专利名称：测定数字信号频率偏差的装置及接收机的制作方法
技术领域：
本发明的领域是数字信号发送，更明确地说是涉及一种用于测定存在于被接收数字信号的载频与接收该被接收信号的接收机的本机振荡器输出信号的频率之间的频率偏差，以及把被接收的信号解调或至少把它在中频转换的装置。
本发明特别适用于用卫星发送信号。这时特别是多卜勒效应，卫星的偏移和频率转换设备的不稳定导致被接收信号的频率偏移。在接收卫星信号的地面站的信号电平上，在被接收信号的基带转换之后可观察到星座的旋转，这样就不允许在最要提起注意的时刻对被接收信号取样。
图1是一个数字信号接收机的简图，接收机包含一个测定存在于数字信号的载频与接收机中的本机振荡器频率之间的频率偏差的测定器。
图1的接收机包合一个直接变换的正交解调器，接收的信号(记为SR)就加到这个解调器上。更明确的说，信号SR加到两个混频器10、11上，混频器还另外接收本机振荡器12的两个解调信号，其中一个(10)借助于一个标号13的90°移相器。混频器10和11在基带把这些信号送到其后接有接收滤波器16、17的两个模-数变换器(CAN)14、15。这些滤波器通常是奈奎斯(Nyquist)开创的那种带通滤波器(奈奎斯复合滤波器)。滤波器16和17能确保滤去调制信号SR的频带以外相邻的信道并提供分别表示调制信号SR相位和正交分量的符号串I和Q。每个被接收的符号按照K个取样编码(例如取K等于4)。符号串I和Q被送到测定器18以确定信号SR和本机振荡器12输出信号之间的频率偏差。这个频率偏差记作ε，被送到本机振荡器12以便自动控制频率。
测定器18通常按阿尔伯特(Alberty)算法运行。这种算法不便之处是，若符号速率为Ds，当存在干扰源时不能在频率偏差大于Ds/4处运行。这些干扰源是在卫星发送时由解调信道的相邻信道造成的。既然这些相邻信道之一在±Ds/2处进入接收滤波器的频带中，测定器18就被挂在这个邻近频道而不能测定频率偏差。随着预料会有信号受损坏。
本发明的目的特别是为补救这样的不便。
更明确地说，本发明的一个目的是提供一个测定存在于被接收数字信号的载频与接收该被接收信号的接收机的本机振荡器信号的频率之间的频率偏差的装置，这个测定频率的装置在一个比阿尔伯特算法更重要的频带上运行，并且比这种算法对存在的干扰不敏感。
这个目的和其他在以后出现的目的一样，有赖于一个测定存在于被接收数字信号的载频与接收该被接收信号的接收机的本机振荡器信号频率之间的频率偏差的装置而被达到，此接收机能确保被接收信号的正交解调，该装置包含-检测在接收滤波器频带中接收的噪音电平的设备；-根据在基带转换的被接收信号测定离散傅立叶变换的设备；-把接收滤波器的中央频率的两部分检测的能量累加的设备；-从所述能带上减去噪音电平的设备；-比较所得能量的设备，这些设备对频率偏差提供一次测定。
一个这样的测定器具有在无干扰源时在频率偏移低于Ds/2的情况下运行的优点。
这些比较设备可以很方便地作为计算所得能量比例的设备。
本发明的装置最好包括频率偏移超过Ds/4的检测设备，Ds是符号速率。
这些检测超过Ds/4的频率偏移的设备能将依赖计算设备获得的该频谱中点(pm)的能量水平很方便地和在此频谱的-3dB处的能量水平紧靠的两个点的能量水平进行比较。当两个能量水平中的一个超过中心点的能量水平时，就使本机振荡器频率有Ds/4的频率偏移。
本发明同样涉及一个包含这样的测定装置的数字信号接收机。
本发明其他的特性和优点在以下的说明书用一个推荐的实施例给予说明，但不是限制，并附以下各图-图1是一个熟悉的数字信号接收机的简图，接收机包含一个测定存在于被接收数字信号的载频与接收机的本机振荡器频率之间的频率偏差的测定器；-图2是根据本发明的测定这样的频率偏差的测定器的简图；-图3表示一个由N＝16个FFT(快速傅立叶变换)点组成的频谱，它是对被接收信号连续作出的L＝1000个FFT矢量进行平滑后得到的；-图4说明没有干扰源时，对于N＝16点和L＝1000，一次测定(相对于在符号时间归一化的频率偏差ΔF*Ts变化的情况；-图5说明位于这个解调信道的电平以上13dB两边的两个相邻信道构成的干扰源存在时，此测定ε随ΔF*Ts而变化的情况。
图1已参照该技术的现状在前面加以说明。
图2是根据本发明的频率偏差测定器的简图。
符号串I和Q在基带被送到一个任选的抽取器20，以对接收到的比特按照比例M作或然抽取。这个抽取器20的运用是受到多速率接收机的功能的约束。至少四个取样可以通过符号在抽取器28的出口给出。这些被抽取的符号串被送到在N个点上离散的傅立叶变换测定设备21(FFT表示快速傅立叶变换)，提供表示这些被计算的傅立叶点的幅度的信号Xk和Yk。这些信号被送到一个由幅度Xk和Yk的平方计算模数的单元22。单元22于是在输出端提供数值Xk2+Yk2的矢量。每个这样的矢量都是由FFT的N个点组成。连续矢量的数目L在一个累加器23上，在一个偏离单元24的协助下被累加。这样累加的目的是为了使频谱光滑因而减轻FFT的分别取的N个点的离散度。
图3表示由FFT的N＝16个点，经过用L＝1000个傅立叶矢量平滑后得到的频谱。比值Eb/No等于3而频率偏移等于Ds/2(这是最不利的情况，因为相邻信道频带的一半进入了接收滤波器的频带内)。检测到的能量记为E。由于这种频率偏差，可以看到频谱是不对称的。
为了精密测定频率偏差，本发明提出，在这个被接收频谱中按照以后所述的方法减去存在于其中的噪音电平之后，将接收滤波器16和17(图1)的中心频率两边检出的能量进行比较。
这L个累积矢量被送到一个分频器25，能确保频谱各点指向26到29的四个模块。
模块26计算图3中的频谱的低段频带内包含的能量，例如包含在0和b1-1点之间的能量，这里b是位于离频谱中心给定距离处的一点。更明确地说，模块26计算以下值1b1·Σi=0b1-1Ei]]>其中Ei是包含在0和b1-1点之间的能量。
相反，模块28计算图3中的频谱的高段频带内包含的能量，例如包含在点b2+1和N-1之间的能量，这里b2是位于离频谱中心与b1点同样距离处的一点。更明确地说，模块28计算以下的值1N-b2-1·Σi=b2+1N-1Ei]]>其中Ei是包含在b2+1和N-1点之间的能量。
模块27计算b1和b2点的最小值，以便根据噪音电平提供一个信息。图3中这个噪音电平由b1点给出，而b2点位于一个更重要的能量水平处。通常，是用比较频谱上位于中心频率约±Ds/5处的两点来测定噪音的。b1和b2点可以由以下关系得到b1＝[(2.N.M/n.K)]和 b＝N-b1n值取决于接收用的奈奎斯滤波器的频率滚降。通常这个频率滚降约为0.3或0.4，n的值是5。减法设备30、31是用于从模块26和28来的能量电平减去从模块27给出的噪音电平。在这些减法设备30、31的输出端分别给出图3中打斜线区的所得能量水平。因此摆脱了在接收滤波频带中加上的可变的噪音电平。
本发明提出接着对这些所得能量水平进行比较。它们的差值与待确定的频率偏差成比例。作为例子，这种比较可按如下所述进行从减法设备30、31送出的所得能量被加到绝对值电路32、33，其后接有对数变换器34、35。对数电路34、35的输出送到一个提供测定ε的减法器36。
然后测定ε被送到一个译码表，为每个测定(提供一个在接收机本机振荡器12上要实现的频率偏移(图1)。可能有的剩余的频率偏移以后用另一种可提供精细修改的算法进行校正。
图4说明没有干扰源时，对于N＝16和L＝1000，测定(随按符号时间归格化的频率偏差(设为ΔF*Ts)的变化。
可以看到这个特性曲线40在-0.5到+0.5之间的一个区段不随比值Eb/No而变。此区段相应于区间[-Ds/2，+Ds/2]。
因此，本发明至此所述装置可以在±Ds/2之间包含的频率偏移下工作，假定是在一个比阿尔伯特算法双倍重要的区段的话。
图5说明在这个解调信道的电平以上13dB处(强干扰源)两边的两个相邻信道存在时，这一测定ε的变化。为了比较，相应图4的那种(无相邻信道的)特性曲线40也同时表示出来。特性曲线50、51和52是在上述相邻的信道存在时，对于比值Eb/No分别为3、5和10得到的。所有这些特性都是对于N＝16和L＝1000得到的。
可以看到，不管干扰源电平如何，当频移小于Ds/4(ΔF*Ts在±0.25之间)时测定(是可靠的。反之，当频率偏移ΔF*Ts超出这个界限，测定值(有很明显的发散(斜率的符号强烈改变)。在要进行的频率校正上始终有一种含糊不清。
为了弥补这一不便，本发明同样提出检测对符号时间ΔF*Ts规格化的频率偏差是否变得大于Ds/4。为此，模块29以这种方式比较图3中在被考虑的频带中接收频谱的中心点pm处的能量水平b3和b4。此中心点pm是对零级FFT得到的。对于Ds/2的频率偏移它位于最高水平以上3dB处。b3和b4点通常位于N/2±2处。实际上b3和b4点是频谱上对应于±Ds/2的点，并且是位于-3dB处的能量水平以上的最前面的点。
如果b3点的能量水平高于pm点的能量水平，模块29就为接收机的本机振荡器安排一个频率偏移+Ds/4。如果b4点的能量水平高于pm点的能量水平，就安排频率偏移-Ds/4。事实上，如果这两点中的一点拥有大于pm点的能量，就意味着有一个相邻的干扰器的一部分能量处在奈奎斯滤波器的频带中，而此分析偏离了一个大于或等于Ds/4的值。因此，这个±Ds/4的偏移可以使频谱在频带中重新对中，使此频带在一次测定(中只对应要带来的一个单独的频率偏移ΔF*Ts(单值特性)。因而模块29成了检测大于Ds/4的频率偏差的设备。
由于存在于被接收信号的载频与本机振荡器信号频率之间的频率偏差的作用，一次或多次L个矢量的连续累加因此可以如下实现-在没有干扰源或对于偏移小于±Ds/4的情况，在L个矢量累加之后立即可以达到集中；-在偏移大于±Ds/4而且有干扰源存在时，需要L个矢量的两次连续的累加，第一次是为了按照偏移±Ds/4重新把频谱定位，第二次是为了得到一个可靠的测定ε。
本发明的测定装置适用于用符号进行至少四次取样的调制工作的传输系统。它主要供接收卫星的数据传送和进行ASIC植入。
权利要求
1.用于测定存在于被接收数字信号的载频与接收上述被接收信号的接收机的本机振荡器信号的频率之间的频率偏差的装置。上述接收机能确保被接收信号的正交解调，上述装置包含有-检测在接收滤波器(16、17)的频带中被接收的噪音电平的设备(27)；-根据在基带转移(I，Q)的被接收信号(SR)计算离散傅立叶变换的设备(21)；-把上述接收滤波器(16、17)的中央频率的两部分检测的能量累加的设备(23)；-从上述能带减去上述噪音电平的设备(30、31)；-比较所得能量的设备(32至36)，上述比较设备(32至36)提供一个上述频率偏差的测定(ε)。
2.根据权利要求1的装置特征在于上述比较设备(32至36)是计算所得能量比值的装置。
3.根据权利要求1和2中之一的装置特征在于该装置此外包括检测超过Ds/4的频率偏移的设备(29)，此中Ds为符号速率。
4.根据权利要求3的装置特征在于上述检测超过Ds/4的频率偏差的设备(29)将用上述计算设备(21)得到的频谱中点(pm)的能量水平与位于紧接-3dB处能量水平之上述的两个点(b3，b4)的能量水平进行比较，特征也在于当上述两个能量水平(b3，b4)超过上述中点(pm)的上述能量水平时，上述检测设备(29)使上述本机振荡器(12)的频率偏移±Ds/4。
5.数字信号接收机，特征在于它包含一个根据权利要求1到4中之一个的装置。
全文摘要
本发明涉及测定存在于被接收数字信号的载频与接收该被接收信号的接收机的本机振荡器信号的频率之间的频率偏差的装置。接收机能确保被接收信号的正交解调,该装置包含:—检测在接收滤波器的频带中接收的噪音电平的设备;—根据在基带转换的被接收信号计算离散傅立叶变换的设备;—把接收滤波器的中央频率的两部分检测的能量累加的设备。
文档编号H04L27/38GK1189023SQ97126410
公开日1998年7月29日 申请日期1997年12月30日 优先权日1996年12月30日
发明者克里斯汀·圭勒曼, 波德克里姆·费拉德 申请人:阿尔卡塔尔-阿尔斯托姆通用电气公司