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估計(jì)cpfsk信號頻移的方法

文檔序號:7610747閱讀:537來源:國知局
專利名稱:估計(jì)cpfsk信號頻移的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的估計(jì)CPFSK信號頻移的方法。
用于頻率或相位調(diào)制信號,特別是CPFSK信號(“連續(xù)相位頻移鍵控”)的數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)為了正確和高效的檢測到發(fā)射標(biāo)識,除了標(biāo)識同步之外,常常還需要估計(jì)并修正可能存在的相移或頻移。
為了估計(jì)頻移,可以使用直觀的方法,它利用已知的信號特性或從輸入信號得到的信號的特性,以及基于稱作ML準(zhǔn)則(“最大相似性”)的方法。在這種情況下基本上可以得到數(shù)據(jù)輔助和非數(shù)據(jù)輔助方法之間以及時(shí)鐘輔助和非時(shí)鐘輔助方法之間的差別。此外可以得到無反饋估計(jì)方法(前反饋或開環(huán))和有反饋估計(jì)方法(閉環(huán))之間的差別。
在U.Mengali和A.N.D’Andrea編著,1997年紐約Plenum出版社出版的“數(shù)字接收機(jī)同步技術(shù)”一書中,講述了很多估計(jì)數(shù)字頻移的已知方法,其中特別介紹了依靠稱作“延遲多路”準(zhǔn)則的非數(shù)據(jù)輔助,但需時(shí)鐘輔助的MSK信號(“最小偏移鍵控”)估計(jì)方法。在這種情況下,使用的差分解調(diào)器是一個(gè)必需部件。下面會更為詳細(xì)的解釋這種對應(yīng)于權(quán)利要求1導(dǎo)言的已知方法。
使用這種已知方法,首先要假設(shè)MSK輸入信號r(t)對噪聲限制濾波且以預(yù)定義的時(shí)間間隔kT+τ對得到的已濾波MSK輸入信號x(t)進(jìn)行掃描,其中k表示掃描系數(shù),T表示輸入信號的標(biāo)識持續(xù)時(shí)間,τ表示延遲常數(shù)。按照U.Mengali和A.N.D’Andrea編著,1997年紐約Plenum出版社出版的“數(shù)字接收機(jī)同步技術(shù)”一書中更為詳細(xì)的描述,可以由已濾波和掃描的輸入信號的復(fù)包絡(luò)x(k·T+τ)(和對應(yīng)的共軛復(fù)信號x*(k·T+τ)推導(dǎo)出中間信號z(k·T+τ),如下所示z(k·T+τ)=x2(k·T+τ)·{x2([k-1]·T+τ)}*={x(k·T+τ)·x*([k-1]·T+τ)}2這個(gè)中間信號通過估算包含L0個(gè)接收機(jī)標(biāo)識的觀察區(qū)間來給出頻移v的估計(jì)值v=-14πT·arg{z(τ)+z(T+τ)+z(2·T+τ)+...+z([L0-1]·T+τ)=-14πT·arg{Σk=0L0-1z(k·T+τ)}]]>但是如已經(jīng)提到的,上面講述的方法涉及一個(gè)為MSK輸入信號設(shè)計(jì)的原型。在MSK調(diào)制期間,標(biāo)識時(shí)間T內(nèi)的載波相位旋轉(zhuǎn)大約總計(jì)±π/2,因此發(fā)射信號的頻率根據(jù)所發(fā)射的標(biāo)識,在ω0+π/(2T)和ω0-π/(2T)之間變化,其中ω0表示標(biāo)稱載波頻率。
在角度調(diào)制信號的情況,載波信號的相位隨相配的相位濾波器的相位函數(shù)q(t)而變。MSK信號的相位函數(shù)定義如下 因此相位函數(shù)q(t)在發(fā)射標(biāo)識持續(xù)時(shí)間T之后取其端值。
但是CPFSK信號與MSK信號不同,常常有一個(gè)相位函數(shù),只在時(shí)間L·T的時(shí)間間隔之后達(dá)到它們的端值,其中L>1,也就是說用于CPFSK信號的相位函數(shù)q(t)定義如下 本發(fā)明的目的是以上面講述的技術(shù)情況為基礎(chǔ),為CPFSK信號提供一種通常有效的估計(jì)頻移的方法。
根據(jù)本發(fā)明這個(gè)目的是通過具有權(quán)利要求1特征的方法來達(dá)到的。下面的權(quán)利要求定義了本發(fā)明的優(yōu)選和有利的實(shí)施方案。
根據(jù)本發(fā)明,為了估計(jì)CPFSK信號的頻移,引入了一個(gè)整數(shù)延遲參數(shù)D,該參數(shù)可以在所有情況下根據(jù)所選的CPFSK信號類型或調(diào)制類型進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
按時(shí)間間隔k·T+τ掃描CPFSK信號,其中T表示掃描周期,k表示掃描系數(shù),τ表示延遲常數(shù)。中間信號值在所有情況下都是根據(jù)由時(shí)間間隔k·D·T+τ和[k-1]·D·T+τ獲得的CPFSK信號的掃描值計(jì)算得來的。然后根據(jù)前面由時(shí)間間隔i·D·T+τ(i=...L0-1)確定的L0個(gè)中間信號值獲得頻移的估計(jì)值。
特別是可以通過計(jì)算表達(dá)式14·π·D·T·arg{Σi=0L0-iz(i·D·T+τ)}]]>來得到頻移的估計(jì)值,其中z(i·D·T+τ)表示由時(shí)間間隔i·D·T+τ得到的中間信號值。根據(jù)本發(fā)明的估計(jì)方法對于CPFSK信號通常是有效的,而且盡管考慮到復(fù)雜度也是可以順利實(shí)現(xiàn)的。此外,對于短觀察周期,也就是最小的L0值,也可以獲得非常好的估計(jì)結(jié)果。
下面結(jié)合附圖來更為詳細(xì)的解釋本發(fā)明。


圖1給出了估計(jì)信號頻移的裝置的原理結(jié)構(gòu)圖,以及圖2,為強(qiáng)調(diào)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn),給出了使用根據(jù)本發(fā)明的方法估計(jì)的平均頻移與實(shí)際頻移相比的圖表。
圖1中說明了估計(jì)數(shù)字接收機(jī)接收信號r(t)的頻移或頻偏v的裝置。
因?yàn)檩斎胄盘杛(t)除了想要的部分之外還有噪聲部分,所以為了盡可能的抑制噪聲,輸入信號r(t)開始時(shí)要通過一個(gè)去假頻濾波器,其形式通常是低通濾波器。接下來在時(shí)鐘為1/T、延遲常數(shù)為τ的設(shè)備2中掃描得到的已濾波輸入信號x(k)。接下來利用起差分調(diào)制器功能的設(shè)備3,由已濾波和掃描的輸入信號x(k)得到中間信號z(k),該信號是使用估計(jì)設(shè)備4估計(jì)頻移v的基礎(chǔ)。
下面將更為詳細(xì)的解釋估計(jì)設(shè)備4用來估計(jì)頻移的方法。
雖然已經(jīng)將輸入信號r(t)通過濾波器1以抑制噪聲,但是得到的已濾波輸入信號x(t)除了想要的部分之外還有剩余的噪聲部分。因此應(yīng)用了已濾波和掃描的輸入信號的復(fù)包絡(luò)x(k·T+τ)=s(k·T+τ)+n(k·T+τ)在這種情況下,s(k·T+τ)表示想要的信號部分,而n(k·T+τ)表示剩余的噪聲部分。復(fù)CPFSK信號的想要信號部分s(k·T+τ)定義如下s(k·T+τ)=ej[2·π·v·(k·T+τ)+θ]·2·EhT·ejψ(k·T,<ak>)]]>在這種情況下v表示要估計(jì)的頻移,而θ表示未知的相移。此外Eb表示每個(gè)發(fā)射位的位能量,ψ(k·T,<ak>)表示時(shí)間間隔k·T處的相位角度。相位角度取決于分配給每個(gè)發(fā)射機(jī)標(biāo)識的相位變化ai和調(diào)制系數(shù)η,如下所示ψ(k·T,<ak>)=π·η·Σj=0k-1ai]]>以下面的方法根據(jù)已掃描復(fù)包絡(luò)x(k·T+τ)及其共軛復(fù)包絡(luò)x*(k·T+τ)確定中間信號z(k·T+τ),其中對于CPFSK信號引入了一個(gè)延遲參數(shù)D,例如在MSK信號的情況下其值D=1z(k·T+τ)=x2(k·D·T+τ)·(x2([k-1]·D·T+τ)}*={x(k·D·T+τ)·x*([k-1]·D·T+τ)}2在觀察周期結(jié)束之后,使用以這種方法得到的中間信號z(k·T+τ)的L0個(gè)值得到估計(jì)的頻移vv=14·π·D·T·arg{z(τ)+z(D·T+τ)+z(2·D·T+τ)+...+z([L0-1]·D·T+τ)}=]]>=14·π·D·T·arg{Σi=0L0-1z(i·D·T+τ)}]]>因此通過引入延遲參數(shù)D得到了一個(gè)對于CPFSK信號通常有效的、估計(jì)頻移v的公式。為了估計(jì)CPFSK信號的頻移v(L>1),延遲參數(shù)D的可能值,例如是D=L,其中L等于對應(yīng)相位函數(shù)q(t)達(dá)到其端值為止的標(biāo)識數(shù)(比較上面的語句)。
在圖2中記錄了使用根據(jù)本發(fā)明的方法估計(jì)的、與實(shí)際頻移foffset相比的平均頻移v。這關(guān)系到一個(gè)對信噪比為12dB,調(diào)制系數(shù)η=0.5的GMSK信號(“高斯最小頻移鍵控”)進(jìn)行的模擬的結(jié)果。濾波器1的帶寬BT=0.5,而延遲參數(shù)選擇了值D=3。此外,為了估計(jì)頻移v,設(shè)定觀察時(shí)間間隔長度L0=32。從圖2的圖表中可以看出,對于較短的觀察周期也可以獲得非常好的估計(jì)結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的估計(jì)方法可以簡單的實(shí)現(xiàn),例如借助于下面表示為“DM_CA_頻率”的mat-lab函數(shù),要用參數(shù)x、T、D和L0來調(diào)用該函數(shù),結(jié)果f產(chǎn)生了頻移的估計(jì)值函數(shù)[F]=DM_CA_頻率(x,T,D,L0)z=(x(1∶D∶L0).*conj(x(1+D∶D∶L0+D))).^2;f=-angle)(-sum(z))/(4*pi*D*T);在最后通過L0個(gè)助變量z值的和由函數(shù)獲得頻移的估計(jì)值之前,在函數(shù)之中首先定義了差分調(diào)制器或設(shè)備3(比較圖1)的助變量z。
權(quán)利要求
1.估計(jì)CPFSK信號頻移的方法,包括步驟a)掃描CPFSK信號,b)確定步驟a)中掃描的CPFSK信號的中間信號值,以及c)通過估算預(yù)定的L0個(gè)在步驟b)中獲得的連續(xù)中間信號值來確定CPFSK信號頻移的估計(jì)值(v),其特征在于,定義了整數(shù)延遲參數(shù)D,其中在步驟b)中,根據(jù)獲得的對于時(shí)間間隔k·D·T+τ和[k-1]·D·T+τ的CPFSK信號掃描值確定在所有情況下對于時(shí)間間隔k·T+τ的中間信號值,其中T表示時(shí)間周期,在步驟a)中使用該周期對CPFSK信號進(jìn)行掃描,k表示掃描系數(shù),τ表示延遲常數(shù),其中在步驟c)中,根據(jù)在步驟b)中以這種方式獲得的,對于時(shí)間間隔i·D·T+τ,i=0...L0-1,的中間信號值來確定頻移的估計(jì)值(v)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于步驟a)中掃描的CPFSK信號x(k·T+τ)是以復(fù)數(shù)形式表示的,并且在步驟b)中,中間信號值z(k·T+τ)是根據(jù)等式z(k·T+τ)={x(k·D·T+τ)·x*([k-1]·D·T+τ)}2來確定的,其中x*表示CPFSK信號的共軛復(fù)數(shù)形式,并且在步驟c)中,頻移的估計(jì)值v是根據(jù)等式v=14·π·D·T·arg{Σi=0L0-1z(i·D·T+τ)}]]>來確定的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法,其特征在于延遲參數(shù)D是變量,是根據(jù)用于CPFSK信號的CPFSK調(diào)制類型來選定的。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法,其特征在于CPFSK信號在調(diào)制期間的相位是隨預(yù)定義的相位函數(shù)而變化的,其中相位函數(shù)在預(yù)定義的L個(gè)CPFSK信號標(biāo)記之后達(dá)到其端值,以及在于延遲參數(shù)選定值為D=L。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法,其特征在于分配給CPFSK信號的相位函數(shù)取L>1。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法,其特征在于在步驟a)中,CPFSK信號在掃描之前要通過一個(gè)低通濾波器。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法,其特征在于CPFSK信號是一個(gè)通過數(shù)字無線電系統(tǒng),特別是數(shù)字移動無線電系統(tǒng),發(fā)送的發(fā)射信號,并且估計(jì)CPFSK信號頻移(v)的方法是在數(shù)字無線電系統(tǒng)接收機(jī)中執(zhí)行的,目的是根據(jù)估計(jì)的頻移(v)來修正輸入CPFSK信號。
全文摘要
為估計(jì)CPFSK信號(x(t)),引入了一個(gè)變量,整數(shù)延遲參數(shù)D。以時(shí)間間隔k·T+τ掃描各個(gè)CPFSK信號(x(t)),T是掃描周期,k是掃描系數(shù),τ是延遲常數(shù)。對于時(shí)間間隔k·T+τ,根據(jù)獲得的對于依靠該參數(shù)的時(shí)間間隔k·D·T+τ和[k-1]·D·T+τ的CPFSK信號掃描值(x(k))來確定中間信號值(z(k))。然后從前面確定的、對于時(shí)間間隔i·D·T+τ(i=0…L
文檔編號H04L27/233GK1411652SQ00817268
公開日2003年4月16日 申請日期2000年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月17日
發(fā)明者A·紐鮑爾 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司
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