CN114531327A

CN114531327A - 一种频偏自跟踪装置

Info

Publication number: CN114531327A
Application number: CN202210111064.3A
Authority: CN
Inventors: 郭华永; 黄弘毅; 聂旭东; 樊红盼; 洪韶峰; 曹培庆
Original assignee: Xiaotang Technology Shanghai Co ltd
Current assignee: Xiaotang Technology Shanghai Co ltd
Priority date: 2022-01-26
Filing date: 2022-01-26
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2042-01-26
Also published as: CN114531327B

Abstract

本发明公开了一种频偏自跟踪装置，包括：信号源；与所述信号源连接的本地数字信号生成模块；与所述本地数字信号生成模块连接的上采样模块；与所述上采样模块连接的数模转换模块，通过一模拟发送通道模块向外发送模拟信号；与所述数模转换模块连接的延迟模块；与延迟模块连接的模数转换模块；同时与所述模数转换模块和所述本地数字信号生成模块连接的频偏估计模块；以及与所述频偏估计模块连接的晶振校准模块。通过频偏估计模块接收到的本地信号与延迟后的信号的相关性处理，得到晶振的频率偏移量，晶振校准模块根据此偏移量对晶振进行校准，晶振校准的过程，不受外部器件的影响，提高晶振校准的长期有效性，并且降低晶振校准的成本。

Description

一种频偏自跟踪装置

技术领域

本发明涉及无线通信系统，特别涉及晶振的频偏自跟踪装置。

背景技术

晶振是电路的心脏，提供计数和节拍，也影响无线通信的载波频率，然而，在某些通信系统中，需要终端设备长时间的发送无线信号，而发送无线信号的过程非常耗电，这样将导致终端设备温度上升，进而使得晶振产生漂移，此时就无法接收对方发来的指标信号，也就无法估算出频偏大小，难以实现频偏的跟踪，进而影响晶振的准确度和稳定度。

为了解决上述技术问题，通过尝试提前生成晶振随温度变化的校准表格，并在硬件电路上增加温度传感器，通过温度传感器感应到的温度的大小，再通过表格索引对应的校准系数。在装置改进初期，其具有良好的改进性能，但随着时间的推移，温度传感器的内部器件发生老化，导致其感应精度出现偏差，再者，晶振也会老化，其再不同温度下的性能曲线也会发生变化，而预先存储的校准表格并不能根据晶振的这一变化进行实时更新，最终使得这种方式也不能精确检测到晶振频偏的变化。

再如采用高稳定度的晶振，比如恒温晶振，会带来两个弊端，一是成本的大幅度上升，二是恒温晶振在最开始时需要进行一段时间的预热，当温度不再剧烈变化时，才能表现出稳定的性能，实际操作起来并不方便。

由此可见，现有技术中并没有一种较低成本且能准确快速校准晶振频偏的装置，针对这一技术问题，本发明对其做出了进一步的改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中晶振频偏校准成本高，且校准的精度和准确度低下的缺陷，而提供一种降低晶振频偏校准成本，且提高校准的精度和准确度的频偏自跟踪装置。

本发明的目的是这样实现的：频偏自跟踪装置，包括：

一产生数字信号的信号源；

一与所述信号源连接的本地数字信号生成模块，其将所述数字信号调制成数字基带信号；

一与所述本地数字信号生成模块连接的上采样模块，其对所述数字基带信号进行处理，并获得处理后的数字信号；

一与所述上采样模块连接的数模转换模块，其将所述处理后的数字信号转换成模拟信号，并且通过一模拟发送通道模块向外发送所述模拟信号；

一与所述数模转换模块连接的延迟模块，其对所述模拟信号进行处理，并获得延迟后的模拟信号；

一与延迟模块连接的模数转换模块，其对所述延迟后的模拟信号进行处理，并获得离散数字信号；

一同时与所述模数转换模块和所述本地数字信号生成模块连接的频偏估计模块，其根据所述离散数字信号和所述数字基带信号计算获得晶振的频率偏移量；以及

一与所述频偏估计模块连接的晶振校准模块，其根据所述晶振的频率偏移量对一晶振进行频率校准。

优选的，所述本地数字信号生成模块根据通信协议，将所述数字信号比特按照调制方式、时隙格式生成所述数字基带信号c(n)，n＝0，1，2……N-1；其符号速率记为ω_init，时隙长度为τ_slot，则N＝ω_init×τ_slot。

优选的，所述模数转换模块根据预设的采样率α对所述延迟后的模拟信号采样来进行模数转换，所述采样率α的取值为ω_init的整数倍。

优选的，所述频偏自跟踪装置的延迟时间为Δ_t，所述延迟模块每隔Δ_t+Δ_sys时间对所述模拟信号跟踪调整一次，其中，Δ_sys为所述模数转换模块的计算时间与所述晶振生效的时间之和。

优选的，所述延迟时间Δ_t为80-500ms。

优选的，所述频偏估计模块将所述离散数字信号的序列和所述数字基带信号的序列进行序列相关处理，得到一相关后的序列，根据所述相关后的序列的峰值以及该峰值所对应的位置，计算获得所述晶振的频率偏移量。

优选的，当所述晶振的频率偏移量为负值时，所述晶振校准模块将所述晶振的原有频率与其频率偏移量的绝对值之和，作为所述晶振的当前频率，以实现对所述晶振的频率校准；当所述晶振的频率偏移量为正值时，所述晶振校准模块将所述晶振的原有频率与其频率偏移量的绝对值之差作为所述晶振的当前频率，以实现对所述晶振的频率校准。

优选的，所述晶振校准模块将所述晶振的偏移量的绝对值乘以一预设系数作为补偿量，并根据该补偿量对所述晶振的频率进行补偿，以实现对所述晶振的频率校准。

基于上述技术方案，本发明具有以下特点：

根据射频信号的回环，利用延迟模块对模拟信号进行延迟，产生延迟后的模拟信号，将延迟后的模拟信号进行处理之后进入频偏估计模块，频偏估计模块根据延迟后的模拟信号与数字基带信号进行相关性处理，从而精确估计出晶振频率偏移的变化量，快速准确，并且不受晶振本身性质和其他元器件老化的影响。

附图说明

图1本发明频偏自跟踪装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的目的是提供一种频偏自跟踪装置，以解决现有技术中晶振频偏校准成本高，且校准的精度和准确度低下的问题。为进一步公开本发明，现结合说明书附图，对本发明做进一步说明。

参照图1，频偏自跟踪装置包括依次连接的信号源1、本地数字信号生成模块2、上采样模块3、数模转换模块4、延迟模块5、模数转换模块6、频偏估计模块7、晶振校准模块8和晶振9，其中，数模转换模块4还与模拟信号发送通道10连接，频偏估计模块7还与本地数字信号生成模块2连接，图中的箭头指向为射频信号的传递方向。在频偏自跟踪装置工作的过程中，信号源1产生数字信号，并将数字信号发送给本地数字信号生成模块2进行调制处理，形成数字基带信号，并将数字基带信号发送给上采样模块3，同时还将上述数字基带信号发送给频偏估计模块7，上采样模块3对其接收到的数字基带信号进行处理，得到处理后的数字信号，并将处理后的数字信号发送给数模转换模块4，数模转换模块4将上述处理后的数字信号进行转换，形成模拟信号，并将模拟信号通过模拟发送通道模块10发出，同时还将上述模拟信号发送给延迟模块4，延迟模块4对其接收的模拟信号进行处理，得到延迟后的模拟信号，并将上述延迟后的模拟信号发送给模数转换模块6，模数转换模块6对上述延迟后的模拟信号进行处理，得到离散数字信号，并将离散数字信号发送给频偏估计模块7，频偏估计模块7对其接收到的离散数字信号和数字基带信号计算处理，获得晶振的频率偏移量，并将其发送给晶振校准模块8，晶振校准模块8根据其接收到的晶振的频率偏移量对晶振9进行频率校准。由此根据射频信号的回环，对晶振的频偏进行跟踪、计算和校准，不依赖晶振本身的性质和其他元器件的精度，就能精确估算出当前的晶振频偏，降低了晶振的校准成本，同时还提高了校准的效率。

本地数字信号生成模块2根据通信协议，将数字信号比特按照调制方式、时隙格式等生成数字基带信号c(n)，n＝0，1，2……N-1，数字基带信号的符号速率为ω_init，时隙的时间长度为τ_solt，则N＝ω_init×τ_solt。

上采样模块3将数字基带信号中的带外信号分量进行滤除，在此实施例中，本发明采用低通滤波器来完成这一采样过程。具体的，现以4倍的上采样为例，首先，将数字基带信号c(n)，n＝0，1，2……N-1，补零，形成4倍速率的信号序列S(m)，

然后，对信号序列S(m)进行滤波处理，

其中，l为0，1，2……4N-1，h(k)为低通滤波器系数，K为低通滤波器长度，k＝0，1，2……K-1。

上述为4倍的上采样过程，当上采样的倍数为16倍时，将两个上采样的过程进行级联，即在上述的4倍上采样过程之后，再添加一个4倍的上采样过程。

数模转换模块4是将上述处理后的数字信号转换成连续的模拟信号。

模拟发送通道模块10是将连续的模拟信号进行功率放大和载频调制处理之后，将其送至天线口发送出去。

延迟模块5对其接收到的连续的模拟信号进行延迟处理，具体为，连续的模拟信号r进入延迟模块5的时间为t₀，经延迟模块5输出延迟后的模拟信号r’的时间为t₁，连续的模拟信号经延迟模块5作用前后，其本身信号序列不发生改变，即r＝r’，延迟时间Δ_t＝t₁-t₀，其中Δ_t的取值由具体的晶振器件决定，一般情况下，选取延迟时间Δt为80-500ms。

频偏自跟踪装置每隔Δ_t+Δ_sys跟踪调整一次，Δ_sys为后续模块的计算时间和晶振生效的时间之和，由于Δ_sys远远小于Δ_t，基本上可以忽略不计，一般情况下，延迟模块的调整频次为Δ_t。

模数转换模块6对延迟后的模拟信号以预设的采样率α采样，采样率α的大小直接决定了频偏跟踪的的精确度，频偏跟踪最大误差为ε，ε＝1/(2α×Δ_t)，其中，采样率α的取值为ω_init的整数倍，一般情况下，需要保证频偏跟踪误差ε＜10^-7。

经模数转换6得到的离散数字信号记为y_l，l＝0，1，2，……p-1，其中，p为离散数字信号y_l以采样率的方式表示时，在一段时间内最大漂移的点数。

频偏估计模块7将上述离散数字信号y_l，l＝0，1，2，……p-1和上述数字基带信号c(n)，n＝0，1，2……N-1进行序列相关处理，得到一相关后的序列，并根据相关后序列的峰值以及该峰值所对应的位置，计算获得晶振9的频率偏移量。具体的，首先在离散数字信号y_l的前后补零，得到序列y’_l，

ρ为补零的个数，ρ＝[Δ_t×δ×α],其中，δ为Δ_t时间内晶振9的最大可能漂移，晶振9的最大可能漂移可以根据具体的晶振测试得出，δ的取值小于0.5ppm，ppm为衡量晶振稳定度的单位：百万分之一，[]表示向上取整。

其次，为降低运算的复杂度，在序列y’_l的后面补零，得到序列y”_l，使得序列y”_l的长度为2的n次方，n的取值为6-10。

再次，将数字基带信号c(n)通过补零得到与离散数字信号y_l相同的采样率，然后在补零后的数字基带信号c(n)的末尾补零，得到与序列y”_l相同的序列c”。

从次，将序列y”_l和序列c”进行相关性处理，得到峰值P_cor，max以及该峰值的位置γ。

P_cor＝abs(ifft(fft(y”_l)×conj(fft(c”))))²

最后，计算晶振9的频率偏移量Δ_ppm，其以ppm为单位。

Δ_ppm＝(γ-ρ)/(Δ_t×10⁶)

晶振校准模块8根据频偏估计模块7得到的晶振9的频率偏移量，来对晶振9进行校准，当Δ_ppm为负值时，晶振校准模块8将晶振9的原有频率与abs(Δ_ppm)之和，作为晶振9的当前频率，当Δ_ppm为正值时，晶振校准模块8将晶振9的原有频率与abs(Δ_ppm)之差作为晶振9的当前频率，以实现对晶振9的频率的校准。

晶振校准模块8还可以通过另一方是对晶振的频率进行校准，即在Δ_ppm的基础上乘上一个系数，即校准量Δ_opt＝β×abs(Δ_ppm)，其中，β一般选择为0.8，也可利用晶振9调试出较为合适的参数。

综上所述，本发明提供了一种频偏自跟踪装置，通过将信号源生成的数字信号依次经过本地数字信号生成模块、上采样模块、数模转换模块、延迟模块、频偏估计模块和晶振校准模块的处理，进而快速对晶振进行校准，避免了外部设置的晶振校准装置由于自身性质，在长期使用之后产生老化，进而导致其不能长时间有效校准晶振的问题。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims

1.一种频偏自跟踪装置，其特征在于，包括：

一产生数字信号的信号源；

2.根据权利要求1所述的频偏自跟踪装置，其特征在于，所述本地数字信号生成模块根据通信协议，将所述数字信号比特按照调制方式、时隙格式生成所述数字基带信号c(n)，n＝0，1，2……N-1；其符号速率记为ω_init，时隙时间长度为τ_slot，则N＝ω_init×τ_slot。

3.根据权利要求2所述的频偏自跟踪装置，其特征在于，所述模数转换模块根据预设的采样率α对所述延迟后的模拟信号采样来进行模数转换，所述采样率α的取值为ω_init的整数倍。

4.根据权利要求1所述的频偏自跟踪装置，其特征在于，所述延迟后的模拟信号的延迟时间为Δ_t，所述频偏自跟踪装置每隔Δ_t+Δ_sys时间对所述模拟信号跟踪调整一次，其中，Δ_sys为所述模数转换模块的计算时间与所述晶振生效的时间之和。

5.根据权利要求4所述的频偏自跟踪装置，其特征在于，所述延迟时间Δ_t为80-500ms。

6.根据权利要求1所述的频偏自跟踪装置，其特征在于，所述频偏估计模块将所述离散数字信号的序列和所述数字基带信号的序列进行序列相关处理，得到一相关后的序列，根据所述相关后的序列的峰值以及该峰值所对应的位置，计算获得所述晶振的频率偏移量。

7.根据权利要求1所述的频偏自跟踪装置，其特征在于，当所述晶振的频率偏移量为负值时，所述晶振校准模块将所述晶振的原有频率与其频率偏移量的绝对值之和，作为所述晶振的当前频率，以实现对所述晶振的频率校准；当所述晶振的频率偏移量为正值时，所述晶振校准模块将所述晶振的原有频率与其频率偏移量的绝对值之差作为所述晶振的当前频率，以实现对所述晶振的频率校准。

8.根据权利要求1所述的频偏自跟踪装置，其特征在于，所述晶振校准模块将所述晶振的偏移量的绝对值乘以一预设系数作为补偿量，并根据该补偿量对所述晶振的频率进行补偿，以实现对所述晶振的频率校准。