具有频率偏移校正和匹配滤波器组解码的cpfsk接收机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于解码数字无线电传输的方法和设备。
【背景技术】
[0002] 在数字无线电通信中，有必要将到来的模拟波形转换为离散位(bi t)序列。典型 地，接收无线电的基带处理部分接收称为同相（I)信号和正交(Q)信号的两个基带信号。理 论上，Q信号与I信号相位差为90度。这些信号可以视作围绕复平面中单位圆的占领点。 [0003]在已知的布置（例如所谓的鉴频器检测器）中，取出所述基带信号，计算并差分它 们之间的相位角以产生"真实的"波形。这个波形用于推导出将被输出用于数字处理的位序 列。
[0004] -种用于从接收的波形推导位序列的已知方法是对该波形应用匹配的滤波器组。 这包括一系列滤波器，每个滤波器匹配对应于一个或多个位的波形。例如，在八个滤波器的 组中，每个滤波器会对应代表三个位的序列的不同波形。然后取决于哪个滤波器向所述波 形的给定部分给出最强匹配来在三个的块(block)中做出位决策。这个途径可以说成是基 于匹配滤波器组对在上面的实例中三个位长度的观察的位的准最优(假设有加性白高斯噪 声)非相干最大似然估计。
[0005] 所述匹配的滤波器组方案理论上可以给出好的结果。然而，申请人已理解，在实践 中其不太能容忍载波频率漂移和偏移，而载波频率漂移和偏移是真实世界中无线电通信不 可避免的特征。
[0006]
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是解决这个问题，从第一方面来看，本发明提供适于接收使用连续 相位频移键控调制的无线电信号的数字无线电接收器，该接收器包括用于接收具有载波频 率的模拟无线电信号的装置;布置成估计所述载波频率和额定载波频率之间的频率偏移 的相关器;用于校正所述频率偏移的装置；以及匹配滤波器组，匹配滤波器组包括多个滤波 器，每个滤波器对应于不同的位模式(pattern)，以便从所述模拟信号确定位序列。
[0008] 因此，本领域技术人员将看到，根据本发明，在应用匹配滤波器组(MFB)之前使用 相关器来估计所述载波频率偏移。这允许将应用频率偏移校正并因此增强MFB的可靠性。如 本领域技术人员熟悉的，所述相关器可以用来计算到来的波形和代表数据包中的一些同步 位的已知波形之间的互相关。本申请人已经发现，使用相关器来估计频率偏移在与MFB结合 使用时特别有益。第一在于，相关器能够相对快速地操作，因为不必进行检索或知晓操作的 类型。第二在于，因为相关器可以提供时序以及频率偏移的估计，所以可以实现快速的时序 同步，这在诸如其中协议中允许存在有限的时间来同步的蓝牙之类的应用中是有益的。第 三在于，所述相关器还可以作为数据包检测器，因为相关器输出处的有效"峰"还可以作为 有效数据包(帧）同步。第四在于，已经发现，适当设计的相关器可以令人满意地工作在低信 噪比（SNR)下，即相关器不变为限制因素。
[0009]在一组实施例中，所述相关器是接合帧或联合框架(Joint Frame)和频率偏移数 据辅助的估计器。
[0010] 尽管能够估计并校正频率偏移允许MFB更可靠地应用，但是申请人进一步认识到， 这个可靠性还可以被频率漂移妨碍，频率漂移是所述频率偏移随时间的变化，即在数据包 的持续时间上的变化。因此，在一组实施例中，所述接收器包括布置成估计所述载波信号中 的频率漂移的模块。本申请人已经设计出一种特别有益的布置(arrangement)来在使用匹 配的滤波器组时估计到来的信号的频率漂移，所述布置将使用所述匹配滤波器组提供的与 所述到来的信号相关的相位信息的多次观察来估计所述频率漂移。更特别地，在这样的实 施例中的接收器布置成通过将在MFB的给定滤波器是匹配的滤波器时所述MFB的给定滤波 器确定的相位与在其中接收了相等数量的高位和低位的时段之后的随后匹配时刻确定的 相位相比较来估计相位漂移。后者要求去除调制对相位的影响，因此在这个时段上的剩余 相位偏移可以归因于所述频率漂移。
[0011]这样的布置就其自身的权利而言具有新颖性和创造性，并因此当从第二方面看 时，本发明提供了一种数字无线电接收器，其适于接收具有载波频率并使用连续相位频移 键控调制的无线电信号，所述接收器包括用于接收所述无线电信号的装置以及包括多个滤 波器的匹配的滤波器组，每个滤波器对应于不同的位模式，以便从所述信号确定位序列，其 中所述接收器布置成当在第一时刻所述滤波器中的一个滤波器与位模式匹配时从所述一 个滤波器接收关于所述信号的相位的信息；当在第二时刻所述一个滤波器与位模式匹配时 从所述一个滤波器接收关于所述信号的相位的信息；以及如果所述第一时刻和第二时刻之 间的位序列包括相等数量的高位和低位，那么使用所述第一时刻上确定的相位和第二时刻 上确定的相位之间的相位差来估计所述载波频率的频率漂移。
[0012] 本发明的这个方面延伸至估计使用连续相位频移键控调制的无线电信号中频率 偏移的方法，该方法包括：
[0013] 接收具有载波频率的所述无线电信号；
[0014] 使用匹配的滤波器组从所述无线电信号确定位序列，所述匹配的滤波器组包括多 个滤波器，每个滤波器对应不同的位模式；
[0015] 当在第一时刻所述滤波器中的一个滤波器与位模式匹配时从所述一个滤波器获 得关于所述信号的相位的信息；
[0016] 当在第二时刻所述一个滤波器与位模式匹配时从所述一个滤波器获得关于所述 信号的相位的信息；以及
[0017] 如果所述第一和第二时刻之间的位序列包括相等数量的高位和低位，那么使用所 述第一时刻上确定的相位和第二时刻上确定的相位之间的相位差来估计所述载波频率的 频率漂移。
[0018] 优选地，所述接收器布置成基于所述漂移估计对所述载波频率施加校正。
[0019] 所述相位可以通过计算复数滤波器输出的反正切来获得。所述反正切可以使用众 所周知的坐标旋转数字计算机(C0RDIC)算法来计算。
[0020] 可以针对所述MFB的滤波器的子集或一个滤波器来测量所述相位，但是优选地，它 们中的任何一个都可以用于相位测量。这允许更加频繁地进行漂移估计。类似地，尽管不是 必要的但优选的是，每当滤波器匹配以及存在位的奇偶校验时进行频率漂移估计。
[0021] 如果所述第一时刻和第二时刻之间的位序列不包括相等数量的高位和低位，那么 可以在所述第二匹配时刻和后面的匹配时刻之间做出相位比较以便获得这样的奇偶校验。
[0022] 在优选实施例中，每次滤波器匹配时用时间戳记录所述相位，然后下次滤波器匹 配时，进行校验以查看自在前的校验以来是否已经识别相等数量的高位和低位。如果是这 样，可以使用相位差(连同匹配之间的时间戳的差)来估计频率漂移。
[0023] 在一组实施例中，限定所述时段的阈值时间使得如果所述阈值时间过了就不进行 漂移估计。这降低了 "卷绕' wraparound '"的风险，从而在所述时段期间（即在通过所述滤波 器的相继的匹配之间）存在多于一个完整周期的相移。所述阈值时间可以是固定的，或者基 于一个或多个在前的频率漂移估计动态地进行确定。
[0024] 在一组实施例中，设置最大频率漂移估计，如果做出大于最大值的估计，则忽略 之。这保证了不使用"不安全的"估计。这可以例如在发生非理想指数(index)转变时出现。
[0025] 在一组实施例中，在下面设置了最小频率漂移，出于计算效率考虑没有进行校正。 在一组实施例中，设置最小时间阈值，使得如果自最后一次校正以来的时间低于这个阈值， 那么不做校正。
[0026]根据上文阐述的本发明的方面，使用MFB通过匹配序列部段(section)和特定滤波 器来确定信号中位的序列。例如，在使用3位滤波器的场合，使用八个滤波器的组来对应八 个可能的3位序列。因此这样的滤波器组的常规用途是针对3位的每个块查找最紧密匹配的 滤波