专利名称：用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字通讯系统，尤其是一种用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法和装置。
背景技术：
数字相位调变由于其简单和稳定而成为通用数字调变的一种。根据信息位藉由选择信号相位可传送来源信息。数字相位调变的例子包括连续相位调变(CPM)、移相位键控法 (PSK)和差动移相位键控法(DPSK)。在接收器内，必需侦测一准确参考相位以进行发射信息位的译码。否则，参考相位错误可能导致严重的性能劣化。就差动编码数字相位调变器(例如DPSK、DQPSK和D8PSK) 而言，一参考相位可源自先前的符号以利于解调。就简单接收器而言，DPSK信号可被差动译码。这意味着，使用先前相位作为目前符号的基准。然而，与完美参考相位的性能相比较， 由于此基准的噪声而使性能劣化高达3分贝(dB)。参考相位追踪也有助于DPSK信号。为便于估计参考相位，通常在信息封包开始之前发射一训练序列(training sequence)。藉由接收器的已知训练序列，可轻易估计该参考相位，但是当该训练序列不含有原始信息时，其有效发射信息量可能略微降低。此外，由于发射器(TX)或接收器(RX)的振荡器不尽精确，该参考相位可能随着时间而变化。在此情况下，接收器在接收信息位的同时将需要参考相位追踪以维持最佳性能。参考相位可能由于发射器和接收器振荡器间的不匹配(mismatching)而呈高度时变。此不匹配常被称为频率偏差(Frequency Offset)。此外，频率偏差可能导致准确追踪参考相位的困难。藉由此FO的估计和/或追踪可保持准确的参考相位。就此参考相位追踪而言，参考文献[1]中建议使用根据最大可能性序列法(MLSD) 的多重符号侦测法，但其复杂度随着观察符号而明显增加。此外，颁予Smit等人的名称为 “用于相位域半相干解调的方法和装置”的美国专利案号7，245, 672中揭示相位域内的一阶IIR滤波器，如图3所示，以相位运算取代复数的信号运算而进一步降低了其复杂度，然而，此一阶相位追踪仍不足以处理大量的相位变化。例如，蓝牙规格[2]容许高至相当于 400Hz/μ s的频率漂移速度。同样，在本发明中由于建议的差分译码而无法避免双重误差 (译码符号错误传递)。根据上述的问题，对于一般相位调变信号，相关领域亟需一种简单和稳定的相位追踪方法，其是以高阶数字锁相回路在相位域内追踪参考相位。同样，我们建议一种较佳的相位追踪方式，用于差分编码数字相位调变信号，如DBPSK、( π /4) DQPSK和D8PSK调变。参考文献[1]D. Divsalar 和 M. K. Simon, "MPSK 的多重符号差分检测法”，IEEE Trans. Commun.，第 38 卷第 300 308 页，1990 年 3 月。[2]蓝牙系统的规格说明，2. 0+EDR, 2004年11月4日。
发明内容
本发明的一目标是提供一种有效和稳定的方法，用于数字相位调变信号接收器内的参考相位追踪。其追踪相位误差及产生可靠的参考相位。为达到上述目标，本发明提供一种用于数字相位调变信号的接收器内的参考相位追踪方法，包括下列步骤将接收的复数信号转变成接收相位rn ；将该接收相位4馈送至参考相位追踪器；从该参考相位追踪器产生一估计发射相位& ;将该估计发射相位&馈送至相干译码器；以及从该相干译码器产生一译码符号^1。根据本发明的一种形式，该接收的复数信号可被BPSK、MPSK、PSK和DPSK调变系统所编码。根据本发明的一种形式，该接收相位^可根据该接收的复数信号被转变成不同型式。本发明的另一目标为提供用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪的一种有效和稳定的装置。该参考相位追踪器撷取接收相位和译码符号作为其输入信号，藉由所追踪的相位误差(来自频率偏移和频率偏移变化)而产生一估计的可靠参考相位。此参考相位追踪器，采用一种基于测量相位误差的相位域内梯度算法。为达到上述目标，本发明提供一种用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法，包括一复数相位变换器，用于将接收的复数信号的同相(In)和正交(Qn)分量转变成接收相位rn ； —电连接至该复数相位变换器的参考相位追踪器，用于产生一估计发射相位5 ;以及一电连接至参考相位追踪器的相干译码器，被用于产生一译码符号及传送一再调变相位信号&至该参考相位追踪器。根据本发明的一种形式，该用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法可被应用于BPSK、MPSK, PSK和DPSK调变系统内。根据本发明的一种形式，可根据BPSK、MPSK和DPSK调变系统选择相干译码器的类型。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为普通译码器和本发明参考相位追踪的方块图；图2为PSK译码器和本发明参考相位追踪的方块图；图3为Smit (先前技术)建议的DPI接收器的方块图；图4为DPSK译码器和本发明参考相位追踪的方块图；图5为DPSK译码器和本发明参考相位追踪的一另类方块图。100、接收器；101、接收的复数信号；110、复数相位变换器；111、接收相位；120、 参考相位追踪器；121、第一减法器；122、第二减法器；123、第一乘法器；124、第一加法器；125、第一样本延迟器；126、第二乘法器；127、第二加法器；128、第三加法器；129、第二样本延迟器；130、相干译码器；131、再调变相位信号；132、延迟(d) ；133、译码符号；140、同调译码器内造成的延迟(d) ；141、估计发射相位；142、先前参考相位估计；143、α值；144、估计发射相位；145、追踪误差；146、β值；147、相位校正因子；148、参考相位估计；149、再调变相位信号；200、PSK译码器；210、相干译码器；211、映射单位；212、译码符号；213、解映射单位；220、电路；300、先前技术的DPSK接收器；310、PSK译码器装置；320、差分译码器装
置；400、DPSK译码器；410、相干译码器；414、& ； 500、DPSK译码器和参考相位追踪的一另
类方块图。
具体实施例方式附图和下列详细说明为本发明的较佳具体实施例。应了解下列披露的说明将作为本发明的实施例，以及本发明非局限于该附图及特定的具体实施例。参考相位追踪并非为一些相位调变信号，例如高斯频移键控(GFSK)和差动移相位键控(DPSK)所必需。然而，已知的相干检测(coherent detection)可能将接收器的性能提高到3分贝。此处，提供用于相位域内参考相位追踪的一种简单、稳定和通用的方法。为了解本发明的精神，参考图1，其显示一通用译码器和本发明的参考相位追踪的方块图。用于接收器100内数字相位调变信号的参考相位追踪方法包括一复数相位变换器 110、一参考相位追踪器120、一相干译码器130。该复数相位变换器110被用于将接收的复数信号101的同相(In)和正交(Qn)分量转变成接收相位rnlll。电连接至该复数相位变换器110的参考相位追踪器120被用于产生一估计发射相位141。电连接至参考相位追踪器120的相干译码器130被用于产生一译码符号212及传送一再调变相位信号149 至该参考相位追踪器120。该用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法可被应用于BPSK、MPSK、 PSK和DPSK调变系统内。该接收的复数信号101可经BPSK、MPSK、PSK或DPSK调变系统编码。根据该接收的复数信号101，该接收相位rnlll可被转变成不同型式。相干译码器130 的类型，可根据BPSK、MPSK或DPSK调变系统选择。参考图1，该参考相位追踪器进一步包括第一减法器121、第二减法器122、第一乘法器123、第一加法器124、第一样本延迟器125、第二乘法器126、第二加法器127、第三加法器128，及第二样本延迟器129。该第一减法器121被用于从接收相位rnlll减去先前参考相位估计值142及产生估计发射相位& 141。电连接至相干译码器130的该第二减法器 122被用于从估计发射相位& 141减去再调变相位信号毛149来产生一追踪误差ε n145。电连接至第二减法器122的该第一乘法器123被用于藉由β值146调整该追踪误差ε η145。 电连接至第一乘法器123的该第一加法器1 被用于将调整后追踪误差β %和先前相位校正因子《q相加。电连接至第一加法器124的该第一样本延迟器125被用于撷取该相
位校正因子g 147至艮,先前状态并提供先前相位校正因子《，的反馈信号至第一加法器
η/ —ιΑ —ι
124。电连接至第二减法器122的该第二乘法器1 被用于藉由α值143调整该追踪误差 ε η145。电连接至第二乘法器126的该第二加法器127被用于将调整后追踪误差α ε 和该相位校正因子@ 147相加。电连接至第二加法器127的该第三加法器1 被用于将先前参考相位估计、调整后追踪误差α ε η和该相位校正因子g 147相加。电连接至第二加法器127的该第二样本延迟器1 被用于撷取该参考相位估计&至先前状态并提供先
前参考相位估计gy的反馈信号至第三加法器1 和第一减法器121。另外，为补偿相干译码器内导致的延迟(d)及产生具有正确时间的发射相位估计值瓦141，相干译码器电连接至该第一减法器121。考虑相干译码器的延迟(d)后，该发射相位估计值& (图2中149没有延迟)和译码符号^1 (图2中212没有延迟)变成具
有延迟(d)的发射相位估计值131及译码符号132,a _d 132也被指定为译码符号 133。本发明装置可藉由移除冗余装置和/或再组织该参考相位追踪器和相干译码器而被改良和/或简化。此外，可如下列步骤进一步描述本发明的流程步骤1 将接收的复数信号转变成接收相位rnlll ；步骤2 将该接收相位rnlll馈送至参考相位追踪器；步骤3 从该参考相位追踪器产生一估计发射相位& 141 ；步骤4 将该估计发射相位141馈送至相干译码器；以及步骤5 从该相干译码器产生一译码符号^^ 212。该接收的复数信号可被BPSK、MPSK、PSK和DPSK调变系统所编码。该接收相位 rnlll可根据该接收的复数信号被转变成不同型式。产生一估计发射相位瓦141的流程进一步包括下列步骤步骤1 从接收相位rnlll减去先前参考相位估计值或爿142 ；步骤2 藉由从一估计发射相位· 141减去再调变相位信号149而产生一追踪误差ε η145 ；步骤3 藉由β值146调整该追踪误差ε η145 ；步骤4 将调整后追踪误差β ε η和先前相位校正因子( ,及导出相位校正因子g
W—ιη
相加；步骤5 藉由α值143调整该追踪误差ε η145 ；步骤6 将调整后追踪误差α ε η和该相位校正因子g相加；以及步骤7 将调整后追踪误差α ε η，及该相位校正因子g,与先前参考相位估计值 gy相加来导出参考相位估计值& 148。产生一估计发射相位&的流程进一步包括下列步骤步骤1 从接收相位rnlll减去先前参考相位估计值;步骤2 将延迟(d)加至估计发射相位141 ；
步骤3 藉由从具有延迟(d)的估计发射相位144减去具有延迟(d)的再调变相位毛131而产生一追踪误差ε η145 ；步骤4 藉由β值调整该追踪误差ε η ；步骤5 相加调整后追踪误差β ε η和先前相位校正因子g i及导出相位校正因子步骤6 藉由α值143调整该追踪误差ε η145 ；步骤7 将调整后追踪误差α ε η和该相位校正因子g相加；以及步骤8 将步骤7的结果与先前参考相位估计值相加，来导出参考相位估计值 θη 148。该延迟(d) 140被用于产生具有正确时间的估计发射相位141。产生一译码符号^1 212的流程进一步包括下列步骤步骤1 将一估计发射相位& 141馈送至相干译码器；步骤2 解映射(de-mapping)该估计发射相位141 ；步骤3 产生一译码符号^j 212 ；
步骤4 映射该译码符号^| 212 ；以及步骤5 产生一再调变相位信号·^ 149。该再调变相位信号149被馈送至参考相位追踪器及被用于追踪误差ε η145的计算。该用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法已如上所述，采用二阶或三阶的锁相回路。将同相(In)和正交(Qn)分量组成的接收的复数信号101转变成接收相位rnlll 的复数相位变换器110利用下列方程式完成
权利要求
1.一种用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法，包括 将接收的复数信号转变成接收相位rn ；将该接收相位rn馈送至参考相位追踪器； 从该参考相位追踪器产生一估计发射相位； 将该估计发射相位馈送至相干译码器；以及从该相干译码器产生一译码符号^ 。
2.根据权利要求1所述的用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法，其中该接收的复数信号被BPSK、MPSK、PSK和DPSK调变系统所编码。
3.根据权利要求1所述的用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法，其中该接收相位^根据该接收的复数信号被转变成不同型式。
4.根据权利要求1所述的用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法，其中产生一估计发射相位&的流程包括从接收相位rn减去先前参考相位估计gy ；藉由从一估计发射相位^减去再调变相位信号>^而产生一追踪误差ε η ； 藉由β值调整该追踪误差εη;将调整后追踪误差β εη和先前相位校正因子gy及导出相位校正因子g相加； 藉由α值调整该追踪误差εη;将调整后追踪误差α εη和该相位校正因子g相加；以及将调整后追踪误差α ε η和该相位校正因子 与先前参考相位估计^^及导出参考相位估计( 相加。
5.根据权利要求1所述的用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法，其中产生一估计发射相位的流程包括下列步骤从接收相位rn减去先前参考相位估计gd ； 将延迟⑷加至估计发射相位藉由从具有延迟(d)的估计发射相位^—减去具有延迟(d)的再调变相位而产生一追踪误差εη;藉由β值调整该追踪误差εη;将调整后追踪误差β εη和先前相位校正因子《1及导出相位校正因子g相加；' —ιη藉由α值调整该追踪误差εη;将调整后追踪误差α ε η和该相位校正因子《相加；以及将调整后追踪误差α ε η和该相位校正因子^；与先前参考相位估计或爿及导出参考相位估计&相加；其中该延迟(d)被用于产生具有正确时间的估计发射相位■ 。
6.根据权利要求1所述的用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法，其中产生一译码符号<5 的流程包括下列步骤将一估计发射相位馈送至相干译码器； 解映射该估计发射相位产生一译码符号^J ； 映射该译码符号^1 ； 产生一再调变相位信号^；其中该再调变相位信号&被馈送至参考相位追踪器并被用于追踪误差ε η的计算。
7.根据权利要求1所述的用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法，采用二阶或三阶的锁相回路。
8.一种用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法，包括复数相位变换器，用于将接收的复数信号的同相(In)和正交(Qn)分量转变成接收相位rn ；电连接至该复数相位变换器的参考相位追踪器，用于产生一估计发射相位《？ ;以及电连接至参考相位追踪器的相干译码器，用于产生一译码符号及传送一再调变相位信号^至该参考相位追踪器。
9.根据权利要求8所述的用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法，其中该装置被应用于BPSK、MPSK, PSK和DPSK调变系统内。
10.根据权利要求8所述的用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法，其中该接收的复数信号被BPSK、MPSK、PSK和DPSK调变系统所编码。
11.根据权利要求8所述的用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法，其中该接收相位^根据该接收的复数信号被转变成不同型式。
12.根据权利要求8所述的用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法，其中根据BPSK、MPSK和DPSK调变系统选择相干译码器的类型。
13.根据权利要求8所述的用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法，其中该参考相位追踪器包括第一减法器，用于从接收相位rn减去先前参考相位估计gy及产生估计发射相位& ；电连接至相干译码器的第二减法器，用于从估计发射相位&减去再调变相位信号&及产生一追踪误差ε η ；电连接至第二减法器的第一乘法器，用于藉由β值调整该追踪误差εη; 电连接至第一乘法器的第一加法器，用于将调整后追踪误差β ε η和先前相位校正因子相加；电连接至第一加法器的第一样本延迟器，用于撷取该相位校正因子夜至^^先前状态并提供先前相位校正因子的反馈信号至第一加法器；电连接至第二减法器的第二乘法器，用于藉由α值调整该追踪误差εη;电连接至第二乘法器的第二加法器，用于将调整后追踪误差α ε η和该相位校正因子彥相加；电连接至第二加法器的该第三加法器，用于将先前参考相位估计gy、调整后追踪误差 α ε η和该相位校正因子g相加；以及电连接至第二加法器的第二样本延迟器，用于撷取该参考相位估计&至gy先前状态并提供先前参考相位估计^t1的反馈信号至第三加法器和第一减法器。
14.根据权利要求13所述的用于数字相位调变信号的参考相位追踪方法，其中该参考相位追踪器被用于追踪具有二阶锁相回路的相位。
15.根据权利要求13所述的用于数字相位调变信号的参考相位追踪方法，其中该相位追踪器采用二阶或三阶的锁相回路。
16.根据权利要求13所述的用于数字相位调变信号的参考相位追踪方法，其中该装置藉由移除冗余装置和/或再组织该参考相位追踪器和相干译码器而被改良和/或简化。
17.根据权利要求8所述的用于接收器内数字相位调变信号的参考相位追踪方法，其中该参考相位追踪器包括第一减法器，用于从接收相位rn减去先前参考相位估计及产生估计发射相位； 电连接至第一减法器的相干译码器，用于补偿相干译码器内导致的延迟(d)及产生具有正确时间的估计发射相位& ；电连接至相干译码器的第二减法器，用于从具有延迟(d)的估计发射相位&减去具有延迟(d)的再调变相位信号及产生一追踪误差ε η ；电连接至第一乘法器的第一加法器，用于将调整后追踪误差β ε η和先前相位校正因子@相加；电连接至第一加法器的第一样本延迟器，用于撷取该相位校正因子^；至或q先前状态并提供先前相位校正因子《]的反馈信号至第一加法器；电连接至第二减法器的第二乘法器，用于藉由α值调整该追踪误差εη; 电连接至第二乘法器的第二加法器，用于将调整后追踪误差α ε η和该相位校正因子绿相加；电连接至第二加法器的第三加法器，用于将先前参考相位估计、调整后追踪误差 α ε η和该相位校正因子g相加；以及电连接至第二加法器的第二样本延迟器，用于撷取该参考相位估计前状态并提供先前参考相位估计々μ的反馈信号至第三加法器和第一减法器；其中该估计发射相位 ？《的延迟(d)来自相干译码器并造成具有延迟(d)的估计发射相位云n_d。
18.根据权利要求16所述的用于数字相位调变信号的参考相位追踪方法，其中该参考相位追踪器被用于追踪具有二阶锁相回路的相位。
19.根据权利要求17所述的用于参考相位追踪方法，其中该相位追踪器采用二阶或三阶的锁相回路。
20.根据权利要求17所述的用于数字相位调变信号的参考相位追踪方法，其中该装置藉由移除冗余装置和/或再组织该参考相位追踪器和相干译码器而被改良和/或简化。
全文摘要
本发明揭示一种可有效和稳定地提供用于数字相位调变信号的参考相位的方法和装置。其接收器以一阶或较高阶锁相回路(Phase Locked Loops)稳定和快速地追踪发送器和接收器之间的相位差、频率偏差和时变频率误差。本发明也可被应用于任何的相位调变信号，例如PSK(Phase Shift Keying)、DPSK(Differential Phase Shift Keying)、π/4-DPSK和CPM(Continuous Phase Modulation)。本发明的译码器可达到接近相干解调的性能。
文档编号H04L27/233GK102170415SQ20101025529
公开日2011年8月31日 申请日期2010年8月17日 优先权日2009年10月19日
发明者刘欣痒, 金判燮, 陈政宏 申请人:创杰科技股份有限公司