在低信噪比條件下的自動(dòng)頻率控制相關(guān)專利申請(qǐng)案本申請(qǐng)案主張2010年12月23日申請(qǐng)的JózsefG.Németh和PéterSz.Kovács的標(biāo)題為“在低信噪比條件下的自動(dòng)頻率控制(AutomaticFrequencyControlUnderLowSignal-to-NoiseConditions)”的共同擁有的第61/426,942號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)，為了所有目的，所述申請(qǐng)案在此以引用的方式并入本文中。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及數(shù)字通信，且更特定來(lái)說(shuō)，涉及在低信噪比條件下的自動(dòng)頻率控制。

背景技術(shù)：
移動(dòng)無(wú)線裝置中所使用的發(fā)射器和接收器(收發(fā)器)的載波頻率由固定的有限精確度晶體振蕩器合成。因此，在一對(duì)通信的無(wú)線裝置中，在相應(yīng)發(fā)射器與接收器的載波頻率之間可存在一差異，且所述差異(載波偏移)顯現(xiàn)于經(jīng)解調(diào)的基帶信號(hào)中。盡管數(shù)字技術(shù)可通過(guò)修改接收到的信號(hào)串流來(lái)移除載波偏移(CFO)的效應(yīng)，如同所述接收到的信號(hào)串流已通過(guò)恢復(fù)的發(fā)射器載波頻率來(lái)解調(diào)；仍將此稱作自動(dòng)/自適應(yīng)頻率控制(AFC)。由載波偏移引起的變換為確定性的，但所述信號(hào)串流還載運(yùn)噪聲。為了不成為瓶頸，AFC數(shù)字技術(shù)應(yīng)至少容忍噪聲以及基帶處理的剩余部分也應(yīng)容忍噪聲。AFC確定載波偏移(“自動(dòng)跟蹤(lockonto)發(fā)射器載波”)所用的時(shí)間延長(zhǎng)了所需的發(fā)射幀前同步碼，因此縮短(經(jīng)由無(wú)線電接通時(shí)間的增加)了電池壽命，因而提高了無(wú)線裝置的操作成本。AFC可補(bǔ)償?shù)妮d波偏移的量確定所需振蕩器晶體容限，因而影響了裝置的購(gòu)買成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
因此，需要一種用于AFC的有效方法，所述方法降低可接受S/N(信噪比)閾值、放寬晶體容限要求、最小化獲取(鎖定)時(shí)間和重新使用原本用于符號(hào)解碼中的硬件資源，從而顯著減小其實(shí)施所需的任何額外硬件的大小。另外，開放環(huán)路操作由于其實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)作多個(gè)AFC而為優(yōu)選的，并行運(yùn)作多個(gè)AFC為需滿足極端通信條件時(shí)所必需的。根據(jù)一實(shí)施例，一種用于根據(jù)無(wú)線收發(fā)器的無(wú)線電確定存在于經(jīng)取樣數(shù)字信號(hào)中的載波頻率偏移和對(duì)應(yīng)的樣本間相移的方法可包含以下步驟：a)將待補(bǔ)償?shù)妮d波頻率偏移(CFO)范圍[-ΔΩ，ΔΩ]均一地劃分為‘N’個(gè)長(zhǎng)度間隔，使得Δω＝2·ΔΩ/N＜δ/(T·L)，其中δ＜1，T為取樣周期，L為樣本中前同步碼模式的長(zhǎng)度，且所述不等式設(shè)定值N的下限，其中δ為直接相位計(jì)算的“可行范圍”的正規(guī)化長(zhǎng)度；b)選擇步驟a)中所確定的所述間隔的中點(diǎn)值Δω0Δω1...ΔωN-2ΔωN-1；c)將I-Q格式輸入信號(hào)...sisi+1...si+L-1...的樣本串流同時(shí)連接到從0到N-1編號(hào)的N個(gè)“旋轉(zhuǎn)和相關(guān)”單元，且將步驟b)中計(jì)算出的每一中點(diǎn)值指派到相同編號(hào)的“旋轉(zhuǎn)和相關(guān)”單元；d)將N個(gè)“旋轉(zhuǎn)和相關(guān)”單元的A輸出依序連接到“平滑和選擇”單元的輸入；e)基于外部觸發(fā)器啟動(dòng)所述“旋轉(zhuǎn)和相關(guān)”單元，所述外部觸發(fā)器指示所述輸入信號(hào)串流中的前同步碼模式邊界；f)運(yùn)作完整的旋轉(zhuǎn)和相關(guān)循環(huán)，而所述旋轉(zhuǎn)和相關(guān)單元消耗L個(gè)輸入樣本且在極坐標(biāo)中計(jì)算相關(guān)向量其中P＝[p0p1...PL-1]為長(zhǎng)度L的所述經(jīng)取樣的前同步碼模式，*指示復(fù)共軛，且T為所述取樣周期(樣本間延遲)；g)在完成旋轉(zhuǎn)和相關(guān)循環(huán)時(shí)，“平滑和選擇”單元首先沿著Δω軸對(duì)接收到的量值進(jìn)行濾波，以便減少所述輸入信號(hào)樣本串流中的大噪聲尖峰的效應(yīng)，接著輸出Δωmax，其為最大所得相關(guān)量值的值所屬的間隔中點(diǎn)值，進(jìn)一步包含指示循環(huán)成功的輸出；h)保存Δωmax以供進(jìn)一步處理；i)如果所述成功指示為拒絕，則放棄所述計(jì)算和發(fā)信號(hào)通知假前同步碼鎖定；j)如果所述成功指示為重試，則需進(jìn)行的動(dòng)作取決于仍留下的前同步碼模式周期的數(shù)目，其中需要至少2個(gè)周期以從所述相位計(jì)算消除隨機(jī)初始相位，如果僅留下2個(gè)周期，則放棄所述計(jì)算且用信號(hào)發(fā)出假前同步碼鎖定，否則，以步驟e)開始通過(guò)相同參數(shù)對(duì)所述輸入的接下來(lái)的L樣本區(qū)段執(zhí)行所述步驟；k)如果所述成功指示為接受，則保留Δωmax作為Δωcoarse且進(jìn)行到步驟1；1)通過(guò)以下操作來(lái)尋找精細(xì)化：選擇在先前確定的Δωcoarse上居中的確保最終結(jié)果的所需精確度的最短間隔，將所述最短間隔劃分為N個(gè)間隔，定位間隔中點(diǎn)，且接著通過(guò)這些間隔中點(diǎn)運(yùn)作步驟e)到g)與所留下前同步碼模式周期一樣多的次數(shù)，且在過(guò)程期間，對(duì)所述兩Δωmax求平均以獲得其最終計(jì)算值；m)所述平均Δωmax在前同步碼模式周期內(nèi)積累相移已知線性相位特性的斜率，根據(jù)Δωmax確定CFO值Δωfinal，其中所述積累的相移將為0；以及n)使用用于所述AFC中的補(bǔ)償。根據(jù)另一實(shí)施例，一種用于根據(jù)無(wú)線收發(fā)器的無(wú)線電確定存在于經(jīng)取樣數(shù)字信號(hào)中的載波頻率偏移和對(duì)應(yīng)的樣本間相移的方法可包含以下步驟：將待被覆蓋的載波頻率偏移(CFO)范圍劃分為多個(gè)間隔；從接收到的信號(hào)產(chǎn)生與間隔一樣多的并行導(dǎo)出的串流，且通過(guò)對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)間隔中的特定一者的所述樣本間相移來(lái)預(yù)補(bǔ)償(“向后旋轉(zhuǎn)”)所接收到的信號(hào)；并行地計(jì)算由所預(yù)期前同步碼模式周期波形與每一導(dǎo)出的串流的前同步碼區(qū)段的相關(guān)而產(chǎn)生的量值和相位；在必要時(shí)將曲線擬合(濾波)應(yīng)用到所得量值的值以便最小化噪聲效應(yīng)；選擇(多個(gè))最大所得量值的值以放大存在于所述接收到的信號(hào)的輸入串流中的實(shí)際CFO；在需要時(shí)針對(duì)在位于第一運(yùn)作中的CFO值上居中的較短間隔重復(fù)搜索，以便改進(jìn)存在噪聲情況下的精確度，且假設(shè)仍使輸入前同步碼繼續(xù)作用；以及根據(jù)屬于所述選定間隔的所述CFO值和所述對(duì)應(yīng)計(jì)算的相關(guān)相位的結(jié)果來(lái)確定實(shí)際CFO。根據(jù)另一實(shí)施例，一種用于在低信噪比條件下的自動(dòng)頻率偏移補(bǔ)償?shù)姆椒砂韵虏襟E：a)檢測(cè)前同步碼模式邊界；b)一旦已檢測(cè)到所述前同步碼模式邊界便起始自動(dòng)頻率控制(AFC)粗略步驟；c)確定所述起始的AFC粗略步驟是否為第三AFC粗略步驟，其中如果所述起始的AFC粗略步驟并非所述第三AFC粗略步驟，則進(jìn)行到步驟d)，且如果所述起始的AFC粗略步驟為所述第三AFC粗略步驟，則進(jìn)行到步驟i)；d)在多個(gè)偏移間隔范圍內(nèi)取得多個(gè)信號(hào)樣本；e)針對(duì)所述多個(gè)偏移間隔范圍中的每一相應(yīng)者對(duì)所述多個(gè)信號(hào)樣本一起求平均；f)確定所述多個(gè)偏移間隔范圍中的哪一者具有具最大量值的所述平均信號(hào)樣本；g)確定所述最大量值是否大于接受閾值，其中如果所述最大量值大于所述接受閾值，則進(jìn)行到步驟j)，且如果所述最大量值不大于所述接受閾值，則進(jìn)行到步驟h)；h)確定所述最大量值是否大于拒絕閾值，其中如果所述最大量值大于所述拒絕閾值，則返回到步驟a)，且如果所述最大量值不大于所述拒絕閾值，則進(jìn)行到步驟i)；i)拒絕所述多個(gè)偏移間隔范圍中的具有不大于所述拒絕閾值的所述最大量值的所述一個(gè)偏移間隔范圍；j)選擇所述多個(gè)偏移間隔范圍中的具有所述最大量值的所述一個(gè)偏移間隔范圍的一部分；k)根據(jù)所述多個(gè)偏移間隔范圍中的具有所述最大量值的所述一個(gè)偏移間隔范圍的所述選定部分內(nèi)的所述多個(gè)信號(hào)樣本來(lái)確定第一精細(xì)化的載波偏移估計(jì)；1)根據(jù)所述多個(gè)偏移間隔范圍中的具有所述最大量值的所述一個(gè)偏移間隔范圍的所述選定部分內(nèi)的所述多個(gè)信號(hào)樣本來(lái)確定第二精細(xì)化的載波偏移估計(jì)；m)確定所述AFC粗略步驟是第一AFC粗略步驟還是第二AFC粗略步驟，其中如果所述AFC粗略步驟為所述第二AFC粗略步驟，則進(jìn)行到步驟n)，且如果所述AFC粗略步驟為所述第一AFC粗略步驟，則進(jìn)行到步驟o)；n)對(duì)所述第一精細(xì)化的載波偏移估計(jì)和所述第二精細(xì)化的載波偏移估計(jì)求平均，以提供平均載波偏移估計(jì)，接著進(jìn)行到步驟q)；o)根據(jù)所述多個(gè)偏移間隔范圍中的具有所述最大量值的所述一個(gè)偏移間隔范圍的所述選定部分內(nèi)的所述多個(gè)信號(hào)樣本來(lái)確定第三精細(xì)化的載波偏移估計(jì)；p)對(duì)所述第一、所述第二和所述第三精細(xì)化的載波偏移估計(jì)求平均，以提供平均載波偏移估計(jì)，接著進(jìn)行到步驟q)；以及q)用所述平均載波偏移估計(jì)來(lái)補(bǔ)償與載波頻率的頻率偏移。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，所述多個(gè)偏移間隔范圍覆蓋所述載波頻率的至少加減百萬(wàn)分之120。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，所述多個(gè)偏移間隔范圍中的所述每一者包含所述多個(gè)信號(hào)樣本中的至少五者。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，所述多個(gè)偏移間隔范圍中的具有所述最大量值的所述選定一者的所述部分覆蓋所述多個(gè)偏移間隔范圍中的表示所述載波頻率的粗略載波頻率偏移的所述選定一者的至少加減百萬(wàn)分之35。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，其中所述補(bǔ)償所述載波頻率偏移的步驟通過(guò)調(diào)整接收器本機(jī)振蕩器頻率來(lái)進(jìn)行。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，所述補(bǔ)償所述載波頻率偏移的步驟通過(guò)反旋接收到的數(shù)據(jù)符號(hào)的原始I/Q波形來(lái)進(jìn)行。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，其中所述確定所述多個(gè)偏移間隔范圍中的哪一者具有具所述最大量值的所述平均信號(hào)樣本的步驟使用十六(16)個(gè)資源。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，所述十六(16)個(gè)資源包含覆蓋至少百萬(wàn)分之240頻率范圍的十六(16)個(gè)可能參考符號(hào)的十六(16)次旋轉(zhuǎn)。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，所述確定所述第一精細(xì)化的載波偏移估計(jì)的步驟使用八(8)個(gè)資源。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，確定另一第一精細(xì)化的載波偏移估計(jì)的步驟使用處于所述多個(gè)偏移間隔范圍中的具有所述最大量值的所述一個(gè)偏移間隔范圍的所述選定部分內(nèi)的多個(gè)信號(hào)樣本的Δt＝+1處的信號(hào)樣本。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，所述確定所述另一第一精細(xì)化的載波偏移估計(jì)的步驟使用額外八(8)個(gè)資源。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，所述確定所述第二精細(xì)化的載波偏移估計(jì)的步驟使用八(8)個(gè)資源。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，確定另一第二精細(xì)化的載波偏移估計(jì)的步驟使用處于所述多個(gè)偏移間隔范圍中的具有所述最大量值的所述一個(gè)偏移間隔范圍的所述選定部分內(nèi)的多個(gè)信號(hào)樣本的Δt＝+1處的信號(hào)樣本。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，所述確定所述另一第二精細(xì)化的載波偏移估計(jì)的步驟使用額外八(8)個(gè)資源。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，所述確定所述第三精細(xì)化的載波偏移估計(jì)的步驟使用八(8)個(gè)資源。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，確定另一第三精細(xì)化的載波偏移估計(jì)的步驟使用處于所述多個(gè)偏移間隔范圍中的具有所述最大量值的所述一個(gè)偏移間隔范圍的所述選定部分內(nèi)的多個(gè)信號(hào)樣本的Δt＝+1處的信號(hào)樣本。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，所述確定所述另一第三精細(xì)化的載波偏移估計(jì)的步驟使用額外八(8)個(gè)資源。根據(jù)又一實(shí)施例，一種用于在低信噪比條件下在零-中頻接收器中的自動(dòng)頻率偏移補(bǔ)償?shù)姆椒砂韵虏襟E：接收具有前同步碼的數(shù)據(jù)信號(hào)；以零中頻(IF)將所述接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為同相(I)和正交相(Q)數(shù)據(jù)信號(hào)；以所述零IF取樣所述I和Q數(shù)據(jù)信號(hào)；通過(guò)I和Q模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將所述經(jīng)取樣的I和Q數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為其數(shù)字表示；執(zhí)行所述接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)的自動(dòng)頻率偏移補(bǔ)償，包含以下步驟：a)檢測(cè)前同步碼模式邊界；b)一旦已檢測(cè)到所述前同步碼模式邊界便起始自動(dòng)頻率控制(AFC)粗略步驟；c)確定所述起始的AFC粗略步驟是否為第三AFC粗略步驟，其中如果所述起始的AFC粗略步驟并非所述第三AFC粗略步驟，則進(jìn)行到步驟d)，且如果所述起始的AFC粗略步驟為所述第三AFC粗略步驟，則進(jìn)行到步驟h)；d)對(duì)多個(gè)偏移間隔范圍中的每一相應(yīng)者內(nèi)的所述經(jīng)取樣的I和Q數(shù)據(jù)信號(hào)的所述數(shù)字表示一起求平均；e)確定所述多個(gè)偏移間隔范圍中的哪一者具有具最大量值的所述經(jīng)取樣的I和Q數(shù)據(jù)信號(hào)的平均數(shù)位表示；f)確定所述最大量值是否大于接受閾值，其中如果所述最大量值大于所述接受閾值，則進(jìn)行到步驟i)，且如果所述最大量值不大于所述接受閾值，則進(jìn)行到步驟g)；g)確定所述最大量值是否大于拒絕閾值，其中如果所述最大量值大于所述拒絕閾值，則返回到步驟a)，且如果所述最大量值不大于所述拒絕閾值，則進(jìn)行到步驟h)；h)拒絕所述多個(gè)偏移間隔范圍中的具有不大于所述拒絕閾值的所述最大量值的所述一個(gè)偏移間隔范圍；i)選擇所述多個(gè)偏移間隔范圍中的具有所述最大量值的所述一個(gè)偏移間隔范圍的一部分；j)根據(jù)所述多個(gè)偏移間隔范圍中的具有所述最大量值的所述一個(gè)偏移間隔范圍的所述選定部分內(nèi)的所述...