專利名稱：為解調(diào)接收信號確定接收信號頻率的方法和電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種為了在正交調(diào)制方法的復(fù)相空間中對接收到的符號或信號分量進(jìn)行解調(diào)而確定頻率的方法。
正確確定頻率，即載波頻率，對于接收與正交信號對相關(guān)的數(shù)字信號的接收器或接收電路裝置的同步來說是一個重要因素。符號以經(jīng)過編碼的形式表示一元或多元數(shù)字值。用正交信號對進(jìn)行傳輸編碼，其相當(dāng)于一個指針，假定為特定時刻在正交信號對的笛卡爾幅值和相位空間內(nèi)的離散位置。正交調(diào)幅(QAM)和相移鍵控(PSK)都是該類型的傳輸方法。
常規(guī)的接收數(shù)字信號的接收器中，使用由本地振蕩器觸發(fā)的復(fù)數(shù)乘法器或混頻器將接收到的載波調(diào)制的QAM信號以精確的相位和頻率混頻到電路裝置的基帶內(nèi)。電路裝置通常有一個鎖相環(huán)用于進(jìn)程控制。數(shù)字處理過程中，鎖相環(huán)可以在模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換之前或之后。對信號進(jìn)行采樣，用符號時鐘周期或周期的倍數(shù)將其數(shù)字化，或者數(shù)字化時鐘周期相對于所需的符號時鐘周期是自運轉(zhuǎn)的。這種情況下，信號通過一個純數(shù)字采樣率轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換為符號時鐘周期或周期的倍數(shù)。增益調(diào)節(jié)能夠確保使用特定的調(diào)制范圍，且接收到的信號精確地映射到符號判定級。自適應(yīng)均衡器能夠減少發(fā)送器、傳輸通路或者接收器的線性失真引起的符號間串?dāng)_。
在QAM或PSK信號的高階解調(diào)器中，用于本地振蕩器的頻率和相位控制、增益控制、符號時鐘周期恢復(fù)以及自適應(yīng)均衡器的自動控制電路需要接收到的符號以及預(yù)定符號字母表中由判別級認(rèn)為最有可能的符號元素。這種使用待判定信號的控制類型已知稱為“判定反饋”控制。
因為現(xiàn)有技術(shù)中判定反饋控制已經(jīng)耦合到數(shù)字解調(diào)器中，當(dāng)用于將接收信號混入基帶的本地振蕩器的頻率和相位控制還不穩(wěn)定時，鎖相過程就很困難。通常僅當(dāng)特定頻率和相位相對接近標(biāo)稱值時，才能成功鎖相。
QAM或PSK信號的解調(diào)器通常使用相位控制，將接收信號和采樣后的復(fù)信號在分配給符號的信號空間內(nèi)比較它們的坐標(biāo)。在復(fù)信號空間的I和Q方向經(jīng)常使用等距判別閾值。坐標(biāo)為符號標(biāo)稱值的接收信號相位點位于復(fù)I/Q平面的I/Q判定矩形的中點。
DE 36 19744中使用了極徑和扇形域的方法，而不是正交判定域。EP 0 281 652中首先確定一組最鄰近的極徑，隨后的步驟中根據(jù)所討論的其中一條極徑來確定最合適的相位角。美國專利5,741,508中使用了有限符號選擇(簡化星座圖)的判定裝置來避免高階調(diào)制類型中的錯誤旋轉(zhuǎn)。
現(xiàn)有方法中的相位捕獲區(qū)域是非常小的，尤其對于高階調(diào)制。但是除了當(dāng)電路裝置的載波相位控制被鎖定的時候外，待判別的符號通常不正確，因此會對特定的符號計算出一個錯誤的旋轉(zhuǎn)方向。如果所有校正信號的總和信號沿著相位偏差繪制，高階調(diào)制方法中獲得了不需要的零點，而這導(dǎo)致了鎖定故障。
目前有許多方法可以放大捕獲范圍以及避免校正總和信號的錯誤零點。例如US5,741,508；EP 0571788；DE 36 19 744；DE 41 00 099；DE 44 10 607和DE 199 28 206，捕獲范圍總是從信號空間內(nèi)符號的固定標(biāo)稱坐標(biāo)點開始。沒有特殊的邏輯測量手段不能擴(kuò)展相位捕獲范圍，例如EP 0571788。
但是增加相位控制范圍的所有方法僅對于校正接收信號和本地振蕩器之間頻差這一常見需求做了很小的改進(jìn)，且沒有根本上解決頻率控制方法的需求。該頻差表示了輸入信號坐標(biāo)系相對于電路裝置的坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)有持續(xù)變化的相偏。
如果必須校正頻差，需要把載波控制的環(huán)路增益設(shè)置得很高，如果輸入信號和本地振蕩器之間沒有相差時，就在正確通過零點之后捕獲相位，并保持在僅當(dāng)判定器作出正確或基本正確判定時很小的范圍內(nèi)(也即本地振蕩器必須位于正確的頻率和相位處)。但是自動控制環(huán)路所必需的穩(wěn)定性限制了可能的環(huán)路增益。
因此需要有一種系統(tǒng)和方法，用更好的工作模式來確定在調(diào)制方法的復(fù)信號空間中對接收符號或信號分量進(jìn)行解調(diào)時的接收信號頻率。

發(fā)明內(nèi)容
確定接收到的正交調(diào)制信號頻率時，假設(shè)將接收到的頻率控制信號與復(fù)信號空間中符號的標(biāo)稱位置作比較。為了更容易以及更精確地確定頻差，具有優(yōu)點的是確定至少兩個接收到的信號值之間的角度作為接收角，并將該角度與正交調(diào)制方法中可能使用的相應(yīng)標(biāo)稱位置間的角度，或者與標(biāo)稱角度進(jìn)行比較，然后選擇最接近的標(biāo)稱角。接收角和下一個最接近的標(biāo)稱角之間的角度差是測量輸入信號和電路裝置的本地振蕩器之間頻差的一個量度。
因此，該方法是基于考慮角度差，而不是接收信號值與固定標(biāo)稱符號之間的偏差。因此接收信號空間的瞬時角度位置是不相關(guān)的。其能夠以任意所需形式相對于標(biāo)稱坐標(biāo)系統(tǒng)傾斜，或者甚至在一定限制下旋轉(zhuǎn)。使用這種方法在任意情況下都能在較大的頻率捕獲范圍內(nèi)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)念l率校正信號。捕獲范圍和捕獲可靠性可進(jìn)一步用級聯(lián)測量方法來提高。
當(dāng)然，可以持續(xù)改變給定數(shù)量的實測時鐘周期的各個時鐘周期，漸進(jìn)地實現(xiàn)該過程。
確定持續(xù)接收信號值的接收角，并與相應(yīng)的標(biāo)稱角進(jìn)行比較。該方法可以是一個接一個地或者是以給定間隔對信號值進(jìn)行順序處理，從而識別出前一角度確定中在形成角度差方面的符號順序，由于標(biāo)稱角的不同組合界定，使得該搜索方法更為可靠，搜索也更快。
級聯(lián)方法使用Viterbi算法也可以對幾個符號進(jìn)行處理，并確定最有可能的新符號。
使用相關(guān)信號值的檢測到的極徑及其以標(biāo)稱極徑來表示的坐標(biāo)對于劃定可能的標(biāo)稱角也是很有用的，因為只有這些符號在形成過程中依賴于特定的標(biāo)稱極徑?？梢岳媒邮招盘柕膹较蚍至颗c頻偏或相偏無關(guān)這一事實。從而能夠確定正交調(diào)制方法中不同極徑的區(qū)域內(nèi)的信號角度，并與相應(yīng)可能的標(biāo)稱角進(jìn)行比較。
根據(jù)符號字母表中明確確定的極徑也可以有利地確定信號值的角度。這能夠防止錯誤連接到鄰近極徑的符號，例如64-QAM方法中的極徑2-4。例如64QAM方法中優(yōu)選使用第一和第六極徑進(jìn)行測量，因為這些極徑不鄰近，而且在相應(yīng)符號間有較為合適的角度。
僅允許接收信號角與選定符號的位置域內(nèi)的標(biāo)稱角相一致也是很有利的。這確保了僅有這些符號可用于角度確定，尤其能可靠地用于分析相鄰符號、極徑等等，以及角度關(guān)系。由此在選定標(biāo)稱符號位置的域內(nèi)確定接收信號值的角度。
一種有利的方法中可以確定多個角度，進(jìn)行比較，然后一起用于確定頻偏，其優(yōu)點是對頻率測量進(jìn)行了組合和/或迭代改進(jìn)。為了避免錯誤判定以及由此產(chǎn)生的錯誤控制變量，優(yōu)選使用的角度差小于特定標(biāo)稱角和鄰近最可能的標(biāo)稱角之間角度差的一半。
測量接收角和標(biāo)稱角之間多個角度差通過迭代或取均值改進(jìn)了頻率測量。尤其能使用接收角和標(biāo)稱角之間逐漸測得的角度差作為傳統(tǒng)頻率控制方法的輸入信號，或本地振蕩器的傳統(tǒng)相位控制的整體部分。
接收角和標(biāo)稱角之間的角度差或由多個角度差構(gòu)成的增強(qiáng)值也可以用于本地振蕩器的一次性頻率校正，從而在隨后的測量步驟中可以假定信號的頻率已經(jīng)被校正，所需的全部工作僅是進(jìn)行調(diào)整，例如進(jìn)一步優(yōu)化或損耗補(bǔ)償。
尤其在高階調(diào)制方法中，幾個符號可能在坐標(biāo)系中有相同的位置角。而且不同的符號組合也能構(gòu)成相同的標(biāo)稱差角。另一方面，如果確定標(biāo)稱角用于識別其中的符號，優(yōu)選使用級聯(lián)方法或上述接收信號值具有標(biāo)稱極徑的坐標(biāo)方法或者這兩種方法的組合來消除這種不定性。因此識別出的符號可用于下一階段。解調(diào)器使用這種方法工作，即使其頻率和相位控制還沒有被鎖定。
具有優(yōu)點的是，所有接收信號值的角度可以映射到復(fù)平面的一個象限內(nèi)，以確定它們之間的角度。這減少了所需考慮的標(biāo)稱角的數(shù)量。
還具有優(yōu)點的是，檢查所考慮接收信號的區(qū)域用于公差區(qū)域和可能的標(biāo)稱符號位置，或者尤其是標(biāo)稱極徑，從而在進(jìn)一步分析中能消除接收信號的損耗，且測量不會受損耗影響。優(yōu)選方法中接收信號值在公差區(qū)域內(nèi)具有一組極徑的坐標(biāo)，這些極徑可用于定義標(biāo)稱角的選擇。
如果將測量角度差獲得的用于識別符號的信息用于進(jìn)一步處理這些符號，最好在僅在一個象限內(nèi)的角度測量之后以及進(jìn)一步信號處理之前，通過復(fù)信號的反向旋轉(zhuǎn)，將其適當(dāng)校正到正確的象限內(nèi)。優(yōu)選采用該方法來實現(xiàn)，其中僅在一個象限內(nèi)的角度測量之后以及進(jìn)一步信號處理之前，適當(dāng)返回特定符號的標(biāo)志或者該符號旋轉(zhuǎn)返回到正確的象限內(nèi)。
一旦初始的頻差已經(jīng)被充分校正，用于識別符號的角度差中提取出來的信息就可以將一個或多個符號的絕對角度用于相位控制。
本方法或相應(yīng)的電路裝置尤其適用于二進(jìn)制或復(fù)數(shù)數(shù)字調(diào)制方法，例如PSK或QAM。這些調(diào)制方法常用于許多經(jīng)由電纜、衛(wèi)星以及有時基于陸地的新聞廣播、電視以及數(shù)據(jù)服務(wù)。
如附圖所示，本發(fā)明的這些目標(biāo)、特征以及優(yōu)點結(jié)合下列優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述將更為明顯。


圖1是從數(shù)字化信號中確定符號的系統(tǒng)的示意框圖，數(shù)字化信號耦合到調(diào)制方法的至少一個正交信號對，電路裝置帶有確定接收信號頻率的設(shè)備；圖2是選定符號間的角度關(guān)系在復(fù)平面上信號和符號位置的圖解表示；圖3是接收信號和符號之間可能的角度差作為角度函數(shù)的平面圖；圖4是頻率確定方法的流程圖；以及圖5和6是頻率或相位控制切換裝置。
具體實施例方式
解調(diào)器1用于確定數(shù)字化信號sd、S中的符號Se，其耦合到調(diào)制方法的正交信號對，例如根據(jù)QAM標(biāo)準(zhǔn)，其包括多個單獨分量。它們可以被單獨設(shè)計或也可以作為積分電路的一部分。尤其是，下面描述的分量可以省略或用附加分量來補(bǔ)充，這取決于應(yīng)用。同樣也可以將信號作為實信號、復(fù)信號或單個復(fù)信號分量，這取決于應(yīng)用和特殊電路裝置。
解調(diào)器1從接收線路102上接收來自信號源2例如調(diào)頻器的模擬信號。該模擬信號通常位于帶寬受限的中頻層，被送往模數(shù)轉(zhuǎn)換器3，后者向線路104提供數(shù)字信號。該數(shù)字信號輸入帶通濾波器5，后者從數(shù)字信號中去除穩(wěn)定分量和諧波失真，然后將帶通濾波后的信號送往線路106。
線路106上帶通濾波后的信號被輸入到正交轉(zhuǎn)換器6，后者將信號轉(zhuǎn)換為基帶信號?；鶐M足解調(diào)器1和所用調(diào)制方法的要求。正交轉(zhuǎn)換器6分別提供了笛卡爾坐標(biāo)系的同相信號以及正交信號分量I，Q。為了進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，正交轉(zhuǎn)換器6通常有兩個載波，由本地振蕩器7提供，相位差為90°，其頻率和相位受載波控制單元8控制。這些是相位耦合控制過程的主要部分。正交信號分量I，Q被送往低通濾波器9，后者衰減了諧波失真并限制了信號帶寬，以便隨后進(jìn)行采樣。因此濾波后的正交信號對I，Q或兩個正交信號分量I，Q隨后被送往符號采樣設(shè)備10，后者有一個采樣控制單元。通過輸入端控制符號采樣設(shè)備10，其中有采樣信號ti。正常工作狀態(tài)時符號采樣次數(shù)ti固定為符號率1/T或其倍數(shù)，且通常固定為接收數(shù)字信號的精確相位的位置。低通濾波器9和符號采樣設(shè)備10在A/D轉(zhuǎn)換器3的采樣值之間進(jìn)行時間內(nèi)插，插入符號率的一個時鐘周期或其整數(shù)倍。
采樣設(shè)備10的輸出信號由一個具有奈奎斯特特征的低通濾波器11進(jìn)行濾波，產(chǎn)生的信號輸入到帶有調(diào)節(jié)器19的反饋增益控制單元12。調(diào)節(jié)增益控制單元12能夠最佳地利用符號判別單元15的調(diào)制范圍。增益控制單元12的輸出信號送往均衡器14，后者去除了兩個正交信號對分量I，Q中的失真，并在線路108產(chǎn)生信號S。之后，符號判別單元15根據(jù)上述預(yù)備信號形成線路110上的符號Se。
線路110上的符號Se送往另一個數(shù)字信號處理設(shè)備16，隨后線路108上的信號S和符號Se被直接或間接地送往解調(diào)器1中的自動控制電路或帶有判別反饋的器件。由此符號Se被均衡器14、增益控制單元12、增益控制單元的調(diào)節(jié)器19、載波控制單元8以及符號采樣設(shè)備10所使用。這些自動控制電路根據(jù)電路裝置，以笛卡爾坐標(biāo)或極坐標(biāo)形式接收信號S或符號Se的兩個正交信號分量I，Q。
增益控制單元12由增益調(diào)節(jié)器19驅(qū)動，后者接收的信號表示了極徑比較器18測得的極徑差ΔR。為了進(jìn)行極徑比較，極徑比較器18在信號S送往符號判別單元之前接收線路108上的信號S，同時接收符號判別單元15內(nèi)線路110上待決的符號Se。
因此增益控制單元12接收到了增益調(diào)節(jié)器19根據(jù)極徑誤差ΔR產(chǎn)生的增益因子V，且增益調(diào)節(jié)器19優(yōu)選設(shè)置為比例積分(PI)調(diào)節(jié)器。
可選地，增益控制單元12可以利用存儲器內(nèi)的參考參數(shù)，比較輸入信號和輸出信號從而對自身進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種做法的優(yōu)點是取消了極徑比較器18和增益調(diào)節(jié)器19，或者可以部分集成到增益控制單元12內(nèi)。而且，該裝置能防止兩個獨立的控制過程成為自動控制回路的一部分，即增益控制單元12內(nèi)的增益控制和均衡器14內(nèi)的另一個自動控制過程。
信號S和符號Se輸入到一個時間誤差檢測設(shè)備20。時間誤差檢測設(shè)備20確定時鐘誤差，通常稱作定時誤差Δt。定時誤差Δt被送往采樣設(shè)備調(diào)節(jié)器21，其優(yōu)選設(shè)置為PI調(diào)節(jié)器。然后將產(chǎn)生的控制電壓送往采樣設(shè)備10，后者在輸入信號轉(zhuǎn)換成笛卡爾坐標(biāo)I，Q之后對其采樣。
而且信號S和符號Se輸入到角度誤差檢測設(shè)備22，后者確定角度誤差Δγ，其被載波控制單元8作為本地振蕩器7激發(fā)的P和I分量。
載波控制單元8也接收到頻偏Δf，以及最好還接收到一個切換信號U。切換信號U和頻偏Δf由頻率預(yù)備單元50提供。
頻率預(yù)備單元50接收到笛卡爾復(fù)坐標(biāo)空間I，Q中的接收到且預(yù)處理后的信號S。該信號由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器51轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)R，α，且極徑分量被送往另一個符號判別單元52。該符號判別單元52輸出極徑分量Re，而坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器51的角度分量α輸入到存儲器53，M。判別單元52判定的極徑分量Re也輸入到比較器55中。比較器55從存儲器53接收到待判定的極徑分量Re’和角度差分量Δα，即坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器51的角度分量α和存儲器M中角度分量α’之間的差。
在這個附加判別單元52中，對極徑或極徑組作出判別?？梢赃x擇通過所有極徑，或者不通過任何極徑。最后一個確定出的極徑量值和最后確定出的角度或者最后幾個確定出的極徑量值和角度存儲在存儲器53內(nèi)。
表格54內(nèi)放置了符號字母表內(nèi)相應(yīng)的極徑對之間所有可能的角度差，其設(shè)置成一個附加存儲器或存儲器53內(nèi)的附加存儲部分。因此表格54或存儲器53的附加部分做為標(biāo)稱角和/或標(biāo)稱極徑的預(yù)備裝置。這些標(biāo)稱值，當(dāng)前極徑量值re，當(dāng)前角度差Δβ，以及表示前一次從表格54取到比較器55中的極徑量值re’。比較器55將標(biāo)稱符號相應(yīng)的極徑對之間所有可能的角度差與表格54內(nèi)相應(yīng)數(shù)值進(jìn)行比較。比較器55將待判定的極徑re，re’與表格54內(nèi)re，re’的組合進(jìn)行比較，尋找最相似的標(biāo)稱角度差Δβ作為確定或測量的實際角度差Δα。優(yōu)點是能夠?qū)崿F(xiàn)跨越多個符號間隔的拱形判別。同樣有利的是，當(dāng)不確定性太高時(即高于或低于限定值)就拒絕該結(jié)果。輸出頻率誤差或頻偏Δf作為根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器20測得的實際角度差Δα一方面與存儲器53內(nèi)以前存儲值之間的角度差、另一方面與表格54中最可能的標(biāo)稱角度差Δβ之間的角度差之間的結(jié)果，因此頻率誤差Δf＝fSymbol·(Δα-Δβ)/2π。頻率誤差Δf被送往載波控制單元8。
優(yōu)選將該頻率誤差Δf也輸入到選線器56，后者監(jiān)控頻率誤差Δf的大小。因為頻率誤差Δf通常開始時較大，頻率誤差Δf作為載波控制單元8的控制變量。一旦Δf變得非常小，優(yōu)選是低于閾值時，使用通常和較熟悉的判別過程或角度誤差檢測設(shè)備22所得到的角度誤差Δγ。
優(yōu)選的載波控制單元8設(shè)置成PI調(diào)節(jié)器。根據(jù)一個實施例，選線器56的切換信號U在PI器件的輸入端從頻偏或頻率誤差Δf簡單切換到角度誤差Δγ。
圖5所示的載波控制單元8的實施例中，選線器56的切換信號U送往此處的選線器81。選線器81在兩個輸入信號間切換，并將它們在乘法器82處相乘得到P分量，在乘法器83處相乘得到I分量。I乘法器83的輸出信號被送入積分器84，后者的輸出信號送往加法器85，加法器的第二個輸入是P乘法器82的輸出信號。加法器85的輸出信號作為本地振蕩器7的控制信號。
根據(jù)圖6中的優(yōu)選實施例，頻偏或頻率誤差Δf等于或成正比于所確定的角度誤差Δα-Δβ，其被直接送到載波控制單元8的I器件，并與單元自身系數(shù)F相乘。角度誤差Δγ被同時送到I器件和P器件，并與I值或P值相乘。選線器56的切換信號U在開關(guān)181處，后者在第一次切換階段在P乘積分量和空位置之間切換，且在第二次切換階段在I乘積角度誤差Δγ和頻偏Δf乘以系數(shù)F之間切換。上述載波控制設(shè)備中，帶有I分量的切換輸出值依次送入積分器84，且由此到達(dá)加法器85，后者的第二個輸入是切換后的P分量或零信號。其輸出信號依次送往本地振蕩器7。
為了控制電路裝置1并使其提供基本時鐘周期，除了其他運行必需的器件，其特別帶有一個時鐘發(fā)生器23和調(diào)節(jié)器C。
電路裝置的轉(zhuǎn)換設(shè)備6將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換到笛卡爾復(fù)空間I，Q以及轉(zhuǎn)換器51轉(zhuǎn)換成前述極坐標(biāo)時，電路裝置也可以用第一轉(zhuǎn)換器已經(jīng)將數(shù)字信號sd轉(zhuǎn)換成帶有極坐標(biāo)α，R的復(fù)信號。如果電路裝置其它相應(yīng)分量用于適當(dāng)處理笛卡爾坐標(biāo)空間的復(fù)信號I，Q時，也可以省略坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器51。
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器51中，笛卡爾坐標(biāo)系中提供的復(fù)信號(即采樣正交信號對I，Q)轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)R，α。因此，利用極坐標(biāo)根據(jù)I＝R·cos(α)和I＝R·sin(α)，且根據(jù)關(guān)系式R=(I2+Q2)]]>和α＝arctan(Q/I)，可以構(gòu)成極徑分量R和角度分量α。
作為替代，也可以使用另一種類型的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器。數(shù)字信號處理時經(jīng)常使用所謂的Cordic方法，其中轉(zhuǎn)換僅使用加法和二進(jìn)制乘法，其可以用二進(jìn)制數(shù)簡單的算術(shù)移位來實現(xiàn)。作為替代，其他類似方法或表格也是可行的。反向轉(zhuǎn)換(即從極坐標(biāo)分量R和α轉(zhuǎn)換到正交分量I和Q)也可類似地使用Cordic轉(zhuǎn)換器、表格或類似方法來完成。
在描述使用符號Se確定解調(diào)接收信號的頻率或載波頻率的方法之前，首先根據(jù)圖2描述具有坐標(biāo)x，y的笛卡爾復(fù)空間I，Q內(nèi)的符號分布。極坐標(biāo)空間內(nèi)也示出了相應(yīng)的坐標(biāo)R，α。
正交信號對I，Q確定的笛卡爾坐標(biāo)平面表示了64-QAM信號的符號Sxy，指示出了其在一個象限內(nèi)相應(yīng)的位置。對應(yīng)特定笛卡爾坐標(biāo)的指數(shù)x，y用來確定理想采樣中的符號。同時還畫出了九個圓Ka，Kb，Kc，...，Ki，圓上的符號Sxy按照64-QAM方法的規(guī)則排列。各個圓Ka，Kb，Kc的極徑值分別是Ra＝1.41；Rb＝3.16以及Rc＝4.24，均是從坐標(biāo)原點計算。為了根據(jù)符號的極坐標(biāo)R，α確定符號Sxy，需要特定的角度分量α。例如符號S11和S33是45°，而S13和S31是71.7°和18.3°。極坐標(biāo)的計算在上述電路裝置的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器51內(nèi)完成。考慮各個符號之間的角度關(guān)系時，轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)是非常有用的。
例如圖2顯示了笛卡爾坐標(biāo)系內(nèi)標(biāo)稱位置S11和S57上的兩個標(biāo)稱符號S1和S2。從原點到這些標(biāo)稱位置繪制了直線。直線之間的角度給出了標(biāo)稱角∠(Sxy，Sx′y′)。
存儲器54內(nèi)存儲的表格(圖1)中，列出了不同符號的所有可能標(biāo)稱位置之間的標(biāo)稱角∠(Sxy，Sx′y′)，(例如∠(S1，S2))。具有優(yōu)點的是，各個符號的坐標(biāo)也具有關(guān)于設(shè)置有符號的極徑Ra，Rb，...Ri的信息。作為一個很大的包含標(biāo)稱角所有可能角度組合的表格的替代形式，當(dāng)然也可以指示所有標(biāo)稱位置的位置角度信息，這樣通過簡單地形成差值就能測量任何給定組合的標(biāo)稱角。
下面描述的方法中，假定固定符號S1，S2之間存在固定的角度差∠(S1，S2)。接收信號空間相對于標(biāo)稱符號的坐標(biāo)系的瞬時角度位置可認(rèn)為是不相關(guān)的，因為即使在接收信號空間內(nèi)，各個接收信號值之間的角度關(guān)系與標(biāo)稱符號之間的標(biāo)稱角有相同的比率。因此兩個接收信號值P1和P2的位置之間的接收角∠(P1，P2)以最高的概率對應(yīng)于兩個相應(yīng)符號S1，S2之間相應(yīng)的標(biāo)稱角∠(Sxy，Sxy)，其與此時接收信號的空間位置無關(guān)。
因為使用的不是絕對角度位置，而僅使用了兩個接收信號值P1，P2之間的角度差∠(P1，P2)和兩個相應(yīng)符號S1，S2之間的標(biāo)稱角∠(S1，S2)，為載波頻率產(chǎn)生一個適當(dāng)?shù)念l率校正信號，會有一個非常大的捕獲范圍。圖2中為了區(qū)分接收信號P1，P2，用虛線畫出相應(yīng)的直線。
例如根據(jù)表格條目，當(dāng)標(biāo)稱角∠(S1，S2)和(∠(S11，S57))是9.5°時，但是測量到的接收信號值P1和P2之間的角度(∠(P1，P2))是12°?？紤]到目前64-QAM調(diào)制方法的可能角度關(guān)系，對于不同的角度∠(P1，P2)的公差范圍內(nèi)也有其他可能的符號組合。例如，符號S11和符號S3或S35之間的標(biāo)稱角∠(S1，S3)或∠(S11，S35)是14°。如實例所示，在公差范圍內(nèi)，仍不能絕對確定地將接收信號值P1和P2的角度∠(P1，P2)分配給一個標(biāo)稱角。
具有優(yōu)點的是，當(dāng)坐標(biāo)概率不是充分確定時，可以將接收信號值P1和P2的極徑R作為另一個判別標(biāo)準(zhǔn)。使用極徑Ra，Rb，...，Ri，表格清楚地顯示出信號P2的坐標(biāo)是符號S57或符號S75。同時使用角度差∠(P1，P2)和P2的極徑僅允許符號S57作為(S1，S2)對的第二部分，因此標(biāo)稱差角∠(S11，S57)是9.5度，角度差達(dá)到12度-9.5度＝+2.5度。該角度差是整圓的比率，并乘以符號頻率fSymbol，就是接收載波和電路裝置1的本地振蕩7間的頻偏，即Δf＝2.5度/360度*fSymbol。
如圖2所示，第二接收信號值P2沒有精確地位于標(biāo)稱極徑上。因此建議在各個標(biāo)稱極徑周圍設(shè)置公差范圍，假設(shè)接收信號屬于該標(biāo)稱極徑上的符號。在這種情況下，為了比較所測量到的不同角度，需要減少所考慮的不同標(biāo)稱角的數(shù)量。公差范圍可設(shè)置成距鄰近標(biāo)稱極徑的距離的一半具有特殊的優(yōu)點，并在該位置處確定了一個判別邊界。可以構(gòu)成一個固定或可變的極徑差，例如為了適應(yīng)接收條件，而且在較大和較小極徑的方向上也可能不同。形成的公差范圍也會重疊，這意味著需要更多的標(biāo)稱角度差用于判別。通過評估也排除了靠近鄰近極徑的信號值或其他在評估中不確定的信號值。而且作為高階調(diào)制方法下的另一個約束條件，建議僅在特定的公差角度差內(nèi)實現(xiàn)該方法。
確定了頻偏Δf之后，能夠?qū)⒌诙邮招盘栔礟2直接校正到正確信號值P2*的正確位置。比較器55內(nèi)也能夠繼續(xù)使用已確定的頻偏Δf，從而把該頻偏Δf從開始作為后續(xù)處理步驟的校正量值。
因為使用接收信號角和相應(yīng)符號的標(biāo)稱角之間的角度差取決于復(fù)平面上的象限，可以有利地將所有接收信號旋轉(zhuǎn)到復(fù)平面的一個象限內(nèi)，例如接收符號P1*，把位置角映射到0°和90°之間的區(qū)域內(nèi)或-90°和+90°之間的區(qū)域上相應(yīng)的角度差。
因此不能直接把接收到的復(fù)信號判定為字母表內(nèi)的一個符號，而是首先確定符號字母表內(nèi)對每個信號值可能出現(xiàn)的標(biāo)稱極徑。然后確定兩個直接連續(xù)或空間分離的信號值P1，P2，角度∠(P1，P2)。為了該角度，優(yōu)選考慮可能的極徑坐標(biāo)，將所有出現(xiàn)的標(biāo)稱角∠(S1，S2)進(jìn)行比較，例如在能夠為第一信號值P1和第二信號值P2的極徑產(chǎn)生任何給定的標(biāo)稱點組合。從表格中對一個標(biāo)稱角∠(S1，S2)進(jìn)行判別之后，例如最靠近測量角∠(P1，P2)的角度，識別出接收符號和相應(yīng)的信號值P1和P2，這與相位空間的瞬時位置無關(guān)。
不同接收信號對的角度∠(P1，P2)與最相似的標(biāo)稱角∠(S1，S2)的角度差可能是相同的，且給出了直接測量頻偏的方法，如圖3清楚所示。實際符號或標(biāo)稱符號的絕對角度位置是不相關(guān)的。圖3顯示了16QAM系統(tǒng)中所有極徑上象限內(nèi)的點之間所有可能的角度∠(S1，S2)的映射圖。該映射圖是在角度域的頻率分布，用度表示。實線還表示標(biāo)稱坐標(biāo)系中相應(yīng)位置，而虛線表示旋轉(zhuǎn)后接收坐標(biāo)系內(nèi)的接收角∠(P1，P2)。標(biāo)稱角對應(yīng)于0°分別是-63.4°，-53.1°，-36.9°，-26.6°，0°，26.6°，36.9°，53.1°和63.4°，90°。接收信號P1和P2的采樣測量角∠(P1，P2)很明顯具有31°的角度。本實例中，26°的標(biāo)稱角包括在用于預(yù)選的可能極徑集內(nèi)。借助于該圖表，也即用于隨后的頻率校正中的算術(shù)圖表，能夠很容易地確定出26.6°的標(biāo)稱角∠(S1，S2)和接收信號值P1，P2的31°測量角∠(P1，P2)之間的角度差4.4°。如果需要考慮連續(xù)測量的幾個角度差，為了求平均或不考慮單個奇異值，也可以取平均或選擇一個角度差。此外，還需要考慮不同測量信號對的特定角度和坐標(biāo)標(biāo)稱符號對的相應(yīng)角度之間的角度差。
同時也要考慮單個角度測量用于連續(xù)配對的關(guān)系，例如使用常用的Viterbi算法。其甚至對于高頻頻偏或者判別過程中包括了幾個鄰近極徑時都能產(chǎn)生正確的結(jié)果。當(dāng)頻差非常大時，可能會發(fā)生將測量角分配給錯誤的標(biāo)稱角的錯誤判別，因此兩個符號之間的坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)是取決于同一極徑Rh上兩個鄰近符號S2，S2*的角度差的數(shù)量級。
由此獲得的角度判別也能夠識別所包含的或者可能在預(yù)處理中插入的符號Se，尤其是級聯(lián)判別時要考慮多個測量角或判別所包含的極徑信息。因此，處理順序或相應(yīng)的算法導(dǎo)致了相位同步過程中已經(jīng)進(jìn)行了解調(diào)或符號確定，不需要首先實現(xiàn)頻率校正。而且，能夠?qū)⑿纬刹钪档倪^程中符號識別所獲得的接收信號的絕對角信息用于相位調(diào)整的相應(yīng)標(biāo)稱符號。
如果僅在一個象限內(nèi)完成角度處理，例如接收符號P1*從第二象限移到第一象限，然后為了能夠在隨后的處理設(shè)備中進(jìn)一步直接處理所確定的符號，在電路裝置1的相位同步過程中旋轉(zhuǎn)回到合適的象限。
對接收信號的載波和本地振蕩器7之間的頻差以及相差進(jìn)行補(bǔ)償之后，建議向載波控制單元8發(fā)送常規(guī)符號判別過程中獲得的相差信號Δγ，以鎖定載波相位耦合回路。連接載波控制電路8，這樣即使當(dāng)角度誤差Δγ作為輸入信號切換到相位調(diào)節(jié)器之后，初始頻率調(diào)節(jié)的頻差信息，例如積分器84中的信息能夠保持完整。
本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠構(gòu)造不同的替換電路裝置來實現(xiàn)本方法。例如時鐘調(diào)節(jié)器21能夠提供中央調(diào)整采樣和數(shù)字化時鐘周期，其形式是采樣信號ti，送往AD轉(zhuǎn)換器3。如果采樣信號ti和接收符號或信號sa的時鐘周期同步，隨后在采樣設(shè)備10就不需要進(jìn)行插值運算。正交轉(zhuǎn)換器6之后的低通濾波器9因此也就不再需要。其限定作用可用具有奈奎斯特特性的低通11來代替。尤其在替代實施例的裝置中，能夠僅在正交轉(zhuǎn)換器6之后提供數(shù)字化接口，即A/D轉(zhuǎn)換器，例如信號源2提供的輸入信號sa的中間頻率位置過高。
處理過程中，并根據(jù)圖4，開始之后的步驟401中開始接收符號P1，P2。之后，在步驟402內(nèi)為接收符號P2確定一組潛在的標(biāo)稱極徑。如果是第一個信號或符號，就返回到查詢步驟404。如果是第一個信號，步驟406中第一個符號P1設(shè)置為等于接收符號P2，且第四個步驟402中所確定的一組標(biāo)稱極徑被定義為第一極徑組。然后該方法繼續(xù)到步驟406，接收信號值或符號P2。
如果步驟404沒有包含第一個信號，步驟408中確定信號值或符號(S*7)之間的角度差∠(P1，P2)。然后在步驟410中，確定出第一極徑組中符號S1和第二極徑組的符號S2所有組合中最近的標(biāo)稱角∠(S1，S2)。最后根據(jù)角度差(∠(P1，P2)-∠(S1，S2))，步驟412中推斷繪出頻偏Δf。頻偏Δf被消除。此后，返回到設(shè)置基本參數(shù)的步驟406并接收符號。
盡管本發(fā)明已經(jīng)顯示并描述了幾個優(yōu)選實施例，對其格式和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種變化，省略和添加都沒有偏離本發(fā)明的主旨和范圍。
權(quán)利要求
1.一種在調(diào)制技術(shù)中的復(fù)相位空間(I，Q)內(nèi)為解調(diào)接收信號值(P1，P2)而確定接收信號頻率的方法，其中為了確定頻率，接收信號值(P1，P2)與復(fù)信號空間(I，Q；R，α)內(nèi)的標(biāo)稱位置(S11和S57)處的符號(S1，S2)進(jìn)行比較，該方法包含的步驟有確定第一個接收到的信號值P1和第二個接收到的信號值P2之間的角度(∠(P1，P2))；以及將所確定的角度(∠(P1，P2))和與調(diào)制技術(shù)相關(guān)的多個標(biāo)稱角(∠(Sxy，Sxy))進(jìn)行比較，并確定所述多個標(biāo)稱角中的哪個標(biāo)稱角最接近所確定的角度，作為頻偏(Δf)的一個量度。
2.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于所確定的角度(∠(P1，P2))是按照預(yù)定的間隔接收第一和第二個信號值P1，P2所確定的，并與相應(yīng)可能的標(biāo)稱角(∠(Sxy，Sxy))進(jìn)行比較。
3.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于所確定的角度(∠(P1，P2))是在用于正交調(diào)制方法(QAM)的各個可能極徑(Ra，Rh)范圍內(nèi)對第一和第二個接收信號值P1，P2所確定的，并與標(biāo)稱角(∠(S1，S2))進(jìn)行比較。
4.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于所確定的角度(∠(P1，P2))是對于符號字母表內(nèi)最明確的可測量極徑(Ra，Rb，Rh，Ri)上的接收信號值所確定的。
5.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于所確度的角度(∠(P1，P2))是在選定標(biāo)稱符號(S1，S2)的位置范圍內(nèi)對于接收信號值P1，P2所確定的。
6.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于為了聯(lián)合和/或迭代增強(qiáng)頻率確定，確定了多個角度(∠(P1，P2))，進(jìn)行比較，并統(tǒng)一考慮以便確定頻偏(Δf)。
7.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于角度差(∠(S1，S2)-∠(P1，P2))用于一次性頻率校正和解調(diào)和/或作為將來頻率控制的輸入信號。
8.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于從角度(∠(P1，P2))中得到的信息用于識別相關(guān)的符號。
9.如權(quán)利要求6中所述的方法，其特征在于接收符號(P1*)的位置映射到復(fù)平面(I，Q)的單個象限內(nèi)用于確定角度。
10.如權(quán)利要求9中所述的方法，其特征在于僅在一個象限內(nèi)確定角度之后，所確定的符號的正負(fù)號適當(dāng)?shù)丿B加返回或該符號再次旋轉(zhuǎn)到適當(dāng)?shù)南笙迌?nèi)。
11.如權(quán)利要求9中所述的方法，其特征在于僅考慮可能的標(biāo)稱極徑的公差范圍(ΔR)內(nèi)的接收信號值(P1，P2)。
12.如權(quán)利要求11中所述的方法，其特征在于接收信號值(P1，P2)在可能的標(biāo)稱極徑的公差范圍(ΔR)內(nèi)具有極徑組的坐標(biāo)，且用于定義標(biāo)稱角的選擇。
13.一種用于確定復(fù)相位空間內(nèi)接收信號(P1，P2)的解調(diào)電路裝置的頻率的電路裝置，包括頻率確定設(shè)備，其確定復(fù)平面上兩個接收信號值(P1，P2)之間的角度(∠(P1，P2))；標(biāo)稱角管理設(shè)備，其存儲了對應(yīng)于正交調(diào)制方法(QAM)中標(biāo)稱位置的不同符號(S1，S2)的組合的標(biāo)稱角(∠(Sxy，Sxy))，以及選擇性地存儲坐標(biāo)極徑(Ra，...，Rh)；以及調(diào)節(jié)器，將所確定的角度(∠(P1，P2))分配給存儲器內(nèi)至少一個鄰近的對應(yīng)標(biāo)稱角(∠(S1，S2))，并且確定上述角度之間的角度差(∠(S1，S2)-∠(P1，P2))作為頻偏(Δf)的一個量度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法和一種電路裝置，用于確定正交調(diào)制方法(QAM)中復(fù)相位空間(I，Q；R，α)中接收符號(P1，P2)解調(diào)過程的載波頻率差，其中為了確定頻率，將接收符號和復(fù)信號空間中標(biāo)稱位置上的符號(S1，S2)進(jìn)行比較。為了使測量不依賴于接收信號的坐標(biāo)系相對于符號坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)，建議確定兩個接收信號值(P1，P2)之間的角度(∠(P1，P2))，并將其與正交調(diào)制方法中可能的標(biāo)稱角進(jìn)行比較。接收信號值的測量角度和標(biāo)稱角之間的角度差可被用于直接測量頻偏(Δf)。
文檔編號H04L27/38GK1893408SQ200510083270
公開日2007年1月10日 申請日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者克里斯蒂·博克, 卡斯藤·諾斯凱 申請人:邁克納斯公司