CN106453180A - 改进相位检测的电路和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及计算机领域，公开了一种改进相位检测的电路和方法。本发明的中的电路包括：判定单元，用于基于解调信号和初始码元获取多个判定误差；计算器，用于基于多个判定误差计算瞬时直流误差，并基于瞬时直流误差计算第一和第二误差变化信号；误差检测器，用于通过判定第一误差变化信号和第二误差变化信号的绝对值是否都大于第一阈值来获取第一结果；通过判定多个判定误差中的第一判定误差的绝对值是否大于第二阈值，获取第二结果；和基于第一结果和第二结果输出第二最接近星座点为对应第一判定误差校正码元。本发明可以有效提高差分相移键控接收器的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及电路，更具体地但不限于一种改进相位检测的电路和方法。
背景技术
现有的差分相移键控(DPSK)接收器具有较差的灵敏度。因此，在信道条件差时接收器很难检索接收到的数据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进相位检测的电路和方法，可有效提高差分相移键控接收器的灵敏度。
为了实现本发明以上发明目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
根据本发明的一实施例，一种电路包括：判定单元，被配置为基于解调信号和初始码元获取多个判定误差；计算器，被配置为基于多个判定误差计算瞬时直流误差，并基于瞬时直流误差计算第一误差变化信号和第二误差变化信号；误差检测器，被配置为通过判定第一误差变化信号和第二误差变化信号的绝对值是否都大于第一阈值获取第一结果；通过判定多个判定误差中的第一判定误差的绝对值是否大于第二阈值获取第二结果；和至少基于第一结果和第二结果输出第二最接近星座点作为与第一判定误差对应的校正码元。
根据本发明的一实施例，一种方法，包括以下步骤：基于解调信号和原始码元获取多个判定误差；基于多个判定误差计算瞬时直流误差；基于瞬时直流误差计算第一误差变化信号和第二误差变化信号；通过判定第一误差变化信号的绝对值和第二误差变化信号的绝对值是否都大于第一阈值获取第一结果；通过判定多个判定误差中的第一判定误差的绝对值是否大于第二阈值获取第二结果；和基于第一结果和第二结果输出第二最接近星座点作为与第一判定误差对应的校正码元。
本发明实施例与现有技术相比，主要区别及其效果在于：能够有效提高差分相移键控接收器的接收灵敏度，进而提高通信距离和可靠性。
附图说明
本发明的非限制性和非详尽的各实施方式将参照下列附图进行说明，其中类似附图标记除其他特定说明外在各种视图中指示类似部件。
图1是基于相位误差作出判定的设备的实施例的框图。
图2是根据本发明一实施例的用于8点DPSK的星座图。
图3是用于基于相位误差作出判定的设备的另一实施例的框图。
图4是基于相位误差作判定的方法的流程图。
图5是基于相位误差作判定的方法的流程图。
具体实施方式
现将对本发明的各方面和实例进行描述。以下的描述为了全面理解和说明这些实例而提供了特定的细节。但是，本领域的技术人员可以理解，即使没有这些细节，也可以实施本发明。此外，一些公知的结构或功能可能没有被示出或详细说明，以避免不必要的模糊相关说明。
图1示出了相位检测电路100的实施例的框图。该电路100包括判定单元110、计算器120和误差检测器130。判定单元110同时与计算器120和误差检测器130连接，计算器120与误差检测器130连接。
判定单元被配置为基于解调信号和原始码元获取多个判定误差“quan_err3_vec(k),k＝0,1,2…n”。解调信号可以表示为“S”，初始码元可以表示为“X”。解调信号S可以是判定单元110的输入，而原始码元“X”可以是判定单元110的输出。换句话说，原始码元“X”是基于解调信号“S”进行的码元判定之后的码元。下面将通过参考图2和图3讨论获取多个判定误差的细节。在上述以及以下的描述中，“quan”表示量化值。
计算器120被配置为基于多个判定误差“quan_err3_vec(k),k＝0,1,2…n”计算瞬时直流误差“err_dc”，并基于瞬时直流误差“err_dc”计算第一误差变化信号“quan_err2”和第二误差变化信号“quan_err21”。
误差检测器130被配置为通过判定第一误差变化信号的绝对值“abs(quan_err2)”和第二误差变化信号的绝对值“abs(quan_err21)”是否都大于第一阈值THD1获取第一结果，并通过判定多个判定误差“quan_err3_vec(k)，k＝0,1,2…n”中的第一判定误差的绝对值“abs(quan_err3_vec(k))”是否大于第二阈值THD2获取第二结果，并至少基于第一结果和第二结果输出第二最接近星座点“X*”作为与第一判定误差“quan_err3_vec(k)”对应的校正码元，以替代与第一判定误差“quan_err3_vec(k)”对应的原始码元“X”。
参考图2，原始码元“X”是星座图中预先被判定为与解调信号S最接近的一个星座点。第二最接近点“X*”是星座图中预先被判定为与解调信号S第二最接近的一个星座点。
图2是根据本发明实施例的用于8点DPSK(差分相移键控)的星座图。“S”表示解调信号。初始时，误差检测器130判定解调信号“S”为初始码元000，表示为“X”，其中初始码元000预先判定的在欧氏距离上与解调信号S最接近的星座点，而在欧式距离上与解调信号S第二最接近的星座点是001，表示为“X*”。误差检测器130基于第一结果和第二结果输出第二最靠近星座点001，即“X”作为校正码元，以替代初始码元X，即星座点000。值得注意的是，第二最接近星座点储存于内存中。星座点的欧式距离由星座点和解调信号S之间的距离决定。因此，相应地，初步确定最接近星座点和第二最接近星座点。
例如，误差检测器130还被配置为在下列所有条件都满足时，输出第二最接近星座点“X*”或001作为与第一判定误差对应的校正码元：
a)第一误差变化信号的绝对值“abs(quan_err2)”大于第一阈值THD1；
b)第二误差变化信号的绝对值“abs(quan_err21)”大于第一阈值THD1；以及
c)第一判定误差的绝对值“abs(quan_err3_vec(k))”大于第二阈值THD2。
在一些实施例中，蓝牙应用可以具有两种增强型数据速率(EDR)QPSK调制。其中一种是采用pi/4DQPSK(四相相对相移键控)的类型2，其中pi表示π，而另一种是采用8DPSK的类型3。上述阈值TDH1、TDH2和TDH3的设置可以不同。类型2的典型值为：THD1＝0.4；THD2＝0.7。此外，类型3的典型值为：THD1＝0.2；THD2＝0.35。值得注意的是，这些阈值的值可以根据实际应用进行修改。
在上述条件中，条件a)和条件b)用于判定误差信号的瞬时变化是否大于第一阈值THD1，其中一个表示过去值，如“abs(quan_err2)”，另一个表示未来值，如“abs(quan_err21)”。如果初始码元“X”被正确判定了，则“abs(quan_err2)”和“abs(quan_err21)”中的一个或两者都小于第一阈值THD1。如果只满足条件a)和条件b)中的一个，则当前码元是正确的，这表示可能在码元中存在传输。如果条件a)和条件b)都满足，则意味着误差信号之前的瞬时变化和误差信号之后的瞬时变化都大于第一阈值THD1，且电流误差信号是不稳定的，例如，是瞬时且均匀变化的。
基于上述判定，差分相移键控接收器的灵敏度可以提高1dB，或者换句话说，接收器能够正确接收和解码信号的范围增大。
上述实施例利用误差特性和解调信号的统计规则改进接收器中的误差检测和校正。
优选地，除了上述三个判定条件，误差检测器130还考虑第四和第五条件。例如，计算器120还被配置为计算第一判定误差“quan_err3_vec(k)”与该第一判定误差“quan_err3_vec(k)”的下一个判定误差“quan_err3_vec(k+1)”之间的第二差值，并被配置为计算第一判定误差“quan_err3_vec(k)”与该第一判定误差“quan_err3_vec(k)”的前一个判定误差“quan_err3_vec(k-1)”之间的第一差值。误差检测器130还被配置为判定第二差值“quan_err3_vec(k)-quan_err3_vec(k+1)”的绝对值和第一差值“quan_err3_vec(k-1)-quan_err3_vec(k)”的绝对值是否都小于第三阈值THD3；并在下列所有条件都满足时，输出第二最接近星座点“001”或“X*”作为与第一判定误差“quan_err3_vec(k)”对应的校正码元：
-a)第一误差变化信号的绝对值“abs(quan_err2)”大于第一阈值THD1；
-b)第二误差变化信号的绝对值“abs(quan_err21)”大于第一阈值THD1；
-c)第一判定误差的绝对值“abs(quan_err3_vec(k))”大于第二阈值THD2；
-d)第一差值“quan_err3_vec(k)-quan_err3_vec(k+1)”的绝对值小于第三阈值THD3；以及
-e)第二差值“quan_err3_vec(k-1)-quan_err3_vec(k)”的绝对值小于第三阈值THD3。
在一些实施例中，蓝牙应用可以有两种增强型数据速率(EDR)QPSK调制。一种是采用pi/4DQPSK的类型2，其中pi表示π，而另一种是采用8DPSK的类型3。上述阈值TDH1、TDH2和TDH3的设置可以不同。类型2的典型值为：THD1＝0.4；THD2＝0.7；THD3＝1.4。另外，类型3的典型值为：THD1＝0.2；THD2＝0.35；THD3＝0.7。值得注意的是，阈值THD1、THD2和/或THD3可以根据蓝牙系统、WIFI系统等不同实际应用进行修改。
基于上述采用条件a)-e)的判定，可将接收器的灵敏度提高2-3dB，或者换句话说，接收器能够正确接收和解码信号的范围可以扩大至不使用本发明的实施例时的初始范围的1.5倍。在一实施例中，对于蓝牙EDR模式的灵敏度可以提高2dB。
虽然上述判定会引入一些延迟，但是这些延迟在系统中是可以被忽略。由判定引入的延迟可能持续仅仅一个码元，即对于蓝牙系统仅持续1μs。蓝牙标准系统的标准传输时间可以大于200μs。因此，由判定引入的延迟并不会对系统产生显著影响。
图3是基于相位误差作出判定的设备的另一实施例的框图。如图3所示，该电路还包括相位检测器302、相位微分器304、判定单元310、计算器320以及误差检测器330。相位检测器302被配置为检测接收信号的相位。相位微分器304被配置为通过计算接收信号和该接收信号的前一信号之间的相位差获取解调信号“S”；并且判定单元310还被配置为基于解调信号判定原始码元。如图3所示，相位检测器302与相位微分器304连接。相位微分器304与判定单元310连接。判定单元310同时与计算器320和误差检测器330连接。计算器320还与误差检测器330连接。
优选地，计算器320还被配置为基于多个判定误差，通过对多个判定误差“quan_err3_vec(k)，k＝0,1,2…n”求平均值计算瞬时直流误差，例如，瞬时直流误差err_dc＝mean(quan_err4_vec(k-15:k)。其中，quan_err4_vec(k-15:k)表示对16个判定误差求平均，即“quan_err4_vec(k-15)”、“quan_err4_vec(k-14)”、“quan_err4_vec(k-13)”、“quan_err4_vec(k-12)”......“quan_err4_vec(k)”。此外，如果初始样本点不够，例如少于16，那么所有以往的样本都可用于进行平均运算。值得注意的是，求平均值的判定误差的数目是可变的。例如，可平均8个判定误差、32个判定误差等获取瞬时直流误差。此外，虽然瞬时直流误差“err_dc”是平均值，但是由于变量k是变化的，瞬时直流误差“err_dc”一直在通过对不同的判定误差求平均值来进行更新，并反应瞬时直流误差。
优选地，计算器320还被配置为计算第一判定误差与该第一判定误差的前一判定误差的第一平均值，即“(quan_err3_vec(k-1)+quan_err3_vec(k))/2”。接着，计算器320通过计算第一平均值和瞬时直流误差间的差值获取第一误差变化信号“quan_err2”，即“quan_err2＝(quan_err3_vec(k-1)+quan_err3_vec(k))/2-err_dc”。计算器320还计算第一判定误差“quan_err3_vec(k)”与该第一判定误差的下一个判定误差“quan_err3_vec(k+1)”的第二平均值，即“(quan_err3_vec(k)+quan_err3_vec(k+1))/2”：并通过计算第二平均值和瞬时直流误差之间的差值获取第二误差变化信号“quan_err21”，即quan_err21＝(quan_err3_vec(k)+quan_err3_vec(k+1))/2-err_dc。
图4是基于相位误差进行判定的方法400的流程图。该方法400包括：在框图410中，基于解调信号“S”和初始码元“X”获取多个判定误差“quan_err3_vec(k),k＝0,1,2…n”；在框图420中，基于多个判定误差“quan_err3_vec(k),k＝0,1,2…n”计算瞬时直流误差“err_dc”；在框图430中，基于瞬时直流误差“err_dc”计算第一误差变化信号“quan_err2”和第二误差变化信号“quan_err21”；在框图440中，通过判定第一误差变化信号的绝对值“abs(quan_err2)”和第二误差变化信号的绝对值“abs(quan_err21)”是否都大于第一阈值THD1获取第一结果；在框图450中，通过判定多个判定误差“quan_err3_vec(k)，k＝0,1,2…n”中的第一判定误差的绝对值“abs(quan_err3_vec(k))”是否大于第二阈值THD2获取第二结果；以及在框图450中，至少基于第一结果和第二结果输出第二最接近星座点“X*”作为与第一判定误差对应的校正码元。
优选地，至少基于第一结果和第二结果输出第二最接近星座点“X*”作为与第一判定误差对应的校正码元的步骤还包括：如果第一误差变化信号的绝对值“abs(quan_err2)”和第二误差变化信号的绝对值“abs(quan_err21)”都大于第一阈值THD1，并且第一判定误差的绝对值“abs(quan_err3_vec(k))”大于第二阈值THD2，则输出第二最接近星座点作为与第一判定误差对应的校正码元。
优选地，该方法400还包括(图中未示出)：计算第一判定误差“quan_err3_vec(k)”与该第一判定误差“quan_err3_vec(k)”的下一个判定误差“quan_err3_vec(k+1)”之间的第二差值；计算第一判定误差与该第一判定误差“quan_err3_vec(k)”的前一个判定误差“quan_err3_vec(k-1)”之间的第一差值；判定第一差值“quan_err3_vec(k)-quan_err3_vec(k+1)”的绝对值和第二差值“quan_err3_vec(k-1)-quan_err3_vec(k)”的绝对值是否都小于第三阈值；其中，至少基于第一结果和第二结果输出第二最接近星座点作为校正码元的步骤还包括：如果满足以下所有条件，则输出第二最接近星座点作为与第一判定误差对应的校正码元：
a)第一误差变化信号的绝对值“abs(quan_err2)”和第二误差变化信号的绝对值“abs(quan_err21)”都大于第一阈值THD1；
b)第一判定误差的绝对值“abs(quan_err3_vec(k))”大于第二阈值THD2；以及
c)第一差值“quan_err3_vec(k)-quan_err3_vec(k+1)”的绝对值和第二差值“quan_err3_vec(k-1)-quan_err3_vec(k)”的绝对值都小于第三阈值。
图5是基于相位误差进行判定的方法500的流程图。优选地，在基于解调信号和原始码元获取多个判定误差的步骤之前，该方法500还包括：在框图502中，检测接收信号的相位；在框图504中，通过计算接收信号与该接收信号的前一信号的相位差获取解调信号“S”；在框图506中，基于解调信号判定初始码元“X“。图5中的框图510、520、530、540、550和560分别与图4中的框图410、420、430、440、450和460相同，从而省略其相关描述。
优选地，基于多个判定误差“quan_err3_vec(k)，k＝0,1,2…n”计算瞬时直流误差“err_dc”的步骤通过对多个判定误差“quan_err3_vec(k)，k＝0,1,2…n”求平均值实现。
优选地，计算第一误差变化信号的步骤还包括：计算第一判定误差“quan_err3_vec(k)”和该第一判定误差“quan_err3_vec(k)”的前一个判定误差“(quan_err3_vec(k-1)”的第一平均值；计算第一平均值“(quan_err3_vec(k-1)+quan_err3_vec(k))/2”和瞬时直流误差“err_dc”之间的差值；计算第二误差变化信号的步骤还包括：计算第一判定误差“quan_err3_vec(k)”和该第一判定误差的下一个判定误差的第二平均值“quan_err3_vec(k+1))/2”；以及计算第二平均值和瞬时直流误差之间的差值，即“quan_err21＝(quan_err3_vec(k)+quan_err3_vec(k+1))/2-err_dc”。
本发明的实施例利用DPSK解调信号结构检测误差码元和执行误差校正,从而改进接收器的灵敏度。
本领域技术人员应当理解，可以将不同实施例中的元件进行组合以产生另一个技术方案。该书面说明书使用实例来公开本发明，包括最佳实施方式，并且为了使本领域任何技术人员能实施本发明，包括了制造和使用任何装置或系统，以及执行任何所结合的方法。本发明的专利范围由本权利要求书限定，并可包括本领域技术人员想到的其他实例。这些其他实例如果具有与本权利要求书的文字语言相同的结构元件，或包括与本权利要求书的文字语言没有本质区别的等同结构元件，则这些其他实例也在该权利要求书包含的范围之内。
Claims (12)
1.一种电路，其特征在于，包括：
判定单元，被配置为基于解调信号和原始码元获取多个判定误差；
计算器，被配置为
基于多个判定误差计算瞬时直流误差；
基于瞬时直流误差计算第一误差变化信号第二误差变化信号；
误差检测器，被配置为
通过判定第一误差变化信号的绝对值和第二误差变化信号的绝对值是否都大于第一阈值获取第一结果；
通过判定多个判定误差中的第一判定误差的绝对值是否大于第二阈值获取第二结果；和
至少基于第一结果和第二结果输出第二最接近星座点作为与第一判定误差对应的校正码元。
2.如权利要求2所述的电路，其特征在于，误差检测器还用于在第一误差变化信号的绝对值和第二误差变化信号的绝对值都大于第一阈值且第一判定误差的绝对值大于第二阈值时，输出第二最接近星座点作为与第一判定误差对应的校正码元。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述计算器还被配置为
计算第一判定误差和该第一判定误差的前一个判定误差之间的第一差值；
计算第判定误差和该第一判定误差的下一个判定误差之间的第二差值；并且
所述误差检测器还被配置为
判定所述第一差值的绝对值和第二差值的绝对值是否都小于第三阈值；且
在满足下列所有条件时输出第二最接近星座点作为与第一判定误差对应的校正码元：
第一误差变化信号的绝对值和第二误差变化信号的绝对值都大于第一阈值，
第一判定误差的绝对值大于第二阈值，且
所述第一差值的绝对值和第二差值的绝对值都小于第三阈值。
4.如权利要求1所示的电路，其特征在于还包括：
相位检测器，被配置为检测接收信号的相位；
相位微分器，用于通过计算接收信号和该接收信号的前一信号的相位差获取解调信号；并且
判定单元还被配置为基于解调信号判定初始码元。
5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，
计算器还被配置为基于多个判定误差，通过对多个判定误差求平均值计算瞬时直流误差。
6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述计算器还用于
计算第一判定误差与该第一判定误差的前一判定误差的第一平均值；
通过计算所述第一平均值和瞬时直流误差之间的差值获取第一误差变化信号；
计算第一判定误差与该第一判定误差的下一个判定误差的第二平均值；并且
通过计算第二平均值和瞬时直流误差之间的差值获取第二误差变化信号。
7.一种方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于解调信号和原始码元获取多个判定误差；
基于多个判定误差计算瞬时直流误差；
基于所述瞬时直流误差计算第一误差变化信号和第二误差变化信号；
通过判定第一误差变化信号的绝对值和第二误差变化信号的绝对值是否都大于第一阈值获取第一结果；
通过判定多个判定误差中的第一判定误差的绝对值是否大于第二阈值获取第二结果；和
至少基于第一结果和第二结果输出第二最接近星座点作为与第一判定误差对应的校正码元。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述至少基于第一结果和第二结果输出第二最接近星座点作为与第一判定误差对应的校正码元的步骤还包括：如果第一误差变化信号的绝对值和第二误差变化信号的绝对值都大于第一阈值且第一判定误差的绝对值大于第二阈值，则输出第二最接近星座点作为与第一判定误差对应的校正码元。
9.如权利要求7所示的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
计算第一判定误差和该第一判定误差的前一个判定误差之间的第一差值；
计算第一判定误差和该第一判定误差的下一个判定误差之间的第二差值；和
判定第一差值的绝对值和第二差值的绝对值是否都小于第三阈值；并且
其中，所述至少基于第一结果和第二结果输出第二最接近星座点作为与第一判定误差对应的校正码元的步骤还包括：如果满足以下所有条件，则输出第二最接近星座点作为与第一判定误差对应的校正码元：
第一误差变化信号的绝对值和第二误差变化信号的绝对值都大于第一阈值，
第一判定误差的绝对值大于第二阈值，并且
第一差值的绝对值和第二差值的绝对值都小于第三阈值。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述基于解调信号和原始码元获取多个判定误差的步骤之前，该方法还包括以下步骤：
检测接收信号的相位；
通过计算接收信号与该接收信号的前一信号的相位差获取解调信号；
基于解调信号判定初始码元。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基于多个判定误差计算瞬时直流误差的步骤通过对多个判定误差求平均值实现。
12.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述计算第一误差变化信号的步骤还包括：
计算第一判定误差和该第一判定误差的前一个判定误差的第一平均值；
计算第一平均值和瞬时直流误差之间的差值；
其中，所述计算第二误差变化信号的步骤还包括：
计算第一判定误差和该第一判定误差的下一个判定误差的第二平均值；和
计算第二平均值和瞬时直流误差之间的差值。
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