专利名称：自动频率控制方法及信号收发器的制作方法
技术领域：
本发明是有关于无线信号收发器，特别是有关于相位信息已被破坏的滤波信号的频率偏移估计(Frequency Offset Estimation, FOE)与自动频率控制(AutomaticFrequency Control, AFC)。
背景技术：
信号发射器在发射原始信号之前以具有适合空中发射(air transmission)的发射频率的载波(carrier wave)对原始信号进行调制，以产生无线电信号。信号发射器通过空气发射无线电信号。然后信号收发器接收无线电信号，并以具有接收频率的本地波对无 线电信号进行解调，以恢复原始信号。假设信号收发器的本地波的接收频率等于信号发射器的载波的发射频率。然而，实作中，信号收发器的接收频率与信号发射器的发射频率之间存在微小的频率差异是难以避免的，此频率差异，通常称为频率偏移，会使得所恢复的原始信号的质量劣化。因此，信号收发器会在进一步处理所恢复的原始信号之前，估计频率偏移以用于补偿。对信号进行滤波时，通常将信号分为同相分量与正交相位分量以便进一步处理。如果滤波器依据不同的滤波器系数对初始信号进行滤波来获得同相分量与正交相位分量，则相位与频率信息会丢失且无法作为现有的频率偏移估计(Frequency OffsetEstimation, FOE)的信息来源。因此，现有的频率偏移估计模块会依据滤波之前的初始信号估计频率偏移值。请参照图1，图I为可执行现有的频率偏移估计的信号收发器100的方框图。信号收发器100包含信道估计器(Channel Estimator) 102、增强型接收器(EnhancedReceiver) 104、均衡器106、信道解码器108以及现有频率偏移估计器110。信号收发器100接收初始信号X。信道估计器102估计初始信号X的信道响应(channel response)。增强型接收器104实际为滤波器，用于滤波初始信号X，以获得滤波信号Y，其中滤波信号Y具有高于初始信号X的载波干扰比(carrier-to-interference ratio)。接下来,均衡器106均衡滤波信号Y，以获得均衡信号Z。信道解码器108解码均衡信号Z以获得原始数据。由于现有频率偏移估计器110无法从滤波信号Y中导出频率偏移值，因此，现有频率偏移估计器110在滤波之前依据初始信号X估计频率偏移值Af_v。然而，滤波信号Y具有高于初始信号X的载波干扰比。当干扰功率很大时，现有频率偏移估计器110可能无法获得真实的频率偏移值。由于增强型接收器104可有效地抑制某些干扰，因而如果利用滤波信号Y进行估计，上述情况可能不会发生。由于现有频率偏移估计器110是基于具有低载波干扰比的初始信号X来估计频率偏移值Af_v，A f_v可能不够精确且无法适当地补偿频率漂移(drift)，这会使得信号收发器100的性能劣化。此外，当初始信号X的载波干扰比很低时，现有频率偏移估计器110估计的频率偏移值会受制于与真实值符号相反的干扰频率偏移，这会产生自动频率控制偏差(divergence of automatic frequency control)。增强型接收器104通常仍可运作于低载波干扰比，现有频率偏移估计器110成为整个信号收发器100的瓶颈。
发明内容
为了解决现有技术中频率偏移估计(Frequency Offset Estimation,FOE)不精确及自动频率控制偏差(divergence of automatic frequency control)的技术问题,本发明提供了自动频率控制方法及信号收发器。本发明的实施例提供一种自动频率控制方法，包含依据信噪比从第一频率偏移值与第二频率偏移值中选择发射频率补偿值；以及依据所述发射频率补偿值来补偿信号发射的发射频率。选择所述发射频率补偿值的步骤包含当所述信噪比大于阈值时，选择所述第二频率偏移值作为所述发射频率补偿值；以及当所述信噪比小于 所述阈值时，选择所述第一频率偏移值作为所述发射频率补偿值。本发明所提供的装置及方法，通过选择适当的频率偏移补偿值对发射频率进行补偿，可防止频率偏差。本发明的另一实施例提供一种信号收发器，可执行自动频率控制，该信号收发器包含发射频率控制器和接收频率控制器。该发射频率控制器包含多路复用器和反馈回路。该多路复用器用于依据信噪比从第一频率偏移值与第二频率偏移值中选择发射频率补偿值；该反馈回路用于依据所述发射频率补偿值来补偿信号发射的发射频率。接收频率控制器，用于依据所述第一频率偏移值来补偿信号接收的接收频率，其中，所述接收频率控制器包含第三加法器，用于将所述第一频率偏移值加到所述接收频率的反馈，以获得所述接收频率。本发明的另一实施例提供一种自动频率控制方法，包含依据信噪比从第一频率偏移值与第二频率偏移值中选择发射频率补偿值；依据所述发射频率补偿值来补偿信号发射的发射频率；以及依据所述第一频率偏移值来补偿信号接收的接收频率，其中，补偿所述接收频率的步骤包含将所述第一频率偏移值加到所述接收频率的反馈，以获得所述接收频率。本发明的又一实施例提供一种信号收发器，可执行自动频率控制，包含发射频率控制器。该发射频率控制器包含多路复用器和反馈回路。该多路复用器用于依据环境条件从第一频率偏移值与第二频率偏移值中选择发射频率补偿值；以及该反馈回路用于依据发射频率补偿值来补偿信号发射的发射频率。所述多路复用器在所述信噪比大于阈值时，选择所述第二频率偏移值作为所述发射频率补偿值，并在所述信噪比小于所述阈值时，选择所述第一频率偏移值作为所述发射频率补偿值。本发明所提供的装置及方法，与现有技术相比较，其有益效果包括通过选择适当的频率偏移补偿值对发射频率进行补偿，可防止频率偏差。
图I为现有的可执行频率偏移估计的信号收发器的方框图。图2为依据本发明实施例的信号收发器的方框图，信号收发器可依据相位信息已被破坏的滤波信号来执行频率偏移估计。图3为依据本发明实施例的频率偏移估计方法的流程图，此方法用于相位信息已被破坏的滤波信号。
图4A为从对应于不同载波干扰比的仿真信号导出的频率偏移值的示意图。图4B为本发明实施例估计的频率偏移值与现有频率偏移值的另一示意图。图5为依据本发明实施例的用于频率补偿的自动频率控制模块的方框图。图6为依据图5所示的自动频率控制模块来产生发射频率与接收频率的假设结果示意图。
具体实施例方式在本说明书以及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件，本领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件，本说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的准则，在 通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含有”是开放式的用语，故应解释成“包含有但不限定于”。阅读了下文对于附图所示实施例的详细描述之后，本发明对所属技术领域的技术人员而言将显而易见。请参照图2，图2为依据本发明实施例的信号收发器200的方框图，信号收发器200可依据相位信息已被破坏的滤波信号来执行频率偏移估计(Frequency OffsetEstimation, FOE)。信号收发器200包含信道估计器(Channel Estimator) 202、增强型接收器(Enhanced Receiver) 204、均衡器206、信道解码器208、参考信号产生器212以及频率偏移估计器214。信号收发器200接收包含同相分量X1与正交相位分量Xq的初始信号X。信道估计器202依据初始信号X估计信道响应(channel response)。增强型接收器204接着对初始信号X进行滤波以获得滤波信号Y，滤波信号Y具有高于初始信号X的载波干扰比(carrier-to-interference ratio)。在增强型接收器204中，以一组第一滤波器系数W1对初始信号X进行滤波，以获得滤波信号Y的同相分量Y1，并以一组第二滤波器系数Wq对初始信号X进行滤波，以获得滤波信号Y的正交相位分量Yq。接下来，均衡器206均衡滤波信号Y，以获得均衡信号Z，然后信道解码器208对均衡信号Z进行解码，以供后续进一步处理。由于滤波信号Y的同相分量Y1与滤波信号Y的正交相位分量Yq无法匹配，因而无法产生适于频率偏移估计的相位信息，因此，参考信号产生器212依据初始信号X与第一滤波器系数W1产生参考信号，以作为与滤波信号Y的同相分量Y1匹配的正交相位分量。参考信号产生器212首先从第一滤波器系数W1中导出一组第三滤波器系数。接着，参考信号产生器212依据第三滤波器系数对初始信号X进行滤波，以获得参考信号Yq’。然后，滤波信号Y的同相分量Y1与参考信号Yq’结合以组成仿真信号(artificial signal)，此仿真信号作为频率偏移估计器214的输入，其中滤波信号Y的同相分量Y1作为仿真信号的同相分量，以及参考信号Yq’作为仿真信号的正交相位分量。因为用于产生参考信号的第三滤波器系数是从用于产生滤波信号Y的同相分量Y1的第一滤波器系数W1中导出，因此仿真信号的相位不会被破坏，并且频率偏移估计器214可依据仿真信号估计频率偏移值Af-在一些其它实施例中，用于产生参考信号的第三滤波器系数是从用于产生滤波信号Y的正交相位分量Yq的第二滤波器系数Wq中导出，以及频率偏移值△ fEK是依据构建于滤波信号Y的正交相位分量Yq与参考信号的仿真信号而估计出来。另外一种可能的情形中，从同相分量与正交相位分量中的每一者及其参考信号中导出频率偏移值，并通过对所导出的两个频率偏移值进行平均或从所导出的两个频率偏移值中选择一个来决定最终的频率偏移值。在一些实施例中，频率偏移值为滤波信号Y的突发之间(inter-burst)频率偏移或滤波信号Y的突发内部(intra-burst)频率偏移。此外，因为包含同相分量Y1与正交相位分量Yq’的仿真信号具有高的载波干扰比，从仿真信号导出的频率偏移值Afai比现有的频率偏移值Af_v更加精确。增强型接收器204的一个实施例是依据以下算法产生滤波信号Y的同相分量Y1 Y1 (k) = Z 卜(讲)xXAk + ^) + Wlb (m) xXQ(k + 务)}；其中X1为初始信号X的同相分量；XQ为初始信号X的正交相位分量；WIa为第一滤波器系数W1的一连串第一乘数(multiplier),用以与初始信号X的第一信道分量(channel
component) X1相乘；WIb为第一滤波器系数W1的一连串第二乘数，用以与初始信号X的第二信道分量Xq相乘；m为滤波器抽头指数(tap index);N为过取样率；以及k为取样指数。因此，增强型接收器204依据第一滤波器系数的乘数(WIa，WIb)对初始信号的分量(X1, Xq)进行滤波，以获得滤波信号Y的同相分量I。在一些实施例中，参考信号产生器212排列(permute)增强型接收器204的第一滤波器系数的乘数(wia，Wlb)以获得一组滤波器系数(WIb，Wla)，然后反转Wlb的符号以获得一组第三滤波器系数(-WIb，Wla)。接着，参考信号产生器212依据第三滤波器系数(_WIb，Wla)对初始信号的分量(XdXq)进行滤波以获得参考信号Yq’。因此，参考信号Yq’依据以下算法获得
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Wla(m)xXQ(k + —) — Wlh{in)xX；(k + —)|。请参照图3，图3为依据本发明实施例的频率偏移估计方法300的流程图，此方法用于相位信息已被破坏的滤波信号。首先，依据一连串第一滤波器系数W1对初始信号X进行滤波以获得滤波信号Y的同相分量Y1(步骤S302)。同样，依据一连串第二滤波器系数Wq对初始信号X进行滤波以获得滤波信号Y的正交相位分量Yq，其中第二滤波器系数Wq不同于第一滤波器系数W1 (步骤S304)。然后，从第一滤波器系数W1中导出一连串第三滤波器系数(步骤S306)。在一个实施例中，第三滤波器系数通过将第一滤波器系数W1排列，并反转符号导出。接下来，依据第三滤波器系数对初始信号X进行滤波以获得参考信号Yq’(步骤S308)。将滤波信号Y的同相分量Y1与参考信号Yq’相结合以获得仿真信号，其中滤波信号Y的同相分量Y1作为仿真信号的同相分量，参考信号Yq’作为仿真信号的正交相位分量(步骤S310 )。最后，依据仿真信号估计频率偏移值(步骤S312 )，并且可依据频率偏移值补偿滤波信号。请参照图4A，图4A为从对应于不同载波干扰比的仿真信号导出的频率偏移值的示意图。在图4A中，用于频率偏移估计的仿真信号是从初始信号导出，初始信号包含想要的分量与干扰分量，其中想要的分量相对于基站具有6Hz的频率偏移，而干扰分量相对于想要信号的基站具有IOOHz的频率偏移。图4A中的实线显示依据本发明实施例从仿真信号导出的频率偏移值fEK，虚线显示从初始信号导出的现有的频率偏移值f_v。当载波干扰比很高时，频率偏移值fEK与现有的频率偏移值f_v均与想要分量的6Hz频率成功匹配。当载波干扰比小于15dB时，频率偏移值fEK逐渐接近干扰信号的频率。当载波干扰比小于OdB时，现有的频率偏移值1_变为负值，由于频率控制偏差(divergence)，导致信号补偿具有愈来愈大的误差。然而此时频率偏移值fEK为正值，从而防止了信号补偿误差。图4B为本发明实施例估计的频率偏移值fEK与现有的频率偏移值f_v的另一示意图。其中初始信号包含频率为6Hz的想要的分量与频率为-IOOHz的干扰分量。请参照图5，图5为依据本发明实施例的用于频率补偿的自动频率控制(Automatic Frequency Control,以下简称为AFC)模块500的方框图。AFC模块500包含接收频率控制器532与发射频率控制器534。接收频率控制器532依据本发明实施例所产生的频率偏移值△ fEK来产生用于信号接收的接收频率fKX。发射频率控制器534依据频率偏移值A fEK或现有的频率偏移值Af_v来产生用于信号发射的发射频率fTX。现有的频率偏移值Af_v可在滤波之前从初始信号X导出，举例来说,通过最大似然(maximum likelihood)频率偏移估计导出。发射频率控制器534通常依据现有的频率偏移值Af_v产生发射频率fTX。当初始信号的信噪比小于阈值时，现有的频率偏移值Af_v为负值，并导致发射频率fTX偏差，如图4A与图4B所示。因此，当信噪比小于阈值时，发射频率控制器534依据本发明实施例所产生的频率偏移值△ fEK产生发射频率fTX。接收频率控制器532包含接收频率偏移估计确认模块(RX FOE ValidationModule)502、接收自动频率控制回路滤波器(RX AFC Loop Filter) 504以及加法器506。频率偏移值△ fEK通过接收频率偏移估计确认模块502与接收自动频率控制回路滤波器504之后，加法器506将频率偏移值△ fEK加到接收频率fKX的反馈，以获得接收频率fKX。发射频率控制器534包含多路复用器522、加法器524、发射频率偏移估计确认模块512、发射自动频率控制回路滤波器514以及加法器516。当信噪比SNR高于阈值时，多路复用器522选择现有的频率偏移值A fconv作为发射频率补偿值。当信噪比SNR低于阈值时，多路复用器522选择频率偏移值为发射频率补偿值。加法器524首先从接收频率fKX中减去发射频率fTX以获得频率差值，然后将发射频率补偿值加到频率差值以获得频率信号。频率信号通过发射频率偏移估计确认模块512与发射自动频率控制回路滤波器514之后，加法器516将频率信号加到发射频率fTX的反馈，以获得发射频率fTX。请注意，用信噪比来决定将哪一个频率偏移值(Afai* Af_v)用于发射频率控制器534仅为本发明的一个示例，以其它指示环境条件的量度或指数来替代本实施例的信噪比，也属于本发明保护的范围。请参照图6，图6为依据图5所示的AFC模块500来产生发射频率fTX与接收频率fEX的假设结果示意图。假设初始信号包含频率为OHz的想要的分量与频率为IOOHz的干扰分量。在时间h，接收频率fKX的初始值为0Hz，发射频率fTX的初始值也为0Hz。接下来 的时间tpt2、t3...，频率偏移估计器214与现有频率偏移估计器110分别产生频率偏移值Afffl与现有的频率偏移值Af_v。当载波干扰比或信噪比不是非常小时，在时间^及^…接收频率控制器532产生收敛于干扰分量的IOOHz频率的接收频率fKX，以及发射频率控制器534产生收敛于想要的分量的OHz频率的发射频率fTX。如果信噪比小于阈值，现有频率偏移估计器110会产生具有相反符号的现有频率偏移值Af_v，其将导致发射频率
差。因此，发射频率控制器534依据频率偏移值A fEK而不是现有频率偏移值Af_v来产生发射频率fTX。所属技术领域的技术人员可轻易完成的均等改变或润饰均属于本发明所主张的范围，本发明的权利 范围应以权利要求书所限定的 范围为准。
权利要求
1.一种自动频率控制方法，包含 依据信噪比从第一频率偏移值与第二频率偏移值中选择发射频率补偿值；以及依据所述发射频率补偿值来补偿信号发射的发射频率，其中，选择所述发射频率补偿值的步骤包含当所述信噪比大于阈值时，选择所述第二频率偏移值作为所述发射频率补偿值；以及当所述信噪比小于所述阈值时，选择所述第一频率偏移值作为所述发射频率补偿值。
2.如权利要求I所述的自动频率控制方法，其特征在于，更包含依据所述第一频率偏移值来补偿信号接收的接收频率。
3.如权利要求I所述的自动频率控制方法，其特征在于，补偿所述发射频率的步骤包含 将所述发射频率补偿值加到所述发射频率与接收频率的差值，以获得频率信号；以及 将所述发射频率的反馈加到所述频率信号，以获得所述发射频率。
4.如权利要求I所述的自动频率控制方法，其特征在于，更包含 依据一连串第一滤波器系数对初始信号进行滤波以获得滤波信号的第一信道分量；依据一连串第二滤波器系数对所述初始信号进行滤波以获得所述滤波信号的第二信道分量； 依据一连串第三滤波器系数对所述初始信号进行滤波以获得参考信号，其中所述第三滤波器系数是从所述第一滤波器系数中导出； 依据所述滤波信号的所述第一信道分量与所述参考信号估计第一频率偏移值；以及 依据所述初始信号估计第二频率偏移值。
5.一种信号收发器，可执行自动频率控制，包含 发射频率控制器，包含 多路复用器，用于依据信噪比从第一频率偏移值与第二频率偏移值中选择发射频率补偿值；以及 反馈回路，用于依据所述发射频率补偿值来补偿信号发射的发射频率； 以及 接收频率控制器，用于依据所述第一频率偏移值来补偿信号接收的接收频率，其中，所述接收频率控制器包含第三加法器，用于将所述第一频率偏移值加到所述接收频率的反馈，以获得所述接收频率。
6.如权利要求5所述的信号收发器，其特征在于，更包含滤波器，用于依据一连串第一滤波器系数对初始信号进行滤波以获得滤波信号的第一信道分量，并依据一连串第二滤波器系数对所述初始信号进行滤波以获得所述滤波信号的第二信道分量； 参考信号产生器，用于从所述第一滤波器系数中导出一连串第三滤波器系数，并依据所述第三滤波器系数对所述初始信号进行滤波以获得参考信号； 频率偏移估计器，用于依据所述滤波信号的所述第一信道分量与所述参考信号估计第一频率偏移值；以及 第二频率偏移估计器，用于依据所述初始信号估计第二频率偏移值。
7.如权利要求5所述的信号收发器，其特征在于，所述反馈回路包含第一加法器，用于将所述发射频率补偿值加到所述发射频率与接收频率的差值，以获得频率信号；以及 第二加法器，用于将所述发射频率的反馈加到所述频率信号，以获得所述发射频率。
8.如权利要求5所述的信号收发器，其特征在于，所述多路复用器在所述信噪比大于阈值时，选择所述第二频率偏移值作为所述发射频率补偿值，并在所述信噪比小于所述阈值时，选择所述第一频率偏移值作为所述发射频率补偿值。
9.一种自动频率控制方法，包含 依据信噪比从第一频率偏移值与第二频率偏移值中选择发射频率补偿值； 依据所述发射频率补偿值来补偿信号发射的发射频率；以及 依据所述第一频率偏移值来补偿信号接收的接收频率，其中，补偿所述接收频率的步骤包含将所述第一频率偏移值加到所述接收频率的反馈，以获得所述接收频率。
10.一种信号收发器，可执行自动频率控制，该信号收发器包含发射频率控制器，其特征在于，该发射频率控制器，包含 多路复用器，用于依据信噪比从第一频率偏移值与第二频率偏移值中选择发射频率补偿值；以及 反馈回路，用于依据所述发射频率补偿值来补偿信号发射的发射频率， 其中，所述多路复用器在所述信噪比大于阈值时，选择所述第二频率偏移值作为所述发射频率补偿值，并在所述信噪比小于所述阈值时，选择所述第一频率偏移值作为所述发射频率补偿值。
全文摘要
本发明提供自动频率控制方法及信号收发器。自动频率控制方法，包含依据信噪比从第一频率偏移值与第二频率偏移值中选择发射频率补偿值；以及依据所述发射频率补偿值来补偿信号发射的发射频率。选择所述发射频率补偿值的步骤包含当所述信噪比大于阈值时，选择所述第二频率偏移值作为所述发射频率补偿值；以及当所述信噪比小于所述阈值时，选择所述第一频率偏移值作为所述发射频率补偿值。本发明所提供的装置及方法，通过选择适当的频率偏移补偿值对发射频率进行补偿，可防止频率偏差。
文档编号H04L27/00GK102710571SQ20121018887
公开日2012年10月3日 申请日期2008年11月18日 优先权日2007年12月7日
发明者沈士琦, 蔡政仪, 郭俊明, 陈盈萦, 黄合淇 申请人:联发科技股份有限公司