CN100449984C - 确认及改正过采样数字样品流的最佳采样时间的方法 - Google Patents

Abstract

一种本身已知的方法被发展使得其可被用于以相对较大数值进行被频率-或相位-调制的接收数据，该接收数据以一种合适方式被调整及被送至采样相位决定的已知单元。频率调制接收信号被转换为经相位-振幅-调制的信号及进行门槛值比较，及该门槛值比较的结果被采用做为产生每符号数字元的基准，其由用于调制的数值决定。相位调制接收信号被对映至该相位空间，及该过采样样品藉由一符号时脉周期分开的共轭复数样品，及由此得到的值被送至该采样相位决定单元。

Description

确认及改正过采样数字样品流的最佳采样时间的方法

技术领域

本发明涉及确认及改正已由接收信号(其使用相对较大数值进行频率或相位调制)所产生的过采样数字比特流的最适采样时间的方法。

背景技术

在无线通讯系统中，数据以框架结构的型式传送，在数据封包被传送前，同步字符被传送，其为在接收器端为已知。该同步字符及该数据封包一起产生一数据脉冲串。在该脉冲串开始的该同步字符首先被使用以辨识该脉冲串，第二，此同步字符可被使用以决定该接收比特流的最适采样相位，当数字调制方法可提供时，此采样相位被选择使得采样在符号周期的中心及因而在眼状图的最大开口个别地发生。

接着解调制，接收器端产生经脉冲-振幅-调制的接收信号，其由此二位基础频率调制的接收信号编码二元数据，此接收信号被供应至比较器，比较器的输出根据该接收信号是否小于或大于零而传送值0或值1。该接收信号成为离散值的序列的实际转换由周期地采样该比较器输出而产生。

为决定最适采样时间，在该符号周期内于许多时间使用特定过采样比值(OSR)自该比较器采样输出信号为有利的。对每一数据符号，N不同样品以此方式被确认，在这些样品中，仅相关于该最适采样时间的个别值被进一步处理，且其余(n-1)个值被忽略。

为决定该最适采样时间，在数据脉冲串的接收开始时比较该过采样二位数据与在接收器端为已知的同步字符为已知惯例，此是使用关联器完成，关联器位接着位地比较该输入数据流与同步字符及确认相关的关联值。使用未受干扰的接收信号，关联的第一及最后的发生是在符号周期的开始及结束，且该采样时间在这两个时间中间被选择。

此方法的缺点为对每一数据脉冲串最适采样相位仅被决定一次，特别是在数据脉冲串的接收开始时。在开始时被确认的采样相位接着被使用以采样整个数据脉冲串。在脉冲串开始时的任何数据干扰造成该采样相位在开始时被不正确地订定，此不正确的采样相位接着被使用以采样整个数据脉冲串，及得到高位错误率。另一缺点为其不可能借助关联采样相位补偿在传送器及接收器的时间参考的任何漂移，因为在开始时订定的采样相位对整个个别数据脉冲串而言为维持固定的。

德国早期公开专利说明书德国专利101 07 144 A1其全文被包括于本申请案的揭示内容，其叙述确认及改正过采样输入比特流的最适采样时间的装置及方法。在此情况下所采用的基准为过采样数字比特流，于此每一位具在n个不同采样时间所采样的样品。所叙述装置包括读取单元，其在个别最适采样时间自该过采样数字比特流读取下一位，此外，该装置包括确认在一端经采样数据位序列及在另一端比较序列之间的关联的单元，新的最适采样时间由基于在各种采样时间确认的关联值为基准决定新的最适采样时间的单元而被订定。在此情况下，所使用的该比较序列为连续位型式，且在最适采样时间被读取的个别位被送至该比较序列，该比较序列由评估该接收数据流而产生。目前的读取数据位被个别地使用以更新该比较序列，借助以过采样输入数据流关联此比较序列，可确认新的最适采样时间。下一位接着由该读取单元实际上在新决定的最适采样时间被读取，此位亦再次被送至该比较序列，此表示使用回转方法使得进行最适采样时间的连续重新决定及关联为可行。

叙述于该德国早期公开专利说明书德国专利101 07 144 A1的方法起初仅被用于已使用两个值频率调制的接收信号，然而，特别是用于以两个值(G)FSK调制的信号。已知方法是依据解调数据的门槛值数据或由两个值(G)FSK的脉冲-振幅-调制的值。没有进一步方法，所叙述方法无法被使用以使用相对较大数值决定调制方法的采样相位。

发明内容

因此本发明目的为延伸及排列采样时间决定的已知方法以使用相对较大数值进行调制方法。该方法意欲能够被用于特别是频率调制方法如4-值(G)FSK(高斯频移键控)调制或相位调制方法如π/2 DPBSK(差分二进制相移键控)调制或π/4DQPSK(差分四相移键控)调制。

本发明使用决定采样相位的单元，如已于德国早期公开专利说明书德国专利101 07 144 A1中所叙述，本发明涉及以一种特别方式经频率-或相位-调制的接收数据如何以一种合适方式被调整以能够在决定采样相位的单元中被处理。

本发明的第一方向涉及一种确认及改正经由差分的相位调制接收信号所形成的n倍过采样数字样品流的最适采样时间的方法，其特征在于

(a)所述n倍过采样数字样品流经由所述差分的相位调制接收信号产生；

(b)所述样品流中的样品乘上与所述样品相隔一位时脉周期的所述样品流中的样品的共轭复数，及过采样数字相乘样品流是由上述相乘所得到的数值ri产生；

(c)样品r[k₀]是在前一个最适采样时间从该过采样数字相乘样品流中读取；

(d)该样品r[k₀]被送至以连续位型式储存的比较序列；

(e)在所述过采样数字相乘样品流的样品序列及该比较序列间的关联被确认，且相关关联值在每一采样时间被确认；及

(f)由在各个采样时间被确认的该关联值决定一个新的最适采样时间t₀。

在一示例具体实施例中，该经接收信号已进行4-级(G)FSK频率调制，其表示N＝2。在此情况下，与指定的指定值的比较必须在方法步骤b)被进行。

在本发明的第二方向，由经相位调制的接收信号所形成的过采样数字比特流的最适采样时间被确认及改正，其中

方法步骤(a)为n倍过采样数字样品流由差动经相位-调制接收信号所产生，

方法步骤(b)为样品个别乘上样品的共轭复数，这些样品的共轭复数是由一位时脉周期分开，及过采样数字比特流(RXDA_IN)是在上述相乘所得到的值(ri)产生，

方法步骤(c)为下一样品于前一最适采样时间被自该过采样数字样品流(PXDA_IN)读取，

方法步骤(d)为该样品(r[ko])被送至以连续位型式储存的比较序列，

方法步骤(e)为在采样样品序列及被确认的该比较序列间的关联，且相关关联值在每一采样时间被确认，及

方法步骤(f)为新的最适采样时间(t_o)由在各种采样时间被确认的该关联值决定。

在此情况下，方法步骤b)以两个不同方式进行。

首先，该差分相位可直接由相乘结果决定且可进行与指定门槛值的比较，于此每一差分相位基于比较结果被指定为包含N位的位字符。

第二，该相乘结果的实数及虚数部份可彼此独立地进行与指定门槛值的比较，及他们可基于比较结果被指定为包含N位的个别位字符，及差分相位可在方法步骤(b)由该位字符决定。

该变量N必然由用于该调制方法的数值所决定。

在方法步骤(b)，数据值r_i可由将样品z_i+OSR及z_i藉r_i＝z_i+OSR·z_i*或r_i＝z_i·z_i+OSR*计算，其中z_i*为z_i的共轭复数。

附图说明

本发明方法参考图标详细说明于下，其中：

图1显示使用现有技术决定过采样数字比特流的最适采样相位的单元；

图2显示同样地为本身已知及被用于本发明以确认过采样数字比特流的最适采样相位的单元；

图3显示以4个值经GFSK-调制的接收信号的调整以在图2所示的单元中处理该数据；及

图4显示以π/x-DXPSK-调制的接收信号的调整以在图2所示的单元中处理。

具体实施方式

图1显示基于现有技术决定该采样相位的单元，在整个数据脉冲串的数据脉冲串开始时该采样相位被规定。为达此目的，该输入数据流与在接收器端为已知的该同步字符关联以自该关联结果得到该最适采样相位。

此可由在符号周期T_位内以特定过采样比值(OSR)为基础于许多时间采样该脉冲-振幅-调制接收信号而完成，以对每一经接收数据符号得到N样品。在图1所示实例中，n＝9，亦即每一数据符号有9个样品可提供。

该过采样数字比特流RXDA_IN由串联连接的移位缓存器1、2、...、5的装置被移位，该移位缓存器的时脉频率为1/T_s。在此内文中，T_s表示采样周期，亦即两个样品间的时间间隔。该移位缓存器1、2、...、5的每一包括n＝9个不同的移位缓存器单元以保留该数字化样品，在移位缓存器前进的方向由箭头6辨识。

该移位缓存器1、2、...、5的每一包括名称Z^-1及Z^-8。Z^-1表示一采样周期T_s的延迟，及因而Z^-8表示八个采样周期8·T_s的延迟。一般说来，所以该移位缓存器1、2、...、5的每一产生9个采样周期，或者一符号周期T_位(记数为9·T_s＝T_位)的延迟。

包括该移位缓存器1、2、...、5的移位缓存器装置允许借助在被选择的该移位缓存器2的N移位缓存器单元的其中一的采样相位的简单指定，由此下一数据符号值接着读取(7)，该采样相位因而由选择在该移位缓存器2的N移位缓存器单元的其中一而被指定。

为确认最适采样相位，在该移位缓存器2、3、...、5的个别第一单元的内容r₀、r₁、...、r₁₄、r₁₅在该采样频率1/T_s被读取及被供应至单元8以确认该关联。于此，该输入数据序列的关联

{r(k·T_s-m·T_位)}_0m15

＝{r(k·T_s)，r(k·Ts-T_位)，...，r(k·T_s-15·T_位)}

＝{r₀，r₁，...，r₁₄，r₁₅}

与已知，如16-位同步字符关联

{s(m·T_位)}_0m15＝

＝＝{s₀，s₁，...，s₁₄，s₁₅}

以确认每一采样相位k的相关关联值。为进行此目的，该同步字符RXSYNC被写(9)至被提供用于此目的的该内存单元10。所使用的关联值为在一端为输入数据序列及在另一端为同步字符间的汉明距离d(k)，在每一时间k·T_s，汉明距离被计算为：

$d\left(k\right)=\underset{m=0}{\overset{15}{\mathrm{\Σ}}}{s}_m\⊕r_m$

该汉明距离显示多少位的差存在于接收数据的序列

{r(k·T_s-m·T_位)}_0≤m≤15-之间

及该比较序列

{s(m·T_位)}_0≤m≤15_。

在本实例中，该两个序列皆为16位长。

为建立在该输入位序列及该比较序列间是否有足够大的关联，该汉明距离d(k)与可选择的门槛值d_max比较，若d(k)≤d_max，则两个序列为关联的。

在每一数据脉冲串开始时，该同步字符被传送，令k₁·T_s为关联第一次存在的时间，亦即在此时间d(k₁)≤d_max，此时间被称为SYNC，相关联该时间k₁的关联标志f(k₁)被设定：

f(k₁)＝1

对后续8个时间k＝k₁+1、k₁+2、...、k₁+8，相关汉明距离d(k)被个别地确认及与d_max比较。若该汉明距离低于该门槛值d_max，则相关关联标志f(k)被设定：

$f\left(k\right)=\left\{\begin{array}{ccc}1& \mathrm{for}& d\left(k\right)\≤d_{\max }\\ 1& \mathrm{for}& d\left(k\right)>d_{\max }\end{array}\right.$

以此方式决定的关联标志f(k)，其中k＝k₁+1、k₁+2、...、k₁+8，由单元8被写(12)至关联标志移位缓存器11以确认该关联。在此情况下在该关联标志移位缓存器11前进的方向由箭头13表示。

由储存于该移位缓存器11及包括9个位的该关联标志的位序列，可决定该最适采样时间

t₀＝k₀·T_s+m·T_位

在过采样前提供的脉冲-振幅-调制的信号可不对称地被变形，在此情况下其借助关于中央采样时间些微移位该采样时间以对准该采样时间与最大振幅的时间为有利地，此可由使用可任意地选择的额外时间补偿k₂∈{-2；-1；0；1；2；3}完成。

在此方面，

k₀＝k₁+P+k₂

对时间指数k₀为有效的，其中P表示该采样相位且k₂∈{-2；-1；0；1；2；3}表示可任意地选择的时间补偿。

首先，该最适采样时间t₀在关联开始的时间及最后一关联的时间之间的中央被精确地选择。若k₁表示关联第一次发生的指针及k₁+n₁表示关联最后一次发生的指针(亦即f(k₁)＝1及f(k₁+n₁)＝1)，则所得到该采样相位P为 $P=\left[\frac{n_1}{2}\right]+1.$

在图1所示的实施的情况下，储存于该关联标志移位缓存器11的位型式使用清查表LUT被转换为相关采样相位P，该清查表LUT在于该关联标志移位缓存器11的极右端的移位缓存器第一次假设值1的时间(亦即在时间SYNC)的时间被读取。指针n₁接着由具值”1”的关联标志的最后一次发生(亦即在极左端)被决定。在其间的关联标志值(由”X”表示)对决定n₁及P为不重要的(“非关注位”)，在相邻该清查表LUT右边的字段显示相关该各种关联标志位序列的该采样相位P。

该采样相位P被供应至该样品及固持组件14及，与该参数k₀及k₁一起，决定在该移位缓存器2的特别缓存器单元必须被读取7的时间，所读取值被个别地保存做为T_位＝9·T_s的符号期间，及以此方式该采样输入信号RXDA_采样被产生。此信号可经由如数据转换单元1 5被供应至微控制器μC。

图2显示重复地重新决定该采样相位的单元，此(单元)被使用于该两个发明方法。如在图1的单元中，具九倍过采样的数字比特流RXDA_IN被送至串联连接的移位缓存器16、17、...、20的序列。该移位缓存器16、17、...、20的每一具九个内存单元及所以可保存九个连续样品。无论何时采样周期T_s逝去_，该移位缓存器的内容被进一步向右移位一位置，在此情况下，箭头21显示在该移位缓存器前进的方向。

如在图1的单元中，用以确认该关联的该单元30具确认在该输入位序列{r₀，r₁，...，r₁₄，r₁₄}及在每一采样时间的该比较序列间的关联值的工作。不像在现有技术中，要被比较的该两个序列每一仅包括15个位(而非目前为止的16个位)。该比较序列{s₀，s₁，...，s₁₄，s₁₄}储存于该比较序列移位缓存器22，为决定该第一次，亦即在数据脉冲串的接收开始时，的关联，该比较序列移位缓存器22包含在接收器端为已知的该同步字符的下方15个位{s₀，s₁，...，s₁₄，s₁₄}，其在数据脉冲串开始时被传送。

确认该关联的该单元30决定每一时间k·T_s的该输入位序列及该比较序列间的汉明距离d(k)。该时间k₁·T_s表示第一次关联的时间，亦即第一次d(k₁)≤d_max为真的时间，该相关关联标志f(k₁)被设定为等于1，且此值被写(24)至该关联标志移位缓存器23。如同参考图1所叙述的，该相关关联标志f(k₁)亦对后续8个汉明距离d(k)确认，其中k为k₁+1、k₁+2、...、k₁+8，且被写至该关联标志移位缓存器23。所写入值由该移位缓存器被自左向右移位，如箭头25所示。

储存于该关联标志移位缓存器23的位型式可使用清查表LUT转译为位于该关联范围中央的该最适采样时间t₀的该采样相位P_k，在此情况下，

t₀＝k₀·T_s+m·T_位

适用，其中k₀＝k₁+P+k₂，且k₁表示关联第一次发生的时间指数，P_k表示该采样相位，及k₂表示具k₂∈{-2；-1；0；1；2；3}的可任意地选择的时间补偿。

以此方式决定的该采样相位P_k被供应至该样品及固持组件27；在该输入比特流的下一位接着在由P_k所订定的实际采样时间被读取26。新的读取位r[k₀]经由如数据转换单元29被供应至该微控制器μC做为该采样输入比特流RXDA_采样的一部份。

不像在图1的单元，新的读取位r[k₀]亦被送至该比较序列移位缓存器22(箭头28)，使得下列新的比较序列被得到：

{r[k₀]，s₀，s₁...，s₁₃}

该同步字符的位s₁₄由r[k₀]的插入自该比较序列移位缓存器22被移位出。

取代与已知同步字符的比较，本发明包括由比较该输入样品与比较序列(其由接收数据流的决策基准(决策导向)评估而得到)所决定的新的采样相位。关于该数据位r[k₀]的值的决定由使用先前采样相位P_k读取(26)该输入数据流而进行。

接着使用改良的比较序列(其基于关于r[k₀]的决定为基础而产生)确认新的采样相位P_k+1，该新的采样相位P_k+1由关联该输入数据流与该新的比较序列{r[k₀]，s₀，s₁...，s₁₃}而被决定。

不像在图1的单元，该位r₀不再自该移位缓存器17读取，而是自该移位缓存器18读取，此产生在一方面于该比较序列所需要的该位r[k₀]的读取26及自该输入数据流的该位r₀的读取间的某程度时间延迟，此表示当r₀到达时r[k₀]的值，其为该比较序列所需要，已提供。因为此时间补偿，在图2的方法允许自关联开始至关联结束的全采样时间范围在该输入序列及该比较序列间被扫视。在此内文中若该比较序列移位缓存器22在时间k₁+m·T_位的每一以零填充为有利的，因为此允许关联起始的更佳追踪。

该新决定的采样相位P_k+1被供应至该样品及固持组件27，该下一输入位着使用实际新采样相位PP_k+1读取(26)。

为防止重新调整重复地得到不正确的比较型式，例如因大受干扰的数据位，及因而防止该新决定的采样相位为重复地不正确，该采样相位P_k+1的重新调整必须仅在于该起始决定的采样相位P_起始的特别范围内被允许。

亦提供在新决定的采样相位及在一特定其间要被加上的该起始决定的采样相位P_起始间的不符合及仅当该相加的不符合超过一特别门槛时要被执行的重新调整，此方法允许得到控制的改良坚固性。

在图2的单元允许采样相位P_k的连续重新调整及由此确保所到达的个别数据符号在中央被每一采样，此改良个别数据位的决定，及位错误率可被减少。特别是，在数据脉冲串开始时的信号干扰，亦即当同步位被传送时，不再产生整个送入数据脉冲串的不正确采样。在传送器及接收器的时间参考的任何漂移可由该采样相位的本发明关联被补偿。

在该移位缓存器18及该样品及固持组件27间以虚线表示的为额外标志使得对差分编码可能使用由OSR时脉周期所移位的符号处理该符号。

图3显示如何调整以相对较大数值频率调制的接收信号(在本情况下，使用4个值的GFSK-调制)以能够被供应(使用本发明)至图2所示的单元及于此被处理以进行采样时间决定的目的。

在图3的左手侧的图显示已由该频率调制接收信号所产生的脉冲-振幅-调制的信号，此脉冲-振幅-调制的信号进行与指定门槛值1、2及3的门槛值比较。该脉冲-振幅-调制的信号可被供应至门槛值检测器，在门槛值检测器门槛值已使用此方式被设定且其输出基于门槛值比较的结果输出一位序列。右手侧的图显示包括N＝2个位的位字符如何由比较该脉冲-振幅-调制的信号与该门槛值1、2及3而被产生及输出。此图再次显示该脉冲-振幅-调制信号的曲线，且其可看出新的位序列在该曲线高于或低于该门槛值的时间被产生。

该门槛值比较以特别采样速度被执行，其必然为多重位速度。该过采样符号借助指定每一符号为2位而被转换为在双倍采样速度的位数据流，在指定采样速度的所得数据流现在被导引至关于图2所叙述的单元以基于该关联方法决定最适采样相位，及因而该采样时间可被决定。

图4显示该相位调制接收信号如何被调整以能够在图2所示的采样相位决定单元被处理，此方法是关于差分地π/x-DXPSK-相位调制信号，其中x可为如2或4。在这些相位调制方法的情况下，经由解调没有如在频率调制方法的情况下的任何至脉冲-振幅-调制信号的转换发生，而是解调被使用以对映至该相位空间(组态图)如在图4的左手侧图式，其显示该过采样复数值样品z_i。因为差分编码，关于该位的数据被包含于自在该组态图的一状态至稍后的一位(或符号)时脉周期出现的状态的过渡。为能够决定在此时的采样时间，由一位时脉周期分开的该过采样样品，亦即在过采样情况下由0SR样品，由另一相乘：

r_i＝z_i+OSR·z_i*或

r_i＝z_i·z_i+OSR*，其中

z_i*为z_i的共轭复数。如一般已知，x*(k)及x(k)的相位在于他们的算术符号不同，至此范围，表示式x*(k)·y(k)所得到的相位为y(k)及x(k)相位之间的差。

以此方式所得到数据流的相位因而包含关于该位的数据，为能够在此时基于该关联方法决定最适采样相位，可有不同选择，如在图4的右手侧图式。在此情况下，有具时间延迟的该样品z_i及z_i+OSR如何借助相乘被转换为上述表示式r_i的第一另一说明，基于这些表示式，现在此为第一次该差分相位可被直接决定，此接着-以与关于该频率调制的接收信号于上文所叙述的类似方式-被认为是脉冲-振幅-调制信号，及该门槛值形成被用于对映其至由该调制所指定的可能差分相位，该关联接着以差分相位执行，此差分相位由该调制被指定至该同步字符。其它先前提到的选择包括被分别供应至门槛值形成功能的实数及虚数部份及相位决定接着由此被执行，此之后为关联，如先前所叙述。

此外，亦有其它可理解的替代方案，然而，基本方向为复数值输入样品成为相位数据的转换，其由调制被指定至位。

使用相对较大数值的调制方法不仅可用于执行在二元数据的关联，而是具更多值的量子化操作亦可被执行亦为真。

Claims (4)

1.一种确认及改正经由差分的相位调制接收信号所形成的n倍过采样数字样品流的最适采样时间的方法，

其特征在于

(a)所述n倍过采样数字样品流经由所述差分的相位调制接收信号产生；

(b)所述样品流中的样品乘上与所述样品相隔一位时脉周期的所述样品流中的样品的共轭复数，及过采样数字相乘样品流是由上述相乘所得到的数值r_i产生；

(c)样品r[k₀]是在前一个最适采样时间从该过采样数字相乘样品流中读取；

(d)该样品r[k₀]被送至以连续位型式储存的比较序列；

(e)在所述过采样数字相乘样品流的样品序列及该比较序列间的关联被确认，且相关关联值在每一采样时间被确认；及

(f)由在各个采样时间被确认的该关联值决定一个新的最适采样时间t₀。

2.根据权利要求1的方法，

其特征在于

一方法步骤b)中，一差分相位直接由相乘结果决定，及该差分相位进行与指定门槛值的比较，及

-每一个差分相位基于比较结果被指定为包含N位的位字符。

3.根据权利要求1的方法，

其特征在于

-方法步骤b)中，该相乘结果的实数及虚数部分彼此独立地进行与指定门槛值的比较，及它们基于比较结果被指定为包含N位的相应位字符，及

-在各个采样时间的一差分相位是由以此方式决定的该位字符决定。

4.根据权利要求1至3其中之一的方法，

其特征在于

-方法步骤b)中从样品z_i+OSR及z_i通过

r_i＝z_i+OSR·z_i ^*或

r_i＝z_i·z_i+OSR ^*而计算出数值r_i，

其中，样品z_i和样品z_i+OSR相隔一位时脉周期。

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