专利名称：数字信号传输中的频率估计方法
技术领域：
本发明属于数字信号传输领域，特别是一种检测出周期性QPSK同步信号，并利用该同步信号进行频率估计。
背景技术：
在很多数字传输系统中，利用数据进行载波恢复可能会达不到预期的效果，体现在捕捉范围太小。例如采用QAM调制方式时，如果星座点比较多(如256QAM)，或者星座图比较特殊(如128QAM、32QAM)时，载波恢复的捕捉范围就很难做到比较大。通常可以利用频率估计辅助载波恢复，扩大载波恢复的捕捉范围。现有技术是利用数据进行频率估计，由于数据是未知的，所以所能估计的频偏的范围比较小，往往难以有效地估计出载波频率。
发明内容
本发明的目的是提供一种频率估计方法，利用该方法在载波还没有恢复出来以前，将接收到的数字信号中已知的QPSK同步信号检测出来，并通过这些已知的QPSK同步信号进行载波频率估计，以辅助载波恢复。
本发明的方法包括两个步骤，首先从接收到的数字信号中检测出已知的QPSK同步信号，然后利用检测出的QPSK同步信号进行频率估计。
QPSK同步信号的检测方法根据接收到的数字信号所在的象限得到相位旋转序列，将这个相位旋转序列与已知的QPSK同步信号的相位旋转序列进行匹配，如果两个序列对应的值相等的个数大于设定的门限值则将该数字信号序列的位置记录下来。如果连续n个记录的数字信号序列的位置相邻相隔距离都等于已知QPSK同步信号周期的话，即找到了该同步信号在传输信号中所处的位置。
利用检测出的QPSK同步信号进行频率估计的方法是求出第一个QPSK同步信号到第N个(N表示已知QPSK同步信号序列中的符号数)QPSK同步信号间的相位偏移，记为P，然后由Pfs2π(N-1)]]>计算出所估计的频率。
所述的相位偏移P的计算方法是首先计算出第一个同步信号到正X轴的旋转角度θ，再将所有的同步信号都旋转角度θ，然后将所有的同步信号再旋转与其对应的已知同步信号相对应的一个角度，使所有的已知同步信号都对应到正X轴，这时最后一个同步信号的角度就是N个同步信号累积的相位变化β。再监测累积相位变化超过180°的次数M，相位偏移P＝180×M+β。
所述的旋转角度θ的计算方法是分别取第一个同步信号对应I路和Q路的绝对值x和y，由 得到该同步信号在第一个象限的角度，根据该信号所处的象限得到θ值。累积的相位变化β的计算方法与旋转角度θ的计算方法相同。
数字信号传输中往往在传输的数字信号中加入辅助的同步信号，它们以QPSK的调制方式进行传输，本方法就是将这些信号检测出来，利用它们的已知性进行载波频率估计，其估计的准确性及可靠性远远高于利用数据进行频率估计。
图1为PN127序列；图2为本发明一实施例框图；图3为同步信号中一个符号跳到下一个符号的相位旋转示意图；图4为接收到的信号相对于前一个信号的相位；图5为已知同步信号星座点转动到与坐标轴重合的示意图；图6为和坐标轴重合的星座点都转到与正X轴重合的示意图；图7为累积相位是否超过180度的监测。
具体实施例方式
如图1所示，同步信号为PN127序列，采用QPSK调制方式，该同步信号PN127中两个比特组成一个QPSK符号，其中前一比特为I路同步信号比特，后一比特为Q路同步信号比特。
该方法的实现框图如图2所示，上一个虚线框中所示的是从接收的信号中寻找出同步信号的位置首先是根据已知的同步信号符号序列，由各个符号所处的象限得出由前一个符号跳到下一个符号所需要转动(逆时针)的相位，如图3所示。如果逆时针转动的相位为0°，那么记为0；如果逆时针转动的相位为90°，那么记为1；如果逆时针转动180°，那么记为2；如果逆时针转动270°，则记为3，从而得到一个由0、1、2、3的相位旋转序列。由于同步信号符号序列是已知的，所以这个相位旋转序列是确定的。
然后由相位旋转序列检测器检测出接收到信号的相位旋转序列。设当前接收到的信号为a+jb，前一个的信号为c+jd，其中a、c接收到的I路信号，b、d为接收到的Q路信号。那么a+jbc+jd=1c2+d2[(ac+bd)+j(-ad+bc)]=r(A+jB),]]>其中r=1c2+d2,]]>A＝ac+bd，B＝-ad+bc。如图4所示，如果A+jB位于区域I(即|A|＞＝|B|，且A＞＝0)，则认为α+jb在c+jd基础上转动了0°，记为0；如果A+jB位于区域II，那么认为α+jb在c+jd基础上转动了90°，记为1；如果A+jB位于区域III，那么认为α+jb在c+jd基础上转动了180°，记为2；如果A+jB位于区域IV，那么认为α+jb在c+jd基础上转动了270°，记为3，这样也得到了由0、1、2、3组成的接收信号的相位旋转序列。
接下来将接收信号的相位旋转序列与同步信号的相位旋转序列作匹配。取相位旋转序列的长度为36，将两个相位旋转序列的对应位一一进行比较，如果相等的话，置信度计数器的值加1，否则置信度计数器值不变。检测置信度计数器，如果它的值达到一个门限值，如24，那么就可以判定寻找到一个可能的同步信号位置，即从当前符号位置往前35个符号为可能的同步信号开始的位置。
最后对同步信号位置进行确认。比较相邻两个可能同步信号位置的间隔，只有当连续的n个相邻间隔都相等，并且都等于已知同步信号长度时，才可以确定找到了同步信号的位置。
图2中的下一个虚线框中所示的是利用寻找到的QPSK同步信号进行频率估计首先通过第一个同步信号相位θ检测器对接收到的第一个同步信号进行处理，求出这个信号旋转到与星座图上的正X轴重合所需要的相位θ。如果信号原来位于X轴的上方的话，顺时针旋转，θ值为负；如果信号原来位于X轴下方的话，逆时针旋转，θ值为正。为了处理的方便，这里求出的相位θ只是粗略的值，事实上也没必要很精确。先求接收到的第一个同步信号I路和Q路分别对应的绝对值，然后粗略估计出第一个同步信号在第一个象限的θ值，最后根据第一个同步信号所处的象限得到真正的θ值。
然后通过相位θ旋转器将所有接收到的同步信号(第一个除外)都旋转θ相位。使得所有接收到的同步信号都旋转相同的角度，并且第一个同步信号与正X轴重合。由于PN127序列的第一个符号位于第二象限，那么将所有的已知同步信号顺时针旋转135°，使它们与座标轴重合，如图5所示。这样接收到的第一个同步信号就与已知同步信号的第一个符号重合于正X轴，也就是说这时接收到的第一个同步信号没有相位误差。
接下来根据已知的已知同步信号，通过90°或180°相位旋转器将接收到的所有同步信号再旋转±90°或180°，如图6所示。设第n个已知同步信号为Xb(n)，相应接收到第n个同步信号为Xr(n)。如果Xb(n)为11，那么xr(n)就旋转-90°(即顺时针转90°)；如果Xb(n)为00，那么xr(n)就旋转+90°(即逆时针转90°)；如果xb(n)为01，那么xr(n)就旋转180°；如果Xb(n)为10，那么Xr(n)不转。这样，相当于已知同步信号都转成与正X轴重合，如果不存在相位误差的话，接收到的信号也都应该与正X轴重合，正是因为有了相位误差，所以接收到的信号一般不会与正X轴重合。那么，这时Xr(n)的相位就是从接收到的第1个同步信号到第n个同步信号之间累积的相位变化。
再接下来通过累积相位超过180°监测器来监测累积相位变化有没有超过180°。设置一个相位超过180°的标志phase_180(处于负X轴时为0，出于正X轴时为1)和一个相位超过180°的计数器count_180，当超过180°时，phase_180信号就取反，同时count_180加1。具体做法如下见图7，如果原来累积相位变化位于正X轴(即phase_180＝1)，而接收到当前信号后累积相位变化位于A区域，那么表明检测到相位超过180°，cout_180加1，phase_180取反；如果原来累积相位变化位于负X轴(即phase_180＝0)，而接收到当前信号后累积相位变化位于D区域，那么表明检测到相位超过180°，cout_180加1，phase_180取反；如果原来累积相位变化位于正X轴(即phase_180＝1)，而接收到当前信号后累积相位变化位于B区域，那么表明检测到相位超过-180°，cout_180减1，phase_80取反；如果原来累积相位变化位于负X轴(即phase_180＝0)，而接收到当前信号后累积相位变化位于C区域，那么表明检测到相位超过-180°，cout_180减1，phase_180取反。
然后求最后一个同步信号的剩余角度β。求法与求第一个信号旋转到与正X轴重合的方法是一样。这里就不赘述了。求总的相位P＝count_180×180+β。最后计算频差Δf=pfs2π(N-1),]]>这里N＝63。
权利要求
1.数字信号传输中的频率估计方法，其特征在于本方法包括两个步骤，首先从接收到的数字信号中检测出已知的QPSK同步信号，然后利用检测出的QPSK同步信号进行频率估计；QPSK同步信号的检测方法根据接收到的数字信号所在的象限得到相位旋转序列，将这个相位旋转序列与已知的QPSK同步信号的相位旋转序列进行匹配，如果两个序列对应的值相等的个数大于设定的门限值则将该数字信号序列的位置记录下来，如果连续n个记录的数字信号序列的位置相邻相隔距离都等于已知QPSK同步信号周期的话，即找到了该同步信号在传输信号中所处的位置；利用检测出的QPSK同步信号进行频率估计的方法计算出第一个QPSK同步信号到第N个(N表示已知QPSK同步信号序列中的符号数)QPSK同步信号间的相位偏移，记为P，然后由Pfs2π(N-1)]]>计算出所估计的频率。
2.如权利要求1所述的数字信号传输中的频率估计方法，其特征在于所述的相位偏移P的计算方法是首先计算出第一个同步信号到正X轴的旋转角度θ，再将所有的同步信号都旋转角度θ，然后将所有的同步信号再旋转与其对应的已知同步信号相对应的一个角度，使所有的已知同步信号都对应到正X轴，这时最后一个同步信号的角度就是N个同步信号累积的相位变化β，再监测累积相位变化超过180°的次数M，相位偏移P＝180×M+β。
3.如权利要求2所述的数字信号传输中的频率估计方法，其特征在于所述的旋转角度θ的计算方法是分别取第一个同步信号对应I路和Q路的绝对值x和y，由 得到该同步信号在第一个象限的角度，根据该信号所处的象限得到θ值；所述的累积的相位变化β的计算方法与旋转角度θ的计算方法相同。
全文摘要
本发明公开了一种利用已知的QPSK同步信号进行载波频率估计的方法。在数字传输系统的接收端，在载波还没有恢复出来以前，将接收到的信号中已知的QPSK同步信号寻找出来，然后利用这些已知位置的QPSK同步信号进行载波频率估计，以辅助载波恢复。用接收信号的相位旋转序列与已知的相位旋转序列作匹配的方法来检测可能的QPSK同步信号的位置。根据第一个QPSK同步信号到第N个QPSK同步信号的累积相位变化P，由Pf
文档编号H04N7/24GK1447602SQ0311513
公开日2003年10月8日 申请日期2003年1月24日 优先权日2003年1月24日
发明者邹志永, 王匡 申请人:杭州国芯科技有限公司