专利名称：在数字接收机系统内对载频偏移进行补偿的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及数字通信接收机，本发明更特别地涉及用于对这种数字通信接收机内的多普勒频移进行补偿的技术。
背景技术：
多普勒导致的载频偏移通常导致移动无线通信系统恶化。多普勒频移导致移动数字接收机系统的载频和符号(symbol)频率发生漂移，在某些操作环境下，这样会导致接收机的性能显著下降。当前，先利用对载频漂移进行补偿的载波恢复算法，然后，利用对符号时移进行补偿的时间恢复算法和对因为发射机与接收机之间的距离产生的固定未知相移进行补偿的相位恢复算法，降低这种多普勒频移。
尽管载波恢复算法可以有效补偿载频漂移，但是载波恢复算法的复杂性不必要地增加了TDMA数字接收机的成本和复杂性。因此，需要一种用于对TDMA数字移动接收机内的多普勒导致载频偏移进行补偿的改进型、计算强度小的方法和装置。
发明内容
总之，本发明提供了用于对数字接收机内的多普勒导致载波频率偏移进行补偿的方法和装置。根据本发明的一个方面，数字化接收信号，然后，对数字化的接收信号应用差分检波算法，以补偿多普勒导致载波频率偏移。还可以对数字化的接收信号应用符号时间恢复算法，以补偿符号时间偏移。
参考下面的详细说明和附图，可以更全面理解本发明以及本发明的其他特征和优点。
图1是传统TDMA数字移动接收机系统的原理框图；以及图2是包含本发明特征的TDMA数字移动接收机系统的原理框图。
具体实施例方式
本发明将差分检波技术用作减轻多普勒引起的载频偏移的影响的预处理步骤，因此，对于多普勒偏移补偿，仅需要符号时间恢复算法。根据本发明的一个方面，差分检波预处理将因为载波偏移产生的相位漂移降低到固定值，该固定值包括一个符号周期的相位偏移，从而实现载频偏移补偿的目的。因此，多普勒补偿任务被降低到仅补偿符号时间偏移。
本发明考虑到，在诸如PHS(个人手持电话系统)和过渡性标准(Interim Standard)136(IS-136，还被称为“数字AMPS”)的差分相移键控(PSK)TDMA移动电话系统中，相对于系统数据传输速率，多普勒偏移通常较小(fd＜＜fsymb)。这样，差分检波技术可以预处理输入信号，以将多普勒载频偏移降低到对应于一个符号周期内的偏移的固定相移(通常可以被忽略)。
图1是传统TDMA数字移动接收机系统100的原理框图。如图1所示，典型的TDMA数字移动接收机系统100是差分PSK TDMA移动接收机。可以将收到的RF信号r(t)表示为(为了方便，忽略噪声项)r(t)＝I(t)·cos{2π(fc+fd)t-}-Q(t)·sin{2π(fc+fd)t-(1)其中fc是载频，fd是因为发射机与接收机之间的运动产生的多普勒载频偏移，是因为发射机与接收机之间的距离产生的固定相移，r(t)被归一化，即，I2(t)+Q2(t)＝1。
在级110进行了解调后，可以将同相和正交相的基带信号表示为i(t)＝I(t)·cos(2πfdt-)(2)q(t)＝Q(t)·sin(2πfdt-)(3)此后，以是符号速率的N倍的采样速率，模数变换器(A/D)120分别采样i(t)信号和q(t)信号。此后，载频恢复电路130去除多普勒载频偏移，然后，符号时间恢复算法140和相位恢复算法150以及附加后处理160进一步处理恢复的采样，例如，进行均衡化、去映射、解扰以及解码，以获得最终输出。关于传统TDMA数字移动接收机系统100的更详细说明，请参考例如Theodore Rappaport的WirelessCommunicationsPrinciples and Practice(2001)，在此包含其作为参考。
图2示出包含本发明特征的TDMA数字移动接收机系统200的原理框图。如图2所示，本发明的TDMA数字移动接收机系统200利用差分检波(differential detection)对多普勒偏移fd和未知相位进行补偿，因此，简化了接收机的结构(与图1所示的TDMA数字移动接收机系统相比)。
如图2所示，首先，以与图1相同的方式，在级210，对收到的信号进行解调，然后，利用模数变换器(A/D)220使其数字化。进行了A/D采样后，可以将数字化的信号表示为i(k)＝I(tk)·cos(2πfdtk-) (4)q(k)＝Q(tk)·sin(2πfdtk-) (5)根据本发明，然后，在级230，应用差分检波方法，以符号时间间隔，如下预处理i(k)和q(k)z(k)＝i(k)·i(k-N)+q(k)·q(k-N)＝cos{2πfd/fsymb+Δθ(k)}(6)
w(k)＝i(k-N)·q(k)-i(k)·q(k-N)＝sin{2πfd/fsymb+Δθ(k)} (7)其中fsymb是符号速率，N是每波特的采样数，Δθ(k)是当前符号的采样与紧接在前的符号的相应采样之间的相变，它含有差分PSK系统的传输位信息。关于级230期间采用的差分检波方法的更详细说明，请参考例如Theodore Rappaport的Wireless CommunicationsPrinciples and Practice，第6章(2001)，在此包含其作为参考。
由于对于TDMA移动电话系统，fd/fsymb＜＜1，所以等式(6)和(7)简化为z(k)＝cos{Δθ(k)} (8)w(k)＝sin{Δθ(k)} (9)等式(6)和(7)说明消除了未知相位，而且多普勒偏移fd被降低到固定相位偏移。关于相对于符号频率较小的多普勒偏移，等式(8)和(9)表明多普勒偏移fd和未知相位均被补偿。
如图2所示，在进行了差分检波230之后，以上面结合图1描述的方式相同的方式，符号时间恢复算法240以及附加后处理250进一步处理恢复的采样，例如，进行均衡化、去映射、解扰以及解码，以获得最终输出。
在仅存在少量符号间干扰(ISI)，而且数据帧足够短以致可以忽略在一帧积累的符号时间偏移的环境下，可以根据等式(8)和(9)的输出z、w分别直接恢复发送的位信息。需要进行的后处理250是去映射、解扰以及差分解码。因此，在这种系统中，差分检波模块230实际上用作接收机的主模块。
本发明考虑到，在差分检波器不单独用作接收机的情况下，差分检波器可以用作预处理器。如果存在足够到的ISI或者累积符号时间偏移，从而要求使用均衡器或者时间恢复算法，则差分检波器本身无能为力，因此，通常使用图1所示的相干检波器。在本发明中，在这种情况下，差分检波器保持预处理器。对预处理的采样z(k)和w(k)应用符号时间恢复240，然后，使时间恢复输出采样通过后处理模块，以获得最终位流输出。如上所述，后处理模块250进行诸如均衡化、去映射、解扰以及解码的操作。
本发明的TDMA数字移动接收机系统200利用差分检波操作230代替传统TDMA移动电话系统100要求的频率与相位恢复电路130、150，因此，降低了复杂性和成本。除了其它优点之外，本发明的差分检波预处理还可以降低对实时信号处理的要求，并因此延长了接收机的电池使用寿命。
显然，在此说明和描述的实施例和变型仅用于说明本发明原理，而且在不脱离本发明实质范围的情况下，本技术领域内的技术人员可以进行各种修改。
权利要求
1.一种用于补偿接收信号的频率偏移的方法，包括数字化所述接收信号；以及对所述数字化的接收信号应用差分检波算法。
2.根据权利要求1所述的方法，其中数字化所述接收信号的所述步骤进一步包括解调所述接收信号以产生同相分量和正交分量的基带信号的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述频率偏移分量校正多普勒偏移。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括对所述数字化的接收信号应用符号时间恢复算法的步骤。
5.一种对接收信号中的频率偏移进行补偿的接收机，包括模数变换器，用于数字化所述接收信号；以及差分检波器，用于预处理所述数字化的接收信号。
6.根据权利要求5所述的接收机，进一步包括解调器，用于解调所述接收信号以产生同相分量和正交分量的基带信号。
7.根据权利要求5所述的接收机，进一步包括符号时间恢复级。
8.一种对接收信号中的频率偏移进行补偿的接收机，包括模数变换器，用于数字化所述接收信号；存储器；以及至少一个处理器，耦接到该存储器，可操作以利用差分检波技术，预处理所述数字化的接收信号。
9.根据权利要求8所述的接收机，进一步包括解调器，用于解调所述接收信号以产生同相分量和正交分量的基带信号。
10.根据权利要求8所述的接收机，其中进一步配置所述处理器以实现符号时间恢复。
全文摘要
本发明提供了用于对数字接收机内的多普勒导致载波频率偏移进行补偿的方法和装置。根据本发明的一个方面，数字化接收信号，然后，对数字化的接收信号应用差分检波算法，以补偿多普勒导致载波频率偏移。还可以对数字化的接收信号应用符号时间恢复算法，以补偿符号时间偏移。
文档编号H04L27/22GK1835491SQ20051010738
公开日2006年9月20日 申请日期2005年12月14日 优先权日2005年2月28日
发明者周绍涵, 梁旻, 斯蒂文·C·皮纳特, 于锦国 申请人:艾格瑞系统有限公司