CN108768910B - 频偏确定装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种频偏确定装置及方法，所述频偏确定装置包括：差分鉴相模块，用于对第一信号进行鉴相和差分运算，从而获取第一信号的差分信号；第一直流分量获取及去除模块，连接于所述差分鉴相模块；帧同步检测模块，连接于所述第一直流分量获取及去除模块；第二直流分量获取及去除模块，连接于所述帧同步检测模块；载波频偏获取模块，连接于所述第二直流分量获取及去除模块。根据本公开上述实施例的频偏确定装置能够获取接收机接收信号中的载波频率偏移量，并去除因载波频率偏移导致在信号中叠加的直流分量。

Description

频偏确定装置及方法
技术领域
本公开涉及通信技术领域，尤其涉及一种频偏确定装置及方法。
背景技术
随着通信技术，无线传感网技术、微电子技术和半导体技术的飞快发展和日趋成熟，无线通信网络技术已经成为热门研究点。
在无线通信网络技术中，常常因为技术水平、体积及成本的限制，或者发射机和接收机之间的移动，使得接收机和发射机间存在载波频率偏移的现象，而载波频率偏移会引起接收机在数据判决时出现错误，导致接收端无法准确获得发射机发射的信息。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种频偏确定装置及方法
根据本公开的一方面，本公开提供了一种频偏确定装置，所述频偏确定装置包括：
差分鉴相模块，用于对第一信号进行鉴相和差分运算，从而获取第一信号的差分信号；
第一直流分量获取及去除模块，连接于所述差分鉴相模块，用于从所述差分信号中确定第一直流分量，并从所述差分信号中去除所述第一直流分量，获得第二信号；
帧同步检测模块，连接于所述第一直流分量获取及去除模块，用于对所述第二信号与同步字信号进行互相关运算，并根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置；
第二直流分量获取及去除模块，连接于所述帧同步检测模块，用于根据所述帧起始位置及所述同步字信号，获取所述第二信号的第二直流分量，并从所述第二信号中去除所述第二直流分量；
载波频偏获取模块，连接于所述第二直流分量获取及去除模块，用于将所述第二直流分量转换为载波频率偏移量。
在一种可能的实现方式中，所述差分鉴相模块包括：
鉴相子模块，用于对所述第一信号进行反正切处理，获取所述第一信号的相位信号；
差分子模块，用于对所述第一信号的相位信号进行差分处理，获取所述第一信号的差分信号。
在一种可能的实现方式中，所述第一直流分量获取及去除模块包括：
过零检测子模块，用于对所述第一信号的差分信号进行过零检测；
第一直流分量获取子模块，用于在所述第一信号的差分信号发生过零点时，对所述差分信号进行钳位处理，获取钳位处理后的第一信号值，并根据所述第一信号值获得所述差分信号的第一直流分量；及
直流分量去除子模块，用于去除所述差分信号中的所述第一直流分量，获得所述第二信号。
在一种可能的实现方式中，所述第一直流分量获取子模块包括：
第一判断子模块，用于在所述第一信号的差分信号检测到过零点时，判断所述差分信号的值是否大于第一阈值，当所述第一信号的值大于所述第一阈值时，将所述第一阈值作为所述第一信号值；
第二判断子模块，用于在所述第一信号的差分信号检测到过零点时，判断所述第一信号的值是否小于第二阈值，当所述第一信号的值小于所述第二阈值时，将所述第二阈值作为所述第一信号值；及
第三判断子模块，用于在所述第一信号的差分信号检测到过零点时，判断所述第一信号的值是否在所述第一阈值和所述第二阈值之间，当所述第一信号的值在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，将所述第一信号的值作为所述第一信号值。
在一种可能的实现方式中，根据如下公式获得所述差分信号的第一直流分量：
DC(n)＝DC(n-1)*(1-syncDcAlpha)+syncDcAlpha*x，其中，x为当前第n时刻输入的所述第一信号值；syncDcAlpha为小于1的小数，用于控制滤波器带宽；DC(n)为当前第n时刻获取的所述第一直流分量，DC(n-1)为所述第n时刻的上一时刻获取的第一直流分量。
在一种可能的实现方式中，所述帧同步检测模块包括：
数据帧确定子模块，用于在所述第二信号与所述同步字的互相关运算值大于预设门限时确定数据帧；
帧起始位置确定子模块，用于确定多组所述互相关运算值中最大的一组对应的数据帧位置为所述帧起始位置。
在一种可能的实现方式中，所述第二直流分量获取及去除模块包括：
第二直流分量获取子模块，用于获取所述同步字信号的算数平均值，将所述同步字信号的算术平均值作为所述第二直流分量；
第二直流分量去除子模块，用于去除所述第二信号中的所述第二直流分量。
在一种可能的实现方式中，所述第一信号为GFSK基带信号，所述装置还包括：
下变频模块，连接于所述载波频偏获取模块及所述差分鉴相模块，用于使用所述载波频率偏移量对第三信号进行下变频，从而将所述第三信号转换为所述第一信号，其中，所述第三信号为低中频的调制信号，所述第一信号为零中频信号。
本公开通过载波频偏确定装置各模块的配合，可以对第一信号进行鉴相和差分运算，从而获取第一信号的差分信号，对所述第二信号与同步字信号进行互相关运算，并根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置，根据所述帧起始位置及所述同步字信号，获取所述第二信号的第二直流分量，并从所述第二信号中去除所述第二直流分量，将所述第二直流分量转换为载波频率偏移量，根据本公开上述实施例的频偏确定装置能够获取接收机接收信号中的载波频率偏移量，并去除因载波频率偏移导致在信号中叠加的直流分量。
根据本公开的另一方面，提供了一种频偏确定方法，其特征在于，所述频偏确定方法包括：
对第一信号进行鉴相和差分运算，从而获取第一信号的差分信号；
从所述差分信号中确定第一直流分量，并从所述差分信号中去除所述第一直流分量，获得第二信号；
对所述第二信号与同步字信号进行互相关运算，并根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置；
根据所述帧起始位置及所述同步字信号，获取所述第二信号的第二直流分量，并从所述第二信号中去除所述第二直流分量；
将所述第二直流分量转换为载波频率偏移量。
在一种可能的实现方式中，所述对第一信号进行鉴相和差分运算包括：
对所述第一信号进行反正切处理，获取所述第一信号的相位信号；
对所述第一信号的相位信号进行差分处理，获取所述第一信号的差分信号。
在一种可能的实现方式中，所述从所述差分信号中确定第一直流分量，并从所述差分信号中去除所述第一直流分量，获得第二信号包括：
对所述第一信号的差分信号进行过零检测；
在所述第一信号的差分信号发生过零点时，对所述差分信号进行钳位处理，获取钳位处理后的第一信号值，并根据所述第一信号值获得所述差分信号的第一直流分量；及
去除所述差分信号中的所述第一直流分量，获得所述第二信号。
在一种可能的实现方式中，所述对所述差分信号进行钳位处理，获取钳位处理后的第一信号值包括：
在所述第一信号的差分信号检测到过零点时，判断所述差分信号的值是否大于第一阈值，当所述第一信号的值大于所述第一阈值时，将所述第一阈值作为所述第一信号值；
在所述第一信号的差分信号检测到过零点时，判断所述第一信号的值是否小于第二阈值，当所述第一信号的值小于所述第二阈值时，将所述第二阈值作为所述第一信号值；及
在所述第一信号的差分信号检测到过零点时，判断所述第一信号的值是否在所述第一阈值和所述第二阈值之间，当所述第一信号的值在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，将所述第一信号的值作为所述第一信号值。
在一种可能的实现方式中，根据如下公式获得所述差分信号的第一直流分量：
DC(n)＝DC(n-1)*(1-syncDcAlpha)+syncDcAlpha*x，其中，x为当前第n时刻输入的所述第一信号值；syncDcAlpha为小于1的小数，用于控制滤波器带宽；DC(n)为当前第n时刻获取的所述第一直流分量，DC(n-1)为所述第n时刻的上一时刻获取的第一直流分量。
在一种可能的实现方式中，所述根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置包括：
在所述第二信号与所述同步字的互相关运算值大于预设门限时确定数据帧；
确定多组所述互相关运算值中最大的一组对应的数据帧位置为所述帧起始位置。
在一种可能的实现方式中，所述获取所述第二信号的第二直流分量包括：
获取所述同步字信号的算数平均值，将所述同步字信号的算术平均值作为所述第二直流分量。
在一种可能的实现方式中，所述第一信号为GFSK基带信号，所述方法还包括：
使用所述载波频率偏移量对所述第三信号进行下变频，从而将所述第三信号转换为所述第一信号，其中，所述第三信号为低中频的调制信号，所述第一信号为零中频信号。
根据以上方法，本公开通过对第一信号进行鉴相和差分运算，从而获取第一信号的差分信号，对所述第二信号与同步字信号进行互相关运算，并根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置，根据所述帧起始位置及所述同步字信号，获取所述第二信号的第二直流分量，并从所述第二信号中去除所述第二直流分量，将所述第二直流分量转换为载波频率偏移量，根据本公开上述实施例的频偏确定方法能够获取接收机接收信号中的载波频率偏移量，并去除因载波频率偏移导致在信号中叠加的直流分量。
根据下面参考附图对示例性实施例的详第二说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1示出了根据本公开一实施例的运行环境示意图。
图2示出了根据本公开一实施例的频偏确定装置的框图。
图3示出了根据本公开一实施例的频偏确定装置的框图。
图4示出了根据本公开一实施例的频偏确定装置的框图。
图5示出了根据本公开一实施例的频偏确定方法的流程图。
图6示出了根据本公开一实施方式的频偏确定方法的步骤110的流程图。
图7示出了根据本公开一实施方式的频偏确定方法的步骤S1102的流程图。
图8示出了根据本公开一实施方式的频偏确定方法的流程图。
具体实施方式
以下将参考附图详第二说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体第二节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体第二节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详第二描述，以便于凸显本公开的主旨。
请参阅图1，图1示出了根据本公开一实施例的运行环境示意图。
如图1所示，在无线通信网络技术中，特别是在短距离无线通信网络技术中(例如蓝牙技术)，FSK/GFSK收发机包括发射机1和接收机2，发射机1用于发射数据，接收机2用于接收数据。
在短距离无线通信网络技术中，发射机1发射的信号可为低中频(例如可为2MHz的低中频)的无线电信号，接收机2的天线(未示出)接收到无线电信号后送给接收机2中的射频部分(未示出)，所述无线电信号经过射频部分处理之后通过ADC(模数转换器)将模拟信号转换为数字信号供接收机2的后续电路处理，在ADC之后的后续电路可为数字电路部分，本公开的频偏确定装置可为数字电路部分。
经ADC转换后的GFSK信号的数据帧格式通常可以包括前导码、同步字和数据部分。前导码用于自动增益控制(AGC,Automatic Gain Control)完成输入信号的幅度控制，同步字用来检测数据帧数据部分的开始位置。
帧同步是整个接收机解调部分的关键，如果不能完成数据帧的同步，那么数据帧中数据部分便不能被恢复出来。通常接收机2和发射机1间存在载波频偏时，需要锁相环等同步电路来载波同步，因为GFSK信号的解调通常使用非相干解调，所以当接收机2使用差分解调架构时，收发两端的载波频偏将导致在相位信号上叠加了一个直流分量，这个直流分量的存在会引起数据判决的错误，从而导致帧同步的失败。
针对以上问题，本公开提出一种装置，以对所述直流分量进行去除，并获取所述载波频偏。
请参阅图2，图2示出了根据本公开一实施例的频偏确定装置的框图。
如图2所示，频偏确定装置包括差分鉴相模块10，第一直流分量获取及去除模块20，帧同步检测模块30，第二直流分量获取及去除模块40，及载波频偏获取模块50。
差分鉴相模块10，用于对第一信号进行鉴相和差分运算，从而获取第一信号的差分信号。
在一种可能的实施方式中，所述第一信号可以包括两路信号。
发射机1发送的无线电信号包括两路载波调制后的信号，ADC将射频部分转换的信号转换为I，Q两路信号(I，Q两路信号为同相正交的两路信号)。数字电路部分还可以包括下变频模块，所述下变频模块将I，Q两路信号转换为零中频的C，D两路信号，也即，正弦信号C(sinQ)和余弦信号D(cosI)。所述第一信号可以包括正弦信号和余弦信号。
以短距离通信网络技术为蓝牙技术为例进行说明，I，Q两路信号可以是2MHz低中频信号，和本地2MHz正弦波混频后可以得到零中频的正弦信号C，余弦信号D两路信号。
差分鉴相模块10对应的鉴相电路可以对包括正弦信号和余弦信号的第一信号进行反正切计算，从而获取第一信号的相位信号，差分电路可对所述相位信号进行差分运算，可以得到所述相位信号的差分信号。
第一直流分量获取及去除模块20，连接于所述差分鉴相模块，用于从所述差分信号中确定第一直流分量，并从所述差分信号中去除所述第一直流分量，获得第二信号。
在一种可能的实施方式中，第一直流分量获取及去除模块20获取的第一直流分量可为粗直流分量，所述粗直流分量为第一直流分量获取及去除模块20对应的数字电路估计的差分信号中的粗略的直流分量，所述对应的数字电路对估计的所述粗直流分量进行去除，以达到初步去除差分信号中的直流分量的目的。
帧同步检测模块30，连接于所述第一直流分量获取及去除模块，用于对所述第二信号与同步字信号进行互相关运算，并根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置。
通过互相关电路对接收的所述第二信号的数据流进行互相关检测，可以确定数据帧及数据帧的帧起始位置。
第二直流分量获取及去除模块40，连接于所述帧同步检测模块30，用于根据所述帧起始位置及所述同步字信号，获取所述第二信号的第二直流分量，并从所述第二信号中去除所述第二直流分量。
第二直流分量获取及去除模块40对应的数字电路根据所述帧起始位置及所述同步字信号，获取所述第二信号的第二直流分量，并从所述第二信号中去除所述第二直流分量。
载波频偏获取模块50，连接于所述第二直流分量获取及去除模块，用于将所述第二直流分量转换为载波频率偏移量。
在一种可能的实施方式中，可以通过以下公式将所述第二直流分量转换为所述载波频率偏移量：
Fo＝DCsti*h*fbaud/2，其中h是调制指数，fbaud是符号速率，DCsti为所述第二直流分量，Fo为所述载波频率偏移。
载波频偏获取模块50可通过数字电路实现。
应该说明的是，载波频偏确定装置的各模块都可以通过数字电路实现各模块的功能。
这样，本公开通过载波频偏确定装置各模块的配合，可以对第一信号进行鉴相和差分运算，从而获取第一信号的差分信号，对所述第二信号与同步字信号进行互相关运算，并根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置，根据所述帧起始位置及所述同步字信号，获取所述第二信号的第二直流分量，并从所述第二信号中去除所述第二直流分量，将所述第二直流分量转换为载波频率偏移量，根据本公开上述实施例的频偏确定方法能够获取接收机接收信号中的载波频率偏移量，并去除因载波频率偏移导致在信号中叠加的直流分量。
请参阅图3，图3示出了根据本公开一实施例的频偏确定装置的框图。
如图3所示，频偏确定装置包括差分鉴相模块10，第一直流分量获取及去除模块20，帧同步检测模块30，第二直流分量获取及去除模块40，及载波频偏获取模块50。
差分鉴相模块10，用于对第一信号进行鉴相和差分运算，从而获取第一信号的差分信号。
在一种可能的实施方式中，差分鉴相模块10可以包括：
鉴相子模块100，鉴相子模块100可以包括鉴相电路，用于对所述第一信号进行反正切(arctan)处理，获取所述第一信号的相位信号。
第一信号包括正弦信号C和余弦信号D，鉴相子模块100通过对所述正弦信号C、余弦信号D计算反正切arctan(D/C)，从而解调出第一信号的相位信号。
实现反正切的方法可以包括查表法、多项式逼近法等。其中，查表法是将正弦和余弦的值以表格的形式存储于ROM中，根据正弦和余弦的绝对值组成6位二进制数作为相位地址查找ROM中的相位值，根据正弦和余弦的符号位确定相位角所在象限，求出相位角。
差分子模块101，用于对所述第一信号的相位信号进行差分处理，获取所述第一信号的差分信号。
差分子模块101可以包括差分电路，第一信号经过鉴相得到的相位信号为基带信号的积分，通过差分子模块101对该相位信号进行差分运算，可以得到基带信号。
第一直流分量获取及去除模块20，连接于所述差分鉴相模块10，用于从所述差分信号中确定第一直流分量，并从所述差分信号中去除所述第一直流分量，获得第二信号。
在一种可能的实施方式中，第一直流分量获取及去除模块20可以包括过零检测子模块200，第一直流分量获取子模块201，直流分量去除子模块202。
所述过零检测子模块200可包括过零检测电路，用于对所述第一信号的差分信号进行过零检测。
第一直流分量获取子模块201对应的数字电路用于在所述第一信号的差分信号发生过零点时，对所述差分信号进行钳位处理，获取钳位处理后的第一信号值，并根据所述第一信号值获得所述差分信号的第一直流分量。
在一种可能的实施方式中，第一直流分量获取子模块201可以根据如下公式获得所述差分信号的第一直流分量：
DC(n)＝DC(n-1)*(1-syncDcAlpha)+syncDcAlpha*x，其中，x为当前第n时刻输入的所述第一信号值；syncDcAlpha为小于1的小数，用于控制滤波器带宽；DC(n)为当前第n时刻获取的所述第一直流分量，DC(n-1)为所述第n时刻的上一时刻获取的第一直流分量。
在一种可能的实施方式中，第一直流分量获取子模块201可以包括第一判断子模块2010、第二判断子模块2011及第三判断子模块2012，所述第一判断子模块2010、第二判断子模块2011及第三判断子模块2012都可以通过数字电路实现。
第一判断子模块2010，用于在所述第一信号的差分信号检测到过零点时，判断所述差分信号的值是否大于第一阈值，当所述第一信号的值大于所述第一阈值时，将所述第一阈值作为所述第一信号值。
第二判断子模块2011，用于在所述第一信号的差分信号检测到过零点时，判断所述第一信号的值是否小于第二阈值，当所述第一信号的值小于所述第二阈值时，将所述第二阈值作为所述第一信号值。
第三判断子模块2012，用于在所述第一信号的差分信号检测到过零点时，判断所述第一信号的值是否在所述第一阈值和所述第二阈值之间，当所述第一信号的值在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，将所述第一信号的值作为所述第一信号值。
应该说明的是，所述的第一阈值及第二阈值可根据实际情况设定，本公开并不限定其值的大小，只要第一阈值及第二阈值的设定可以去除毛刺的影响即可。
直流分量去除子模块202可通过数字电路实现，用于去除所述差分信号中的所述第一直流分量，获得所述第二信号。
帧同步检测模块30，连接于所述第一直流分量获取及去除模块，用于对所述第二信号与同步字信号进行互相关运算，并根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置。
在一种可能的实施方式中，所述帧同步检测模块30包括数据帧确定子模块300及帧起始位置确定子模块301，所述数据帧确定子模块300及帧起始位置确定子模块301都可以通过数字电路实现。
数据帧确定子模块300，用于在所述第二信号与所述同步字的互相关运算值大于预设门限时确定数据帧。
在一种可能的实施方式中，数据帧确定子模块300可以在接收的第二信号中通过互相关运算对其中的数据进行检测，当检测出的值大于所述预设门限时，确定数据帧。
在一种可能的实施方式中，互相关运算可以采用如下公式：
Figure SMS_1
其中，k为互相关运算的长度(互相关运算的总长度为K)；P(m)表示前导码P的第m位对应的数值，前导码P的总位数为M；Xn为所述第二信号的第n路1倍符号率信号(总共有N路信号)，Stann(k)为第n路1倍符号率信号在互相关运算长度为k时的互相关运算值。其中，发射机1在发送无线电信号后，接收机2接收无线电信号并经射频部分处理，将处理后的信号通过ADC进行模数转换，ADC可以采用N倍过采样的方式对射频部分输出的信号进行采样并转换为N路1倍符号率信号，因此，经过ADC转换后的数字信号(如所述第二信号)为N路1倍符号率信号。
帧起始位置确定子模块301，用于确定多组所述互相关运算值中最大的一组对应的数据帧位置为所述帧起始位置。
在一种可能的实施方式中，所述第一信号可为经过R倍过采样的数据，可以对R组数据都进行互相关运算，在R组数据中选择经过互相关运算获得的最大相关值的一组数据对应的位置为帧起始位置。
确定了第二信号的数据帧及帧起始位置后，就实现了帧同步。
第二直流分量获取及去除模块40，连接于所述帧同步检测模块，用于根据所述帧起始位置及所述同步字信号，获取所述第二信号的第二直流分量，并从所述第二信号中去除所述第二直流分量。
在一种可能的实施方式中，所述第二直流分量获取及去除模块40可以包括第二支流分量获取子模块400和第二直流分量去除子模块401，上述模块都可以通过数字电路实现。
第二直流分量获取子模块400，用于获取所述同步字信号的算数平均值，将所述同步字信号的算术平均值作为所述第二直流分量。
第二直流分量去除子模块401，用于去除所述第二信号中的所述第二直流分量。
载波频偏获取模块50，连接于所述第二直流分量获取及去除模块，用于将所述第二直流分量转换为载波频率偏移量。
这样，本公开通过载波频偏确定装置各模块的配合，可以对第一信号进行鉴相和差分运算，从而获取第一信号的差分信号，对所述第二信号与同步字信号进行互相关运算，并根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置，根据所述帧起始位置及所述同步字信号，获取所述第二信号的第二直流分量，并从所述第二信号中去除所述第二直流分量，将所述第二直流分量转换为载波频率偏移量，根据本公开上述实施例的频偏确定方法能够获取接收机接收信号中的载波频率偏移量，并去除因载波频率偏移导致在信号中叠加的直流分量。
请参阅图4，图4示出了根据本公开一实施例的频偏确定装置的框图。
如图4所示，频偏确定装置包括：
差分鉴相模块10，用于对第一信号进行鉴相和差分运算，从而获取第一信号的差分信号。
第一直流分量获取及去除模块20，连接于所述差分鉴相模块10，用于从所述差分信号中确定第一直流分量，并从所述差分信号中去除所述第一直流分量，获得第二信号。
帧同步检测模块30，连接于所述第一直流分量获取及去除模块20，用于对所述第二信号与同步字信号进行互相关运算，并根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置。
第二直流分量获取及去除模块40，连接于所述帧同步检测模块30，用于根据所述帧起始位置及所述同步字信号，获取所述第二信号的第二直流分量，并从所述第二信号中去除所述第二直流分量。
载波频偏获取模块50，连接于所述第二直流分量获取及去除模块40，用于将所述第二直流分量转换为载波频率偏移量。
下变频模块60，连接于所述载波频偏获取模块50及所述差分鉴相模块10，用于使用所述载波频率偏移量对第三信号进行下变频，从而将所述第三信号转换为所述第一信号，其中，所述第三信号为低中频的调制信号，所述第一信号为零中频信号。
在数字传输系统中，由于收发端的本振时钟不精确相等或者信道特性的快速变化使得信号偏离中心频谱，都会导致下变频后的基带信号中心频率偏离零点，从而产生一个变化的频偏。为了消除因此产生的载波频偏，在数字传输系统接收端需要计算载波频偏，并将载波频偏的值反馈回下变频模块60来消除载波频偏。
在一种可能的实施方式中，第三信号可为ADC转换接收机射频部分输出的信号的数字信号。所述第三信号可为低中频信号，经过下变频模块60下变频处理后，生成零中频的第一信号。
举例而言，当发射机1发射的信号的载波频率为fc，本地接收机2的载波频率为fc1时，通常会产生频偏误差(err)(fc-fc1＝err)，此时，需要将频偏误差补偿给下变频模块60使得发射机1发射的信号的载波频率与接收机2的载波频率fc1+err相等。
这样，本公开通过载波频偏确定装置各模块的配合，可以对第一信号进行鉴相和差分运算，从而获取第一信号的差分信号，对所述第二信号与同步字信号进行互相关运算，并根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置，根据所述帧起始位置及所述同步字信号，获取所述第二信号的第二直流分量，并从所述第二信号中去除所述第二直流分量，将所述第二直流分量转换为载波频率偏移量，使用所述载波频率偏移量对所述第三信号进行下变频，从而将所述第三信号转换为所述第一信号，根据本公开上述实施例的频偏确定装置能够获取接收机接收信号中的载波频率偏移量，并通过获取的所述载波频率偏移量对接收机的载波频率进行补偿。
请参阅图5，图5示出了根据本公开一实施例的频偏确定方法的流程图。
如图5所示，所述方法包括：
步骤S100，对第一信号进行鉴相和差分运算，从而获取第一信号的差分信号。
步骤S110，从所述差分信号中确定第一直流分量，并从所述差分信号中去除所述第一直流分量，获得第二信号。
步骤S120，对所述第二信号与同步字信号进行互相关运算，并根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置。
在一种可能的实施方式中，所述根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置包括：
在所述第二信号与所述同步字的互相关运算值大于预设门限时确定数据帧；确定多组所述互相关运算值中最大的一组对应的数据帧位置为所述帧起始位置。
步骤S130，根据所述帧起始位置及所述同步字信号，获取所述第二信号的第二直流分量，并从所述第二信号中去除所述第二直流分量。
在一种可能的实施方式中，所述获取所述第二信号的第二直流分量包括：
获取所述同步字信号的算数平均值，将所述同步字信号的算术平均值作为所述第二直流分量。
步骤S140，将所述第二直流分量转换为载波频率偏移量。
应该说明的是，上述的频偏确定方法是与前述的频偏确定装置对应的方法项，步骤S100-步骤S150的具体描述请参考之前对频偏确定装置的介绍，此处不再赘述。
这样，本公开通过对第一信号进行鉴相和差分运算，从而获取第一信号的差分信号，对所述第二信号与同步字信号进行互相关运算，并根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置，根据所述帧起始位置及所述同步字信号，获取所述第二信号的第二直流分量，并从所述第二信号中去除所述第二直流分量，将所述第二直流分量转换为载波频率偏移量，根据本公开上述实施例的频偏确定方法能够获取接收机接收信号中的载波频率偏移量，并去除因载波频率偏移导致在信号中叠加的直流分量。
请参阅图6，图6示出了根据本公开一实施方式的频偏确定方法的步骤110的流程图。
如图6所示，步骤S110包括：
步骤S1101，对所述第一信号的差分信号进行过零检测。
步骤S1102，在所述第一信号的差分信号发生过零点时，对所述差分信号进行钳位处理，获取钳位处理后的第一信号值，并根据所述第一信号值获得所述差分信号的第一直流分量。
在一中可能的实施方式中，可以根据如下公式获得所述差分信号的第一直流分量：
DC(n)＝DC(n-1)*(1-syncDcAlpha)+syncDcAlpha*x，其中，x为当前第n时刻输入的所述第一信号值；syncDcAlpha为小于1的小数，用于控制滤波器带宽；DC(n)为当前第n时刻获取的所述第一直流分量，DC(n-1)为所述第n时刻的上一时刻获取的第一直流分量。
请一并参阅图7，图7示出了根据本公开一实施方式的频偏确定方法的步骤S1102的流程图。
在一种可能的实施方式中，步骤S1102可以包括：
步骤S1105，在所述第一信号的差分信号检测到过零点时，判断所述差分信号的值是否大于第一阈值，当所述第一信号的值大于所述第一阈值时，将所述第一阈值作为所述第一信号值。
步骤S1106，在所述第一信号的差分信号检测到过零点时，判断所述第一信号的值是否小于第二阈值，当所述第一信号的值小于所述第二阈值时，将所述第二阈值作为所述第一信号值。
步骤S1107，在所述第一信号的差分信号检测到过零点时，判断所述第一信号的值是否在所述第一阈值和所述第二阈值之间，当所述第一信号的值在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，将所述第一信号的值作为所述第一信号值。
步骤S1103，去除所述差分信号中的所述第一直流分量，获得所述第二信号。
应该说明的是，上述的频偏确定方法是与前述的频偏确定装置对应的方法项，步骤S1101-步骤S1103，步骤1105-步骤1107的具体描述请参考之前对频偏确定装置的介绍，此处不再赘述。
请参阅图8，图8示出了根据本公开一实施方式的频偏确定方法的流程图。
如图8所示，所述方法包括：
步骤S100，对第一信号进行鉴相和差分运算，从而获取第一信号的差分信号。
步骤S110，从所述差分信号中确定第一直流分量，并从所述差分信号中去除所述第一直流分量，获得第二信号。
步骤S120，对所述第二信号与同步字信号进行互相关运算，并根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置。
步骤S130，根据所述帧起始位置及所述同步字信号，获取所述第二信号的第二直流分量，并从所述第二信号中去除所述第二直流分量。
步骤S140，将所述第二直流分量转换为载波频率偏移量。
步骤S150，使用所述载波频率偏移量对所述第三信号进行下变频，从而将所述第三信号转换为所述第一信号，其中，所述第三信号为低中频的调制信号，所述第一信号为零中频信号。
应该说明的是，上述的频偏确定方法是与前述的频偏确定装置对应的方法项，步骤S100-步骤S150的具体描述请参考之前对频偏确定装置的介绍，此处不再赘述。
这样，本公开通过对第一信号进行鉴相和差分运算，从而获取第一信号的差分信号，对所述第二信号与同步字信号进行互相关运算，并根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置，根据所述帧起始位置及所述同步字信号，获取所述第二信号的第二直流分量，并从所述第二信号中去除所述第二直流分量，将所述第二直流分量转换为载波频率偏移量，使用所述载波频率偏移量对所述第三信号进行下变频，从而将所述第三信号转换为所述第一信号，根据本公开上述实施例的频偏确定方法能够获取接收机接收信号中的载波频率偏移量，并通过获取的所述载波频率偏移量对接收机的载波频率进行补偿。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (16)

1.一种频偏确定装置，其特征在于，所述频偏确定装置包括：
差分鉴相模块，用于对第一信号进行鉴相和差分运算，从而获取第一信号的差分信号；
第一直流分量获取及去除模块，连接于所述差分鉴相模块，用于从所述差分信号中确定第一直流分量，并从所述差分信号中去除所述第一直流分量，获得第二信号；
帧同步检测模块，连接于所述第一直流分量获取及去除模块，用于对所述第二信号与同步字信号进行互相关运算，并根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置；
第二直流分量获取及去除模块，连接于所述帧同步检测模块，用于根据所述帧起始位置及所述同步字信号，获取所述第二信号的第二直流分量，并从所述第二信号中去除所述第二直流分量；
载波频偏获取模块，连接于所述第二直流分量获取及去除模块，用于将所述第二直流分量转换为载波频率偏移量。
2.根据权利要求1所述的频偏确定装置，其特征在于，所述差分鉴相模块包括：
鉴相子模块，用于对所述第一信号进行反正切处理，获取所述第一信号的相位信号；
差分子模块，用于对所述第一信号的相位信号进行差分处理，获取所述第一信号的差分信号。
3.根据权利要求1所述的频偏确定装置，其特征在于，所述第一直流分量获取及去除模块包括：
过零检测子模块，用于对所述第一信号的差分信号进行过零检测；
第一直流分量获取子模块，用于在所述第一信号的差分信号发生过零点时，对所述差分信号进行钳位处理，获取钳位处理后的第一信号值，并根据所述第一信号值获得所述差分信号的第一直流分量；及
直流分量去除子模块，用于去除所述差分信号中的所述第一直流分量，获得所述第二信号。
4.根据权利要求3所述的频偏确定装置，其特征在于，所述第一直流分量获取子模块包括：
第一判断子模块，用于在所述第一信号的差分信号检测到过零点时，判断所述差分信号的值是否大于第一阈值，当所述差分信号的值大于所述第一阈值时，将所述第一阈值作为所述第一信号值；
第二判断子模块，用于在所述第一信号的差分信号检测到过零点时，判断所述差分信号的值是否小于第二阈值，当所述差分信号的值小于所述第二阈值时，将所述第二阈值作为所述第一信号值；及
第三判断子模块，用于在所述第一信号的差分信号检测到过零点时，判断所述差分信号的值是否在所述第一阈值和所述第二阈值之间，当所述差分信号的值在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，将所述差分信号的值作为所述第一信号值。
5.根据权利要求3所述的频偏确定装置，其特征在于，根据如下公式获得所述差分信号的第一直流分量：
DC(n)＝DC(n-1)*(1-syncDcAlpha)+syncDcAlpha*x，其中，x为当前第n时刻输入的所述第一信号值；syncDcAlpha为小于1的小数，用于控制滤波器带宽；DC(n)为当前第n时刻获取的所述第一直流分量，DC(n-1)为所述第n时刻的上一时刻获取的第一直流分量。
6.根据权利要求1所述的频偏确定装置，其特征在于，所述帧同步检测模块包括：
数据帧确定子模块，用于在所述第二信号与所述同步字的互相关运算值大于预设门限时确定数据帧；
帧起始位置确定子模块，用于确定多组所述互相关运算值中最大的一组对应的数据帧位置为所述帧起始位置。
7.根据权利要求1所述的频偏确定装置，其特征在于，所述第二直流分量获取及去除模块包括：
第二直流分量获取子模块，用于获取所述同步字信号的算数平均值，将所述同步字信号的算术平均值作为所述第二直流分量；
第二直流分量去除子模块，用于去除所述第二信号中的所述第二直流分量。
8.根据权利要求1所述的频偏确定装置，其特征在于，所述第一信号为GFSK基带信号，所述装置还包括：
下变频模块，连接于所述载波频偏获取模块及所述差分鉴相模块，用于使用所述载波频率偏移量对第三信号进行下变频，从而将所述第三信号转换为所述第一信号，其中，所述第三信号为低中频的调制信号，所述第一信号为零中频信号。
9.一种频偏确定方法，其特征在于，所述频偏确定方法包括：
对第一信号进行鉴相和差分运算，从而获取第一信号的差分信号；
从所述差分信号中确定第一直流分量，并从所述差分信号中去除所述第一直流分量，获得第二信号；
对所述第二信号与同步字信号进行互相关运算，并根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置；
根据所述帧起始位置及所述同步字信号，获取所述第二信号的第二直流分量，并从所述第二信号中去除所述第二直流分量；
将所述第二直流分量转换为载波频率偏移量。
10.根据权利要求9所述的频偏确定方法，其特征在于，所述对第一信号进行鉴相和差分运算包括：
对所述第一信号进行反正切处理，获取所述第一信号的相位信号；
对所述第一信号的相位信号进行差分处理，获取所述第一信号的差分信号。
11.根据权利要求9所述的频偏确定方法，其特征在于，所述从所述差分信号中确定第一直流分量，并从所述差分信号中去除所述第一直流分量，获得第二信号包括：
对所述第一信号的差分信号进行过零检测；
在所述第一信号的差分信号发生过零点时，对所述差分信号进行钳位处理，获取钳位处理后的第一信号值，并根据所述第一信号值获得所述差分信号的第一直流分量；及
去除所述差分信号中的所述第一直流分量，获得所述第二信号。
12.根据权利要求11所述的频偏确定方法，其特征在于，所述对所述差分信号进行钳位处理，获取钳位处理后的第一信号值包括：
在所述第一信号的差分信号检测到过零点时，判断所述差分信号的值是否大于第一阈值，当所述差分信号的值大于所述第一阈值时，将所述第一阈值作为所述第一信号值；
在所述第一信号的差分信号检测到过零点时，判断所述差分信号的值是否小于第二阈值，当所述差分信号的值小于所述第二阈值时，将所述第二阈值作为所述第一信号值；及
在所述第一信号的差分信号检测到过零点时，判断所述差分信号的值是否在所述第一阈值和所述第二阈值之间，当所述差分信号的值在所述第一阈值和所述第二阈值之间时，将所述差分信号的值作为所述第一信号值。
13.根据权利要求11所述的频偏确定方法，其特征在于，根据如下公式获得所述差分信号的第一直流分量：
DC(n)＝DC(n-1)*(1-syncDcAlpha)+syncDcAlpha*x，其中，x为当前第n时刻输入的所述第一信号值；syncDcAlpha为小于1的小数，用于控制滤波器带宽；DC(n)为当前第n时刻获取的所述第一直流分量，DC(n-1)为所述第n时刻的上一时刻获取的第一直流分量。
14.根据权利要求9所述的频偏确定方法，其特征在于，所述根据运算结果确定所述第二信号中的数据帧及所述数据帧的帧起始位置包括：
在所述第二信号与所述同步字的互相关运算值大于预设门限时确定数据帧；
确定多组所述互相关运算值中最大的一组对应的数据帧位置为所述帧起始位置。
15.根据权利要求9所述的频偏确定方法，其特征在于，所述获取所述第二信号的第二直流分量包括：
获取所述同步字信号的算数平均值，将所述同步字信号的算术平均值作为所述第二直流分量。
16.根据权利要求9所述的频偏确定方法，其特征在于，所述第一信号为GFSK基带信号，所述方法还包括：
使用所述载波频率偏移量对第三信号进行下变频，从而将所述第三信号转换为所述第一信号，其中，所述第三信号为低中频的调制信号，所述第一信号为零中频信号。
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