CN103188175B - 一种频率补偿电路、解调系统及解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种补偿中心频率偏移的补偿电路，包括频率比较模块以及频率控制模块，频率比较模块比较输入频率信号与目标频率的差值，确定频率补偿的区域范围，频率控制模块根据比较差值控制输出频率的补偿值。本发明还公开了一种信号解调系统，该系统包括有补偿中心频率偏移的补偿电路，可以采用数字解调器或者模拟解调器进行解调并采用补偿电路对解调器的中心频率进行补偿。本发明还公开了一种信号解调系统对中心频率偏移的补偿方法。

Description

一种频率补偿电路、解调系统及解调方法

技术领域

本发明涉及解调系统中心频率偏移的补偿，尤其涉及一种补偿频移键控调制信号中心频率偏移的解调系统以及补偿方法。

背景技术

频移键控类调制是一种在无线通信系统中经常使用的数字调制方式，一般有FSK、GFSK和GMSK等方式。是将数字基带信号通过频移键控的方式调制到射频载波上，最终通过射频信号通道进行通信，在低功耗、低成本、低复杂度的应用场合多采用模拟域解调器对频移键控调制信号进行解调后再送数字基带进行处理。但在实际应用中，由于发射端和接收端使用晶体振荡器的精度偏差，制造工艺偏差等因素，输入解调器的信号的中心频率与理想值之间有一定的偏差。此偏差会引入解调误差，甚至当偏差过大时导致解调完全失败，无法恢复基带信号。

现有的对频移键控调制信号解调的频率补偿方案，都是根据解调器输出的数字信号中的数据模式，检查并记录信号的频率值；当解调器输出信号为“11”时，检查两个“1”持续时间信号的峰值频率并记录为Fp，当解调器输出信号为“00”时，检查两个“0”持续时间信号的峰值频率并记录为Fn，根据Fp与Fn的值估算信号的中心频率Fc，并根据所估算的中心频率调整振荡器的输出频率，补偿中心频率的偏移。

此种补偿方法存在有些不足的地方，频率的补偿依赖与解调器输出的数据，如果频率偏移较大，解调失败时将无法补偿中心频率；频率的补偿方法依赖固定的数字格式，当通信数据是随机信号，也无法补偿中心频率；补偿方案结果复杂，容易出现误差，而且会增加功率的消耗。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题提供一种不依赖于解调器输出数据模式进行准确高效的补偿中心频率偏移的解调系统以及补偿方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种补偿中心频率偏移的补偿电路，包括频率比较模块以及频率控制模块；其中，所述频率比较模块，接收频率信号的量化值，并对所述频率信号的量化值与设定频率门限值的大小进行比较，把比较的差值输出到所述频率控制模块中；所述频率控制模块，用于根据所述比较的差值控制输出频率补偿值。

进一步的，所述频率比较模块包括至少一个频率门限值寄存器以及与所述频率门限值寄存器相对应的门限判决单元；所述频率控制模块包括频率选择单元以及与所述门限值寄存器相对应的频率补偿步进值寄存器；其中，所述频率门限寄存器用于保存预先设定的频率门限值；所述频率门限判决单元用于比较所述频率信号量化值与所述设定的频率门限值，并根据比较差值产生对应的调整区域信号；所述频率选择控制单元接收所述调整区域信号，并根据所述调整区域信号产生频率选择信号输出到相应所述频率步进值寄存器中；所述频率步进值寄存器输出频率的补偿值。

更进一步的，所述补偿电路还可以包括频率锁定单元；所述频率锁定单元用于在电路频率补偿完成后输出锁定频率的信号到所述频率控制模块锁定频率补偿值。所述频率锁定单元包括频率锁定控制子单元以及锁定时间门限值寄存器；其中，所述锁定时间门限值寄存器用于寄存时间门限值，所述频率锁定控制子单元，接收锁定启动信号以及时间门限信号，并根据锁定启动信号以及时间门限信号产生锁定信号输出到频率控制模块中锁定频率补偿输出值。

本发明还提供了一种信号解调系统，包括上述补偿电路以及解调器；所述解调器，接收频移键控调制信号，用于对所接收的信号进行解调，并输出基带信号，同时接收所述补偿电路输出的补偿值，根据所述频率补偿值补偿中心频率的输出；所述补偿电路，接收所述解调器输出基带信号，根据所述基带信号产生补偿中心频率的补偿值。所述解调器可以为数字解调器或模拟解调器，在所述模拟解调器中还可以包括把所述解调输出信号转换成数字基带信号的信号转换器。

本发明还提供一种对频移键控调制信号解调的解调方法，，包括以下步骤：

解调器接收频移键控调制信号并对所接收的信号进行解调，输出基带信号；

补偿电路接收所述基带信号，根据基带信号产生的频率补偿值，并把所述频率补偿值反馈输出到所述解调器中；

解调器接收所述频率补偿值，并根据所述补偿值修改中心频率。

进一步的，所述中心频率偏移的补偿电路接收所述基带信号，根据基带信号产生的频率补偿值，并把所述频率补偿值反馈输出到所述解调器，还可以包括以下步骤：

门限判决单元接收基带信号，并将基带信号与频率门限值寄存器中的门限值进行比较，根据比较差值确定频率调整的区域，并产生对应的调整区域信号输出到频率选择控制单元中；

频率选择控制单元根据所述调整区域信号控制对应的频率补偿步进值寄存器输出频率补偿值。

再进一步的，在步骤门限判决子单元接收基带信号，并将基带信号与频率门限值寄存器中的门限值进行比较，把比较结果输出到频率选择控制子单元中之前，频率锁定控制子单元接收锁定单元启动信号，启动频率锁定功能，同时开始计时；在步骤频率修改器根据选择信号输出频率的补偿值之后，比较计时时间是否超过锁定时间门限值，如果超过锁定时间门限值，则频率控制子单元输出频率锁定信号到频率选择控制子单元中，所述频率选择控制子单元根据所述频率锁定信号锁定输出频率的补偿值；如果没有超过时间门限值，则继续接收基带信号进行补偿处理。

本发明的有益效果是：采用中心频率补偿电路对中心频率的偏移进行补偿，电路结构简单，对中心频率的补偿不依赖于解调的数据，即使解调的数据完全被淹没，仍然可以对中心频率的偏移进行补偿；而且，在补偿电路中增加锁定模块，对中心频率补偿完成后锁定补偿值，不需要每次对通信补偿电路进行重复比较补偿，提高补偿的效率。

附图说明

图1为本发明实施例一中补偿电路的结构图；

图2为本发明实施例一中补偿电路的内部结构图；

图3为本发明实施例二中信号解调系统结构图；

图4为本发明实施例二中解调系统中心频率补偿流程图；

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明的主要发明构思为：采用简单电路对接收器中心频率进行补偿，在接收解调系统中对中心频率的补偿，降低解调偏移的现象。

实施例一：

请参考图1，图1为本实施例补偿电路的结构图；所述补偿电路包括频率比较模块11以及频率控制模块12，所述频率比较模块11，接收频率信号的量化值，并将所述频率信号的量化值与设定的频率门限值进行比较，把差值输出到所述频率控制模块12中；所述频率控制模块12，根据所述比较的差值控制输出频率的补偿值。

接收的频率量化信号通过与设定的频率门限值比较，根据比较差值可以确定所接收的中心频率是高了还是低了，确定调整的区域，把比较结果发送到所述控制模块12中，所述控制模块12根据比较结果输出频率的补偿值。

进一步的，请参考图2，图2为本实施例中补偿电路的内部结构图；所述频率比较模块11可以包括一个频率门限值寄存器111，以及对应的频率判决单元112，所述频率控制模块12可以包括频率选择控制单元121以及三个频率步进值寄存器122；所述频率判决单元112接收所述频率信号的量化值以及连接所述频率门限值寄存器111，对所接收的频率信号的量化值与所述频率门限值寄存器111中的值进行比较，并把比较的差值信息发送到所述频率选择控制单元121中，所述频率控制单元121根据差值信号控制对应的频率步进值寄存器122输出相应的频率补偿值。

所述频率门限值寄存器111寄存有预设的频率门限值，例如为发送端的中心频率值，所述频率判决单元112接收频率信号的量化值，并与预设的频率门限值进行比较，用所述频率信号量化值与所述预设频率门限值作差，根据差值产生差值信号输出到所述频率选择控制单元121中。

所述频率控制选择控制单元121根据差值大小，如果差值大于0则选择第一频率步进值寄存器输出频率-N的补偿值；其中，所述的N为大于0的频率补偿步进值(下文中的N同样)；如果差值小于0则选择第二频率步进值寄存器输出频率+N的补偿值；如果差值等于0则选择第三频率步进值寄存器输出频率补偿值为0。

所述频率补偿电路还可以包括频率锁定单元13，所述频率锁定单元13可以包括频率锁定控制子单元131以及锁定时间门限值寄存器132；所述频率锁定控制子单元131接收频率锁定启动信号，连接所述时间门限值寄存去132以及所述频率选择控制单元121；频率锁定控制子单元131接收到频率锁定启动时开始计时，当计时时间超过所述时间门限值寄存器132中设定的时间门限值时，所述频率锁定控制子单元131向所述频率选择控制单元121发出锁定信号，所述频率选择控制单元121接收到所述锁定信号后，不再接收所述频率判决单元发送的信号，并根据锁定信号锁定当前所选择的频率步进值寄存器输出频率的补偿值。由于补偿的中心频率目标值一般为固定的值，增加频率锁定单元可以在频率补偿稳定之后就锁定频率补偿值的输出，不再需要重复判断比较，节省补偿判断时间。

再进一步的，所述频率比较模块11可以包括两个频率门限值寄存器111，第一频率门限值寄存器和第二频率门限值寄存器；还包括与频率门限值寄存器对应的第一门限判决单元以及第二门限判决单元；所述频率控制模块12可以包括频率选择控制单元121以及三个频率步进值寄存器；所述第一频率判决单元接收所述频率信号量化值以及连接所述第一频率门限值寄存器，并连接频率选择控制单元121；第二频率判决单元接收所述频率信号量化值以及连接所述第二频率门限值寄存器，并连接所述频率选择控制单元121。

所述频率信号量化值与所述第一频率门限值比较，如果频率信号量化值大于所述第一频率门限值，所述第一频率判决单元向所述频率选择控制单元121发出有效信号；如果频率信号量化值小于所述第二频率门限值，所述第二频率判决单元向所述频率选择控制单元121发出有效信号；如果频率信号量化值大于所述第二频率门限值而小于所述第一频率门限值，所述第一频率判决单元以及第二频率判决单元向所述频率选择控制信号发出无效信号。

所述频率选择控制单元121根据所接收的信号控制对应的频率步进值寄存器输出频率补偿值。如果所接收的第一频率判决单元输出信号有效，则选择控制所述第一频率步进值寄存器输出频率-N的补偿值；如果所接收的第二频率判决单元输出信号有效，则选择控制所述第二频率步进值寄存器输出频率+N的补偿值；如果所接收的第一频率判决单元以及第二频率判决单元输出信号无效，则选择控制所述第三频率步进值寄存器输出频率补偿值为0。

同样的，也可以增加锁定单元对所述补偿电路进行频率补偿值的锁定。

更进一步的，所述频率比较模块11可以包括M个频率门限寄存器111，M为大于0的整数，(下文同样)还包括与所述频率门限寄存器对应的M个频率判决单元112，所述频率控制模块包括频率选择控制单元121以及与所述频率门限寄存器对应的M+1个频率步进值寄存器。

所述频率比较模块11接收所述频率信号量化值，比较所述频率信号的量化值与所述频率门限值的大小，确定频率补偿的区间范围，对应的频率判决单元向所述频率选择控制单元121发出有效信号；所述频率选择控制单元121根据所接收的有效信号选择控制对应的频率步进值寄存器输出对应的步进调整频率的补偿值。如果所有频率判决单元所处的信号都无效，则选择控制第M+1频率步进值寄存器输出频率补偿值为0。

同样的，也可以增加锁定单元对所述补偿电路进行频率补偿值的锁定。

实施例二：

请参考图3和图4，其中，图3为本发明实施例二中信号解调系统结构图；图4为本发明实施例二中中心频率补偿流程图；所述信号解调系统包括解调器2以及实施例一中所述的频率补偿电路1，所述解调器2可以为数字解调器，也可以为模拟解调器，还可以为模拟解调器以及模数转换器的组合，下面以所述解调器2为模拟解调器以及模数转换器的组合为例说明，解调器2接收频移键控调制信号，并对所述频移键控调制信号进行解调，把解调后的信号输出到模数转换器中转换成数字信号，所述模数转换器连接所述频率补偿电路1，所述频率补偿电路1接收所述转换的数字信号，并根据所述数字信号比较产生频率补偿值反馈输出到所述解调器中调整解调器的中心频率。所述解调器2是数字解调器时则直接把解调后的数字信号输出到所述频率补偿电路中进行频率补偿。所述解调器2为模拟解调器时，也可以直接把解调后的模拟信号输出到所述频率补偿电路中在模拟域中进行频率的补偿。

进一步的，所述频率补偿电路同样可以包括有频率锁定单元在频率补偿完成后锁定频率的补偿值。

请参考图4，图4为本实施例解调系统中心频率补偿流程图，解调过程，如果所述频率锁定控制子单元131接收到频率锁定的信号，则开始计时，解调器2接收频移键控调制信号并对所接收的频移键控调制信号进行解调，把解调后的信号输出到频率补偿电路1中，所述频率补偿电路1的频率比较模块11接收频率信号量化值并与第一频率门限值进行比较，如果所述频率信号量化值大于所述第一频率门限值，则对应的第一频率判决单元输出有效信号到所述频率选择控制单元121中，所述频率选择控制单元121根据所接收的有效信号选择控制所述第一频率步进值寄存器输出频率-N的补偿值；如果所述频率信号量化值小于所述第二频率门限值，则对应的第二频率判决单元输出有效信号到所述频率选择控制单元121中，所述频率选择控制单元121根据所接收的有效信号选择控制所述第二频率步进值寄存器输出频率+N的补偿值；如果所述频率信号量化值大于所述第二频率门限值而小于所述第一频率门限值，则对应的第一、第二频率判决单元都无有效信号输出到所述频率选择控制单元121中，所述频率选择控制单元121选择控制所述第三频率步进值寄存器输出频率补偿值为0；

比较计时时间与所述时间门限值寄存器132中的值，如果时间超过时间门限值，则所述频率锁定控制子单元131发出锁定信号到所述频率选择控制单元121中，所述频率选择控制单元121接收到锁定信号后，不再接收频率判决单元112发送信号，并锁定当前所选择的频率步进值寄存器输出频率补偿值，直到所述频率锁定控制子单元131发出的锁定信号无效。如果计时时间没有超过时间门限值，则继续接收频率信号量化值进行比较，输出频率补偿值。

如果频率锁定启动信号无效，则不计时，频率锁定单元13不工作，直接接收频率信号量化值进行比较，输出频率补偿值。

解调器接收所述频率补偿值并根据补偿值对中心频率进行补偿。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种补偿中心频率偏移的补偿电路，其特征在于，包括频率比较模块以及频率控制模块；其中：

所述频率比较模块，用于接收频率信号的量化值，并对所述频率信号的量化值与预先设定频率门限值的大小进行比较，把比较的差值输出到所述频率控制模块中；所述预先设定频率门限值为所述频率信号的原始中心频率；

所述频率控制模块，用于根据所述比较的差值控制输出频率补偿值，所述频率补偿值用于修改解调器的中心频率。

2.如权利要求1所述的补偿电路，其特征在于，所述频率比较模块包括至少一个频率门限值寄存器以及与所述频率门限值寄存器相对应的门限判决单元；所述频率控制模块包括频率选择单元以及与所述门限值寄存器相对应的频率补偿步进值寄存器；其中：

所述频率门限寄存器用于保存预先设定的频率门限值；

所述频率门限判决单元用于比较所述频率信号量化值与所述预先设定的频率门限值，并根据比较差值产生对应的调整区域信号；

所述频率选择控制单元接收所述调整区域信号，并根据所述调整区域信号产生频率选择信号输出到相应所述频率步进值寄存器中；

所述频率步进值寄存器根据所述频率选择信号输出频率的补偿值。

3.如权利要求2所述的补偿电路，其特征在于，所述频率比较模块包括第一频率门限值寄存器、第二频率门限值寄存器以及第一门限判决单元、第二门限判决单元；所述频率控制模块包括第一、第二和第三频率补偿步进值寄存器，其中，所述频率信号量化值大于第一频率寄存器的值时，所述频率选择控制模块控制所述第一频率补偿步进值寄存器输出频率补偿值；所述频率信号量化值小于第二频率寄存器的值时，所述频率选择控制单元控制所述第二频率补偿步进值寄存器输出频率补偿值；所述频率信号量化值大于第二频率寄存器的值而小于第一频率寄存器的值时，所述频率选择控制单元控制所述第三频率补偿步进值寄存器输出频率补偿值。

4.如权利要求1-3任一项所述的补偿电路，其特征在于，还包括频率锁定单元；所述频率锁定单元用于在电路频率补偿完成后输出锁定频率的信号到所述频率控制模块锁定频率补偿值。

5.如权利要求4所述的补偿电路，其特征在于，所述频率锁定单元包括频率锁定控制子单元以及锁定时间门限值寄存器；其中：

所述锁定时间门限值寄存器用于寄存时间门限值；

所述频率锁定控制子单元，用于接收外部输入的锁定启动信号以及时间门限信号，并根据所述锁定启动信号以及时间门限信号产生锁定频率的信号。

6.一种补偿中心频率偏移的信号解调系统，其特征在于，包括解调器以及权利要求1-5任一项所述的补偿电路；其中：

所述解调器，接收频移键控调制信号，用于对所接收的信号进行解调，输出基带信号，并接收所述补偿电路输出的补偿值，根据所述频率补偿值补偿中心频率的输出；

所述补偿电路，接收所述解调器输出基带信号，根据所述基带信号产生补偿中心频率的补偿值。

7.如权利要求6所述的信号解调系统，其特征在于，所述解调器为数字解调器或模拟解调器。

8.如权利要求7所述的信号解调系统，其特征在于，所述模拟解调器还包括模数转换器；所述模数转换器接收所述模拟解调器解调输出信号并把所述解调输出信号转换成数字基带信号。

9.一种对频移键控调制信号解调的解调方法，基于权利要求6-8所述的信号解调系统，其特征在于，包括以下步骤：

解调器接收频移键控调制信号并对所接收的信号进行解调，输出基带信号；

补偿电路接收所述基带信号，根据基带信号产生的频率补偿值，并把所述频率补偿值反馈输出到所述解调器中；

解调器接收所述频率补偿值，并根据所述补偿值修改中心频率。

10.如权利要求9所述的解调方法，其特征在于，所述步骤：中心频率偏移的补偿电路接收所述基带信号，根据基带信号产生的频率补偿值，并把所述频率补偿值反馈输出到所述解调器，包括以下步骤：

门限判决单元接收基带信号，并将基带信号与频率门限值寄存器中的门限值进行比较，根据比较差值确定频率调整的区域，并产生对应的调整区域信号输出到频率选择控制单元中；

频率选择控制单元根据所述调整区域信号控制对应的频率补偿步进值寄存器输出频率补偿值。

11.如权利要求10所述的解调方法，其特征在于，在步骤门限判决单元接收基带信号，并将基带信号与频率门限值寄存器中的门限值进行比较，把比较结果输出到频率选择控制单元中之前，频率锁定控制子单元接收锁定单元启动信号，启动频率锁定功能，同时开始计时；

在频率选择控制单元根据所述调整区域信号控制对应的频率补偿步进值寄存器输出频率补偿值之后，比较计时时间是否超过锁定时间门限值，如果超过锁定时间门限值，则频率控制子单元输出频率锁定信号到频率选择控制单元中，所述频率选择控制单元根据所述频率锁定信号锁定输出频率的补偿值；如果没有超过时间门限值，则继续接收基带信号进行补偿处理。