专利名称：一种获取信号频率偏移量的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种获取信号频率偏移量的方法及装置。
背景技术：
在现代通信系统中，通常需要在发送端数据上调制三角函数信号，在接收端进行 解调来实现信道的监控，信息传递等功能。比如在光通信领域存在一种光标识技术，它是 在发送端光上调制一个特定频率的低频信号，然后在接收端进行光电转换将调制的低频信 号转换为电信号，再对该信号进行离散采样和快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)，通过对FFT变换的结果进行处理得到信号的参数。 由于不同的原因，比如发送端和接收端的晶振不同步，或者发送端信号在传输过 程中发生频率偏移等，使得接收机接收到的实际信号与期望接收到的信号频率发生偏移， 因此在接收端不能正常恢复发送端信号的参数。如图l所示，实线为发送端信号的频谱图， 虚线为接收端信号的频谱图，在接收端采样得到的一组数据进行FFT变换后，如果发送端 信号的频率从fO偏移到fl，在fO点采到频谱幅值由AO变为Al，在f2点采到的频谱幅值 由O变为A2。 现有的一种解决方案是在接收端截取信号的一段有限长序列做离散傅里叶 (Discrete Fourier Transform, DFT)计算，相当于对信号加窗，然后做DFT，得到的谱函数 如下式所示，其中W(f)是窗函数的频谱。<formula>formula see original document page 4</formula>(1)
然后对上式作一个数学变换得到信号的频谱可表示为如下式子<formula>formula see original document page 4</formula> 通过对最大频谱幅值点周围的M个点不断迭代计算下面式子左右两边的表达式
相等或差值最小的点即为真正的频点&。
<formula>formula see original document page 4</formula> 但是为了求得信号真正的频率，需要对(3)式进行不断迭代，计算过程复杂，在实 际应用中需要耗费大量的逻辑资源。
发明内容
本发明提供一种获取信号频率偏移量的方法及装置，可以较精确的计算出三角函
数信号的频率偏移量，计算过程简单，耗费逻辑资源少。
本发明提供了一种获取信号频率偏移量的方法，包括 接收发生频率偏移的三角函数信号并进行离散采样，获得采样信号； 根据所述采样信号计算所述三角函数信号的频谱； 根据所述三角函数信号未发生频率偏移时的角频率选取对应的频谱值作为第一
特征值，并根据所述角频率与特征偏移频率之和，选取对应的频谱值作为第二特征值，所述
特征偏移频率为采样窗口值的倒数的2Ji倍； 分别判断所述第一特征值和第二特征值是否为零； 若第一特征值和第二特征值均不为零，则根据所述第一特征值和第二特征值获取 所述三角函数信号的频率偏移量。
此外，本发明还提供了一种获取信号频率偏移量的装置，包括 接收模块，用于接收发生频率偏移的三角函数信号； 采样模块，用于对所述三角函数信号进行离散采样，获得采样信号； 频谱转换模块，用于根据所述采样信号计算所述三角函数信号的频谱； 选取模块，用于根据所述三角函数信号未发生频率偏移时的角频率选取对应的频
谱值作为第一特征值，并根据所述三角函数信号未发生频率偏移时的角频率与特征偏移频
率之和，选取对应的频谱值作为第二特征值，所述特征偏移频率为采样窗口值的倒数的2
倍； 判断模块，用于分别判断所述第一特征值和第二特征值是否为零； 获取模块，用于当所述第一特征值和第二特征值均不为零时，根据所述第一特征
值和第二特征值获取所述三角函数信号的频率偏移量。 实施本发明实施例具有以下有益效果 实施本发明实施例，只需要较少的频谱值便可以比较精确的计算出三角函数信号 的频率偏移量，计算过程简单，耗费逻辑资源少。
图1为现有技术中接收到的三角函数信号发生频率偏移的示意图；
图2为本发明一种获取信号频率偏移量的方法的一个实施例的流程示意图；
图3为本发明一种获取信号频率偏移量的装置的一个实施例的结构示意图；
图4为本发明一种获取信号频率偏移量的装置的一个实施例的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明进一步详细地介绍。 如图2所示，为本发明一种获取信号频率偏移量的方法的一个实施例的流程示意 图，其包括以下步骤 S20:接收发生频率偏移的三角函数信号并进行离散采样，获得采样信号。这 里，对三角函数信号采样要符合奈奎斯特采样定理；假设发送端发送的三角函数信号为
5"cos(^V + p。)，接收端接收到上述信号时发生的频率偏移量为A "，则接收到的信号为 "cos[(w。 + ，对该信号进行采样相当于先加窗后采样(或者先采样后加窗)，设采
样窗口为T，加窗后得到的信号即为"cos[(叫+ + p。]m"(+)，之后再进行采样，输出的 采样信号为时间长度为T的一系列离散的采样值。 S21 :根据采样信号获取三角函数信号的频谱。本发明实施例通过对采样信号作 FFT变换获取三角函数信号"cos[(叫+ A V + ^J的频谱，计算效率更高，将采样窗口内的数 据进行FFT变换可表示如下
acos[(ft)。 + + p0化gc"—) < , >fl;r[<5(a> + ft>0 + Aa )+ <J(< -<y。 - A* )] :Tsinc(^~) (4)
令A = aTJi ，即为三角函数信号的频谱幅值，则三角函数信号的频谱可表示为
<formula>formula see original document page 6</formula> 参见(4)式，为了获取三角函数信号的频率偏移量A"，可以只考率三角函数 信号频谱对应的正频率部分，在满足奈奎斯特采样定理的前提下，由于当">0的时候
Xsinc^…+ +A")j的取值很小，所以可以忽略Jsiiic^…+ ^+AW]部分对频谱的影 响，令
<formula>formula see original document page 6</formula> 选取三角函数信号未发生频率偏移时的角频率"。对应的频谱值为第一特征值 A、w。+7对应的频谱值为第二特征值A2，由(6)式可得 <formula>formula see original document page 6</formula> 由(7) 、 (8)两式得 <formula>formula see original document page 6</formula> 因此可得到频率偏移量 再由(7)式得到真正的频谱幅值为
(8)
^= . ,;、
<formula>formula see original document page 7</formula> 由(10) 、(11)两式可以看出，如果^或4值中有一项为0，就不能准确获得频率偏 移量和真正的频谱幅值。根据窗函数FFT变换的性质可以得到，如果^或4有一个为0时，
频率偏移量一定为，的整数倍，此时搜索正频率部分的最大频谱值作为第三特征值A3，其
对应的频率为"3，则频率偏移量即为(03与三角函数信号未发生频率偏移时的角频率co。
之差真正的频谱幅值即为第三特征值，即
Aco = co3_co0，A = A3 同理，可以只考率三角函数信号频谱对应的负频率部分，在满足奈奎斯特采 样定理的前提下，由于当"< 0的时候Jsinc[7^ —,-A^)]取值很小，可以忽略
"inc[Z^iZ^Z^]部分对频谱的影响，令
/ =爿sinc["^-^-^], < 0 设-"。对应的频谱值为第一特征值A' p-(w。 +，)对应的频谱值为第二特征值 A' 2，由于三角函数信号的频谱为偶函数，显然有A'工二ApA' 2 = 4，则
j;=斗=爿sinc[^^]=爿. 2
2 TAw爿2 = v42 = J sin c[-^-] = sin c(--;r) = X - 厶
2 2 TA
r--
2
得到A "和A的计算公式分别为
Aw
4 4
sin c(-)sin c(-)
2 2 同样如果A'工或A' 2中有一个为0时，搜索负频率部分的最大频谱值作为第三
特征值A' 3，其对应的频率为"'3，由于三角函数信号的频谱为偶函数，显然有A' 3 =
A3， " ' 3 = _"3，则频率偏移量为"'3的绝对值与三角函数信号未发生频率偏移时的角
频率"。之差，真正的频谱幅值即为第三特征值，即 Aco = |co' 」-co0=co3-co0，A = A' 3 = A3 显然其计算结果与只考虑频谱对应的正频率部分的计算结果相同。 S22 :根据三角函数信号未发生频率偏移时的角频率选取对应的频谱值作为第一
特征值，并根据该角频率与特征偏移频率之和，选取对应的频谱值作为第二特征值，特征偏移频率为采样窗口值的倒数的2n倍，即为7; 在实现中，可以在三角函数信号频谱对应的正频率部分选取"。对应的频谱值作 为第一特征值A、叫+，对应的频谱值作为第二特征值A2 ; 或者，在三角函数信号频谱对应的负频率部分选取-o。对应的频谱值作为第一特
征值A、-(A +7)对应的频谱值作为第二特征值A2 ; S23:分别判断所述第一特征值和第二特征值是否为零，若判断为否，则转入步骤 S24，若判断为是，则转入步骤S25 ; S24:根据第一特征值和第二特征值获取三角函数信号的频率偏移量，若第一特征 值和第二特征值均不为零，则通过公式 A '.、 一
计算出三角函数信号的频率偏移量，此外，还可以通过公式 4爿=.
sin c(-)
2 计算出三角函数信号的频谱幅值A。
若第一特征值&和第二特征值A2有一项为零，则进入以下步骤
S25 :选取三角函数信号的最大频谱值作为第三特征值； 由上述内容可知，由于三角函数信号频谱为偶函数，所以在其正频率和负频率部 分各存在一个相等的最大频谱值，它们对应两个互为相反数的正负频率；因此在实现中可 以选择三角函数信号频谱对应的正频率部分的最大频谱值作为第三特征值A3，设其对应 的频率为(03，也可以选择负频率部分的最大频谱值作为第三特征值4，其对应的频率则 为_ 3 ; S26 :根据第三特征值对应的频率获取三角函数信号的频率偏移量； 若步骤S25是选取的三角函数信号频谱对应的正频率部分的最大频谱值作为第
三特征值A3，则频率偏移量A " = "3_"。； 若步骤S25是选取的三角函数信号频谱对应的负频率部分的最大频谱值作为第 三特征值~，则频率偏移量A"=卜"」-"。="3-"。，显然两种方式的计算结果相同， 可以将它们统一为 频率偏移量为第三特征值~对应的频率的绝对值与"。之差。 另外，本方法在实现中也可以先搜索出最大频谱值，之后判断最大频谱值对应的
频率偏移^T后，其对应的频谱值是否为零，若为零，则三角函数信号的频率偏移量为最大
频谱值对应的频率的绝对值与"。之差；若不为零，则通过上述方法实施例中的第一特征值 和第二特征值获取三角函数信号的频率偏移量和频谱幅值。 图3为本发明一种获取信号频率偏移量的装置的一个实施例的结构示意图，其包 括
接收模块30，用于接收发生频率偏移的三角函数信号，假设发送端发送的三角函 数信号为acos(6V + p。)，接收模块30接收到上述信号时发生的频率偏移量为A "，则接收 到的信号为"cos[(w。 +A<y)"^]; 采样模块31，用于对所述三角函数信号进行离散采样，获得采样信号。采样模块 31对上述三角函数信号进行采样，输出的采样信号为一系列离散的采样值，设采样窗口为 T ; 频谱转换模块32，根据所述采样信号计算所述三角函数信号的频谱。关于获取三 角函数信号的频谱， 一般是通过对采样信号进行DFT变换获取，本实施例通过对采样信号 进行FFT变换获取，FFT算法的计算效率比普通的DFT算法效率更高，在实现中可以通过 FPGA或者MCU等多种器件实现。频谱转换模块32对采样信号进行FFT变换得到的上述三 角函数信号的频谱为
「 ，， j 「;r(。一叫， . 「r(w+叫+Ato)， / =爿sm c["^-^-+爿sm c[~^-^- 选取模块33，用于根据三角函数信号未发生频率偏移时的角频率选取对应的频 谱值作为第一特征值，并根据三角函数信号未发生频率偏移时的角频率与特征偏移频率之 和，选取对应的频谱值作为第二特征值，特征偏移频率为采样窗口值的倒数的2Ji倍，即为
，，选取模块33包括 第一选取单元330，用于从三角函数信号频谱对应的正频率部分，根据三角函数信 号未发生频率偏移时的角频率，选取对应的频谱值作为第一特征值，即选取"。所对应的频 谱值作为第一特征值； 第二选取单元331，用于从三角函数信号频谱对应的正频率部分，根据三角函数信 号未发生频率偏移时的角频率与特征偏移频率之和，选取对应的频谱值作为第二特征值，
即选取叫+，所对应的频谱值作为第二特征值； 在另一个实施例中，第一选取单元330用于从三角函数信号频谱对应的负频率部 分，根据所述三角函数信号未发生频率偏移时的角频率，选取对应的频谱值作为第一特征 值，即选取_"。对应的频谱值作为第一特征值； 第二选取单元331用于从三角函数信号频谱对应的负频率部分，根据三角函数信 号未发生频率偏移时的角频率与特征偏移频率之和，选取对应的频谱值作为第二特征值，
即选取-( 。 +，)对应的频谱值作为第二特征值A2 ; 判断模块34，用于第一特征值和第二特征值是否有一项为零； 获取模块35，用于当判断模块34判断第一特征值和第二特征值均不为零时，根据
第一特征值和第二特征值获取所述三角函数信号的频率偏移量及频谱幅值。 图4为本发明一种获取信号频率偏移量的装置的另一个实施例的结构示意图，其
具有如图3中所示的各个模块，此外，选取模块33还包括 第三选取单元332，用于选取所述三角函数信号的最大频谱值作为第三特征值；
获取模块35用于当判断模块34判断第一特征值和第二特征值均不为零时，通过 第一特征值和第二特征值来三角函数信号的频率偏移量和频谱幅值；当判断模块35判断
9第一特征值和第二特征值有一项为零时，通过第三特征值对应的频率获取三角函数信号的 频率偏移量，还可以通过第三特征值获取三角函数信号的频谱幅值，具体的计算方法参见 上述方法实施例，此处不再赘述； 实施本发明实施例，首先获取接收端接收到的三角函数信号的频谱，然后通过选 取较少的频谱值作为特征值，可以精确地计算出三角函数信号的频率偏移量和真正的频谱 幅值，其计算过程简单，耗费的逻辑资源少。 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以 通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质 中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁 碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory, ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory, RAM)等。 最后要指出的是，上述实施例仅为本发明优选实施例，依据本发明权利要求所作 同等贡献的变换，仍属于本发明保护范围。
权利要求
一种获取信号频率偏移量的方法，其特征在于，包括接收发生频率偏移的三角函数信号并进行离散采样，获得采样信号；根据所述采样信号计算所述三角函数信号的频谱；根据所述三角函数信号未发生频率偏移时的角频率选取对应的频谱值作为第一特征值，并根据所述角频率与特征偏移频率之和，选取对应的频谱值作为第二特征值，所述特征偏移频率为采样窗口值的倒数的2π倍；分别判断所述第一特征值和第二特征值是否为零；若第一特征值和第二特征值均不为零，则根据所述第一特征值和第二特征值获取所述三角函数信号的频率偏移量。
2. 如权利要求1所述的获取信号频率偏移量的方法，其特征在于，根据所述三角函数信号未发生频率偏移时的角频率选取对应的频谱值作为第一特征值，并根据所述角频率与特征偏移频率之和，选取对应的频谱值作为第二特征值的步骤，包括从所述三角函数信号频谱对应的正频率部分，根据所述三角函数信号未发生频率偏移时的角频率，选取对应的频谱值作为第一特征值；从所述三角函数信号频谱对应的正频率部分，根据所述三角函数信号未发生频率偏移时的角频率与特征偏移频率之和，选取对应的频谱值作为第二特征值。
3. 如权利要求1所述的获取信号频率偏移量的方法，其特征在于，根据所述三角函数信号未发生频率偏移时的角频率选取对应的频谱值作为第一特征值，并根据所述角频率与特征偏移频率之和，选取所对应的频谱值作为第二特征值的步骤，包括从所述三角函数信号频谱对应的负频率部分，根据所述三角函数信号未发生频率偏移时的角频率，选取对应的频谱值作为第一特征值；从所述三角函数信号频谱对应的负频率部分，根据所述三角函数信号未发生频率偏移时的角频率与特征偏移频率之和，选取对应的频谱值作为第二特征值。
4. 如权利要求2或3所述的获取信号频率偏移量的方法，其特征在于，若所述第一特征 值和第二特征值有一项为零，则选取所述三角函数信号的最大的频谱值作为第三特征值；根据所述第三特征值对应的频率获取所述三角函数信号的频率偏移量。
5. 如权利要求4所述的获取信号频率偏移量的方法，其特征在于， 若所述第一特征值和第二特征值均不为零，则所述三角函数信号的频率偏移量的计算方法为A =-^-其中，A "为所述三角函数信号的频率偏移量，&为第一特征值，A2为第二特征值，T 为采样窗口；若所述第一特征值和第二特征值有一项为零，则所述三角函数信号的频率偏移量为所 述第三特征值对应的频率的绝对值和所述三角函数信号未发生频率偏移时的角频率的差 值。
6. —种获取信号频率偏移量的装置，其特征在于，包括 接收模块，用于接收发生频率偏移的三角函数信号； 采样模块，用于对所述三角函数信号进行离散采样，获得采样信号；频谱转换模块，用于根据所述采样信号计算所述三角函数信号的频谱； 选取模块，用于根据所述三角函数信号未发生频率偏移时的角频率选取对应的频谱值 作为第一特征值，并根据所述三角函数信号未发生频率偏移时的角频率与特征偏移频率之 和，选取对应的频谱值作为第二特征值，所述特征偏移频率为采样窗口值的倒数的2倍； 判断模块，用于判断所述第一特征值和第二特征值是否为零；获取模块，用于当所述第一特征值和第二特征值均不为零时，根据所述第一特征值和 第二特征值获取所述三角函数信号的频率偏移量。
7. 如权利要求6所述的获取信号频率偏移量的装置，其特征在于，所述选取模块包括 第一选取单元，用于从所述三角函数信号频谱对应的正频率部分，根据所述三角函数信号未发生频率偏移时的角频率，选取对应的频谱值作为第一特征值；第二选取单元，用于从所述三角函数信号频谱对应的正频率部分，根据所述三角函数 信号未发生频率偏移时的角频率与特征偏移频率之和，选取对应的频谱值作为第二特征 值。
8. 如权利要求6所述的获取信号频率偏移量的装置，其特征在于，所述选取模块包括 第一选取单元，用于从所述三角函数信号频谱对应的负频率部分，根据所述三角函数信号未发生频率偏移时的角频率，选取对应的频谱值作为第一特征值；第二选取单元，用于从所述三角函数信号频谱对应的负频率部分，根据所述三角函数 信号未发生频率偏移时的角频率与特征偏移频率之和，选取对应的频谱值作为第二特征 值。
9. 如权利要求7或8所述的获取信号频率偏移量的装置，其特征在于，所述选取模块还 包括第三选取单元，用于选取所述三角函数信号的最大的频谱值作为第三特征值； 所述获取模块，用于当所述第一特征值和第二特征值有一项为零时，通过所述第三特 征值对应的频率获取所述三角函数信号的频率偏移量。
全文摘要
本发明公开了一种获取信号频率偏移量的方法，包括接收发生频率偏移的三角函数信号并进行离散采样，获得采样信号；根据所述采样信号计算所述三角函数信号的频谱；根据所述三角函数信号未发生频率偏移时的角频率选取对应的频谱值作为第一特征值，并根据所述角频率与特征偏移频率之和，选取对应的频谱值作为第二特征值；分别判断所述第一特征值和第二特征值是否有一项为零；若第一特征值和第二特征值均不为零，则根据所述第一特征值和第二特征值获取所述三角函数信号的频率偏移量。此外本发明还公开了一种获取信号频率偏移量的装置。实施本发明实施例可以比较精确的计算出三角函数信号的频率偏移量，计算过程简单，耗费逻辑资源少。
文档编号H04L27/26GK101729464SQ20081021848
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月20日 优先权日2008年10月20日
发明者张森, 申书强, 齐娟 申请人:华为技术有限公司