上述允許變化范圍之內(nèi)，則用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頻率檢測(cè)和校正；否則頻率誤差A(yù)/將超出本發(fā)明的校正范圍而無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頻率檢測(cè)和校正。
自動(dòng)頻率檢測(cè)和校正算法模塊104內(nèi)部的算法結(jié)構(gòu)如圖2、圖3、圖4所示。該算法首先在圖2中按照如下公式
= 一 ["] [" - 1],
C["] = 2(,]小-4]-小-1]小-3])，= 20["〗r[" - 3〗—- 1〗r[" - 2]);C["]、 S["]的計(jì)算；然后在圖3中按照如下公式
分別完成對(duì)^IX]
1
丄一i
丄》 =0
1
1 w-l
對(duì)^2["]、 C["]、 S["]分別進(jìn)行平滑，得到爿、["]、Cm[w]、 5V[w]。其中Z、 M、W為設(shè)計(jì)參數(shù)，且Z、 M、 We {1,2,3,...},可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的需要來(lái)選取。^i["]的物理含義為接收實(shí)信號(hào)功率(或其2倍)的估計(jì)值，此處用作檢測(cè)所接收的實(shí)信號(hào)中頻率參考信號(hào)是否存在的判決門(mén)限基準(zhǔn)；C4w]的物理含義為在一定的頻率誤差范圍內(nèi)檢測(cè)所接收的實(shí)信號(hào)中頻率參考信號(hào)是否存在的檢測(cè)度量；S4"]的物理含義為本地頻率源信號(hào)與頻率參考信號(hào)的頻率誤差函數(shù)。圖2和圖3中僅包括4種基本的算法單元，它們是延時(shí)器202、乘法器204、加法器206和放大器208。
在圖4中，爿M"]作為檢測(cè)頻率參考信號(hào)是否存在的判決門(mén)限基準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)放大器208之后得到判決門(mén)限o4、["]，其中a為設(shè)計(jì)參數(shù)，且ae(O， 1)，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的需要來(lái)選取。
Q/["]作為檢測(cè)頻率參考信號(hào)是否存在的檢測(cè)度量在門(mén)限比較器402中與判決門(mén)限CL4、[w]進(jìn)行比較，若
Q/[w] > aJ2z[w]，
則判定頻率參考信號(hào)存在，通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)預(yù)定的信號(hào)，觸發(fā)打開(kāi)選通器404，允許5W["]通過(guò)；否則判定頻率參考信號(hào)不存在，產(chǎn)生另一個(gè)信號(hào)關(guān)閉選通器404,禁止Sw[w]通過(guò)。
需要指出的是，上述對(duì)W 、 C["]、爿2￡["]、 Cm["]的計(jì)算，以及利用」2丄["〗、
CA/["]對(duì)頻率參考信號(hào)是否存在所進(jìn)行的檢測(cè)在已知頻率參考信號(hào)一直存在
的場(chǎng)合下是不需要的。
Sw[w]作為頻率誤差函數(shù)，若頻率參考信號(hào)存在，則通過(guò)選通器404加到變換器406上進(jìn)行變換，得到本地頻率源的調(diào)整增量。該調(diào)整增量經(jīng)過(guò)累加器(由延時(shí)器202和加法器206構(gòu)成)之后得到本地頻率源的數(shù)字調(diào)整信號(hào)，送往圖1中的D/A變換器106。
若所選取的采樣時(shí)間為
_ 4A: + 1
則當(dāng)
Sjv["] > 0
時(shí)，表示采樣時(shí)間r偏大，即本地頻率源信號(hào)的頻率小于頻率參考信號(hào)的頻率，此時(shí)可調(diào)整本地頻率源信號(hào)使其頻率增大。當(dāng)
Sjv["] < 0
時(shí)，表示采樣時(shí)間rf扁小，即本地頻率源信號(hào)的頻率大于頻率參考信號(hào)的頻率，此時(shí)可調(diào)整本地頻率源信號(hào)使其頻率減小。若所選取的采樣時(shí)間為
9枯+ 3
r = ■
sign{x}=
4(/ + A/)則當(dāng)
> 0
時(shí)，表示采樣時(shí)間rf扁小，即本地頻率源信號(hào)的頻率大于頻率參考信號(hào)的頻率，此時(shí)可調(diào)整本地頻率源信號(hào)使其頻率減小。當(dāng)
< 0
時(shí)，表示采樣時(shí)間z偏大，即本地頻率源信號(hào)的頻率小于頻率參考信號(hào)頻率，此時(shí)可調(diào)整本地頻率源信號(hào)使其頻率增大。
為得到調(diào)整增量而對(duì)5W["]實(shí)施的變換可以為±p sign^SV["]}或±/0 Sw["]等形式，其中
二l x<0
0 ;c二O, p>0;
1 x>0
正、負(fù)號(hào)及p的選取取決于采樣時(shí)間的選取和vco壓控曲線斜率的符號(hào)及大小。
在圖1中，D/A變換器106將自動(dòng)頻率檢測(cè)和校正算法模塊104算出的數(shù)字調(diào)整信號(hào)變換成模擬調(diào)整信號(hào)，再經(jīng)過(guò)低通濾波器108進(jìn)行環(huán)路濾波之后形成壓控振蕩器IIO控制電壓，控制由壓控振蕩器110和分頻/倍頻器112構(gòu)成的本地頻率源，使得本地頻率源信號(hào)的頻率跟蹤于接收頻率參考信號(hào)的頻率。
以上描述的是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，下面對(duì)本發(fā)明的原理作進(jìn)一步的說(shuō)明。
接收實(shí)信號(hào)可以表示為
_ f^sin(2;^ + ^) + r7(0, 頻率參考信號(hào)存在
w 1 W)+wO)， 頻率參考信號(hào)不存在
其中^sin(2; /HW為頻率參考信號(hào)，丄/、餘別為頻率參考信號(hào)的幅度、頻率和初始相位，77(Z)為噪聲，WO為其它信號(hào)，它是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程。
為了方便本對(duì)發(fā)明原理的說(shuō)明，可令調(diào)整前VCO控制電壓保持不變，即采樣時(shí)間T不變，并暫且忽略噪聲77(0的影響，同時(shí)假設(shè)s(/)的采樣序列為各態(tài)歷經(jīng)的獨(dú)立同分布離散隨機(jī)序列，均值為0，方差為D2/2(
當(dāng)頻率參考信號(hào)不存在時(shí)，有
C["] = 2(s["] 4" - 4] — * - 1] - 3]), = 2(, s[" - 3] - + - 1] 4" _ 2]); 1 "
4 ["] = — Z(,[" —w]"2[" —，
丄OT=0=丄S 2 w — m]s[w —附_ 4] _ "w — w — _ w _ 3]), Sjv[w] = — Z 2(j[m —_ m _ 3] _ s[w _ w _ — m _ 2])
當(dāng)丄、M、 oo時(shí)，有
A["]~>D2， — 0。
此時(shí)對(duì)于某個(gè)給定的ae (0, 1)，判決關(guān)系式
Ca/["] > cl42l[/j]
不成立，因此當(dāng)丄、Af、 7V選取得足夠大時(shí)，CW["]可以作為判決頻率參考信 號(hào)不存在的檢測(cè)度量。
當(dāng)頻率參考信號(hào)存在時(shí)，有
Aw] = j2 -爿2—2*))一2祈2" - I)t + 20), C["] = J2 (cos(8<r) — cos(4<r))， *S[w] =j2 (cos(6<t) - cos(2;^V));
1丄-i
j^[w] = v4 —j cos(2;/r)—Zcos(2;^(2" — 2m —l)r + 2#),
CW|>] = J2 (cos(8; fr) _ cos(4<r))， iSjv["] = J2 (cos(6; fT) _ cos(2; fr))。
當(dāng)Z、 M、 oo時(shí)，有
j2￡["] — j2，
CV[w]三J2 (cos(8<z) — cos(4^fr))，5W["〗三^ (cos(6; fr) — cos(2<r))。 可見(jiàn)Cw[n]和5V[w]只是采樣時(shí)間r^f函數(shù)，而與釆樣時(shí)刻w無(wú)關(guān)，它們與r^j 關(guān)系曲線如圖5所示。
在頻率參考信號(hào)存在的情況下，若采樣時(shí)間逸取為
一 1 T = 4(/+A/)，
則采樣時(shí)間rf々允許變化范圍為
2/
即頻率誤差A(yù)/的允許變化范圍為
2
從圖5可以看出，在區(qū)間(0, 1/2力中，C似[w]相對(duì)于r= 1/4/為偶函數(shù)。 當(dāng)八/=0,即r-l/4/時(shí)，Cm[w]=^2,達(dá)到極大值。當(dāng)A/偏離0，即ri^離1/4/ 時(shí)，C4"]逐漸變小。此時(shí)對(duì)于某個(gè)給定的ae (0, 1)，總存在r-l/4/的一個(gè) 鄰域5(a),當(dāng)te(5(cO，即頻率誤差A(yù)/小于某個(gè)確定的值時(shí)，判決關(guān)系式
Ca/["] > /12￡["〗
成立，因此當(dāng)丄、Af、 7V選取得足夠大時(shí)，CV["]可以作為在一定的頻率誤差 范圍內(nèi)判決頻率參考信號(hào)存在的檢測(cè)度量。
從圖5還可以看出，在區(qū)間(O, 1/2_/)中，Sw["]相對(duì)于r= 1/4/為奇函數(shù)。 當(dāng)4/"=0，即r-l/4/時(shí)，Sw["] = 0。當(dāng)△/<()，即匸>1/4/時(shí)，6V["]>0;反之， 當(dāng)A/X),即匸<1/4/時(shí)，SV["]<0。因此在已知或檢測(cè)到頻率參考信號(hào)存在 的情況下，當(dāng)￡、 M、 AA選取得足夠大時(shí)，5V[w]可以作為本地頻率源信號(hào)與 頻率參考信號(hào)的頻率誤差函數(shù)。
通過(guò)對(duì)5W["]進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q，可以得到本地頻率源的調(diào)整增量。假設(shè) VCO的壓控曲線具有正斜率，對(duì)Sw[w]的變換可以是psign^Sw[w]L若r處于 1/4/附近一個(gè)相對(duì)較窄的范圍內(nèi)，則S4w]與t^)關(guān)系近似為線性關(guān)系，此時(shí) 對(duì)Sw[w]的變換也可以是pSw["]。當(dāng)然，對(duì)S4"]的變換還可以有其它形式。
本地頻率源的調(diào)整增量經(jīng)過(guò)累加之后，送往D/A變換器去產(chǎn)生VCO控 制電壓。若A/〈0,即r〉1/4/，則調(diào)整增量為正值，累加之后使VCO控制電
12壓增大，本地頻率源信號(hào)的頻率隨之增大，從而導(dǎo)致A/增大；反之，若A/〉0， 即r < 1/4/，則調(diào)整增量為負(fù)值，累加之后使VCO控制電壓減少，本地頻率 源信號(hào)的頻率隨之減少，從而導(dǎo)致A/減小。因此，通過(guò)上述調(diào)整作用，A/ 將圍繞著0上下波動(dòng)，從而使得本地頻率源信號(hào)的頻率跟蹤于接收頻率參考 信號(hào)的頻率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頻率校正的功能。
在頻率參考信號(hào)存在的情況下，若采樣時(shí)間t選取為
從圖5可以看出，區(qū)間(1/2/ Cw["]和Sw[打]分別與區(qū)間(0, 1/2力
中的C4"]和&["]形狀相同，但&["]的符號(hào)相反，即在t-1/4/處5V["]以正 斜率穿過(guò)零點(diǎn)，而在t = 3/4/處&[w]以負(fù)斜率穿過(guò)零點(diǎn)。因此，與上述原理 相同，當(dāng)丄、Af、 W選取得足夠大時(shí)，Cw[w]仍然可以作為在一定的頻率誤差 范圍內(nèi)判決頻率參考信號(hào)存在的檢測(cè)度量，&[ ]仍然可以作為本地頻率源信 號(hào)與頻率參考信號(hào)的頻率誤差函數(shù)，但在計(jì)算本地頻率源調(diào)整增量時(shí)對(duì) 所作的變換中，Sw[w]要用-^[w]代替。
將上述結(jié)論加以推廣。在頻率參考信號(hào)存在的情況下，若采樣時(shí)間遞取
為
則采樣時(shí)間t的允許變化范圍為
即頻率誤差A(yù)/的允許變化范圍為
一Z
4(/ + A/)
則采樣時(shí)間rf々允許變化范圍為
2fe + l 7
即A/的允許變化范圍為若采樣時(shí)間逸取為
4A: + 2 4A:
4A: + 3
r =
4(/ + A/)
則采樣時(shí)間允許變化范圍為
2A;+1 "1
2/ / 即A/的允許變化范圍為
其中，Ae(O, 1,2, ...}。對(duì)于以上兩種情況，當(dāng)丄、M、 7V選取得足夠大時(shí)，
CM["]都可以作為在一定的頻率誤差范圍內(nèi)判決頻率參考信號(hào)存在的檢測(cè)度
量，Sw["]都可以作為本地頻率源信號(hào)與頻率參考信號(hào)的頻率誤差函數(shù)。但就 本地頻率源調(diào)整增量的計(jì)算而言，前一種情況下計(jì)算出來(lái)的調(diào)整增量可以直 接用于頻率調(diào)整量的累加，而后一種情況下計(jì)算出來(lái)的調(diào)整增量必須在符號(hào) 取反之后才能用于頻率調(diào)整量的累加。
以上對(duì)本發(fā)明原理的說(shuō)明是在忽略噪聲的情況下給出的。若考慮噪聲77(0 的影響，以上方法的性能將有所惡化。假設(shè)770)的釆樣序列W["]為均值為0， 方差為o2/2的白噪聲序列，且各態(tài)歷經(jīng)，則當(dāng)頻率參考信號(hào)不存在且丄、M、
oo時(shí)，有
~>/)2 + O2，
C4"]一0， ~> 0。
當(dāng)接收頻率參考信號(hào)存在且Z、 M、 7V4oo時(shí)，有
々"]—O2，
Cjw[w] ~> j2 (cos(8 fr) - cos(4<t))，
5W["] 4爿2 (cos(6; /V) - cos(2; fr》。 因此，在丄、M、 W足夠大的情況下，上述方法仍然成立，性能的惡化可以 控制在允許的范圍之內(nèi)。需要說(shuō)明的是，在上述方法中，當(dāng)檢測(cè)門(mén)限因子a給定后，采樣時(shí)間T必 須處于(2A;+l)/4/附近一個(gè)相對(duì)較窄的范圍內(nèi)，即頻率誤差必須限制在一個(gè)較 小的范圍內(nèi)，頻率參考信號(hào)才能被檢測(cè)到。為了擴(kuò)大檢測(cè)范圍，即擴(kuò)大頻率
誤差的允許范圍，可以采用一些措施。例如，可以用a/c["]+ *^["]代替C^["]
作為4全測(cè)度量，也可以在才企測(cè)階段往VCO的壓控端加一個(gè)鋸齒波掃描電壓 進(jìn)行慢速頻率掃描。另外，為了擴(kuò)大頻率誤差函數(shù)的線性范圍，可以用 arctg(5V["]/CM[ ])代替Sw["]作為頻率誤差函數(shù)。不過(guò)采用以上措施是以增加 實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度為代價(jià)的。
本發(fā)明特別適用于那些僅需要在實(shí)數(shù)域?qū)邮招盘?hào)進(jìn)行處理的系統(tǒng)。例 如GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)中的移頻直放站，它只需要將實(shí)數(shù)形式的一路射頻接 收信號(hào)在實(shí)數(shù)域移頻、放大后轉(zhuǎn)發(fā)出去，而不需要將實(shí)數(shù)形式的一路接收信 號(hào)變換成復(fù)數(shù)形式的I、 Q兩路正交信號(hào)之后再在復(fù)數(shù)域上進(jìn)行信息解調(diào)等 處理。
在GSM系統(tǒng)移頻直放站中，采用上述基于實(shí)頻率參考信號(hào)的數(shù)字式自 動(dòng)頻率檢測(cè)和校正方法跟蹤基站下行的校頻信號(hào)(即頻率參考信號(hào))，只需一 個(gè)普通的壓控晶體振蕩器(VCXO),加上簡(jiǎn)單的算法實(shí)現(xiàn)電路，就可以為移 頻直放站提供高精度的本地頻率源，使移頻直放站與基站的相對(duì)頻率誤差保 持在GSM規(guī)范(ETSI EN 300 609-4、 YD/T 1337-2005 )所要求的土5 x l(T8 以內(nèi)。與采用昂貴的恒溫晶體振蕩器提供本地頻率源的方法相比，既降低了 成本，又不需要定期進(jìn)行人工校頻。與采用基于復(fù)頻率參考信號(hào)的數(shù)字式自 動(dòng)頻率檢測(cè)和校正方法相比，由于無(wú)需得到復(fù)數(shù)形式的I、 Q兩路相互正交 的頻率參考信號(hào)，也不存在失衡補(bǔ)償問(wèn)題，因此在確保頻率校正精度的前提 下大大減小了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。
1權(quán)利要求
1、一種基于實(shí)信號(hào)的數(shù)字化自動(dòng)頻率檢測(cè)方法，供接收端對(duì)發(fā)射端傳輸來(lái)的一路模擬實(shí)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化自動(dòng)檢測(cè)，以確認(rèn)是否存在頻率參考信號(hào)，其特征在于包括將來(lái)自發(fā)射端的一路中頻或基帶模擬實(shí)信號(hào)進(jìn)行采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的步驟；以該實(shí)信號(hào)的采樣數(shù)據(jù)計(jì)算判決門(mén)限基準(zhǔn)的步驟；以該實(shí)信號(hào)的采樣數(shù)據(jù)計(jì)算用于檢測(cè)頻率參考信號(hào)的檢測(cè)度量的步驟；將所述檢測(cè)度量與由所述判決門(mén)限基準(zhǔn)乘以預(yù)設(shè)系數(shù)后所形成的判決門(mén)限進(jìn)行比較的步驟，若超過(guò)該判決門(mén)限，則產(chǎn)生標(biāo)志所述頻率參考信號(hào)存在的標(biāo)志信號(hào)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于實(shí)信號(hào)的數(shù)字化自動(dòng)頻率檢測(cè)方法，其特 征在于所述采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換的步驟中，采樣時(shí)鐘由本地頻率源信號(hào)經(jīng)分頻/倍頻 得到，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中不同的收發(fā)頻差允許范圍，采樣頻率與本地頻率源信 號(hào)頻率之比取不同的預(yù)設(shè)值，采樣頻率隨著本地頻率源的調(diào)整而變化。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于實(shí)信號(hào)的數(shù)字化自動(dòng)頻率檢測(cè)方法，其特 征在于所述判決門(mén)限基準(zhǔn)的計(jì)算步驟中，判決門(mén)限基準(zhǔn)是由兩個(gè)相鄰采樣時(shí)刻 的實(shí)采樣數(shù)據(jù)的平方和經(jīng)平滑后得到的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于實(shí)信號(hào)的數(shù)字化自動(dòng)頻率檢測(cè)方法，其特 征在于所述判決門(mén)限基準(zhǔn)的計(jì)算步驟中，所述兩個(gè)相鄰采樣時(shí)刻的實(shí)采樣數(shù)據(jù)， 先各經(jīng)乘法器自乘，結(jié)果經(jīng)加法器相加，再進(jìn)行平滑處理，獲得所述判決門(mén) 限基準(zhǔn)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于實(shí)信號(hào)的數(shù)字化自動(dòng)頻率檢測(cè)方法，其特 征在于所述檢測(cè)度量的計(jì)算步驟中，檢測(cè)度量由兩組采樣數(shù)據(jù)的乘積之差的2 倍經(jīng)平滑后獲得，其中每組均包含兩個(gè)實(shí)釆樣數(shù)據(jù)， 一組中兩個(gè)實(shí)采樣數(shù)據(jù) 的采樣時(shí)刻之和與另一組中兩個(gè)實(shí)采樣數(shù)據(jù)的采樣時(shí)刻之和相等，每組中兩 個(gè)采樣數(shù)據(jù)的采樣時(shí)刻之差為采樣時(shí)間的偶數(shù)倍。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于實(shí)信號(hào)的數(shù)字化自動(dòng)頻率檢測(cè)方法，其特 征在于所述檢測(cè)度量的計(jì)算步驟中，每組的兩個(gè)實(shí)采樣數(shù)據(jù)用乘法器相乘之后， 兩組實(shí)采樣數(shù)據(jù)的乘積均輸出至減法器計(jì)算兩者之差，然后對(duì)其進(jìn)行平滑處 理，獲得所述檢測(cè)度量。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的基于實(shí)信號(hào)的數(shù)字化自動(dòng)頻率 檢測(cè)方法，其特征在于所述檢測(cè)度量與判決門(mén)限進(jìn)行比較的步驟中，所述判決門(mén)限基準(zhǔn)經(jīng)以預(yù) 設(shè)的倍數(shù)放大后得到判決門(mén)限，與所述檢測(cè)度量一起通過(guò)門(mén)限比較器進(jìn)行比 較，若檢測(cè)度量超過(guò)所述判決門(mén)限則產(chǎn)生標(biāo)志所述頻率參考信號(hào)存在的標(biāo)志 信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于實(shí)信號(hào)的數(shù)字化自動(dòng)頻率檢測(cè)方法，涉及通信中需要收發(fā)雙方保持頻率同步的技術(shù)領(lǐng)域。該方法對(duì)一路實(shí)接收信號(hào)進(jìn)行采樣，計(jì)算頻率參考信號(hào)的檢測(cè)門(mén)限和度量，并依此檢測(cè)接收信號(hào)中是否存在頻率參考信號(hào)，以便在頻率校正時(shí)使用該頻率參考信號(hào)使收發(fā)雙方保持頻率同步。與常用的基于復(fù)信號(hào)的頻率檢測(cè)方法相比，由于無(wú)需得到I、Q兩路相互正交的復(fù)接收信號(hào)，也不存在I、Q失衡補(bǔ)償問(wèn)題，因此該方法在確保頻率檢測(cè)性能的前提下大大減小了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。
文檔編號(hào)H04B7/26GK101471727SQ20081018497
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月29日
發(fā)明者竇懷宇 申請(qǐng)人:京信通信系統(tǒng)(中國(guó))有限公司