專利名稱：數(shù)字信號(hào)傳輸中的頻率估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字信號(hào)傳輸領(lǐng)域，特別是一種檢測出周期性QPSK同步信號(hào)，并利用該同步信號(hào)進(jìn)行頻率估計(jì)。
背景技術(shù)：
在很多數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，利用數(shù)據(jù)進(jìn)行載波恢復(fù)可能會(huì)達(dá)不到預(yù)期的效果，體現(xiàn)在捕捉范圍太小。例如采用QAM調(diào)制方式時(shí)，如果星座點(diǎn)比較多(如256QAM)，或者星座圖比較特殊(如128QAM、32QAM)時(shí)，載波恢復(fù)的捕捉范圍就很難做到比較大。通?？梢岳妙l率估計(jì)輔助載波恢復(fù)，擴(kuò)大載波恢復(fù)的捕捉范圍。現(xiàn)有技術(shù)是利用數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率估計(jì)，由于數(shù)據(jù)是未知的，所以所能估計(jì)的頻偏的范圍比較小，往往難以有效地估計(jì)出載波頻率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種頻率估計(jì)方法，利用該方法在載波還沒有恢復(fù)出來以前，將接收到的數(shù)字信號(hào)中已知的QPSK同步信號(hào)檢測出來，并通過這些已知的QPSK同步信號(hào)進(jìn)行載波頻率估計(jì)，以輔助載波恢復(fù)。
本發(fā)明的方法包括兩個(gè)步驟，首先從接收到的數(shù)字信號(hào)中檢測出已知的QPSK同步信號(hào)，然后利用檢測出的QPSK同步信號(hào)進(jìn)行頻率估計(jì)。
QPSK同步信號(hào)的檢測方法根據(jù)接收到的數(shù)字信號(hào)所在的象限得到相位旋轉(zhuǎn)序列，將這個(gè)相位旋轉(zhuǎn)序列與已知的QPSK同步信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)序列進(jìn)行匹配，如果兩個(gè)序列對應(yīng)的值相等的個(gè)數(shù)大于設(shè)定的門限值則將該數(shù)字信號(hào)序列的位置記錄下來。如果連續(xù)n個(gè)記錄的數(shù)字信號(hào)序列的位置相鄰相隔距離都等于已知QPSK同步信號(hào)周期的話，即找到了該同步信號(hào)在傳輸信號(hào)中所處的位置。
利用檢測出的QPSK同步信號(hào)進(jìn)行頻率估計(jì)的方法是求出第一個(gè)QPSK同步信號(hào)到第N個(gè)(N表示已知QPSK同步信號(hào)序列中的符號(hào)數(shù))QPSK同步信號(hào)間的相位偏移，記為P，然后由Pfs2π(N-1)]]>計(jì)算出所估計(jì)的頻率。
所述的相位偏移P的計(jì)算方法是首先計(jì)算出第一個(gè)同步信號(hào)到正X軸的旋轉(zhuǎn)角度θ，再將所有的同步信號(hào)都旋轉(zhuǎn)角度θ，然后將所有的同步信號(hào)再旋轉(zhuǎn)與其對應(yīng)的已知同步信號(hào)相對應(yīng)的一個(gè)角度，使所有的已知同步信號(hào)都對應(yīng)到正X軸，這時(shí)最后一個(gè)同步信號(hào)的角度就是N個(gè)同步信號(hào)累積的相位變化β。再監(jiān)測累積相位變化超過180°的次數(shù)M，相位偏移P＝180×M+β。
所述的旋轉(zhuǎn)角度θ的計(jì)算方法是分別取第一個(gè)同步信號(hào)對應(yīng)I路和Q路的絕對值x和y，由 得到該同步信號(hào)在第一個(gè)象限的角度，根據(jù)該信號(hào)所處的象限得到θ值。累積的相位變化β的計(jì)算方法與旋轉(zhuǎn)角度θ的計(jì)算方法相同。
數(shù)字信號(hào)傳輸中往往在傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)中加入輔助的同步信號(hào)，它們以QPSK的調(diào)制方式進(jìn)行傳輸，本方法就是將這些信號(hào)檢測出來，利用它們的已知性進(jìn)行載波頻率估計(jì)，其估計(jì)的準(zhǔn)確性及可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于利用數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率估計(jì)。


圖1為PN127序列；圖2為本發(fā)明一實(shí)施例框圖；圖3為同步信號(hào)中一個(gè)符號(hào)跳到下一個(gè)符號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)示意圖；圖4為接收到的信號(hào)相對于前一個(gè)信號(hào)的相位；圖5為已知同步信號(hào)星座點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)到與坐標(biāo)軸重合的示意圖；圖6為和坐標(biāo)軸重合的星座點(diǎn)都轉(zhuǎn)到與正X軸重合的示意圖；圖7為累積相位是否超過180度的監(jiān)測。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，同步信號(hào)為PN127序列，采用QPSK調(diào)制方式，該同步信號(hào)PN127中兩個(gè)比特組成一個(gè)QPSK符號(hào)，其中前一比特為I路同步信號(hào)比特，后一比特為Q路同步信號(hào)比特。
該方法的實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示，上一個(gè)虛線框中所示的是從接收的信號(hào)中尋找出同步信號(hào)的位置首先是根據(jù)已知的同步信號(hào)符號(hào)序列，由各個(gè)符號(hào)所處的象限得出由前一個(gè)符號(hào)跳到下一個(gè)符號(hào)所需要轉(zhuǎn)動(dòng)(逆時(shí)針)的相位，如圖3所示。如果逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的相位為0°，那么記為0；如果逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的相位為90°，那么記為1；如果逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°，那么記為2；如果逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)270°，則記為3，從而得到一個(gè)由0、1、2、3的相位旋轉(zhuǎn)序列。由于同步信號(hào)符號(hào)序列是已知的，所以這個(gè)相位旋轉(zhuǎn)序列是確定的。
然后由相位旋轉(zhuǎn)序列檢測器檢測出接收到信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)序列。設(shè)當(dāng)前接收到的信號(hào)為a+jb，前一個(gè)的信號(hào)為c+jd，其中a、c接收到的I路信號(hào)，b、d為接收到的Q路信號(hào)。那么a+jbc+jd=1c2+d2[(ac+bd)+j(-ad+bc)]=r(A+jB),]]>其中r=1c2+d2,]]>A＝ac+bd，B＝-ad+bc。如圖4所示，如果A+jB位于區(qū)域I(即|A|＞＝|B|，且A＞＝0)，則認(rèn)為α+jb在c+jd基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)動(dòng)了0°，記為0；如果A+jB位于區(qū)域II，那么認(rèn)為α+jb在c+jd基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)動(dòng)了90°，記為1；如果A+jB位于區(qū)域III，那么認(rèn)為α+jb在c+jd基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)動(dòng)了180°，記為2；如果A+jB位于區(qū)域IV，那么認(rèn)為α+jb在c+jd基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)動(dòng)了270°，記為3，這樣也得到了由0、1、2、3組成的接收信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)序列。
接下來將接收信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)序列與同步信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)序列作匹配。取相位旋轉(zhuǎn)序列的長度為36，將兩個(gè)相位旋轉(zhuǎn)序列的對應(yīng)位一一進(jìn)行比較，如果相等的話，置信度計(jì)數(shù)器的值加1，否則置信度計(jì)數(shù)器值不變。檢測置信度計(jì)數(shù)器，如果它的值達(dá)到一個(gè)門限值，如24，那么就可以判定尋找到一個(gè)可能的同步信號(hào)位置，即從當(dāng)前符號(hào)位置往前35個(gè)符號(hào)為可能的同步信號(hào)開始的位置。
最后對同步信號(hào)位置進(jìn)行確認(rèn)。比較相鄰兩個(gè)可能同步信號(hào)位置的間隔，只有當(dāng)連續(xù)的n個(gè)相鄰間隔都相等，并且都等于已知同步信號(hào)長度時(shí)，才可以確定找到了同步信號(hào)的位置。
圖2中的下一個(gè)虛線框中所示的是利用尋找到的QPSK同步信號(hào)進(jìn)行頻率估計(jì)首先通過第一個(gè)同步信號(hào)相位θ檢測器對接收到的第一個(gè)同步信號(hào)進(jìn)行處理，求出這個(gè)信號(hào)旋轉(zhuǎn)到與星座圖上的正X軸重合所需要的相位θ。如果信號(hào)原來位于X軸的上方的話，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，θ值為負(fù)；如果信號(hào)原來位于X軸下方的話，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，θ值為正。為了處理的方便，這里求出的相位θ只是粗略的值，事實(shí)上也沒必要很精確。先求接收到的第一個(gè)同步信號(hào)I路和Q路分別對應(yīng)的絕對值，然后粗略估計(jì)出第一個(gè)同步信號(hào)在第一個(gè)象限的θ值，最后根據(jù)第一個(gè)同步信號(hào)所處的象限得到真正的θ值。
然后通過相位θ旋轉(zhuǎn)器將所有接收到的同步信號(hào)(第一個(gè)除外)都旋轉(zhuǎn)θ相位。使得所有接收到的同步信號(hào)都旋轉(zhuǎn)相同的角度，并且第一個(gè)同步信號(hào)與正X軸重合。由于PN127序列的第一個(gè)符號(hào)位于第二象限，那么將所有的已知同步信號(hào)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)135°，使它們與座標(biāo)軸重合，如圖5所示。這樣接收到的第一個(gè)同步信號(hào)就與已知同步信號(hào)的第一個(gè)符號(hào)重合于正X軸，也就是說這時(shí)接收到的第一個(gè)同步信號(hào)沒有相位誤差。
接下來根據(jù)已知的已知同步信號(hào)，通過90°或180°相位旋轉(zhuǎn)器將接收到的所有同步信號(hào)再旋轉(zhuǎn)±90°或180°，如圖6所示。設(shè)第n個(gè)已知同步信號(hào)為Xb(n)，相應(yīng)接收到第n個(gè)同步信號(hào)為Xr(n)。如果Xb(n)為11，那么xr(n)就旋轉(zhuǎn)-90°(即順時(shí)針轉(zhuǎn)90°)；如果Xb(n)為00，那么xr(n)就旋轉(zhuǎn)+90°(即逆時(shí)針轉(zhuǎn)90°)；如果xb(n)為01，那么xr(n)就旋轉(zhuǎn)180°；如果Xb(n)為10，那么Xr(n)不轉(zhuǎn)。這樣，相當(dāng)于已知同步信號(hào)都轉(zhuǎn)成與正X軸重合，如果不存在相位誤差的話，接收到的信號(hào)也都應(yīng)該與正X軸重合，正是因?yàn)橛辛讼辔徽`差，所以接收到的信號(hào)一般不會(huì)與正X軸重合。那么，這時(shí)Xr(n)的相位就是從接收到的第1個(gè)同步信號(hào)到第n個(gè)同步信號(hào)之間累積的相位變化。
再接下來通過累積相位超過180°監(jiān)測器來監(jiān)測累積相位變化有沒有超過180°。設(shè)置一個(gè)相位超過180°的標(biāo)志phase_180(處于負(fù)X軸時(shí)為0，出于正X軸時(shí)為1)和一個(gè)相位超過180°的計(jì)數(shù)器count_180，當(dāng)超過180°時(shí)，phase_180信號(hào)就取反，同時(shí)count_180加1。具體做法如下見圖7，如果原來累積相位變化位于正X軸(即phase_180＝1)，而接收到當(dāng)前信號(hào)后累積相位變化位于A區(qū)域，那么表明檢測到相位超過180°，cout_180加1，phase_180取反；如果原來累積相位變化位于負(fù)X軸(即phase_180＝0)，而接收到當(dāng)前信號(hào)后累積相位變化位于D區(qū)域，那么表明檢測到相位超過180°，cout_180加1，phase_180取反；如果原來累積相位變化位于正X軸(即phase_180＝1)，而接收到當(dāng)前信號(hào)后累積相位變化位于B區(qū)域，那么表明檢測到相位超過-180°，cout_180減1，phase_80取反；如果原來累積相位變化位于負(fù)X軸(即phase_180＝0)，而接收到當(dāng)前信號(hào)后累積相位變化位于C區(qū)域，那么表明檢測到相位超過-180°，cout_180減1，phase_180取反。
然后求最后一個(gè)同步信號(hào)的剩余角度β。求法與求第一個(gè)信號(hào)旋轉(zhuǎn)到與正X軸重合的方法是一樣。這里就不贅述了。求總的相位P＝count_180×180+β。最后計(jì)算頻差Δf=pfs2π(N-1),]]>這里N＝63。
權(quán)利要求
1.數(shù)字信號(hào)傳輸中的頻率估計(jì)方法，其特征在于本方法包括兩個(gè)步驟，首先從接收到的數(shù)字信號(hào)中檢測出已知的QPSK同步信號(hào)，然后利用檢測出的QPSK同步信號(hào)進(jìn)行頻率估計(jì)；QPSK同步信號(hào)的檢測方法根據(jù)接收到的數(shù)字信號(hào)所在的象限得到相位旋轉(zhuǎn)序列，將這個(gè)相位旋轉(zhuǎn)序列與已知的QPSK同步信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)序列進(jìn)行匹配，如果兩個(gè)序列對應(yīng)的值相等的個(gè)數(shù)大于設(shè)定的門限值則將該數(shù)字信號(hào)序列的位置記錄下來，如果連續(xù)n個(gè)記錄的數(shù)字信號(hào)序列的位置相鄰相隔距離都等于已知QPSK同步信號(hào)周期的話，即找到了該同步信號(hào)在傳輸信號(hào)中所處的位置；利用檢測出的QPSK同步信號(hào)進(jìn)行頻率估計(jì)的方法計(jì)算出第一個(gè)QPSK同步信號(hào)到第N個(gè)(N表示已知QPSK同步信號(hào)序列中的符號(hào)數(shù))QPSK同步信號(hào)間的相位偏移，記為P，然后由Pfs2π(N-1)]]>計(jì)算出所估計(jì)的頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信號(hào)傳輸中的頻率估計(jì)方法，其特征在于所述的相位偏移P的計(jì)算方法是首先計(jì)算出第一個(gè)同步信號(hào)到正X軸的旋轉(zhuǎn)角度θ，再將所有的同步信號(hào)都旋轉(zhuǎn)角度θ，然后將所有的同步信號(hào)再旋轉(zhuǎn)與其對應(yīng)的已知同步信號(hào)相對應(yīng)的一個(gè)角度，使所有的已知同步信號(hào)都對應(yīng)到正X軸，這時(shí)最后一個(gè)同步信號(hào)的角度就是N個(gè)同步信號(hào)累積的相位變化β，再監(jiān)測累積相位變化超過180°的次數(shù)M，相位偏移P＝180×M+β。
3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)字信號(hào)傳輸中的頻率估計(jì)方法，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)角度θ的計(jì)算方法是分別取第一個(gè)同步信號(hào)對應(yīng)I路和Q路的絕對值x和y，由 得到該同步信號(hào)在第一個(gè)象限的角度，根據(jù)該信號(hào)所處的象限得到θ值；所述的累積的相位變化β的計(jì)算方法與旋轉(zhuǎn)角度θ的計(jì)算方法相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用已知的QPSK同步信號(hào)進(jìn)行載波頻率估計(jì)的方法。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)的接收端，在載波還沒有恢復(fù)出來以前，將接收到的信號(hào)中已知的QPSK同步信號(hào)尋找出來，然后利用這些已知位置的QPSK同步信號(hào)進(jìn)行載波頻率估計(jì)，以輔助載波恢復(fù)。用接收信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)序列與已知的相位旋轉(zhuǎn)序列作匹配的方法來檢測可能的QPSK同步信號(hào)的位置。根據(jù)第一個(gè)QPSK同步信號(hào)到第N個(gè)QPSK同步信號(hào)的累積相位變化P，由Pf
文檔編號(hào)H04N7/24GK1447602SQ0311513
公開日2003年10月8日 申請日期2003年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月24日
發(fā)明者鄒志永, 王匡 申請人:杭州國芯科技有限公司