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刻對被接收信號取樣。


圖1是一個數(shù)字信號接收機(jī)的簡圖，接收機(jī)包含一個測定存在于數(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)包合一個直接變換的正交解調(diào)器，接收的信號(記為SR)就加到這個解調(diào)器上。更明確的說，信號SR加到兩個混頻器10、11上，混頻器還另外接收本機(jī)振蕩器12的兩個解調(diào)信號，其中一個(10)借助于一個標(biāo)號13的90°移相器。混頻器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。每個被接收的符號按照K個取樣編碼(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。這個頻率偏差記作ε，被送到本機(jī)振蕩器12以便自動控制頻率。
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就被掛在這個鄰近頻道而不能測定頻率偏差。隨著預(yù)料會有信號受損壞。
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)明的一個目的是提供一個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，這個測定頻率的裝置在一個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。
這個目的和其他在以后出現(xiàn)的目的一樣，有賴于一個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。
一個這樣的測定器具有在無干擾源時在頻率偏移低于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點(diǎn)的能量水平進(jìn)行比較。當(dāng)兩個能量水平中的一個超過中心點(diǎn)的能量水平時，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是一個熟悉的數(shù)字信號接收機(jī)的簡圖，接收機(jī)包含一個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表示一個由N＝16個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FFT矢量進(jìn)行平滑后得到的；-圖4說明沒有干擾源時，對于N＝16點(diǎn)和L＝1000，一次測定(相對于在符號時間歸一化的頻率偏差ΔF*Ts變化的情況；-圖5說明位于這個解調(diào)信道的電平以上13dB兩邊的兩個相鄰信道構(gòu)成的干擾源存在時，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。每個這樣的矢量都是由FFT的N個點(diǎn)組成。連續(xù)矢量的數(shù)目L在一個累加器23上，在一個偏離單元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個點(diǎn)的離散度。
圖3表示由FFT的N＝16個點(diǎn)，經(jīng)過用L＝1000個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個累積矢量被送到一個分頻器25，能確保頻譜各點(diǎn)指向26到29的四個模塊。
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)噪音電平提供一個信息。圖3中這個噪音電平由b1點(diǎn)給出，而b2點(diǎn)位于一個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的輸出送到一個提供測定ε的減法器36。
然后測定ε被送到一個譯碼表，為每個測定(提供一個在接收機(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，對于N＝16和L＝1000，測定(隨按符號時間歸格化的頻率偏差(設(shè)為ΔF*Ts)的變化。
可以看到這個特性曲線40在-0.5到+0.5之間的一個區(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，假定是在一個比阿爾伯特算法雙倍重要的區(qū)段的話。
圖5說明在這個解調(diào)信道的電平以上13dB處(強(qiáng)干擾源)兩邊的兩個相鄰信道存在時，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也同時表示出來。特性曲線50、51和52是在上述相鄰的信道存在時，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)時測定(是可靠的。反之，當(dāng)頻率偏移ΔF*Ts超出這個界限，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大于或等于Ds/4的值。因此，這個±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，需要L個矢量的兩次連續(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)上述兩個能量水平(b3，b4)超過上述中點(diǎn)(pm)的上述能量水平時，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根據(jù)權(quán)利要求1到4中之一個的裝置。
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