CN116094889A - 一种稳定解调频率追踪方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种稳定解调频率追踪方法。在执行所述方法时，先获取当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果和目标信号，后根据所述当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果得到消去残留频偏后的信号，最后根据所述消去残留频偏后的信号和目标信号得到解调信，以精确地控制跟踪频谱补偿的灵敏度。这样，通过使用一个一次环路滤波叠加一个两次环路滤波，使得当有额外的信息输入时增加对当前输入的灵敏度，达到了精确地控制跟踪频谱补偿的灵敏度的效果。如此，可以提升频率补偿的稳定性。

Description

一种稳定解调频率追踪方法及装置
技术领域
本申请涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种稳定解调频率追踪方法及装置。
背景技术
在通信系统中，当发射机和接收机之间的振荡器不匹配或者存在多普勒频移，会引起发射机和接收机之间的采样时钟频率偏差。一般采用频偏估计和校正进行频偏的追踪的校正，具体分为两步，第一步为频偏估计和校正，第二步为残留频偏跟踪和补偿。
现有技术中利用求得频率偏移量后，在进行解调前会先去除同步估计得到的频率偏移量。但会存在残留的频率偏差，同时频率偏移量会随着时间的变化继续变化，因此会采用一次环路滤波或二次环路滤波对频率进行追踪，及时的补偿偏移量。
但是上述对频率追踪的方法单一，频率追踪的结果不够可靠，因此如何提供一种稳定解调频率追踪的方法是目前亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种稳定解调频率追踪方法及装置，旨在提升频率补偿的稳定性。
第一方面，本申请提供了一种稳定解调频率追踪方法，包括：
获取当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果和目标信号；
根据所述当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果得到消去残留频偏后的信号；
根据所述消去残留频偏后的信号和目标信号得到解调信号。
可选地，所述获取当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果和目标信号，包括：
获取当前输入信号的上一时刻输入信号和上一时刻目标信号；
根据所述上一时刻输入信号和上一时刻目标信号得到上一时刻信号的频偏；
根据所述上一时刻信号的频偏获取所述一次环路滤波结果和所述二次环路滤波结果。
可选地，所述根据所述上一时刻信号的频偏得到所述一次环路滤波结果和所述二次环路滤波结果，包括：
获取一次环路滤波系数和二次环路滤波系数；
根据所述一次环路滤波系数和二次环路滤波系数得到所述一次环路滤波结果和所述二次环路滤波结果。
可选地，所述根据所述上一时刻信号的频偏得到所述一次环路滤波结果和所述二次环路滤波结果，包括：
获取上一时刻的再上一时刻的一次环路滤波结果和上一时刻的再上一时刻的二次环路滤波结果；所述上一时刻的再上一时刻的一次环路滤波结果和所述上一时刻的再上一时刻的二次环路滤波结果初始化为0；
根据所述上一时刻的再上一时刻的一次环路滤波结果和所述上一时刻的再上一时刻的二次环路滤波结果得到所述一次环路滤波结果和所述二次环路滤波结果。
可选地，所述根据所述当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果得到消去残留频偏后的信号，包括：
获取所述一次环路滤波结果的系数和所述二次环路滤波结果的系数；
根据所述当前输入信号、所述一次环路滤波结果的系数、所述二次环路滤波结果的系数、所述一次环路滤波结果和所述二次环路滤波结果得到消去残留频偏后的信号。
可选地，所述根据所述消去残留频偏后的信号和目标信号得到解调信号，包括：
根据所述消去残留频偏后的信号和所述目标信号得到当前频偏；
基于平滑系数根据所述当前频偏获取频率误差；
根据所述消去残留频偏后的信号和所述频率误差得到解调信号。
第二方面，本申请提供了一种稳定解调频率追踪装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果和目标信号；
第一获得模块，用于根据所述当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果得到消去残留频偏后的信号；
第二获得模块，用于根据所述消去残留频偏后的信号和目标信号得到解调信号。
可选地，所述获取模块包括：
第一获取单元，用于获取当前输入信号的上一时刻输入信号和上一时刻目标信号；
第一获得单元，用于得到根据所述上一时刻输入信号和上一时刻目标信号得到上一时刻信号的频偏；
第二获取单元根据所述上一时刻信号的频偏获取所述一次环路滤波结果和所述二次环路滤波结果。
第三方面，本申请提供了一种设备，所述设备包括存储器和处理器，所述存储器用于存储指令或代码，所述处理器用于执行所述指令或代码，以使所述设备执行前述第一方面任一项所述的稳定解调频率追踪方法。
第四方面，本申请提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有代码，当所述代码被运行时，运行所述代码的设备实现前述第一方面任一项所述的稳定解调频率追踪方法。
本申请提供了一种稳定解调频率追踪方法。在执行所述方法时，先获取当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果和目标信号，后根据所述当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果得到消去残留频偏后的信号，最后根据所述消去残留频偏后的信号和目标信号得到解调信，以精确地控制跟踪频谱补偿的灵敏度。这样，通过使用一个一次环路滤波叠加一个两次环路滤波，使得当有额外的信息输入时增加对当前输入的灵敏度，达到了精确地控制跟踪频谱补偿的灵敏度的效果。如此，可以提升频率补偿的稳定性。
附图说明
为更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种稳定解调频率追踪方法的一种方法流程图；
图2为本申请实施例提供的步骤101一种可能的实现方式的一种方法流程图；
图3为本申请实施例提供的一种稳定解调频率追踪装置的一种结构示意图。
具体实施方式
正如前文所述，在通信系统中，当发射机和接收机之间的振荡器不匹配或者存在多普勒频移，会引起发射机和接收机之间的采样时钟频率偏差。对于通信系统，不同的调制方式会有不同的解调方法，但频率偏差追踪的方法是可以通用。在对信号进行同步时，会进行频偏估计，例如利用同步字求得频率偏移量，在进行解调前会先去除同步估计得到的频率偏移量。但会存在残留的频率偏差，同时频率偏移量会随着时间的变化继续变化，因此，也会同时对频率进行追踪，例如采用一次环路滤波或二次环路滤波对频率进行追踪，及时的补偿偏移量，进而提高解调的性能，但是上述对频率追踪的方法单一，频率追踪的结果不够可靠。
经研究发现，采用在消去当前频率误差的基础上，使用一个一次环路滤波叠加一个两次环路滤波，可以精确地控制跟踪频谱补偿的灵敏度，增加频偏补偿的稳定性。其中，一次环路滤波相当于是将新的采样值与上次的滤波结果计算一个加权平均值，适用于追踪波动频率比较高的场景，它不用记录历史数据，但其灵敏度较低，有一定的滞后性。两次环路滤波其相当于再次平滑，当第二次有额外的信息输入就有明显作用，其增加了对当前输入的灵敏度。
有鉴于此，本申请提供了一种稳定解调频率追踪方法。在执行所述方法时，先获取当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果和目标信号，后根据所述当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果得到消去残留频偏后的信号，最后根据所述消去残留频偏后的信号和目标信号得到解调信，以精确地控制跟踪频谱补偿的灵敏度。这样，通过使用一个一次环路滤波叠加一个两次环路滤波，使得当有额外的信息输入时增加对当前输入的灵敏度，达到了精确地控制跟踪频谱补偿的灵敏度的效果。如此，可以提升频率补偿的稳定性。
为了使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1为本申请实施例提供的一种稳定解调频率追踪方法的一种方法流程图。结合图1所示，在本申请实施例提供的稳定解调频率追踪方法可以包括：
S101：获取当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果和目标信号。
在本实施例中，在通信系统中，当发射机和接收机之间的振荡器不匹配或者存在多普勒频移，会引起发射机和接收机之间的采样时钟频率偏差，在进行解调前会先去除同步估计得到的频率偏移量。但会存在残留的频率偏差，同时频率偏移量会随着时间的变化继续变化，因此进一步使用数字滤波器进行频率跟踪和补偿，其中数字滤波器是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种算法或装置。
数字滤波器的功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。数字滤波器主要有两种，一种是IIR，称之为无限的冲激响应滤波器，另外一种是FIR，这种滤波器是与IIR相对应的，这个是有限的冲激响应滤波器。FIR的滤波器是没有闭环的反馈的环路信号，它的结构比较简单，可以实现比较严格的线性方程的相位的计算，相反的话，会采用IIR滤波器，本申请实施例采用IIR滤波器进行说明。
无限冲激响应(IIR：Infinite Impulse Response)是一种适用于许多线性时不变系统的属性，这些系统的特征是具有一个冲激响应h(t)，该冲激响应h(t)不会在特定点上完全变为零，而是无限期地持续。这与有限冲激响应(FIR：Finite Impulse Response)系统形成对比，在有限冲激响应(FIR)系统中，对于某个有限T，在时间t>T时，冲激响应确实恰好变为零。其中无限冲激响应滤波器可以分为一次、二次和多次无限冲激响应滤波器，次数越高，成本越高，实现难度越大。
本申请实施例以蓝牙低功耗系统GFSK调制为例，接收当前信号
Figure BDA0004032236220000061
获取一次环路滤波和二次环路滤波的一次环路滤波结果
Figure BDA0004032236220000062
以及二次环路滤波结果
Figure BDA0004032236220000063
并获取目标信号，也即理想信号
Figure BDA0004032236220000064
其中一次环路滤波相当于是将新的采样值与上次的滤波结果计算一个加权平均值，适用于追踪波动频率比较高的场景，它不用记录历史数据，但其灵敏度较低，有一定的滞后性。两次环路滤波其相当于再次平滑，当第二次有额外的信息输入就有明显作用，其增加了对当前输入的灵敏度。
S102：根据当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果得到消去残留频偏后的信号。
在本实施例中，根据上述获取的当前信号、一次环路滤波结果和二次环路滤波结果得到消去残留频偏后的信号，具体地，通过用接收的当前信号
Figure BDA0004032236220000065
去除环路滤波后的信号偏移，即残留频偏，即可得到当前时刻点N消去残留频偏后的信号，可以认为此时已经消除了上一时刻的频偏，需要说明的是，本申请上述的IIR滤波器是一种带反馈的滤波系统，也就是说，其滤波结果将被反馈并迭代到下一次的信号处理中，也即上述与当前信号同时获取的环路滤波结果为上一时刻的环路滤波结果，可以理解的是，上述环路滤波包括一次环路滤波结果和二次环路滤波结果。
可选地，根据当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果得到消去残留频偏后的信号，包括获取一次环路滤波结果的系数和所述二次环路滤波结果的系数，在本实施例中，为了结果的灵活性，可以分别给一次环路滤波结果和二次环路滤波结果设置系数α、β，以便根据解调结果和用户需求对频率补偿过程进行调节。
从而根据当前输入信号
Figure BDA0004032236220000071
一次环路滤波结果的系数α、二次环路滤波结果的系数β、一次环路滤波结果
Figure BDA0004032236220000072
和二次环路滤波结果
Figure BDA0004032236220000073
得到消去残留频偏后的信号。
上述过程可以使用以下公式实现：
Figure BDA0004032236220000074
其中，
Figure BDA0004032236220000075
为上一时刻N-1点一次环路滤波得到的频偏(初始化为0)，
Figure BDA0004032236220000076
为上一时刻N-1点两次环路滤波得到的频偏(初始化为0)，α、β为0～1之间的常数。
S103：根据消去残留频偏后的信号和目标信号得到解调信号。
在本实施例中，根据消去残留频偏后的信号和目标信号得到解调信号，上述已知当前消去残留频偏的信号为
Figure BDA0004032236220000077
用消去残留频偏的信号
Figure BDA0004032236220000078
消去当前频偏，其中当前频偏是根据目标信号获得的，进而可得到解调信号。
可选地，根据消去残留频偏后的信号和目标信号得到解调信号包括根据消去残留频偏后的信号和目标信号得到当前频偏：
Figure BDA0004032236220000079
进一步的，为了方便对上述当前频偏进行调节，用系数IIRCoef1即CIIR1平滑，得到平滑后的当前频率误差：
Figure BDA00040322362200000710
根据消去残留频偏后的信号和所述频率误差得到解调信号：
可以用以下公式获得：
Figure BDA00040322362200000711
Figure BDA00040322362200000712
消去当前频率误差后的得到
Figure BDA00040322362200000713
可以认为
Figure BDA00040322362200000714
已消除的近似所有频率偏差，即可以用
Figure BDA00040322362200000715
去做解调。
在本实施例中，通过使用一个一次环路滤波叠加一个两次环路滤波，使得当有额外的信息输入时增加对当前输入的灵敏度，达到了精确地控制跟踪频谱补偿的灵敏度的效果。如此，可以提升频率补偿的稳定性。
在本申请实施例中，上述图1所述的步骤S101存在多种可能的实现方式，下面分别进行介绍。需要说明的是，下文介绍中给出的实现方式仅作为示例性的说明，并不代表本申请实施例的全部实现方式。
图2为本申请实施例提供的获取当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果和目标信号一种方法流程图。结合图2所示，在本申请实施例提供的获取当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果和目标信号可以包括：
S1011：获取当前输入信号的上一时刻输入信号和上一时刻目标信号。
在本实施例中，以[N-2,N-1,N]为重构信号
Figure BDA0004032236220000081
为N-1点对应的输入信号，也即
Figure BDA0004032236220000082
为当前时刻的上一时刻的目标信号，
Figure BDA0004032236220000083
为上一时刻的输入信号。
S1012：根据所述上一时刻输入信号和上一时刻目标信号得到上一时刻信号的频偏。
在本实施例中，根据上一时刻的输入信号和上一时刻的目标信号得到上一时刻的频偏，也即得到上一时刻的频率误差：
Figure BDA0004032236220000084
S1013：根据所述上一时刻信号的频偏获取所述一次环路滤波结果和所述二次环路滤波结果。
在本实施例中，对上一时刻信号的频偏进行一次环路滤波得到
Figure BDA0004032236220000085
进行两次环路滤波得到
Figure BDA0004032236220000086
可选地，根据上一时刻信号的频偏得到一次环路滤波结果和所述二次环路滤波结果，包括为一次环路滤波和二次环路滤波设置系数，并根据一次环路滤波系数和二次环路滤波系数得到一次环路滤波结果和二次环路滤波结果。
可选地，为了进一步消除之前的频偏残留，本申请实施例具体包括获取上一时刻的再上一时刻的一次环路滤波结果和上一时刻的再上一时刻的二次环路滤波结果，可以理解的是上述上一时刻的再上一时刻的一次环路滤波结果和所述上一时刻的再上一时刻的二次环路滤波结果初始化为0。
综上，上述一次环路滤波结果和二次环路滤波结果可以通过以下公式表示：
Figure BDA0004032236220000091
Figure BDA0004032236220000092
其中，
Figure BDA0004032236220000093
为上一时刻的再上一时刻的一次环路滤波结果，CIIR1为一次环路滤波系数，
Figure BDA0004032236220000094
为上一时刻的再上一时刻的二次环路滤波结果，CIIR21、CIIR22、CIIR23为两次环路滤波系数，该近似用抛物线平滑以应对非线性(当CIIR21＝0时仍为线性平滑)。
在本实施例中，通过迭代之前时刻的残留频偏，并加入系数进行调节，可以进一步提升频率补偿的稳定性。
以上为本申请实施例提供稳定解调频率追踪方法的一些具体实现方式，基于此，本申请还提供了对应的装置。下面将从功能模块化的角度对本申请实施例提供的装置进行介绍。
参见图3所示的一种稳定解调频率追踪装置300的结构示意图，该装置300包括获取模块301第一获得模块302和第二获得模块303。
获取模块301，用于获取当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果和目标信号；
第一获得模块302，用于根据所述当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果得到消去残留频偏后的信号；
第二获得模块303，用于根据所述消去残留频偏后的信号和目标信号得到解调信号。
本申请实施例还提供了对应的设备以及计算机存储介质，用于实现本申请实施例提供的方案。
其中，所述设备包括存储器和处理器，所述存储器用于存储指令或代码，所述处理器用于执行所述指令或代码，以使所述设备执行本申请任一实施例所述的稳定解调频率追踪方法。
所述计算机存储介质中存储有代码，当所述代码被运行时，运行所述代码的设备实现本申请任一实施例所述的稳定解调频率追踪方法。
本申请实施例中提到的“第一”、“第二”(若存在)等名称中的“第一”、“第二”只是用来做名字标识，并不代表顺序上的第一、第二。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(英文：read-only memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如路由器等网络通信设备)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅是本申请示例性的实施方式，并非用于限定本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种稳定解调频率追踪方法，其特征在于，包括：
获取当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果和目标信号；
根据所述当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果得到消去残留频偏后的信号；
根据所述消去残留频偏后的信号和所述目标信号得到解调信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果和目标信号，包括：
获取当前输入信号的上一时刻输入信号和上一时刻目标信号；
根据所述上一时刻输入信号和上一时刻目标信号得到上一时刻信号的频偏；
根据所述上一时刻信号的频偏获取所述一次环路滤波结果和所述二次环路滤波结果。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述上一时刻信号的频偏得到所述一次环路滤波结果和所述二次环路滤波结果，包括：
获取一次环路滤波系数和二次环路滤波系数；
根据所述一次环路滤波系数和二次环路滤波系数得到所述一次环路滤波结果和所述二次环路滤波结果。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述上一时刻信号的频偏得到所述一次环路滤波结果和所述二次环路滤波结果，包括：
获取上一时刻的再上一时刻的一次环路滤波结果和上一时刻的再上一时刻的二次环路滤波结果；所述上一时刻的再上一时刻的一次环路滤波结果和所述上一时刻的再上一时刻的二次环路滤波结果初始化为0；
根据所述上一时刻的再上一时刻的一次环路滤波结果和所述上一时刻的再上一时刻的二次环路滤波结果得到所述一次环路滤波结果和所述二次环路滤波结果。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果得到消去残留频偏后的信号，包括：
获取所述一次环路滤波结果的系数和所述二次环路滤波结果的系数；
根据所述当前输入信号、所述一次环路滤波结果的系数、所述二次环路滤波结果的系数、所述一次环路滤波结果和所述二次环路滤波结果得到消去残留频偏后的信号。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述消去残留频偏后的信号和所述目标信号得到解调信号，包括：
根据所述消去残留频偏后的信号和所述目标信号得到当前频偏；
基于平滑系数根据所述当前频偏获取频率误差；
根据所述消去残留频偏后的信号和所述频率误差得到解调信号。
7.一种稳定解调频率追踪装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果和目标信号；
第一获得模块，用于根据所述当前输入信号、一次环路滤波结果、二次环路滤波结果得到消去残留频偏后的信号；
第二获得模块，用于根据所述消去残留频偏后的信号和所述目标信号得到解调信号。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述获取模块包括：
第一获取单元，用于获取当前输入信号的上一时刻输入信号和上一时刻目标信号；
第一获得单元，用于得到根据所述上一时刻输入信号和上一时刻目标信号得到上一时刻信号的频偏；
第二获取单元根据所述上一时刻信号的频偏获取所述一次环路滤波结果和所述二次环路滤波结果。
9.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括存储器和处理器，所述存储器用于存储指令或代码，所述处理器用于执行所述指令或代码，以使所述设备执行权利要求1至6任一项所述的基于助手软件的测试的方法。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中存储有代码，当所述代码被运行时，运行所述代码的设备实现权利要求1-6任一项所述的基于助手软件的测试的方法。
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