专利名称：相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字无线通讯领域，尤其是信号处理领域，具体涉及一种相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计方法及系统。
背景技术：
在数字无线通讯领域，频率偏移估计是常用的信号处理方法之一。由于基站与移动台，或移动台与移动台之间的载波频率不可能绝对相等，因此接收机实际接收信号与期望的接收信号间存在一个较为固定的频率偏移。这种频率偏移在数字无线通讯领域是有害的，它可以降低信道估计的准确性、造成误码率上升。因此数字无线通讯系统中，接收机通常需要依据上行接收信号进行频率偏移估计，继而进行频率偏移补 偿，以消除频率偏移所带来的种种有害影响。对于信号调制，分为振幅键控ASK、移频键控FSK/GFSK、移相键控PSK。基本原理都是用载波信号与数字基带信号相作用(不同的调制方式，计算公式不同)，在发送的输出端得到了已经被调制的高频信号，而在接受端要恢复出原来的数字基带信号，就需要解调，有两种解调方式，相干解调和非相干解调方式。两种解调方式的根本差别在于，相干解调必须要恢复出相干载波，利用这个相干载波和已调制信号作用，得到最初的数字基带信号，而这个相干载波是和原来在发送端调制该基带信号的载波信号是同频率同相位的，而非相干解调不需要恢复出相干载波，所以比相干解调方式要简单。但是相干解调方式在大多数情况下，解调效果要好些。所谓相干，泛泛地说就是相互同步，相干解调是指利用乘法器，输入一路与载频相干(同频同相)的参考信号与载频相乘。比如原始彳目号A与载频cos (ω t+Θ )调制后得到彳目号Acos (ω t+Θ )；解调时引入相干(同频同相)的参考信号cos ( t+ Θ )，则得到Acos ( ω t+Θ ) cos ( ω t+Θ )利用积化和差公式可以得到A*l/2* [cos ( ω t+ θ + ω t+ θ ) +cos ( ω t+ θ - ω t— θ )]=Α*1/2* [cos (2 ω t+2 θ ) +cos (O)]=A/2*[cos(2cot+2 θ )+1]=A/2+A/2cos (2 ω t+2 θ )利用低通滤波器将高频信号cos (2 ω t+2 θ )滤除，即得原始信号A。因此相干解调需要接收机和载波同步。而非相干解调不使用乘法器，不需要接收机和载波同步。解调方式为非相干解调的情况下，无需准确估计频率偏移。对于相干解调，能大幅提高接收机的性能，但必须准确估计频率偏移。我们将接收的GFSK/FSK信号表示为
权利要求
1.一种相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 提供GFSK/FSK信号； 将提供的GFSK/FSK信号的前缀设置为固定长度的O和I交替的码，成为前缀信号x(i)； 提供一无限响应低通滤波器，上述前缀信号x(i)通过该无限响应低通滤波器，经过无限响应低通滤波器后的信号为滤波后的信号X' (i)=fIIE-LPF[x(i)]； 对滤波后的前缀信号进行复共轭乘法运算和累加运算，得到一组消除了前缀信号中‘0’和‘I’所产生的相位变化，只留下频率偏移产生的相位变化的信号R (N),R (2N),…，R (KN)； 对上述R (N)，R (2N)，…，R (KN)进行频率估计，得到频率偏移估计值。
2.根据权利要求I所述的相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计方法，其特征在于所述对滤波后的前缀信号进行复共轭乘法运算的计算式如下
3.根据权利要求I所述的相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计方法，其特征在于所述无限响应低通滤波器的截止频率低于GFSK/FSK信号的带宽。
4.根据权利要求2所述的相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计方法，其特征在 于作为采样速率相较GFSK/FSK码元速率的倍数L的一个因子N的取值通过|/rfmax| <来决定，其中fd max为GFSK/FSK信号的最大可能频率偏移，T为采样时间间隔。
5.根据权利要求4所述的相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计方法，其特征在于在高信噪比时N值大于低信噪比时的N值。
6.根据权利要求I所述的相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计方法，其特征在于通过以下迭代来合并R(N)，R(2N)，-,R(KN)的频率偏移估计结果fd{l) = —^—angle[R(N)}\ d 2πΝΤ 6 L v J 从i=2开始到i = N : p = nf 广例耶■ -iNx cmgl4_R(N)l\， ;-..,.、cmgle[R{iN)] -2πρ, L 0) 二 afd 0-1) + (1-a) s \^ c iN 其中，l(i)为第i步的频率偏移估计结果，Pi为第i步估计过程中使用的一个中间变量，a为一个大于O但小于I的常数。
7.一种使用如权利要求I所述的相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计方法的频率偏移估计系统，其特征在于，该系统包括信号发生器、信号加码单元、无限响应低通滤波器、前缀信号计算单元、频率估计器； 所述信号发生器用于提供GFSK/FSK信号； 所述信号加码单元在提供的GFSK/FSK信号的前缀设置为固定长度的O和I交替的码成为前缀信号x(i)； 所述无限响应低通滤波器接收所述前缀信号x(i)，并进行滤波得到滤波后的信号χ/ ( ) =fIIE-LPF [χ( )]； 所述前缀信号计算单元对滤波后的前缀信号进行复共轭乘法运算和累加运算，得到一组消除了前缀信号中‘0’和‘I’所产生的相位变化，只留下频率偏移产生的相位变化的信号 R (N)，R (2Ν)，…，R (KN)； 所述频率估计器对上述R (N)，R (2Ν)，…，R (KN)进行频率估计，得到频率偏移估计值尤。
8.根据权利要求7所述的频率偏移估计系统，其特征在于所述前缀信号计算单元包含复共轭乘法运算子单元和累加运算子单元； 所述复共轭乘法运算子单元对滤波后的前缀信号进行复共轭乘法运算 rN(iN) =x; (WN)Iix' (i0+iN)]* γ2ν( 2ν) =x； (i0+i2N+2N) [X' (i0+i2N)]* Γκν( κν) =x； (io+ira+KN) [X' (i0+iKN)]*其中，L为采样速率相较GFSK/FSK码元速率的倍数，N是L的一个因子，i0是可用前缀信号的起点，ikN=0，I, 2MraL-l决定于可用前缀信号的长度，K为系统复杂度和估计精度，从I取到最大精度值，*表示复共轭，M是与系统复杂度与估计精度相关的修正系数；所述累加运算子单元对经过复共轭乘法运算子单元计算得到的rN(iN)，r2N(i2N)，…，RKNIkn)进行加法运算
9.根据权利要求7所述的频率偏移估计系统，其特征在于所述无限响应低通滤波器的截止频率低于GFSK/FSK信号的带宽。
10.根据权利要求8所述的频率偏移估计系统，其特征在于所述复共轭乘法运算子单元中作为采样速率相较GFSK/FSK码元速率的倍数L的一个因子N的取值通过|//max| <来决定，其中fd max为GFSK/FSK信号的最大可能频率偏移，T为采样时间间隔。
11.根据权利要求10所述的频率偏移估计系统，其特征在于在高信噪比时N值大于低信噪比时的N值。
12.根据权利要求7所述的频率偏移估计系统，其特征在于该系统还包括消除相位含混单元，该单元通过迭代来合并R(N)，R(2N)，-,R(KN)的频率估计结果
全文摘要
本发明涉及数字无线通讯领域，公开了一种相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计方法及系统。在本发明中，将GFSK/FSK信号的前缀信号设计为一串固定长度的0和1交替的码，通过此前缀码的使用让接收机可以在无需复制理想接收信号c(i)情况下，将c(i)从x(i)中完全除掉，从而避免了由于GFSK/FSK信号的频率调制指数无法准确得到且会随时间温度发生变化而在接收端无法准确复制理想接收信号c(i)的难题，提高了频偏估计的准确性。此外，通过迭代合并R(N)，R(2N)，…，R(KN)的频率估计结果，可以消除大频率偏移所造成的相位含混，可以进一步提高频率偏移估计的精度。
文档编号H04L25/03GK102655491SQ201210144850
公开日2012年9月5日 申请日期2012年5月10日 优先权日2012年5月10日
发明者聂宏 申请人:泰凌微电子(上海)有限公司