一种用于fsk信号的快速载波频偏估计及校正方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数字无线通讯领域，尤其是信号处理领域，是一种在频移键控 (Frequency Shift Keying, -下简称FSK)解调时载波频率偏移估计及纠正的方法。
【背景技术】
[0002] 在无线通讯中，由于接收机和发送机之间的晶振偏差引起载波频率不一致，就降 低了解调的准确性，造成解调误码率上升，甚至不能正确解调。并且在近距离无线网络中， 通讯的方式采用帧的形式进行通讯。在物理层规范中对帧的结构的规定是事先约定好的， 其中物理头是由前导码01字符串、前定界符和帧长度组成。前导码用于信号识别，频偏估 计，位定时等信号调理处理，前定界用于帧的起始同步。如果物理头过长就降低有效数据的 吞吐量。这就要求在一定的前导码长度的要求下要快速的进行载波频率估计并完成频偏校 正。
[0003] 现有的方法通常通过估算差分延时相乘的角度，从中得到频率偏差，如专利 [201210144850. X]，但是这种方法需要进行IQ两路数据相除进行角度计算，在现有的数字 电路中或者专用数字信号处理器DSP中，除法运算都及其消耗硬件资源并且需要相对长的 延时才能到这个角度值。本方法在前导码期间可以快速对载波偏差进行估计进而完成频差 校正。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术上存在的问题，提出了一种可以在连续0101，或者1010前导 码期间可以快速进行载波频率估计的方法并进行校正。
[0005] 本发明采用的技术方案是：一种用于FSK信号的快速载波频偏估计及校正的方 法，包括以下步骤：
[0006] 射频信号经过射频模块进行下变频到低中频信号，输出I/Q两路至直接数字频率 合成器进行相关运算得到一路基带信号；
[0007] 经数字滤波器滤除高频分量，再通过均值滤波器进行均值滤波得到直流分量；
[0008] 将直流分量输入至均值-频偏查找表得到频偏，并反馈至直接数字频率合成器修 正，抵消直接数字频率合成器与I/Q两路的频率偏差。
[0009] 所述均值-频偏查找表包括频偏与直流的映射关系，其建立包括以下步骤：
[0010] 1)产生一串0101或1010的前导码基带信号；设置直接数字频率合成器产生的低 中频频率，产生低中频FSK两个频点的正余弦信号；
[0011] 2)设置载波频率偏差，根据前导码基带信号产生低中频FSK的I/Q两路信号；
[0012] 3)对I/Q两路信号和直接数字频率合成器内产生的信号进行相关运算；对输出后 的信号进行滤波，去除信号中的高频分量，产生滤波后的信号；通过均值滤波器得到直流分 量；
[0013] 4)记录设置的频率偏差值与此时的直流值；返回步骤2)直到载波频率偏差到达 范围限值为止，得到频率偏差与其对应的直流值。
[0014] 所述载波频率偏差范围为fH、4分别为低中频FSK的两个频点，h为调 制指数。
[0015] 本发明具有以下有益效果及优点：
[0016] 1.本发明与现有的技术相比，未出现除法单元，在载波频偏估计时对处理后的前 导码信号只进行均值处理，未有除法等大的延时单元，通过查表就可以得到载波的频率偏 差。
[0017] 2.具有速度快，结构简单，性能稳定的特点。
[0018] 3.本发明的查找表可以根据通信中信噪比的要求，存入相适应的数据，满足不同 环境下频率偏差的估计。
【附图说明】
[0019] 图1载波频率偏差估计及校正结构图；
[0020] 图2频偏与直流对应关系图；
[0021] 图3直流值与频率偏差查找表产生过程流程图；
[0022] 图4有较大频偏与频偏纠正后的信号示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0024] 该方法是射频前端接收到信号后把信号下变频的低中频，得到IQ两路输出。数字 电路部分对FSK下变频后的两个频率进行相关运算，再滤波去除高频分离。对处理后的前 导码信号进行均值滤波处理，可以得到近似直流的值。这个值与载波频率的偏差有相关性。 整个系统通过建模仿真，可以得到这个直流值与载波频率偏差的关系，在一定范围内具有 单调性，再把这个关系存入表中。通过信号处理后的均值滤波器的值就可以从表中查出对 应的频率偏差值，再把这个偏差值反馈给前面的DDS中，就可以把载波频偏进行纠正。
[0025] 本发明采用的技术方案是：
[0026] 步骤1，射频前端接收到信号后把信号下变频的低中频，再IQ两路输出。
[0027] 步骤2，数字电路部分对FSK下变频到低中频的两个频率采用DDS技术进行相关运 算，再滤波去除高频成分。
[0028] 步骤3,对经过数字信号处理后的前导码信号进行均值滤波处理，得到近似直流的 值。
[0029] 步骤4,在事先经过系统仿真得到的直流值与频偏关系的表中进行查表得到频率 偏差值。
[0030] 步骤5,把从表中得到的频率偏差估计值反馈给前面的DDS，消除频率偏差。
[0031] -种用于FSK信号的快速载波频偏估计及校正的方法，通过系统建模得到均值与 频率偏差在一定范围内存在单调的一一对应关系，通过存储表值就可以完成通过均值得到 的直流进行频偏估计，估计出的频偏值可以直接返回给DDS，完成频偏校正。
[0032] 本发明包括以下步骤：
[0033] 1)射频信号经过射频部分进行下变频到低中频信号，采用I/Q两路给出数据。低 中频范围通常会选择小于IOMHz。
[0034] 2)采用直接数字频率合成器DDS，与输入的I/Q两路信号进行相关运算，经过数字 滤波滤除高频成分。DDS的输出频率要与I/Q两路信号低中频频率一致，这里不考虑频率偏 差的影响。
[0035] 3)对数字滤波器输出的信号进行求均值，得到直流分量。
[0036] 4)在预先存好的均值一频偏查找表中得到估计出的频率偏差。
[0037] 5)把频率偏差反馈回DDS，进行频偏纠正。
[0038] 图1为载波频率偏差估计及校正的结构框图。射频信号接收到接收机后经过射频 模块把射频信号下变频到低中频信号，并且给出正交的I/Q两路数据。由DDS在本地产生下 变频后