CN105306394B - 用于确定无线电信号的频率偏差的方法和设备及接收装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定由无线电信号(710)包括的导频(104)和用于无线电信号(710)的接收装置的导波(106)之间的频率偏差(102)的方法(600)。该方法(600)具有处理步骤(602)、确定步骤(604)和提供步骤(606)。在处理步骤(602)中通过使用导波(106)来处理导频(104)，以隔离导频(104)的标志信息(114)。在确定步骤(604)中通过使用标志信息(114)来确定频率偏差(102)。在提供步骤(606)中提供用于进一步使用的频率偏差(102)。

Description

用于确定无线电信号的频率偏差的方法和设备及接收装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定无线电信号的频率偏差的方法，涉及一种相应的设备，涉及一种相应的计算机程序并涉及一种接收装置。

背景技术

导频(Pilotton)是所谓的MPX信号(MPX＝复合)的组成部分。

发明内容

在该背景下通过其在此提出的方法提出一种用于确定导频与用于无线电信号的接收装置的导波(Pilotschwingung)的频率偏差(Frequenzablage)的方法，还有一种使用该方法的设备，一种相应的计算机程序以及一种接收装置。由以下说明中得出有利的技术方案。

提出一种用于确定由无线电信号包括的导频和在无线电信号的接收装置中产生的导波之间的频率偏差的方法，其中该方法包括以下步骤：

通过使用导波来处理导频，以隔离导频的标志信息；

通过使用标志信息来确定频率偏差；以及

提供该频率偏差。

该无线电信号能够通过无线传输路径进行传输并且由接收装置接收的信号来表示。该导波能够表示用于解调该导频的信号。频率偏差能够为导波的频率与导频的频率的偏移。标志信息能够是从该导频得到的纯粹的二进制信号。

该方法能够包括通过使用频率偏差和标志信息来调整导波的频率的步骤。通过调整该频率能够降低该频率偏差。由此能够优化接收装置的接收质量。

在该调整步骤中能够通过使用频率偏差和标志信息来近似计算至少一个用于产生导波的多项式。导波的形式能够被以有利的方式反复跟踪，直至该频率偏差达到最小值。

为了处理导频，能够在导频中乘以导波的正弦份额，以得到第一基带信号。在导频中能够乘以导波的余弦份额，以得到第二基带信号。通过使用该基带信号能够隔离该标志信息。该基带信号能够通过滤波器被平整。

该第一基带信号和第二基带信号能够组合为混合信号。该标志信息能够通过在混合信号上使用标识函数而得到。

该标志信息能够在信道线路上从用于调整该导波的频率的装置退耦。

此外还能够确定导频和导波的相位偏差。该相位偏差能够以有利的方式提出。该相位偏差表示导频的相位和导波的相位之间的延迟。

此外，在此提出的方法实现一种设备，其被构造以在相应的装置中执行、控制和实施在此介绍的方法的变型的这些步骤。通过本发明的这些方案变型以设备的形式基于本发明的任务也能够迅速和有效地得以解决。

设备能够是现有的电仪器，其处理传感器信号并且据此发出控制信号和/或数据信号。该设备能够具有接口，该接口能够按硬件和/或软件构造。在按硬件构造时这些接口例如是所谓的系统ASIC的部分，其包括该设备的不同功能。然而还可能的是，这些接口是自身的、集成的开关电路或者至少部分地由离散的元器件组成。在按照软件构造时这些接口能够是软件模块，其例如在微控制器上相邻于其他软件模块而存在。

用于无线电信号的接收装置具有以下特征：

确定装置，其构造以通过使用导波来确定由无线电信号传输的信号信息；以及

用于确定由该无线电信号包括的导频和该导波之间的频率偏差的所谓的设备。

通过将该设备集成在接收装置中能够确定关于频率偏差的信息并且例如用于调整导波的频率。

一种计算机程序产品或者包括程序代码的计算机程序是有利的，其能够存储在机器可读的载体或者存储介质如半导体存储器、硬盘存储器或者光存储器上并且用于根据前述实施方式执行、实施和/或控制该方法的步骤，尤其是当该程序产品或者程序在计算机或者设备上执行时。

附图说明

下面根据所附的附图示例性地进一步阐述在此介绍的方法。其中：

图1示出了根据本发明一个实施例的用于确定导频的频率偏差的设备的方框图；

图2示出了根据本发明一个实施例的用于确定导频的频率偏差的设备的信号流；

图3示出了根据本发明一个实施例的用于调整导波的频率的装置的信号流；

图4示出了根据本发明一个实施例的导波的第一多项式和第二多项式的示意图；

图5示出了根据本发明一个实施例的用于确定频率偏差的装置的信号流；

图6示出了根据本发明一个实施例的用于确定导频的频率偏差的方法的流程图；以及

图7示出了根据本发明一个实施例的传输系统。

具体实施方式

在本发明有利的实施例的以下阐述中，为在不同附图中所示的和相似作用的元件使用相同或相似的附图标记，其中省去再次阐述这些元件。

图1示出了根据本发明一个实施例的用于确定无线电信号的导频 104的频率偏差102的设备100的方框图。其中该频率偏差102表示导频104与无线电信号的接收装置的导波106的频率偏移。该设备100 具有用于处理的装置108、用于确定的装置110和用于提供的装置 112。该用于处理的装置108构造用于，通过使用导波106来处理导频104，以生成导频104的标志信息114。该用于确定的装置110构造用于，通过使用标志信息114和处理规则116来确定频率偏差。用于提供的装置112实现为设备100的接口112并且构造用于，提供表示频率偏差102的值。

根据本发明一个实施例的该设备100实现为数字PLL电路。PLL 电路和尤其是数字方法用于很多电子应用中。根据一个实施例设置该设备100，例如以数字PLL电路的形式，以生成具有例如19KHz的导波106的导频频率。因此导波106的环路增益和噪声带宽通过该设备100的智能控制而优化。因此立体声灵敏度或者是声道分离和RDS 灵敏度(RDS＝无线电数据系统)或者是RDS位识别得以优化。

通过在此介绍的方法取得立体声/RDS灵敏度的优化。尤其确定或者计算在发送器中19KHz的发送频率和在接收器中生成的19KHz 电磁波106之间的频率偏差102。

图2示出了根据本发明一个实施例的用于确定导频104的频率偏差102的设备100的信号流。该设备100基本上相当于图1中的设备。未明确示出用于提供频率偏差102的接口。附加地该设备100具有用于调整的装置200。用于调整的装置200构造用于通过使用频率偏差 102调整电磁波106的频率。该标志信息114在用于处理的装置108 和用于调整的装置200之间解耦。通过该接口，能够例如在显示器或者是人机接口上表示该频率偏差102。

在用于处理的装置108中导频104被划分为两个并行的分支。第一基带信号204在第一低通滤波器210中过滤，以去除高频信号成分。第二基带信号208在第二低通滤波器212中过滤，以去除高频信号成分。两个分支的被过滤的基带信号204、208相乘得到混合信号214。该混合信号214表示导频104的无线电信息。该混合信号214通过使用标志装置216转换为标志信息114。在该标志装置中在混合信号214 上使用标识函数。因此该标志信息114仅具有两个可能的值，正1和负1。

在用于调整的装置200中，频率偏差102耦合到标志信息114中。为此在偏差控制装置218中，通过使用处理规则，由频率偏差102确定频率差Delta220，其与该标志信息114相乘，以得到信号222。该信号222通过使用处理规则和导波106的基频226在积分器224中积分，以得到第一参数228和第二参数230。根据该第一参数228和第二参数230在近似计算装置232中近似计算至少一个带有调整的频率和/或相位的导波106的多项式。通过使用该多项式确定该导波106 的正弦成分202和余弦成分206。

在一个实施例中，在用于确定的装置110中确定导频104与导波 106的频率偏差234。换言之确定导波106和导频之间的相位偏移。该频率偏差234同样被偏差控制装置218使用，以确定频率差220。因此频率偏差234限定频率差220的频率偏差。从而通过参数228、230影响多项式的频率偏差。因此正弦成分202和余弦成分206能够相位正确地且频率正确地耦合在导频104中。

根据一个实施例，对以导频104的形式的发送信号和在接收器中生成的图2中所示的控制回路的示例性的19KHz的导波106之间的频率偏差102进行计算。由此用于优化信噪比(SNR)的环路滤波器增益得以优化。

根据一个实施例，在此介绍的方法被构造为以源代码的形式的纯软件方案并且能够用于基于软件的接收器(SBR)应用。

下面根据图2中所示的所介绍的方法的概图详细地阐明本发明的实施例。在未示出的FM解调器后以数字化的方式提供MPX信号 (MPX＝复合)形式的发送信号。该MPX信号具有达至少60KHz的有效信号。例如该MPX信号包括达15KHz的单音信号，其中右声道和左声道叠加(L+R)。其上形成带有19KHz的正弦的导频。边带处于从23KHz到53KHz，其中其表示从左声道减去右声道(L-R)。在 57KHz时提供具有2×1.1875KHz的基带的RDS信号。在亚洲存在其他的有效信号，例如DARC，其达到100KHz。如果数字化该100KHz，那么需要至少Fs＝200KHz作为采样频率(采样频率)。在此选作例如Fs＝256KHz。

该在发送器中生成的导频能够相对于在接收器中生成的19KHz 的导波106而具有少赫兹的导频偏差102和相位偏差234。在在此介绍的接收装置的设备100中，调整该相位偏差234和频率偏差102，因此能够准确地混合发送信号的频率和相位。这在在此介绍的设备100的19KHz PLL电路中或者接收装置中的隶属的算法中实现。

根据规范，19KHz上的发送器允许具有两赫兹的频率偏差，但其并不被所有广播器所遵守。

为了修正例如六赫兹，常规的19KHz算法需要常规的19KHz PLL 相当大的步距或者是大Delta。其中

Delta＝2xPix6Hz/Fs，其中Fs是采样频率(＝256000)。

该频率偏差越大，Delta越大且因此环路增益增大且PLL带宽变宽以及噪声相应更多。因此生成的19KHz电磁波的SNR关系变差且因此声道分离降低。

通过在此介绍的方法，该Delta220尽量被维持或者控制得尽可能小。

其中计算发送器中的导频频率和接收器中生成的导波106的频率之间的频率偏差102。提供该结果102作为频率偏差102。通过了解频率偏差102优化控制Delta220，以最大化SNR。因为由19KHz还生成了RDS信号的57KHz，因此RDS灵敏度也被优化。

图3示出了根据本发明一个实施例的用于调整导波106的频率的装置200的信号流。该用于调整的装置200基本上相当于图2中用于调整的装置。如图2，积分器224获取覆盖模式(wrap-mode)的信号 222，该信号由标识信号或者是标志信号乘以频率差或者由根据图2 所述的Delta组成。

x＝x+p+sgn·δ

ifx＞π/2

x＝x-π

vz＝-vz

end

以及

if(x＜-π/2)

x＝x+π

vz＝-vz

end

参数p表示基频且其量被调节。

于是在近似计算装置232中近似计算两个多项式：

pc(x)＝(1+a₂x²+a₄x⁴)·vz

ps(x)＝(a₁·x+a₃x³+a₅x⁵)·vz

其中vz初始化为“1”。a₁、......、a₅为系数。sgn等于±1。参数 p确定导波202、206的基频。参数p得以优化。

其中当第二多项式构建正弦成分202时，第一多项式构建余弦成分206。

因此通过在所谓的多项式中使用参数228、230确定正弦成分202 和余弦成分206。

偏差控制装置δ-控制未示出。在此δ＝δ₀用作初始值。几秒钟之后，当频率偏差的计算振荡时，通过使用下式设置δ：

在每k秒调整，或者重新计算该值。

在一个实施例中，参数a₁＝1、a₂＝-0.49670、a₃＝-0.16605、a₄＝0.03705 和a₅＝0.00761用于该多项式。该MPX信号具有作为采样频率Fs例如 256KHz。p为步距，由此其得出19KHz电磁波的步距为：

α用作低通参数例如以0.99。

初始值δ₀符合：

其相当于12Hz的频率偏移。

图4示出了第一多项式400和第二多项式402的示意图。

图5示出了根据本发明一个实施例的用于确定频率偏差102的装置110的信号流。该用于调整的装置110基本上相当于图1中用于调整的装置。如图1，用于调整的装置110得到作为输入值的标志信息 114或者是标识信息。在一个实施例中在用于调整的装置110中以下代码作为处理规则：

cnt＝cnt+1

f_ab＝f_ab+sgn

if cnt＝η*256000

cnt＝0

f_ab＝0

tp_ab＝α·tp_ab+(1-α)Fablage

end

其中计数器cnt用在Fs上。其中计数器cnt复位的条件通过下式得出：

f_ab的复位为下n秒执行。通过处理规则得到关于测量的频率偏差的低通。α为例如 0.99 的参数 。

图6示出了根据本发明的一个实施例的用于确定导频的频率偏差的方法600的流程图。该方法600具有处理步骤602、确定步骤604 和提供步骤606。在处理步骤602中通过使用导波处理导频，以隔离导频的标志信息。在确定步骤604中通过使用标志信息和处理规则确定频率偏差。在提供步骤606中提供用于进一步使用的频率偏差。

换言之图6示出了用于优化立体声PLL控制和计算频率偏差的方法600的流程图。

图7示出了根据本发明的一个实施例的传输系统。所示为发送装置701和接收装置703。构造该发送装置701以发送无线电信号710。构造该接收装置703以接收无线电信号710，确定和提供在发送信号 710中得到的信号信息712。为了接收无线电信号710，该接收装置 703具有例如天线。

该接收装置703具有确定装置705，其构造以通过使用导波106 确定信号信息712。导波106由用于提供导波106的装置715提供。此外接收装置703还具有用于确定由无线电信号710包括的导频104 和导波106之间的频率偏差102的设备100。该设备100构造以向用于提供导波106的装置715提供关于频率偏差102的信息。

Claims (7)

1.用于确定由无线电信号(710)包括的导频(104)和在用于所述无线电信号(710)的接收装置(703)中产生的导波(106)之间的频率偏差(102)的方法(600)，其中，所述方法(600)具有以下步骤：

通过使用所述导波(106)来处理(602)所述导频(104)，以生成所述导频(104)的标志信息(114)；

通过使用所述标志信息(114)来确定(604)所述频率偏差(102)；以及

提供(606)所述频率偏差(102)，

其中，在处理步骤中，在所述导频(104)中乘以所述导波(106)的正弦成分(202)，以得到第一基带信号(204)，并且在所述导频(104)中乘以所述导波(106)的余弦成分(206)，以得到第二基带信号(208)，将所述第一基带信号(204)和所述第二基带信号(208)组合成混合信号(214)，并且通过使用标识函数(216)在所述混合信号(214)上得到所述标志信息(114)。

2.根据权利要求1所述的方法(600)，包括如下步骤：通过使用所述频率偏差(102)和所述标志信息(114)来调整所述导波(106)的频率，以得到具有经调整的频率的所述导波(106)。

3.根据权利要求2所述的方法(600)，其中，在调整步骤中通过使用所述频率偏差(102)和所述标志信息(114)来近似计算至少一个用于产生所述导波(106)的多项式。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(600)，其中，在确定步骤(604)中还确定所述导频(104)和所述导波(106)的相位偏差(234)，其中，在提供步骤(606)中还提供所述相位偏差(234)。

5.用于确定由无线电信号(710)包括的导频(104)和在用于所述无线电信号(104)的接收装置(703)中产生的导波(106)之间的频率偏差(102)的设备(100)，所述设备被构造用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法(600)的所有步骤。

6.用于无线电信号(710)的接收装置(703)，具有以下特征：

确定装置(705)，其被构造用于通过使用在所述接收装置(703)中产生的导波(106)来确定通过所述无线电信号(710)传输的信号信息(712)；以及

根据权利要求5所述的用于确定由所述无线电信号(710)包括的导频(104)和所述导波(106)之间的频率偏差(102)的设备(100)。

7.机器可读的存储介质，其包括在其上存储的计算机程序，所述计算机程序被设置成：当所述计算机程序在可编程装置上运行时，执行根据权利要求1至4中任一项所述的方法(600)的所有步骤。