CN112398768B - 用于校准频偏的接收机和方法 - Google Patents
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Abstract
一种接收机,包括:I/Q解调器,被配置为通过解调接收信号的同相分支和正交分支来产生角度信号;滤波器,通信地耦合到该I/Q解调器并且被配置为通过从该角度信号中滤除频率高于预定频率值的噪声信号来产生滤波后的角度信号;角度减法器,通信地耦合到该滤波器并且被配置为基于该滤波后的角度信号产生相位信号;相位校准器,通信地耦合到该角度减法器并且被配置为基于对应于该相位信号的至少一个接收的前导信号和该对应于所述相位信号的至少一个接收的前导信号的已知值来产生校准后的相位信号;以及符号判决器,通信地耦合到该相位校准器并且被配置为基于该校准后的相位信号产生输出符号。
Description
技术领域
本申请一般涉及一种接收机,无排他地,尤其涉及用于校准频偏的接收机和用于校准频偏的方法。
背景技术
通常,电信系统中的发射机和接收机可能具有频偏(FrequencyOffsets)。频偏可以在传输期间累积的,可能导致解调的相位模糊,并最终可能导致符号判决错误。因此,我们希望找到一种可以对频偏进行补偿的方法。
发明内容
本申请的实施例可以提供一种接收机。该接收机可以包括:I/Q解调器,被配置为通过解调接收信号的同相分支和正交分支来生成角度信号;滤波器,通信地耦合到I/Q解调器,并且被配置为通过从该角度信号中滤除频率高于预定频率值的噪声信号来生成滤波后的角度信号;角度减法器,通信地耦合到该滤波器并且被配置为基于该滤波后的角度信号生成相位信号;相位校准器,通信地耦合到该角度减法器,并且被配置为基于对应于该相位信号的至少一个接收的前导信号(preamble signal)和与该对应于该相位信号的至少一个接收的前导信号的已知值生成校准后的相位信号;符号判决器,通信地耦合到该相位校准器,并且被配置为基于该校准后的相位信号产生输出符号。
本申请的实施例可以提供一种由接收机校准频偏的方法。该方法可以包括:由I/Q解调器通过解调接收信号的同相分支和正交分支,产生角度信号;由通信地耦合到该I/Q解调器的滤波器,通过从该角度信号中滤除频率高于预定频率值的噪声信号,产生滤波后的角度信号;由通信地耦合到该滤波器的角度减法器基于该滤波后的角度信号产生相位信号;由通信地耦合到该角度减法器的相位校准器,基于对应于该相位信号的至少一个接收的前导信号和该对应于该相位信号的至少一个接收的前导信号的已知值,产生校准后的相位信号;以及通过通信地耦合到该相位校准器的符号判决器,基于该校准后的相位信号产生输出符号。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中,相同的数字可以描述不同视图中的类似组件。具有不同字母后缀的相同数字可表示类似组件的不同实例。附图通过示例而非通过限制的方式示出了本文件中讨论的各种实施例。
图1是示出根据本申请一个实施例的接收机的电路图。
图2是示出根据本申请的另一实施例的接收机的电路图。
图3是示出根据本申请的另一实施例的接收机的电路图。
图4是根据本申请一个实施例的4-点(4-point)差分相移键控(DPSK)的星座图。
图5是示出根据本申请的一个实施例的由接收机校准频偏的方法的流程图。
具体实施方式
现在将描述本申请的各个方面和示例。以下描述提供了用于彻底理解和实现这些示例的描述的具体细节。然而,本领域技术人员将理解,可以在没有许多这些细节的情况下实践本申请。
另外,可能未详细示出或描述一些众所周知的结构或功能以避免不必要地模糊相关描述。
在下面给出的描述中使用的术语旨在以其最广泛的合理方式解释,即使它与本申请的某些特定示例的详细描述一起使用。以下甚至可以强调某些术语,然而,任何旨在以任何受限制的方式解释的术语将在本详细描述部分中明确且具体地定义。
图1是示出根据本申请一个实施例的接收机100的电路图。
接收机100可以包括I/Q解调器102、滤波器104、角度减法器106、相位校准器108和符号判决器110。在一些实施例中,I/Q解调器102被配置为通过解调接收信号的同相(I)分支和正交(Q)分支来生成角度信号。滤波器104通信地耦合到I/Q解调器102,并且被配置为通过从角度信号中滤除频率高于预定频率值的噪声信号来产生滤波后的角度信号。角度减法器106通信地耦合到滤波器104,并且被配置为基于滤波后的角度信号产生相位信号。相位校准器108通信地耦合到角度减法器106,并且被配置为基于对应于该相位信号的至少一个接收的前导信号和该对应于该相位信号的至少一个接收的前导信号的已知值来产生校准后的相位信号。符号判决器110通信地耦合到相位校准器108,并且被配置为基于校准后的相位信号产生输出符号。
图2是示出根据本申请的另一实施例的接收机的电路图。其中滤波器204、角度减法器206和符号判决器210分别类似于图1中所示的滤波器104、角度减法器106和符号判决器110。因此,为了简洁,省略了它们的详细描述。此外,解调器202、滤波器204、角度减法器206和相位校准器208将在下面进一步详细讨论。
可选地,如图2所示,I/Q解调器202还可以包括坐标旋转数字计算机(CORDIC),其被配置为通过获得接收信号的同相(I)分支和正交(Q)分支之间的比率的反正切值来产生角度信号。例如,接收信号的同相(I)分支表示接收信号的正弦值,而接收信号的正交(Q)分支表示接收信号的余弦值,CORDIC可以基于接收信号的正弦值和余弦值之间的比率,即基于接收信号的同相(I)分支和正交(Q)分支之间的比率,执行反正切运算产生角度信号。
对于滤波器204,如果符率(symbol rate)是1M符/秒,则滤波器204可以滤除符率高于1.5M符/秒的信号。可选地,滤波器204被配置为通过滤除频率高于预定频率值的噪声信号来维持被滤波的信号的至少80%的带宽能量。例如,预定频率值是有效带宽的1.5倍。
角度减法器206可以被配置为通过计算在符号时间内变化的相位的相位差ΔΦ来获得相位信号。图4是根据本申请一个实施例的4-点DPSK的星座图。这种相位差可以反映在星座图中,例如图4中所示。例如,相位信号可以是π/4,如图4中与数字00相邻的十字标记所示。换句话说,相位信号可以表示符号之间的相位差,以基于调制符号的速率计算角度差。
参考附图2,相位校准器208还可以包括相位估计器212和相位补偿器214。
相位估计器212通信地耦合到角度减法器206,并且被配置为估计多个接收的前导信号与多个接收的前导信号的已知值之间的平均差值。前导信号可以用于通过指示报头信息的结束和数据的开始来同步数据传输。例如,相位估计器212可以接收多个前导信号。相位估计器212可能已经知道多个前导信号的模式。然后,相位估计器212可以通过从多个接收的前导信号中减去已知值,来估计多个接收的前导信号与多个接收的前导信号的相应已知值之间的每一对的差值,以及因此可以对多个减法结果执行平均。多个接收的前导信号的已知值也可以称为理想值。通过执行平均操作,可以降低随机噪声的影响。这种相位差是由发射机和接收机之间的频偏引起的。
发射机可以发送8-16个前导码,然后发射机可以开始发送有效载荷符号。换句话说,该有效载荷符号对应于该前导信号。尽管上述实施例示出了可以使用多个前导信号,但是另一个实施例可以仅使用一个前导信号用于相位估计。相位估计器212可以仅基于前导信号执行相位估计,而不需要有效载荷符号。
此外,相位补偿器214通信地耦合到相位估计器212,并且被配置为通过基于多个接收的前导信号与多个接收的前导信号的已知值之间的平均差值来校准有效载荷符号,产生校准后的相位信号。例如,π/4的相位信号对应于已知值75。然而,由于频率偏移的累积,π/4的相位信号可以对应于实际值72而不是75。相位估计器212可以将差值估计为3,即75-72。有效载荷符号跟随(follow)前导信号。因此,相位补偿器214可以通过基于多个接收的前导信号与多个接收的前导信号的已知值之间的平均差值来校准有效载荷符号以补偿接收信号中的有效载荷符号。相位补偿器214可以补偿有效载荷符号。换句话说,在由角度减法器206处理之后的前导信号可以由相位估计器212处理,而不需要由相位补偿器214进行处理。相反,有效载荷符号在由角度减法器206处理之后可以跳过相位估计器212,并进入相位补偿器214。
符号判决器210可以通过对由相位补偿器补偿的校准后的相位信号执行符号判决来产生输出符号。
可选地,接收信号可以是差分相移键控(DPSK)信号。例如,接收机可适用于π/4-DQPSK和8DPSK解调系统,例如蓝牙增强数据速率2(EDR2)和增强数据速率3(EDR3)解调系统。可选地,接收信号可以是正交相移键控(QPSK)信号。
图3是示出根据本申请的另一实施例的接收机300的电路图。其中I/Q解调器302、滤波器304、角度减法器306、相位校准器308和符号判决器310分别类似于如图2所示的I/Q解调器202、滤波器204、角度减法器206、相位校准器208和符号判决器210。此外,混频器316将在下面进一步详细讨论。
接收机300还可以包括混频器316。在一些实施例中,混频器316通信地耦合到I/Q解调器302,并且被配置为通过将输入信号与中频本振信号进行混频来产生接收信号的同相(I)分支和正交(Q)分支。因此,所得到的接收信号的同相(I)分支和正交(Q)分支是基频信号。基频信号表示被调制后的基带信号。换句话说,基频信号可以称为0-IF信号。
接收机300还可以包括在混频器316之前的第二混频器(图3中未示出)。第二混频器可以使用本地振荡器(LO)来混合输入的射频(RF)信号,使得混频后的信号处于中频(IF)场中。然后,所生成的IF信号可以与混频器316混合以产生基频信号。
利用本申请的至少一个实施例,可以提高接收机的抗频偏的能力。例如,接收机可以在发射机和接收机之间的晶体偏差小于50ppm的环境下可靠地工作,而传统的接收器只能在发射机和接收机之间的晶体偏差小于(10-20)ppm的环境下可靠运行。
图5是示出根据本申请的一个实施例的由接收机校准频偏的方法500的流程图。
在步骤502中,I/Q解调器可以通过解调接收信号的同相分支(I)和正交(Q)分支来产生角度信号。
在步骤504中,通信地耦合到I/Q解调器的滤波器可以通过从该角度信号滤除频率高于预定频率值的噪声信号来产生滤波后的角度信号。
在步骤506中,通信地耦合到滤波器的角度减法器可以基于该滤波的角度信号产生相位信号。
在步骤508中,通信地耦合到角度减法器的相位校准器可以基于对应于该相位信号的至少一个接收的前导信号和对应于该相位信号的至少一个接收的前导信号的已知值来生成校准后的相位信号。
在步骤510中,通信地耦合到相位校准器的符号判决器可以基于该校准后的相位信号产生输出符号。
可选地,在一些实施例中,该至少一个接收的前导信号可包括多个接收的前导信号。也就是说,代替使用单个接收的前导信号,可以使用多个接收的前导信号。在一些实施例中,在步骤508中,通信地耦合到相位估计器的相位补偿器可以基于多个接收的前导信号与多个接收的前导信号的已知值之间的平均差值来生成校准后的相位信号。
可选地,在一些实施例中,在步骤508中通过通信地耦合到角度减法器的相位校准器产生校准后的相位信号,可以进一步包括:通过通信地耦合到角度减法器的相位估计器估计多个接收的前导信号和多个接收的前导信号的已知值之间的平均差值。
可选地,在一些实施例中,在步骤502中由I/Q解调器产生角度信号还可以进一步包括:由坐标旋转数字计算机(CORDIC)通过获得接收信号的同相分支和正交分支之间的比率的反正切值,产生角度信号。
可选地,在一些实施例中,所接收的信号可以是差分相移键控(DPSK)信号。例如,接收机可适用于π/4-DQPSK和8DPSK解调系统,例如蓝牙增强数据速率2(EDR2)和增强数据速率3(EDR3)解调系统。
可选地,在一些实施例中,该接收信号可以是正交相移键控(QPSK)信号。
可选地,在一些实施例中,方法500还可以包括(未在图中示出):由通信地耦合到I/Q解调器的混频器,通过将输入信号与本振信号进行混频产生接收信号的同相(I)分支和正交(Q)分支。
各种实施例的特征和方面可以集成到其他实施例中,并且可以在没有示出或描述所有特征或方面的情况下实现本文档中示出的实施例。本领域技术人员将理解,尽管出于说明的目的描述了系统和方法的特定示例和实施例,但是在不脱离本申请的精神和范围的情况下可以进行各种修改。此外,一个实施例的特征可以结合到其他实施例中,即使在本文档中的单个实施例中没有一起描述那些特征的情况下也是如此。因此,本申请由所附权利要求描述。
Claims (12)
1.一种接收机,其特征在于,包括:
I/Q解调器,被配置为通过解调接收信号的同相分支和正交分支以产生角度信号;
滤波器,通信地耦合到所述I/Q解调器并且被配置为通过从所述角度信号中滤除频率高于预定频率值的噪声信号以产生滤波后的角度信号;
角度减法器,通信地耦合到所述滤波器并且被配置为基于所述滤波后的角度信号产生相位信号;
相位校准器,通信地耦合到所述角度减法器并且被配置为基于对应于所述相位信号的至少一个接收的前导信号和所述对应于所述相位信号的至少一个接收的前导信号的已知值来产生校准后的相位信号;以及
符号判决器,通信地耦合到所述相位校准器并且被配置为基于所述校准后的相位信号产生输出符号;并且,
所述I/Q解调器还包括坐标旋转数字计算机,其被配置为通过获得所述接收信号的同相分支和正交分支之间的比率的反正切值以产生所述角度信号。
2.如权利要求1所述的接收机,其特征在于,所述接收信号包括与所述至少一个接收的前导信号相对应的有效载荷符号;
所述至少一个接收的前导信号包括多个接收的前导信号;
所述相位校准器还包括相位补偿器,其通信地耦合到相位估计器并且被配置为通过基于所述多个接收的前导信号与所述多个接收的前导信号的已知值之间的平均差值以校准所述有效载荷符号,以生成所述校准后的相位信号。
3.根据权利要求2所述的接收机,其特征在于,所述相位估计器通信地耦合到所述角度减法器并且被配置为估计所述多个接收的前导信号与所述多个接收的前导信号的已知值之间的平均差值。
4.如权利要求1所述的接收机,其特征在于,所述接收信号包括差分相移键控信号。
5.如权利要求1所述的接收机,其特征在于,所述接收信号包括正交相移键控信号。
6.如权利要求1所述的接收机,其特征在于,还包括混频器,其通信地耦合到所述I/Q解调器并且被配置为通过将输入信号与中频本振信号进行混频以产生所述接收信号的同相分支和正交分支。
7.一种由接收机校准频偏的方法,包括:
由I/Q解调器通过解调接收信号的同相分支和正交分支,产生角度信号;
由通信地耦合到所述I/Q解调器的滤波器通过从所述角度信号中滤除频率高于预定频率值的噪声信号,以产生滤波后的角度信号;
由通信地耦合到所述滤波器的角度减法器基于所述滤波后的角度信号,产生相位信号;
由通信地耦合到所述角度减法器的相位校准器,基于对应于所述相位信号的至少一个接收的前导信号和所述对应于所述相位信号的至少一个接收的前导信号的已知值,产生校准后的相位信号;以及
由通信地耦合到所述相位校准器的符号判决器,基于所述校准后的相位信号产生输出符号;并且,
由所述I/Q解调器产生所述角度信号进一步包括:由坐标旋转数字计算机通过获得所述接收信号的同相分支和正交分支之间的比率的反正切值来产生所述角度信号。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述至少一个接收的前导信号包括多个接收的前导信号;
由通信地耦合到所述角度减法器的相位校准器产生所述校准后的相位信号,包括:由通信地耦合到相位估计器的相位补偿器,基于所述多个接收的前导信号与所述多个接收的前导信号的已知值之间的平均差值产生所述校准后的相位信号。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述由通信地耦合到所述角度减法器的相位校准器产生所述校准后的相位信号,还包括:由通信地耦合到所述角度减法器的相位估计器估计所述多个接收的前导信号和多个接收的前导信号的已知值之间的平均差值。
10.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述接收信号包括差分相移键控信号。
11.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述接收的信号包括正交相移键控信号。
12.如权利要求7所述的方法,其特征在于,还包括:由通信地耦合到所述I/Q解调器的混频器通过将输入信号与中频本振信号进行混频,产生所述的接收信号的同相分支和正交分支。
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