專利名稱：迅速控制相干無線電接收機(jī)頻率的方法和用來實(shí)現(xiàn)這種方法的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明包括用來迅速控制相干無線電接收機(jī)頻率的一種方法，這種接收機(jī)通過受到干擾的通道來接收信號(hào)序列，這種信號(hào)序列包括至少一個(gè)同步序列和至少一個(gè)數(shù)據(jù)序列，所述方法包括下列信號(hào)處理步驟-把所接收的信號(hào)序列變換成為基帶信號(hào);
-把基帶信號(hào)模/數(shù)變換成為打算分析的平面上的點(diǎn);
-借助于從同步序列中所獲得的自適應(yīng)信號(hào)，使具有所需狀態(tài)數(shù)的Viterbi(維特比)算法自適應(yīng)于通道中占優(yōu)勢的干擾，所述自適應(yīng)信號(hào)的個(gè)數(shù)等于Viterbi算法中的狀態(tài)數(shù);以及-對于信號(hào)分析平面上點(diǎn)的序列進(jìn)行Viterbi分析，達(dá)到最終確定數(shù)據(jù)比特序列的程度，本發(fā)明還包括用來實(shí)現(xiàn)這種方法的設(shè)備。
在很多無線電傳輸系統(tǒng)(例如，稱為TDMA的時(shí)分多址系統(tǒng))中，使發(fā)射機(jī)和接收機(jī)良好地同步是非常重要的。把接收機(jī)的本地頻率振蕩器很精確地鎖定于發(fā)射機(jī)的頻率上也是非常重要的，特別是在相干傳輸系統(tǒng)的情況下。在Sjemvall(杰瓦爾)、Hedberg(赫德伯格)和Ekemark(埃克馬克)等人所寫，題為“RadioTestPerformanceofaNarrowbandSystem”(窄帶系統(tǒng)的無線電測試性能)的論文(發(fā)表于IEEEVehicularTech.Tampa，F(xiàn)lorida，USA，June1987.)中，描述了用于這種無線電傳輸系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)。
接收機(jī)頻率至少已經(jīng)粗略調(diào)整好了的接收機(jī)的頻率誤差在頻率誤差計(jì)算裝置中來估計(jì);控制處理器根據(jù)在前一個(gè)信號(hào)序列期間內(nèi)所獲得的校正的大小、并根據(jù)估算出來的頻率誤差，對于每一個(gè)新發(fā)射的信號(hào)序列產(chǎn)生一個(gè)校正信號(hào)。該校正信號(hào)被送到可控本地振蕩器(根據(jù)上述論文，即所謂頻率合成器)上，構(gòu)成這種可控本地振蕩器是為了產(chǎn)生混頻信號(hào)，這種混頻信號(hào)的頻率按照控制處理器的信號(hào)而進(jìn)行校正。這種校正信號(hào)是數(shù)字式的;實(shí)際上，先在數(shù)/模變換器中把它變換成模擬形式，然后把它送到本地振蕩器。因此，其輸出頻率可以調(diào)整的振蕩器的級數(shù)，取決于該數(shù)/模變換器所能變換的二進(jìn)制比特?cái)?shù)。當(dāng)采用比較小和比較簡單的變換器時(shí)，其結(jié)果是要么本地振蕩器的最大頻率擺動(dòng)較小，要么是頻率的階變較大。
在上述那種類型的系統(tǒng)中，所發(fā)射的信號(hào)可能受到干擾。這種干擾例如可能是附加噪聲信號(hào)的形式或者可能是由于建筑物、山等把信號(hào)重復(fù)反射而產(chǎn)生多徑傳播的形式。在移動(dòng)式無線電傳輸中，經(jīng)常就是這種情況，正如發(fā)表于挪威的技術(shù)期刊Telektronikk(《電視接收機(jī)》)1987年第1期上，TorleivMaseng(托列夫·馬森)和OddTrandem(奧德·德蘭德姆)所寫，題為“Adaptivedigitalphasemodulation”(自適應(yīng)數(shù)字式相位調(diào)制)的論文中所描述的那樣。這篇論文描述了一種相干接收機(jī)，這種接收機(jī)包含自適應(yīng)Viterbi分析器形式的均衡器。所發(fā)射的信號(hào)包括周期性循環(huán)信號(hào)序列，正如上述中所述提到的那樣，這種周期性循環(huán)信號(hào)序列包括同步序列和數(shù)據(jù)序列。對這種信號(hào)進(jìn)行混頻，以上述方法在模/數(shù)變換器中進(jìn)行變換，并且將其儲(chǔ)存到儲(chǔ)存器中。借助于同步序列，這種Viterbi分析器自適應(yīng)于通道中占優(yōu)勢的傳輸特性，這種特性主要由所述多徑傳播確定的。為了提取原始發(fā)射信號(hào)的內(nèi)容，在Viterbi分析器中，對于數(shù)據(jù)序列進(jìn)行分析。
發(fā)表于1987年11月15日至18日在Tokyo(東京)舉行的IEEE/IEICE世界通信會(huì)議上，F(xiàn)ranzEdbauer(弗朗茲·埃德鮑爾)所寫，題為“Coded8-DPSKModulationwithDifferentiallycoherentDetecion-AEfficientModulationSchemeforFadingChannels”(利用微分相干檢波的編碼8路微分相移鍵控調(diào)制-一種用于衰落通道的、有效的調(diào)制線路)的一篇論文，描述了備有Viterbi分析器的無線電接收機(jī)。這種分析器參與對于所接收信號(hào)的頻率控制。根據(jù)這篇論文，Viterbi分析器的調(diào)整是不變的，它不能例如，自適應(yīng)于通道狀態(tài)的變化而進(jìn)行控制。
在1983年Addison-Wesley(艾迪生-韋斯利)書店出版的，RichardE.Blahut(理查德·E·布萊哈特)所寫，”TheoryandPracticeofErrorControlCodes”(《錯(cuò)誤控制碼的理論和實(shí)踐》)一書的第12章中，對于應(yīng)用于Viterbi分析器的算法給出了較為詳細(xì)的描述。
在發(fā)表于期刊Telektronikk上的上述論文中提到，在信號(hào)傳輸期間內(nèi)，頻率可能出現(xiàn)少量偏移，這種偏移以接收機(jī)各比特接連發(fā)生相移的形式表現(xiàn)出來。當(dāng)這種相移很小時(shí)，不需要進(jìn)行補(bǔ)償。但是，當(dāng)這種相移達(dá)到某一給定值時(shí)，在分析數(shù)據(jù)序列時(shí)，在Viterbi分析器中有出現(xiàn)判定錯(cuò)誤的危險(xiǎn)。本發(fā)明基于這一概念利用在Viterbi分析中出現(xiàn)的狀態(tài)，對于打算在Viterbi分析器中進(jìn)行分析的信號(hào)相位進(jìn)行調(diào)整。為了實(shí)現(xiàn)上述那種相位調(diào)整，在這一方面，利用了全部Viterbi分析的狀態(tài)，并且把為每一個(gè)狀態(tài)所提取的值與要分析的信號(hào)進(jìn)行了比較。
具體來說，本發(fā)明方法的特征在于(其中的符號(hào)說明見下文實(shí)施例)-在時(shí)間點(diǎn)(T)上，把打算分析的信號(hào)點(diǎn)(ET)分離成為分支信號(hào)點(diǎn)(ET)，該分支信號(hào)點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于Viterbi算法中狀態(tài)的個(gè)數(shù);
-對各狀態(tài)的分支信號(hào)點(diǎn)(ET)進(jìn)行移相一個(gè)與相應(yīng)狀態(tài)相關(guān)的角度(VT，1)，從而得到已校正的信號(hào)點(diǎn)(ET，1);
-把相應(yīng)狀態(tài)的已校正信號(hào)點(diǎn)(ET，1)與該狀態(tài)的自適應(yīng)信號(hào)(UK1)相比較，由此，該自適應(yīng)信號(hào)具有信號(hào)點(diǎn)(U01，U11)，該自適信號(hào)點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于Viterbi算法中可能的、狀態(tài)過渡的個(gè)數(shù);
-對于每一個(gè)狀態(tài)，計(jì)算在已校正信號(hào)點(diǎn)(ET，1)與自適應(yīng)信號(hào)的信號(hào)點(diǎn)(U10，U11)之間的角偏差(△ΦKT，1);
-對于每一個(gè)狀態(tài)，根據(jù)Viterbi算法來計(jì)算距離(△ST，1K);
-根據(jù)這些計(jì)算，對于每一個(gè)狀態(tài)，選擇一個(gè)過渡(K1);
-對于每一個(gè)狀態(tài)，分開計(jì)算在信號(hào)點(diǎn)(ET，1)與自適應(yīng)信號(hào)(UK11)之間所選擇的過渡(K1)的角偏差(△ΦK1T，1);
-使角偏差(△ΦK1T，1)遵循控制環(huán)濾波器算法(22)，對于每一個(gè)狀態(tài)來計(jì)算相位校正信號(hào)(V);
-利用這樣計(jì)算出來的相位校正信號(hào)(V)，對于每一個(gè)狀態(tài)，分開使數(shù)據(jù)序列(DO)中下一個(gè)輸入分支信號(hào)點(diǎn)(ET)或者自適應(yīng)信號(hào)(UK1)移相。
實(shí)現(xiàn)上述方法的結(jié)構(gòu)特征在于(其中的符號(hào)說明見下文實(shí)施例)-信號(hào)分離電路(19)，使用該信號(hào)分離電路(19)在時(shí)間點(diǎn)(T)上，把一個(gè)打算分析的信號(hào)點(diǎn)(RT)分離成分支信號(hào)點(diǎn)，該分支信號(hào)點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于Viterbi分析器(10)的狀態(tài)數(shù)(M);
-連接到信號(hào)分離電路(19)上的移相器(20)，使用該移相器(20)使分支信號(hào)點(diǎn)對于相應(yīng)的狀態(tài)移相，移動(dòng)屬于所述狀態(tài)的一個(gè)角度值(VT，1)，同時(shí)，形成已校正的信號(hào)點(diǎn)(ET，1);
-各比較電路(21)，把每一個(gè)比較電路(21)連接到相應(yīng)的移相器(20)和自適應(yīng)電路(13)上，使用所述比較電路(21)把對于每一個(gè)狀態(tài)的已校正信號(hào)點(diǎn)(ET，1)與對于該狀態(tài)的自適應(yīng)信號(hào)(U1K)相比較，該自適應(yīng)信號(hào)具有信號(hào)點(diǎn)(U10，U11)，自適應(yīng)信號(hào)點(diǎn)的個(gè)數(shù)相應(yīng)于Viterbi分析器(10)中每一種可能的狀態(tài)過渡的個(gè)數(shù)(K＝0，K＝1)，其中，比較電路(21)對于相應(yīng)的狀態(tài)計(jì)算已校正信號(hào)點(diǎn)(ET，1)與自適應(yīng)信號(hào)的信號(hào)點(diǎn)(U01，U11)之間的距離(△SKT，1)和角偏差(△ΦKT，1)，并且把距離(△SKT，1)送到Viterbi分析器(10)中相應(yīng)的狀態(tài)上，以及-各控制電路(22)，其中每一個(gè)都連接到相應(yīng)的比較電路(21)和Viterbi分析器中相應(yīng)的狀態(tài)上，其中，Viterbi分析器(10)根據(jù)其算法對于每一個(gè)狀態(tài)(M)計(jì)算距離(△SKT，1)，并且根據(jù)這些計(jì)算把選擇的過渡(K1)送到相應(yīng)的控制環(huán)濾波器電路(22)上，控制環(huán)濾波器電路(22)從其相應(yīng)的比較電路(21)中獲得角偏差(△ΦKT，1)，并且處理相應(yīng)于所選擇的過渡(K1)的角偏差(△Φ0T，1或△Φ1T，1)，這種信號(hào)處理構(gòu)成了控制環(huán)濾波器算法，根據(jù)已知的控制理論，這種控制環(huán)濾波器算法可以包括積分、微分或其它形式的濾波，達(dá)到對于每一個(gè)狀態(tài)分開計(jì)算相位校正信號(hào)(V)的估計(jì)值。
下面將參考附

圖1-9，來描述本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例，附圖中，圖1為說明已知無線電接收機(jī)的方框圖;
圖2為說明在時(shí)分傳輸系統(tǒng)中信號(hào)序列的圖;
圖3說明具有信號(hào)調(diào)制的復(fù)數(shù)坐標(biāo)系;
圖4為說明已時(shí)間移動(dòng)(時(shí)移)的比特序列的圖;
圖5為已知自適應(yīng)Viterbi分析器的方框圖;
圖6說明具有信號(hào)點(diǎn)的復(fù)數(shù)坐標(biāo)系統(tǒng);
圖7為包含本發(fā)明頻率控制設(shè)備的Viterbi均衡器的方框圖;
圖8說明在信號(hào)點(diǎn)之間具有距離和角度偏差的復(fù)數(shù)坐標(biāo)系;以及圖9為說明另一種信號(hào)序列格式的圖。
圖1示意地說明一種打算用于包含時(shí)分傳輸系統(tǒng)的無線電接收機(jī)，這種時(shí)分傳輸系統(tǒng)傳輸數(shù)字形式的信息。在接收機(jī)第一級中，以已知的方法對于所接收的信號(hào)S進(jìn)行下混頻，該第一級包括一低頻級和一中頻級。該接收機(jī)第一級接收來自本地振蕩器2(例如，頻率合成器)的高頻信號(hào)和中頻信號(hào)。已下混頻的信號(hào)(即基帶信號(hào))在模/數(shù)變換器中進(jìn)行變換，并且被存儲(chǔ)到緩沖器3的存儲(chǔ)器中。從緩沖器來的信號(hào)送到方框4，方框4包括均衡器和用來計(jì)算頻率誤差的裝置。這種頻率誤差計(jì)算裝置可以包括計(jì)算單元，在這種計(jì)算單元中，根據(jù)所接收信號(hào)的相位位置相對于所述信號(hào)的預(yù)期相位位置而接連變動(dòng)，來計(jì)算頻率誤差。把關(guān)于頻率誤差的數(shù)據(jù)提供給控制處理器5，計(jì)算校正本地振蕩器頻率的控制信號(hào)。這種控制信號(hào)是數(shù)字式的，先在數(shù)/模變換器6中對它進(jìn)行變換，然后把它送到本地振蕩器2。由于實(shí)際上數(shù)/模變換器6只變換有限的比特?cái)?shù)，所以，振蕩器所產(chǎn)生的混頻信號(hào)也只以一個(gè)很小的增量變動(dòng)。這形成了殘余的頻率誤差，這種殘余的頻率誤差可能使所傳輸?shù)男盘?hào)發(fā)生誤差。在更為精確地控制頻率的接收機(jī)中，這種頻率誤差也可能出現(xiàn)。
方框4產(chǎn)生相應(yīng)于所接收信號(hào)S的輸出信號(hào)S1。該信號(hào)S1送到方框7，方框7包括通道解碼器、語言解碼器以及把已解碼的信號(hào)S1變換成為模擬變語言信號(hào)的裝置。該語言信號(hào)然后送到揚(yáng)聲器8上。
在包含時(shí)分信號(hào)傳輸?shù)南到y(tǒng)中，可以包括上述簡短描述的那種無線電接收機(jī)。這種系統(tǒng)具有N個(gè)時(shí)分通道，如圖2所示。給每一個(gè)用戶指配一個(gè)時(shí)槽n，在該時(shí)槽n期間內(nèi)，發(fā)射某一信號(hào)頻率。每一個(gè)信號(hào)序列包括同步序列SO和數(shù)據(jù)序列DO，數(shù)據(jù)序列DO包括要傳遞的信息。與本發(fā)明情況相關(guān)的信號(hào)序列中的信號(hào)是相干的，圖3說明了一個(gè)這類相信號(hào)的實(shí)例。在復(fù)數(shù)坐標(biāo)系中，以矢量VO來表示該信號(hào)，該復(fù)數(shù)坐標(biāo)系實(shí)軸為I，虛軸為Q。發(fā)射的“1”相應(yīng)于點(diǎn)A、B、C、D之間相位沿正方向轉(zhuǎn)動(dòng)一周的四分之一，相反，發(fā)射的“0”相應(yīng)于點(diǎn)A、B、C、D之間相位沿負(fù)方向轉(zhuǎn)動(dòng)一周的四分之一。矢量VO可以傳統(tǒng)方法來陳述，即通過其實(shí)部和虛部，或者在極坐標(biāo)中，通過其長度和相對于正I軸的角度來陳述。
每次發(fā)射的“1”和“0”都要在信號(hào)序列中占用一給定的時(shí)間間隔(即所謂比特時(shí)間)。圖4示意地說明了一信號(hào)圖，其中，T表示時(shí)間，t0為比特時(shí)間。正如以前所提到的那樣，所發(fā)射的信號(hào)可以通過發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的直接路徑、還可以通過一條或一條以上的路徑(建筑物、山等反射信號(hào)，使之沿著這種路徑來傳播)而到達(dá)接收機(jī)。反射信號(hào)的傳播路徑長于直接信號(hào)的路徑，這在直接信號(hào)與反射信號(hào)之間形成了時(shí)移t1。時(shí)移t1可能延長到幾個(gè)比特時(shí)間，并使所接收的信號(hào)S產(chǎn)生碼間干擾。比特時(shí)間越短，則在時(shí)移范圍內(nèi)所容納的比特越多，這種碼間干擾也越嚴(yán)重。
正如在上述中所提到的那樣，圖1實(shí)施例的接收機(jī)包括一均衡器。為了能夠提取原始發(fā)射信號(hào)的內(nèi)容，在均衡器中，對于輸入的、已混頻并已數(shù)字化的信號(hào)進(jìn)行處理。在根據(jù)圖5構(gòu)成的本發(fā)明接收機(jī)的情況下，均衡器以已知的方法包括自適應(yīng)Viterbi分析器10;根據(jù)本發(fā)明，利用自適應(yīng)Viterbi分析器10來控制進(jìn)入該viterbi分析器的信號(hào)的頻率。在發(fā)表于期刊Telektronikk上的前述論文中，Viterbi分析器用為自適應(yīng)均衡器進(jìn)行描述，下面將結(jié)合圖5簡單概述這種應(yīng)用。把Viterb分析器連接到圖1所示的緩沖器3上。該緩沖器還連接到相關(guān)器電路上12上，該相關(guān)器電路12本身又連接到濾波器電路13上。濾波器電路的輸出連接到Viterbi分析器上。該Viterbi分析器備有所需的狀態(tài)數(shù)(M＝2m，此處m＝2，3……)。
Viterbi分析器以下列方法自適應(yīng)于在信號(hào)序列期間內(nèi)占優(yōu)勢的通道狀態(tài)。正如圖2所說明的那樣，所接收的信號(hào)序列包括同步序列SO，相關(guān)器12接收從緩沖器3來的同步序列SO。已知的同步序列存儲(chǔ)到相關(guān)器中，相關(guān)器對已知的同步序列的比特結(jié)構(gòu)與所接收同步序列的波形相比較。相關(guān)器把信號(hào)F送到濾波器電路13上，為了在所接收信號(hào)序列的持續(xù)期間內(nèi)相應(yīng)于通道的傳輸特性(即所謂通道估計(jì))，在濾波器電路13中，設(shè)置了濾波器。Viterbi分析器10接收來自緩沖器3的數(shù)據(jù)序列DO，并且借助于來自濾波器電路13的信號(hào)G、通過進(jìn)行大量的傳統(tǒng)Viterbi計(jì)算，能夠確定數(shù)據(jù)序列DO的內(nèi)容。例如，假定Vitetbi分析器10所接收的DO中有一個(gè)信號(hào)點(diǎn)位于點(diǎn)E1，如圖6所示。這個(gè)點(diǎn)的位置特別是由發(fā)射機(jī)與接收的同步精度決定。在Viterbi分析器10中經(jīng)過充分分析之后，確定出最終的比特序列，把最終的比特序列與信號(hào)S1一起傳輸出去，用來按照圖1變換成為語言信號(hào)。
如前所述，所接收的比特可能受到接連的相移，在不利的情況下，這種相移可能大到幾乎不可能使這些比特能夠以圖3中A、B、C或D點(diǎn)中的任何一點(diǎn)為基準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明，是通過利用Viterbi分析器10中的各個(gè)狀態(tài)和各個(gè)過渡來控制所接收信號(hào)序列的頻率而解決這一問題的。對于每一個(gè)狀態(tài)進(jìn)行頻率控制，這種頻率控制相應(yīng)于所接收信號(hào)點(diǎn)相位位置的接連移動(dòng)。
應(yīng)該指出，在上述實(shí)施例中，已在坐標(biāo)軸為I、Q的復(fù)數(shù)坐標(biāo)系中給出了這些信號(hào)點(diǎn)。這在圖5中已經(jīng)用雙信號(hào)通路示出，每一個(gè)坐標(biāo)軸使用一條信號(hào)通路。信號(hào)點(diǎn)，例如圖6中的信號(hào)點(diǎn)E，可以通過向徑R和角度Φ給定。
根據(jù)本發(fā)明的、下面參考圖7和圖8來描述的一個(gè)實(shí)施例，上述自適應(yīng)Viterbi分析器可用于迅速的頻率控制用途。圖7說明與相關(guān)器電路12、濾波器電路13在一起的Viterbi分析器10。Viterbi分析器借助于同步序列，以上面參考圖5所描述的方法來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)。正如以前所提到的那樣，Viterbi分析器利用M＝2m，m＝2、3……(根據(jù)本實(shí)施例，m＝2)個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)而起作用;輸入信號(hào)利用分支19為每一個(gè)狀態(tài)進(jìn)行分支。輸入信號(hào)點(diǎn)用ET來表示，此處角標(biāo)T表示信號(hào)點(diǎn)在時(shí)間點(diǎn)T。信號(hào)處理步驟只就第一狀態(tài)來描述，其余狀態(tài)的信號(hào)通路，圖7中已用虛線表示出來了。把信號(hào)點(diǎn)ET(圖8中也示出了ET)加到移相器20上。在第一狀態(tài)的情況下，移相器20把ET移動(dòng)到ET，1點(diǎn)上，此處指標(biāo)號(hào)表示狀態(tài)號(hào)。ET，1移一個(gè)角度VT，1，VT，1是在時(shí)間T時(shí)對于第一狀態(tài)預(yù)測的校正值。信號(hào)點(diǎn)ET，1被送到比較電路21上，比較電路21還從濾波器電路13接收一個(gè)預(yù)測信號(hào)點(diǎn)的值UK1。參考號(hào)U1K的角標(biāo)1表示第一狀態(tài)，字母K表示各狀態(tài)之間的相關(guān)過渡，在所說明的實(shí)施例的情況下，可以假定K為K＝0和K＝1這兩個(gè)值中的任何一個(gè)值。圖8示出信號(hào)點(diǎn)U01和U11，這兩個(gè)信號(hào)點(diǎn)相對于E，1分別具有標(biāo)為△Φ0T，1和△ΦT，11的角偏差。信號(hào)點(diǎn)ET，1與U01及U11之間的距離分別標(biāo)為△S0T，1和△S1T，1。使用比較電路21，可比較信號(hào)點(diǎn)ET，1與U01和相應(yīng)的U11的位置，并且，還計(jì)算上述角偏差△ΦKT，1和距離△SKT，1。該比較電路21把信號(hào)△ΦKT，1送到控制環(huán)濾波器電路22上，并且把信號(hào)△SKT，1送到Viterbi分析器中的第一狀態(tài)上。Viterbi分析器選擇分析器的路徑存儲(chǔ)器中的最好路徑，由此，確定K＝0或K＝1中哪一個(gè)過渡是這個(gè)實(shí)例中最好的過渡。把由此獲得的值標(biāo)為K1，利用K1來確定在控制環(huán)濾波器電路22的內(nèi)部變量中選擇哪一個(gè)變量殘存下來，作為與后繼第一狀態(tài)有聯(lián)系的控制電路的內(nèi)部狀態(tài)。在這一實(shí)例中，根據(jù)Viterbi的狀態(tài)過濾原理，狀態(tài)1或狀態(tài)M/2+1的控制電路變量將根據(jù)K＝0或K＝1而變成對于狀態(tài)1的、新的控制變量。在Viterbi結(jié)構(gòu)中的一種類似計(jì)算判定是使?fàn)顟B(tài)1還是使?fàn)顟B(tài)M/2+1的Viterbi狀態(tài)內(nèi)容(包括控制環(huán)濾波器電路22的內(nèi)容)殘存下來，變成狀態(tài)2的新內(nèi)容。同樣，在這個(gè)二進(jìn)制實(shí)例中，利用Viterbi狀態(tài)過渡原理來判定是使?fàn)顟B(tài)i還是使?fàn)顟B(tài)M/2+i的內(nèi)容殘存下來，變成狀態(tài)2i-1和狀態(tài)2i的新內(nèi)容。
在更為一般的Viterbi算法(或許這種算法是為非二進(jìn)制信號(hào)設(shè)想的，或者這種算法具有兩個(gè)以上的原有狀態(tài)、且這些原有狀態(tài)競爭于殘存下來作為后繼的狀態(tài))中，殘存著原有狀態(tài)的控制環(huán)濾波器電路22的值變成后繼狀態(tài)的控制電路值。
控制環(huán)濾波器的電路值，例如可能包括過去角偏差△ΦK1T，1;的積分IT，K，設(shè)計(jì)IT，K把噪聲引起的迅速變化的波動(dòng)濾除;還包括殘存過渡K1的△ΦK1T，1;以及頻率誤差(相位的時(shí)間微分)的估計(jì)值FT，1，設(shè)估計(jì)值FT，1可以利用殘存△ΦK1T，1，值、根據(jù)已知的伺服控制理論來修正。這樣，獲得了相應(yīng)于信號(hào)VT，1的相位校正信號(hào)V，該相位校正信號(hào)V接連移動(dòng)第一狀態(tài)輸入信號(hào)點(diǎn)的相位。當(dāng)利用IT，K、△ΦT，1、和FT，1來預(yù)測第一狀態(tài)在時(shí)間T+△T時(shí)的下一個(gè)相位值時(shí)，可以構(gòu)成例如所謂的PID(比例積分微分)控制器?？梢灾赋觯Q于觀察到的、接收信號(hào)的特性，對于控制環(huán)濾波器電路22中控制算法的參數(shù)進(jìn)行編程，甚至進(jìn)行選擇。
正如以前所提到的那樣，把輸入信號(hào)點(diǎn)ET分支，以便對每一個(gè)狀態(tài)提供一個(gè)分支。在具有相位校正信號(hào)的移相器20中，把每個(gè)分支本身移相了，這種相位校正信號(hào)是以上面關(guān)于第一狀態(tài)所描述的方法，對每一個(gè)狀態(tài)本身進(jìn)行計(jì)算的。也是以上述方法，對每一個(gè)狀態(tài)本身來計(jì)算通常稱為“量度”的距離差。在Viterbi分析器10中，以已知的方法來處理這種距離差，這種分析形成了比特序列，把這種比特序列以上面參考圖1所描述的方法變換成為例如語言信號(hào)。
根據(jù)所描述的示范性實(shí)施例1本發(fā)明可用于能夠利用Viterbi分析器的任何信號(hào)傳輸系統(tǒng)中。可以應(yīng)用的調(diào)制方式的實(shí)例有QAM(正交調(diào)幅)和GMSK(高斯最小移頻鍵控)調(diào)制。
發(fā)表于1988年10月12日至14日在西德HagenWestphalia(哈根威斯特伐利亞)舉行的數(shù)字無線電會(huì)議會(huì)議記錄上，UlrichLangewellpott(烏爾里?！だ矢耥f爾波特)所寫，題為“Modulation，CodingandPerformance”(調(diào)制、編碼和性能)的一篇論文中，較為詳細(xì)地描述了高斯最小移頻鍵控調(diào)制方式。
上文中已經(jīng)描述了用來測試到達(dá)Viterbi分析器的信號(hào)相位的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還涉及一個(gè)能夠借助于上述結(jié)構(gòu)而應(yīng)用的頻率控制方法。一種優(yōu)選的方法包括下列已知的步驟把所接收的信號(hào)序列S與已知的頻率下混頻，產(chǎn)生基帶信號(hào)。在模/數(shù)變換器中，對于基帶信號(hào)進(jìn)行變換，形成信號(hào)點(diǎn)(I、Q)，然后，將其存儲(chǔ)起來。所接收的信號(hào)在信號(hào)傳輸過程中受到例如由于多徑傳播所引起的干擾，且數(shù)據(jù)速率較高，因此，可能出現(xiàn)碼間干擾。因此，對于所接收的信號(hào)進(jìn)行均衡，在本發(fā)明方法的情況下，均衡是借助于已知的Viterbi算法來進(jìn)行的。這種算法借助于同步序列SO，以已知的方法自適應(yīng)于占優(yōu)勢的通道情況。在Viterbi分析器中，通過相當(dāng)大量的計(jì)算步驟對于所發(fā)射的數(shù)據(jù)序列DO進(jìn)行分析，以便提取該數(shù)據(jù)序列的比特序列。本發(fā)明方法包括下列附加步驟輸入信號(hào)點(diǎn)ET在相同的信號(hào)點(diǎn)上進(jìn)行分支，分支的個(gè)數(shù)等于所選擇的Viterbi算法中的狀態(tài)數(shù)。對于第一狀態(tài)，把信號(hào)點(diǎn)的相位移動(dòng)一個(gè)角度VT，1，VT，1是第一狀態(tài)在時(shí)間T時(shí)估計(jì)的相位校正值。相移以下列方法變動(dòng)。把已移相的信號(hào)點(diǎn)ET，1與信號(hào)點(diǎn)U1K相比較。當(dāng)Viterbi算法自適應(yīng)于通道時(shí)，這些信號(hào)點(diǎn)以已知的方法從信號(hào)序列的同步序列SO中獲得。當(dāng)進(jìn)行這種比較時(shí)，對于Viterbi算法中的每一個(gè)過渡，在復(fù)數(shù)坐標(biāo)系I、Q中計(jì)算角偏差△ΦKT，1，和距離△SKT，1。通過在每種情況下，借助于距離△SKT，T，以已知的方法進(jìn)行Viterbi分析，來確定K＝0或K＝1這兩種過渡中哪一種過渡是最好的過渡。根據(jù)所選擇的K值，與控制環(huán)濾波器電路22的一個(gè)內(nèi)部值一道，選擇一個(gè)已計(jì)算出來的角偏差△ΦK1T，1。利用所選擇的△ΦK1T，1值，根據(jù)已知的控制理論來修正所選擇的控制電路值，修正后的值變成新的、后繼狀態(tài)的控制電路值。這樣，獲得了相位校正信號(hào)V，該相位校正信號(hào)V是用于第一狀態(tài)的VT，1的新值。相應(yīng)地，對其余狀態(tài)計(jì)算角移信號(hào)，通過這種計(jì)算，使其余的分支信號(hào)點(diǎn)ET在根據(jù)Viterbi算法進(jìn)行分析以前，產(chǎn)生相移。以類似的方法，接連計(jì)算其后各輸入信號(hào)點(diǎn)的相位校正值。
發(fā)射信號(hào)序列(包括同步序列SO和其后的數(shù)據(jù)序列DO)的格式，已參考圖2作了描述。圖9說明另一種信號(hào)序列格式，其中，同步序列SO放在信號(hào)序列的中心，在其每一側(cè)以數(shù)據(jù)序列D1和D2包圍起來?？梢詷?gòu)成這樣一種本發(fā)明的接收機(jī)，使得當(dāng)解調(diào)這后一種信號(hào)序列時(shí)，能夠以下述方法來控制該接收機(jī)的頻率。
正如上文中所描述的那樣，通過同步序列SO使Viterbi分析器自適應(yīng)。D1的解調(diào)從點(diǎn)D11開始，到點(diǎn)D12結(jié)束。然后，繼續(xù)解調(diào)D2，從點(diǎn)D21開始，到點(diǎn)D22結(jié)束，或者相反。同時(shí)，對于數(shù)據(jù)序列D1接連計(jì)算相應(yīng)于△ΦKT，1的角度，并以前述方法，對于這種角度進(jìn)行濾波和積分。此后，對于數(shù)據(jù)序列D2執(zhí)行相應(yīng)的計(jì)算，其中，可以利用在控制環(huán)濾波器電路22中從D1殘存下來的最好狀態(tài)的終值得出用來解調(diào)D2的控制電路的起始值。應(yīng)該看到，當(dāng)發(fā)射信號(hào)序列具有圖9所說明的格式時(shí)，最好是在模/數(shù)變換之后，必須把所接收的信號(hào)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。在例如圖2所說明信號(hào)格式的情況下，不需要這種存儲(chǔ)。
在上述實(shí)施例的情況下，所發(fā)射的信號(hào)序列SO和DO是以參考圖3所描述的方法來調(diào)制的二進(jìn)制碼。用來解調(diào)信號(hào)序列的Viterbi分析器10，在各狀態(tài)間具有兩種可能的過渡，這兩種可能的過渡相應(yīng)于二進(jìn)制碼中的兩個(gè)電平。在如下的情況下也可以采用本發(fā)明即當(dāng)所發(fā)射的信號(hào)序列具有幾個(gè)調(diào)制電平時(shí)候，根據(jù)上述正交調(diào)幅的原理調(diào)制信號(hào)時(shí)就經(jīng)常是這種情況。在這種情況下，用來解調(diào)和用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明頻率控制的Viterbi分析器在各狀態(tài)間有幾種可能的過渡。更準(zhǔn)確地說，過渡的個(gè)數(shù)等于所選擇的調(diào)制方式中調(diào)制電平的個(gè)數(shù)。在來自濾波器電路的自適應(yīng)信號(hào)中，信號(hào)點(diǎn)UK1的個(gè)數(shù)也將增加。在參考圖7和圖8所描述的實(shí)例中，信號(hào)點(diǎn)的個(gè)數(shù)為2，即K＝0和K＝1。在更為一般的調(diào)制方式的情況下，信號(hào)點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于調(diào)制電平的個(gè)數(shù)，角偏差△ΦKT，1的個(gè)數(shù)和距離△ΦS也都等于調(diào)制電平的個(gè)數(shù)。
上文中已參考圖7描述了一種方法和一種結(jié)構(gòu)，在這種方法和結(jié)構(gòu)中，信號(hào)點(diǎn)ET利用分支19為每一個(gè)狀態(tài)進(jìn)行分支。全部分支信號(hào)點(diǎn)同時(shí)在互相并行的分支中進(jìn)行處理，每一個(gè)分支都包括移相器20、比較電路21和控制環(huán)濾波器電路22。但是，根據(jù)本發(fā)明，在時(shí)間T對于各個(gè)狀態(tài)可以順序地處理分支信號(hào)點(diǎn)ET，而不采用上述并行信號(hào)處理的方法。在這另一種情況下，把信號(hào)點(diǎn)ET存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，再順序地把分支信號(hào)點(diǎn)送出。對于每一個(gè)狀態(tài)的分支信號(hào)點(diǎn)，以參考圖7對于第一狀態(tài)所描述的方法進(jìn)行處理。把對于各個(gè)狀態(tài)的相位校正信號(hào)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，并且以上述方法，利用相位校正信號(hào)V接連移動(dòng)順序輸入的信號(hào)點(diǎn)。
應(yīng)該提到，通過把對于每一個(gè)狀態(tài)的相位校正信號(hào)V加到自適應(yīng)UKi(作為把相位校正信號(hào)V加到輸入信號(hào)點(diǎn)ETi上的一種替代)，也能夠很好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.用來迅速控制相干無線電接收機(jī)頻率的一種方法，這種接收機(jī)通過受到干擾的通道來接收信號(hào)序列，這種信號(hào)序列包括至少一個(gè)同步序列和至少一個(gè)數(shù)據(jù)序列，所述方法包括下列信號(hào)處理步驟-把所接收的信號(hào)序列變換成為基帶信號(hào)；-把基帶信號(hào)模/數(shù)變換成為信號(hào)平面上打算分析的信號(hào)點(diǎn)；-借助于從同步序更中所獲得的自適應(yīng)信號(hào)，使具有所需狀態(tài)數(shù)的Viterbi算法自適應(yīng)于通道占優(yōu)勢的干擾，所述自適應(yīng)信號(hào)的個(gè)數(shù)等于Viterbi算法中的狀態(tài)數(shù)；以及-通過相當(dāng)大量的計(jì)算步驟，對于數(shù)據(jù)序列中打算分析的信號(hào)點(diǎn)進(jìn)行Viterbi分析，以最終確定數(shù)據(jù)序列的比特序列；其特征在于，這種方法包括進(jìn)一步的信號(hào)處理步驟-在時(shí)間點(diǎn)(T)上，把打算分析的信號(hào)點(diǎn)(ET)分離成為分支信號(hào)點(diǎn)(ET)，該分支信號(hào)點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于Viterbi算法中狀態(tài)的個(gè)數(shù)；-對各狀態(tài)的分支信號(hào)點(diǎn)(ET)進(jìn)行移相一個(gè)與相應(yīng)狀態(tài)相關(guān)的角度(VT,1)，從而得到已校正的信號(hào)點(diǎn)(ET,1)；-把相應(yīng)狀態(tài)的已校正信號(hào)點(diǎn)(ET,1)與該狀態(tài)的自適應(yīng)信號(hào)(UK1)相比較，由此，該自適應(yīng)信號(hào)具有信號(hào)點(diǎn)(U01，U11)，該自適信號(hào)點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于Viterbi算法中可能的、狀態(tài)過渡的個(gè)數(shù)；-對于每一個(gè)狀態(tài)，計(jì)算在已校正信號(hào)點(diǎn)(ET,1)與自適應(yīng)信號(hào)的信號(hào)點(diǎn)(U10，U11)之間的角偏差(ΔΦKT)；-對于每一個(gè)狀態(tài)，根據(jù)Viterbi算法來計(jì)算距離(ΔST,1K)；-根據(jù)這些計(jì)算，對于每一個(gè)狀態(tài)，選擇一個(gè)過渡(K1)；-對于每一個(gè)狀態(tài)，分開計(jì)算在信號(hào)點(diǎn)(ET,1)與自適應(yīng)信號(hào)(UK11)之間所選擇的過渡(K1)的角偏差(ΔΦK1T,1)；-使角偏差(ΔΦK1T,1)遵循控制環(huán)濾波器算法(22)，對于每一個(gè)狀態(tài)來計(jì)算相位校正信號(hào)(V)；-利用這樣計(jì)算出來的相位校正信號(hào)(V)，對于每一個(gè)狀態(tài)，分開使數(shù)據(jù)序列(D0)中下一個(gè)輸入分支信號(hào)點(diǎn)(ET)或者自適應(yīng)信號(hào)(UK1)移相。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的那種方法，其特征在于，對于Viterbi算法的每一個(gè)狀態(tài)，利用由所選擇的過渡(K1)指示的、控制環(huán)濾波器算法(22)以前的內(nèi)部狀態(tài)，重新建立控制環(huán)濾波器算法(22)的內(nèi)部狀態(tài)，該控制環(huán)濾波器算法包括低通濾波、積分或微分，以產(chǎn)生所需的信號(hào)跟蹤特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的那種方法，其特征在于，為了在開始處理下一個(gè)信號(hào)序列時(shí)確定相位校正信號(hào)(V)和控制環(huán)濾波器算法的適當(dāng)起始狀態(tài)，利用了在處理信號(hào)序列(SO、DO)結(jié)束時(shí)相位校正信號(hào)(V)的終值和控制環(huán)濾波器算法(22)的內(nèi)部狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的那種方法，其中，信號(hào)序列以時(shí)間為序包括數(shù)據(jù)序列、同步序列和另一個(gè)數(shù)據(jù)序列，并且在進(jìn)行Viterbi分析以前，至少把第一數(shù)據(jù)序列存儲(chǔ)起來，這種方法的特征在于，為了確定相位校正信號(hào)(V)和控制環(huán)濾波器算法的適當(dāng)?shù)钠鹗紶顟B(tài)、以便開始處理第二數(shù)據(jù)序列，利用了在處理第一數(shù)據(jù)序列以后的、相位校正信號(hào)(V)和控制環(huán)濾波器算法的最終狀態(tài)。
5.與相干無線電接收機(jī)在一起的、用來執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1那種方法的一種結(jié)構(gòu)，這種相干無線電接收機(jī)通過受到干擾的通道來接收信號(hào)序列，這種信號(hào)序列包括至少一個(gè)同步序列和至少一個(gè)數(shù)據(jù)序列，所述結(jié)構(gòu)包括-用來接收信號(hào)并把所接收的信號(hào)序列變換成為基帶信號(hào)的接收機(jī)級;-連接到接收機(jī)級上的模/數(shù)變換器，使用該模/數(shù)變換器把基帶信號(hào)變換成打算分析的信號(hào)點(diǎn);-連接到模/數(shù)變換器上的自適應(yīng)Viterbi分析器，該自適應(yīng)Viterbi分析器包括自適應(yīng)電路，該自適應(yīng)Viterbi分析器具有所需的狀態(tài)數(shù)，并且借助于自適應(yīng)信號(hào)而自適應(yīng)于通道中占優(yōu)勢的干擾，自適應(yīng)信號(hào)的個(gè)數(shù)等于狀態(tài)的個(gè)數(shù)，利用自適應(yīng)電路從同步序列中得出自適應(yīng)信號(hào)，自適應(yīng)Viterbi分析器在相當(dāng)大量的計(jì)算級中來處理數(shù)據(jù)序列中打算分析的信號(hào)點(diǎn)，由此，最終確定數(shù)據(jù)序列的比特序列，其特征在于，這種結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括-信號(hào)分離電路(19)，使用該信號(hào)分離電路(19)在時(shí)間點(diǎn)(T)上，把一個(gè)打算分析的信號(hào)點(diǎn)(ET)分離成分支信號(hào)點(diǎn)，該分支信號(hào)點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于Viterbi分析器(10)的狀態(tài)數(shù)(M);-連接到信號(hào)分離電路(19)上的移相器(20)，使用該移相器(20)，使分支信號(hào)點(diǎn)對于相應(yīng)的狀態(tài)移相，移動(dòng)屬于所述狀態(tài)的一個(gè)角度值(VT，1)，同時(shí)，形成已校正的信號(hào)點(diǎn)(ET，1);-各比較電路(21)，把每一個(gè)比較電路(21)連接到相應(yīng)的移相器(20)和自適應(yīng)電路(13)上，使用所述比較電路(21)把對于每一個(gè)狀態(tài)的已校正信號(hào)點(diǎn)(ET，1)與對于該狀態(tài)的自適應(yīng)信號(hào)(U1K)相比較，該自適應(yīng)信號(hào)具有信號(hào)點(diǎn)(U10，U11)，自適應(yīng)信號(hào)點(diǎn)的個(gè)數(shù)相應(yīng)于Viterbi分析器(10)中每一種可能的狀態(tài)過渡的個(gè)數(shù)(K＝0，K＝1)，其中，比較電路(21)對于相應(yīng)的狀態(tài)計(jì)算已校正信號(hào)點(diǎn)(ET，1)與自適應(yīng)信號(hào)的信號(hào)點(diǎn)(U01，U11)之間的距離(△SKT，1)和角偏差(△ΦKT，1)，并且把距離(△SKT，1)送到Viterbi分析器(10)中相應(yīng)的狀態(tài)上;以及-各控制電路(22)，其中每一個(gè)都連接到相應(yīng)的比較電路(21)和Viterbi分析器中相應(yīng)的狀態(tài)上，其中，Viterbi分析器(10)根據(jù)其算法對于每一個(gè)狀態(tài)(M)計(jì)算距離(△SKT，1)，并且根據(jù)這些計(jì)算把選擇的過渡(K1)送到相應(yīng)的控制環(huán)濾波器電路(22)上，控制環(huán)濾波器電路(22)從其相應(yīng)的比較電路(21)中獲得角偏差(△ΦKT，1)，并且處理相應(yīng)于所選擇的過渡(K1)的角偏差(△Φ0T，1或△Φ1T，1)，這種信號(hào)處理構(gòu)成了控制環(huán)濾波器算法，根據(jù)已知的控制理論，這種控制環(huán)濾波器算法可以包括積分、微分或其它形式的濾波，達(dá)到對于每一個(gè)狀態(tài)分開計(jì)算相位校正信號(hào)(V)的估計(jì)值。
全文摘要
迅速控制無線電接收機(jī)頻率的一種方法和結(jié)構(gòu)，這種接收機(jī)接收受到干擾包括同步序列和數(shù)據(jù)序列的信號(hào)序列，信號(hào)點(diǎn)E
文檔編號(hào)H04L27/18GK1044560SQ9010049
公開日1990年8月8日 申請日期1990年1月25日 優(yōu)先權(quán)日1989年1月26日
發(fā)明者保羅·威爾金森·登特 申請人:艾利森電話股份有限公司