專利名稱：測定數(shù)字信號頻率偏差的裝置及接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是數(shù)字信號發(fā)送，更明確地說是涉及一種用于測定存在于被接收數(shù)字信號的載頻與接收該被接收信號的接收機(jī)的本機(jī)振蕩器輸出信號的頻率之間的頻率偏差，以及把被接收的信號解調(diào)或至少把它在中頻轉(zhuǎn)換的裝置。
本發(fā)明特別適用于用衛(wèi)星發(fā)送信號。這時(shí)特別是多卜勒效應(yīng)，衛(wèi)星的偏移和頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備的不穩(wěn)定導(dǎo)致被接收信號的頻率偏移。在接收衛(wèi)星信號的地面站的信號電平上，在被接收信號的基帶轉(zhuǎn)換之后可觀察到星座的旋轉(zhuǎn)，這樣就不允許在最要提起注意的時(shí)刻對被接收信號取樣。


圖1是一個(gè)數(shù)字信號接收機(jī)的簡圖，接收機(jī)包含一個(gè)測定存在于數(shù)字信號的載頻與接收機(jī)中的本機(jī)振蕩器頻率之間的頻率偏差的測定器。
圖1的接收機(jī)包合一個(gè)直接變換的正交解調(diào)器，接收的信號(記為SR)就加到這個(gè)解調(diào)器上。更明確的說，信號SR加到兩個(gè)混頻器10、11上，混頻器還另外接收本機(jī)振蕩器12的兩個(gè)解調(diào)信號，其中一個(gè)(10)借助于一個(gè)標(biāo)號13的90°移相器?；祛l器10和11在基帶把這些信號送到其后接有接收濾波器16、17的兩個(gè)模-數(shù)變換器(CAN)14、15。這些濾波器通常是奈奎斯(Nyquist)開創(chuàng)的那種帶通濾波器(奈奎斯復(fù)合濾波器)。濾波器16和17能確保濾去調(diào)制信號SR的頻帶以外相鄰的信道并提供分別表示調(diào)制信號SR相位和正交分量的符號串I和Q。每個(gè)被接收的符號按照K個(gè)取樣編碼(例如取K等于4)。符號串I和Q被送到測定器18以確定信號SR和本機(jī)振蕩器12輸出信號之間的頻率偏差。這個(gè)頻率偏差記作ε，被送到本機(jī)振蕩器12以便自動(dòng)控制頻率。
測定器18通常按阿爾伯特(Alberty)算法運(yùn)行。這種算法不便之處是，若符號速率為Ds，當(dāng)存在干擾源時(shí)不能在頻率偏差大于Ds/4處運(yùn)行。這些干擾源是在衛(wèi)星發(fā)送時(shí)由解調(diào)信道的相鄰信道造成的。既然這些相鄰信道之一在±Ds/2處進(jìn)入接收濾波器的頻帶中，測定器18就被掛在這個(gè)鄰近頻道而不能測定頻率偏差。隨著預(yù)料會(huì)有信號受損壞。
本發(fā)明的目的特別是為補(bǔ)救這樣的不便。
更明確地說，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一個(gè)測定存在于被接收數(shù)字信號的載頻與接收該被接收信號的接收機(jī)的本機(jī)振蕩器信號的頻率之間的頻率偏差的裝置，這個(gè)測定頻率的裝置在一個(gè)比阿爾伯特算法更重要的頻帶上運(yùn)行，并且比這種算法對存在的干擾不敏感。
這個(gè)目的和其他在以后出現(xiàn)的目的一樣，有賴于一個(gè)測定存在于被接收數(shù)字信號的載頻與接收該被接收信號的接收機(jī)的本機(jī)振蕩器信號頻率之間的頻率偏差的裝置而被達(dá)到，此接收機(jī)能確保被接收信號的正交解調(diào)，該裝置包含-檢測在接收濾波器頻帶中接收的噪音電平的設(shè)備；-根據(jù)在基帶轉(zhuǎn)換的被接收信號測定離散傅立葉變換的設(shè)備；-把接收濾波器的中央頻率的兩部分檢測的能量累加的設(shè)備；-從所述能帶上減去噪音電平的設(shè)備；-比較所得能量的設(shè)備，這些設(shè)備對頻率偏差提供一次測定。
一個(gè)這樣的測定器具有在無干擾源時(shí)在頻率偏移低于Ds/2的情況下運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)。
這些比較設(shè)備可以很方便地作為計(jì)算所得能量比例的設(shè)備。
本發(fā)明的裝置最好包括頻率偏移超過Ds/4的檢測設(shè)備，Ds是符號速率。
這些檢測超過Ds/4的頻率偏移的設(shè)備能將依賴計(jì)算設(shè)備獲得的該頻譜中點(diǎn)(pm)的能量水平很方便地和在此頻譜的-3dB處的能量水平緊靠的兩個(gè)點(diǎn)的能量水平進(jìn)行比較。當(dāng)兩個(gè)能量水平中的一個(gè)超過中心點(diǎn)的能量水平時(shí)，就使本機(jī)振蕩器頻率有Ds/4的頻率偏移。
本發(fā)明同樣涉及一個(gè)包含這樣的測定裝置的數(shù)字信號接收機(jī)。
本發(fā)明其他的特性和優(yōu)點(diǎn)在以下的說明書用一個(gè)推薦的實(shí)施例給予說明，但不是限制，并附以下各圖-圖1是一個(gè)熟悉的數(shù)字信號接收機(jī)的簡圖，接收機(jī)包含一個(gè)測定存在于被接收數(shù)字信號的載頻與接收機(jī)的本機(jī)振蕩器頻率之間的頻率偏差的測定器；-圖2是根據(jù)本發(fā)明的測定這樣的頻率偏差的測定器的簡圖；-圖3表示一個(gè)由N＝16個(gè)FFT(快速傅立葉變換)點(diǎn)組成的頻譜，它是對被接收信號連續(xù)作出的L＝1000個(gè)FFT矢量進(jìn)行平滑后得到的；-圖4說明沒有干擾源時(shí)，對于N＝16點(diǎn)和L＝1000，一次測定(相對于在符號時(shí)間歸一化的頻率偏差ΔF*Ts變化的情況；-圖5說明位于這個(gè)解調(diào)信道的電平以上13dB兩邊的兩個(gè)相鄰信道構(gòu)成的干擾源存在時(shí)，此測定ε隨ΔF*Ts而變化的情況。
圖1已參照該技術(shù)的現(xiàn)狀在前面加以說明。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的頻率偏差測定器的簡圖。
符號串I和Q在基帶被送到一個(gè)任選的抽取器20，以對接收到的比特按照比例M作或然抽取。這個(gè)抽取器20的運(yùn)用是受到多速率接收機(jī)的功能的約束。至少四個(gè)取樣可以通過符號在抽取器28的出口給出。這些被抽取的符號串被送到在N個(gè)點(diǎn)上離散的傅立葉變換測定設(shè)備21(FFT表示快速傅立葉變換)，提供表示這些被計(jì)算的傅立葉點(diǎn)的幅度的信號Xk和Yk。這些信號被送到一個(gè)由幅度Xk和Yk的平方計(jì)算模數(shù)的單元22。單元22于是在輸出端提供數(shù)值Xk2+Yk2的矢量。每個(gè)這樣的矢量都是由FFT的N個(gè)點(diǎn)組成。連續(xù)矢量的數(shù)目L在一個(gè)累加器23上，在一個(gè)偏離單元24的協(xié)助下被累加。這樣累加的目的是為了使頻譜光滑因而減輕FFT的分別取的N個(gè)點(diǎn)的離散度。
圖3表示由FFT的N＝16個(gè)點(diǎn)，經(jīng)過用L＝1000個(gè)傅立葉矢量平滑后得到的頻譜。比值Eb/No等于3而頻率偏移等于Ds/2(這是最不利的情況，因?yàn)橄噜徯诺李l帶的一半進(jìn)入了接收濾波器的頻帶內(nèi))。檢測到的能量記為E。由于這種頻率偏差，可以看到頻譜是不對稱的。
為了精密測定頻率偏差，本發(fā)明提出，在這個(gè)被接收頻譜中按照以后所述的方法減去存在于其中的噪音電平之后，將接收濾波器16和17(圖1)的中心頻率兩邊檢出的能量進(jìn)行比較。
這L個(gè)累積矢量被送到一個(gè)分頻器25，能確保頻譜各點(diǎn)指向26到29的四個(gè)模塊。
模塊26計(jì)算圖3中的頻譜的低段頻帶內(nèi)包含的能量，例如包含在0和b1-1點(diǎn)之間的能量，這里b是位于離頻譜中心給定距離處的一點(diǎn)。更明確地說，模塊26計(jì)算以下值1b1·Σi=0b1-1Ei]]>其中Ei是包含在0和b1-1點(diǎn)之間的能量。
相反，模塊28計(jì)算圖3中的頻譜的高段頻帶內(nèi)包含的能量，例如包含在點(diǎn)b2+1和N-1之間的能量，這里b2是位于離頻譜中心與b1點(diǎn)同樣距離處的一點(diǎn)。更明確地說，模塊28計(jì)算以下的值1N-b2-1·Σi=b2+1N-1Ei]]>其中Ei是包含在b2+1和N-1點(diǎn)之間的能量。
模塊27計(jì)算b1和b2點(diǎn)的最小值，以便根據(jù)噪音電平提供一個(gè)信息。圖3中這個(gè)噪音電平由b1點(diǎn)給出，而b2點(diǎn)位于一個(gè)更重要的能量水平處。通常，是用比較頻譜上位于中心頻率約±Ds/5處的兩點(diǎn)來測定噪音的。b1和b2點(diǎn)可以由以下關(guān)系得到b1＝[(2.N.M/n.K)]和 b＝N-b1n值取決于接收用的奈奎斯濾波器的頻率滾降。通常這個(gè)頻率滾降約為0.3或0.4，n的值是5。減法設(shè)備30、31是用于從模塊26和28來的能量電平減去從模塊27給出的噪音電平。在這些減法設(shè)備30、31的輸出端分別給出圖3中打斜線區(qū)的所得能量水平。因此擺脫了在接收濾波頻帶中加上的可變的噪音電平。
本發(fā)明提出接著對這些所得能量水平進(jìn)行比較。它們的差值與待確定的頻率偏差成比例。作為例子，這種比較可按如下所述進(jìn)行從減法設(shè)備30、31送出的所得能量被加到絕對值電路32、33，其后接有對數(shù)變換器34、35。對數(shù)電路34、35的輸出送到一個(gè)提供測定ε的減法器36。
然后測定ε被送到一個(gè)譯碼表，為每個(gè)測定(提供一個(gè)在接收機(jī)本機(jī)振蕩器12上要實(shí)現(xiàn)的頻率偏移(圖1)?？赡苡械氖Ｓ嗟念l率偏移以后用另一種可提供精細(xì)修改的算法進(jìn)行校正。
圖4說明沒有干擾源時(shí)，對于N＝16和L＝1000，測定(隨按符號時(shí)間歸格化的頻率偏差(設(shè)為ΔF*Ts)的變化。
可以看到這個(gè)特性曲線40在-0.5到+0.5之間的一個(gè)區(qū)段不隨比值Eb/No而變。此區(qū)段相應(yīng)于區(qū)間[-Ds/2，+Ds/2]。
因此，本發(fā)明至此所述裝置可以在±Ds/2之間包含的頻率偏移下工作，假定是在一個(gè)比阿爾伯特算法雙倍重要的區(qū)段的話。
圖5說明在這個(gè)解調(diào)信道的電平以上13dB處(強(qiáng)干擾源)兩邊的兩個(gè)相鄰信道存在時(shí)，這一測定ε的變化。為了比較，相應(yīng)圖4的那種(無相鄰信道的)特性曲線40也同時(shí)表示出來。特性曲線50、51和52是在上述相鄰的信道存在時(shí)，對于比值Eb/No分別為3、5和10得到的。所有這些特性都是對于N＝16和L＝1000得到的。
可以看到，不管干擾源電平如何，當(dāng)頻移小于Ds/4(ΔF*Ts在±0.25之間)時(shí)測定(是可靠的。反之，當(dāng)頻率偏移ΔF*Ts超出這個(gè)界限，測定值(有很明顯的發(fā)散(斜率的符號強(qiáng)烈改變)。在要進(jìn)行的頻率校正上始終有一種含糊不清。
為了彌補(bǔ)這一不便，本發(fā)明同樣提出檢測對符號時(shí)間ΔF*Ts規(guī)格化的頻率偏差是否變得大于Ds/4。為此，模塊29以這種方式比較圖3中在被考慮的頻帶中接收頻譜的中心點(diǎn)pm處的能量水平b3和b4。此中心點(diǎn)pm是對零級FFT得到的。對于Ds/2的頻率偏移它位于最高水平以上3dB處。b3和b4點(diǎn)通常位于N/2±2處。實(shí)際上b3和b4點(diǎn)是頻譜上對應(yīng)于±Ds/2的點(diǎn)，并且是位于-3dB處的能量水平以上的最前面的點(diǎn)。
如果b3點(diǎn)的能量水平高于pm點(diǎn)的能量水平，模塊29就為接收機(jī)的本機(jī)振蕩器安排一個(gè)頻率偏移+Ds/4。如果b4點(diǎn)的能量水平高于pm點(diǎn)的能量水平，就安排頻率偏移-Ds/4。事實(shí)上，如果這兩點(diǎn)中的一點(diǎn)擁有大于pm點(diǎn)的能量，就意味著有一個(gè)相鄰的干擾器的一部分能量處在奈奎斯濾波器的頻帶中，而此分析偏離了一個(gè)大于或等于Ds/4的值。因此，這個(gè)±Ds/4的偏移可以使頻譜在頻帶中重新對中，使此頻帶在一次測定(中只對應(yīng)要帶來的一個(gè)單獨(dú)的頻率偏移ΔF*Ts(單值特性)。因而模塊29成了檢測大于Ds/4的頻率偏差的設(shè)備。
由于存在于被接收信號的載頻與本機(jī)振蕩器信號頻率之間的頻率偏差的作用，一次或多次L個(gè)矢量的連續(xù)累加因此可以如下實(shí)現(xiàn)-在沒有干擾源或?qū)τ谄菩∮凇繢s/4的情況，在L個(gè)矢量累加之后立即可以達(dá)到集中；-在偏移大于±Ds/4而且有干擾源存在時(shí)，需要L個(gè)矢量的兩次連續(xù)的累加，第一次是為了按照偏移±Ds/4重新把頻譜定位，第二次是為了得到一個(gè)可靠的測定ε。
本發(fā)明的測定裝置適用于用符號進(jìn)行至少四次取樣的調(diào)制工作的傳輸系統(tǒng)。它主要供接收衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳送和進(jìn)行ASIC植入。
權(quán)利要求
1.用于測定存在于被接收數(shù)字信號的載頻與接收上述被接收信號的接收機(jī)的本機(jī)振蕩器信號的頻率之間的頻率偏差的裝置。上述接收機(jī)能確保被接收信號的正交解調(diào)，上述裝置包含有-檢測在接收濾波器(16、17)的頻帶中被接收的噪音電平的設(shè)備(27)；-根據(jù)在基帶轉(zhuǎn)移(I，Q)的被接收信號(SR)計(jì)算離散傅立葉變換的設(shè)備(21)；-把上述接收濾波器(16、17)的中央頻率的兩部分檢測的能量累加的設(shè)備(23)；-從上述能帶減去上述噪音電平的設(shè)備(30、31)；-比較所得能量的設(shè)備(32至36)，上述比較設(shè)備(32至36)提供一個(gè)上述頻率偏差的測定(ε)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置特征在于上述比較設(shè)備(32至36)是計(jì)算所得能量比值的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中之一的裝置特征在于該裝置此外包括檢測超過Ds/4的頻率偏移的設(shè)備(29)，此中Ds為符號速率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置特征在于上述檢測超過Ds/4的頻率偏差的設(shè)備(29)將用上述計(jì)算設(shè)備(21)得到的頻譜中點(diǎn)(pm)的能量水平與位于緊接-3dB處能量水平之上述的兩個(gè)點(diǎn)(b3，b4)的能量水平進(jìn)行比較，特征也在于當(dāng)上述兩個(gè)能量水平(b3，b4)超過上述中點(diǎn)(pm)的上述能量水平時(shí)，上述檢測設(shè)備(29)使上述本機(jī)振蕩器(12)的頻率偏移±Ds/4。
5.數(shù)字信號接收機(jī)，特征在于它包含一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1到4中之一個(gè)的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及測定存在于被接收數(shù)字信號的載頻與接收該被接收信號的接收機(jī)的本機(jī)振蕩器信號的頻率之間的頻率偏差的裝置。接收機(jī)能確保被接收信號的正交解調(diào),該裝置包含:—檢測在接收濾波器的頻帶中接收的噪音電平的設(shè)備;—根據(jù)在基帶轉(zhuǎn)換的被接收信號計(jì)算離散傅立葉變換的設(shè)備;—把接收濾波器的中央頻率的兩部分檢測的能量累加的設(shè)備。
文檔編號H04L27/38GK1189023SQ97126410
公開日1998年7月29日 申請日期1997年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月30日
發(fā)明者克里斯汀·圭勒曼, 波德克里姆·費(fèi)拉德 申請人:阿爾卡塔爾-阿爾斯托姆通用電氣公司