CN1964342A - 载波恢复的电路和方法 - Google Patents

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Abstract

一种载波恢复电路，接收正交分频多路复用数据，包括解调制器、频域转换器、均衡器、频率偏移检测器和补偿器。解调制器用一载波信号解调制上述正交分频多路复用数据。频域转换器耦接到上述解调制器，转换上述解调制的正交分频多路复用数据到频域。均衡器耦接到上述频域转换器，等化上述转换的正交分频多路复用数据。频率偏移检测器耦接到上述均衡器，从上述等化的正交分频多路复用数据撷取一相位参考数据，根据上述相位参考数据和上述载波恢复电路内一预定数据决定一频率偏移。补偿器耦接到上述频率偏移检测器，根据上述频率偏移补偿上述载波信号。

Description

载波恢复的电路和方法
技术领域
本发明涉及正交分频多路复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)，特别涉及一种正交分频多路复用系统内的载波恢复电路和载波恢复的方法。
背景技术
在载波恢复(Carrier recovery)中，估计一个传送器和接收器之间的载波频率偏移能将传送器和接收器之间的载波频率同步化。近年来，正交分频多路复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)的重要性已获得广泛的注意，尤其当正交分频多路复用系统中每个子频道更紧密的配置在一起时，对于撷取数据而言，以精确的载波解调制变得相当重要。。
在正交分频多路复用系统中，传送器在频域子频道调制数据时，每个子频道皆有一个相对应的子载波，然后传送器将已在子频道调制的数据和一带有载波频率fct的载波调制在一起，并且将载波调制的数据转换到时域，以经由无线频道传送到接收器。接收器用带有载波频率fcr的当地载波信号Scr解调制，使得数据可以复原。如果接收器载波频率fcr和传送器载波频率fct的频率不同，接收器就不能正确接收数据，所以需要载波恢复方法将两边的信号频率同步化。
现有技术中使用两个连续的正交分频多路复用符号可以估计载波频率偏移，且两个连续的正交分频多路复用符号的关是将第一符号移动一相位差之后即等于第二符号，其中，此正交分频多路复用符号称为”导频符号(pilotsymbol)”或”训练序列(training sequences)”，此相位差为exp[j2π(Δf*T)]，而且Δf表示传送器和接收器之间的载波频率偏移(fcr-fct)，T为一个正交分频多路复用帧(frame)的取样期间。
为了执行载波恢复，在传送器中，导频符号被加入每个正交分频多路复用帧内然后被接收器接收，以藉由比较两个连续正交分频多路复用帧的导频符号以产生频率偏移值Δf。图1显示现有技术中两个连续正交分频多路复用帧的导频符号的调制号分布图(constellation diagram)，因为在调制号分布图中，每个点皆代表每一符号的数字数据被转换到频域时的相对应的相位与振幅，所以从每个点在图中所占据的位置可以得知各不同点之间的相位差，因而从这些相位差便能得知各不同符号的频率差异。本图包括第一正交分频多路复用符号的导频符号100a、b、c、d和第二正交分频多路复用符号的导频符号102a、b、c、d。导频符号100a、b、c、d和导频符号102a、b、c、d间分别的角度差Δθ由下列式子来获得频率偏移值Δf：
Δf＝Δθ/(2π*T)    (1)
图2a和2b显示现有技术中的载波恢复电路的方块图。
参考图2a，显示一现有接收器，包括延迟组件200、解调制器202a和202b，频域转换器204a和204b、相位差检测器206、滤波器208、振荡器210、和均衡器212。在接收器初始化之后，当接收到目前数据D1时，接收器能同时接收目前数据D1并且保存延迟组件200内的先前数据D1-1，然后解调制器202a和202b使用接收器载波信号Scr以分别将先前数据D1-1和目前数据D1解调制，接着在频域转换器204a和204b中，将先前数据D1-1和目前数据D1由频域转换到时域，在均衡器212中，频率等化先前数据D1-1和目前数据D1，而在相位差检测器206中，由先前数据D1-1和目前数据D1中获得各相对应的导频符号，并且，藉由滤波器208过滤频率偏移中不想要的频率组成以及输出频率偏移Δf以决定两者间的频率偏移，振荡器210补偿频率偏移Δf，接着用更正频率-Δf解调制数据D1和下一个数据D1+1。
参考图2b，显示一现有接收器2b，包括解调制器220、频域转换器222、缓冲器224、相位差检测器226、滤波器228、振荡器230、和均衡器232。接收器2b具备接收、解调制、转换、以及在缓冲器224内保存先前数据D1-1的能力，然后接收和解调制目前数据D1，接着在频域转换器222中，将目前数据D1由频域转换到时域，而由缓冲器224保存目前数据D1，均衡器232频率等化先前数据D1-1和目前数据D1，在相位差检测器226中，由先前数据D1-1和目前数据D1获得相对应的导频符号，并藉由滤波器228过滤频率偏移中不想要的频率组成以及输出频率偏移Δf以决定两者间的频率偏移，振荡器230补偿频率偏移Δf，接着用更正频率-Δf解调制数据D1和下一个数据D1+1。
因为接收器2a和2b使用两个连续数据D1-1和D1的导频符号来计算频率偏移Δf，所以会有至少两个数据的数据延迟，并且电路会比较复杂。所以本发明揭露了一种电路和方法，用以减低频率偏移Δf的计算延迟和简化接收器电路。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种载波恢复电路(carrier recovery circuit)，用以接收正交分频多路复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交分频多路复用)数据，此载波恢复电路包括一解调制器、一频域转换器、一均衡器、一频率偏移检测器、和一补偿器。解调制器用一载波信号解调制上述正交分频多路复用数据。频域转换器耦接到上述解调制器，转换上述解调制的正交分频多路复用数据到频域。均衡器耦接到上述频域转换器，等化上述转换的的正交分频多路复用数据。频率偏移检测器耦接到上述均衡器，从上述等化的正交分频多路复用数据中，撷取一相位参考数据，根据上述相位参考数据和上述载波恢复电路内一预定数据，决定一频率偏移。补偿器则耦接到上述频率偏移检测器，根据上述频率偏移补偿上述载波信号。
此外，本发明另提出一种载波恢复电路，包括一符号产生器、一频率偏移检测器、和一补偿器。符号产生器利用一载波信号由一输入数据产生一相位参考数据。频率偏移检测器则耦接到上述符号产生器，从上述相位参考数据和上述载波恢复电路内的一预定数据，决定一频率偏移。补偿器则耦接到上述频率偏移检测器并根据上述频率偏移补偿上述载波信号。
此外，本发明另提出一种载波恢复的方法，用于一接收器，包括用一载波信号从一输入数据产生一相位参考数据；从上述相位参考数据和上述载波恢复电路内的一预定数据，决定一频率偏移；以及根据上述频率，补偿补偿上述载波信号。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1显示现有技术中两个连续正交分频多路复用帧的导频符号的调制号分布图。
图2a和2b显示现有技术中的载波恢复电路的方块图。
图3显示本发明实施例中的载波恢复电路的方块图。
图4显示图3中的载波恢复电路的详细方块图。
图5显示本发明实施例中的载波恢复方法的流程图。
图6显示本发明实施例中的调制号分布图。
附图符号说明
200-延迟组件；    204a，b-频域转换器； 206-相位差检测器；
208-滤波器；      210-振荡器；         212-均衡器；       222-频域转换器；
226-相位检测器；  228-滤波器；         230-振荡器；       232-均衡器；
30-符号产生器；   32-频率偏移检测器；  34-补偿器；
30-符号产生器；   300-解调制器；       302-频域转换器；
304-均衡器；      32-频率偏移检测器；  320-相位检测器；
322-滤波器；      340-振荡器；         S500-初始化；
S502-用更正频率-Δf解调制输入数据Din；
S504-将输入数据Din由时域转换到频域；
S506-等化输入数据Din；
S508-以相位参考数据Dp和预定数据Dpre来估计相位差Δθ；
S514-以频率偏移Δf补偿更正频率-Δf。
具体实施方式
在此必须说明的是，在下揭露内容中所提出的不同实施例或范例，是用以说明本发明所揭示的不同技术特征，其所描述的特定范例或排列用以简化本发明，然非用以限定本发明。此外，在不同实施例或范例中可能重复使用相同的参考数字与符号，此等重复使用的参考数字与符号用以说明本发明所揭示的内容，而非用以表示不同实施例或范例间的关系。
虽然本发明的揭露用于一正交分频多路复用系统，揭露的电路和方法也可以适用于其它系统，熟习此技艺者可以根据本发明的精神作适当地调整。
图3显示本发明实施例中的载波恢复电路的方块图，包括符号产生器30，频率偏移检测器32，和补偿器34。符号产生器30耦接到频率偏移检测器32、补偿器34、然后到符号产生器30。载波恢复电路3可以用于一接收器，用以达成传送器和接收器间的载波频率同步化(carrier frequencysynchronization)。
符号产生器30从传送器接收输入数据Din，用更正频率-Δf对输入数据Din执行载波解调制，用以产生相位参考数据Dp。相位参考数据Dp是传送器和接收器都事先知道的一特定符号，在传送前置入于输入数据Din，而且可以为一导频符号(pilot symbol)。输入数据Din可以为一正交分频多路复用数据，一分频多路复用(Frequency Division Multiplexing，FDM)数据，或任何带有相位参考数据的信号。输入数据Din在传送器内调制并且传送到接收器。此外，在传送器的传送器载波频率fct可能和接收器载波频率fcr不同，因此需要载波频率恢复(carrier frequency recovery)。
频率偏移检测器32能接收来自符号产生器30的相位参考数据Dp并根据相位参考数据Dp和一预定数据Dpre以决定频率偏移Δf。频率偏移Δf为在接收器的传送器载波频率fct和接收器载波频率fcr的频率差别。预定数据Dpre为传送器和接收器都知道的上述预定符号。接收器可以事先估计或储存Dpre。Dpre可以为导频符号或任何合适的参考信号。
补偿器34由频率偏移检测器32接收频率偏移Δf，用以补偿频率偏移，和同步传送器载波频率fct和接收器载波频率fcr。
图4显示图3中的载波恢复电路的详细方块图，其中符号产生器30包括解调制器300、频域转换器302、均衡器304，频率偏移检测器32包括相位检测器320、滤波器322，以及补偿器34包括振荡器340。解调制器300耦接到频域转换器302、均衡器304、相位检测器320、滤波器322、振荡器340、然后到解调制器300。
解调制器300使用更正频率-Δf对输入数据Din执行载波解调制，接着频域转换器302将输入数据Din从时域转换到频域，均衡器304频率等化输入数据Din用以移除频道选择性衰落效应(channel selective fadingeffect)。解调制器300可以为一乘法器，将输入数据Din和接收器载波信号Scr相乘。频域转换器302应用离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)算法将输入数据Din由时域转换到频域。离散傅立叶变换算法可以是快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)。输入数据Din包括数据符号和相位参考数据Dp。
相位检测器320接收相位参考数据Dp，估计相位参考数据Dp和预定数据Dpre间的相位差Δθ，并且根据相位差Δθ和下列方程式产生频率偏移Δf：。
Δf＝Δθ/(2πN)    (2)
其中Δf是频率偏移；
Δθ是相位差；以及
N是正交分频多路复用数据的取样数目。
滤波器322接着将不想要的频率组成过滤掉并且输出频率偏移Δf。最后，振荡器340由滤波器322获得频率偏移Δf，根据频率偏移Δf调整以及产生更正频率-Δf，使得传送器和接收器的输入数据Din同步。振荡器340可以是数控振荡器(Numerically Controlled Oscillator，NCO)或电压控制振荡器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)。
图5显示本发明实施例中的载波恢复方法的流程图，应用于图4中的载波恢复电路。
在初始化之后，步骤S502中解调制器300接收和解调制输入数据Din。
步骤S504中，频域转换器302将输入数据Din由时域转换到频域，藉此由相对应的子载波撷取相位参考数据Dp。上述频域转换可以由离散傅立叶变换实现。离散傅立叶变换算法可以是快速傅立叶变换。
下一步在步骤S506中，均衡器304频率等化输入数据Din，用以移除频道选择性衰落效应，使得相位参考数据Dp可以和载波恢复电路3内的预定数据Dpre比较。
步骤S508中，相位检测器320获取相位参考数据Dp，并且估计相位参考数据Dp和预定数据Dpre之间的相位差Δθ。相位检测器320只藉由一单独正交分频多路复用帧的相位参考数据Dp以及载波恢复电路3内的预定数据Dpre，来决定频率偏移Δf，使得频率偏移Δf的计算速度比图2中的接收器2a和2b来的快。
接着步骤S510中，相位检测器320用方程式2和相位差Δθ产生频率偏移Δf。
步骤S512中，滤波器322从相位检测器320的输出过滤不想要的频率组成，用以产生送到振荡器340的频率偏移Δf。
步骤S514中，振荡器振荡器340用频率偏移(f补偿更正频率-Δf，藉此移除频率偏移(f。
载波恢复方法50接着回到步骤S502用更正频率-Δf解调制输入数据Din，并且重复步骤S502、S504、S506、S508、S510、S512、和S514一直到方法50完成。
图6显示本发明实施例中的调制号分布图(constellation diagram)，使用图5的载波恢复方法50，包括相位参考数据600a、b、c、d和预定数据602a、b、c、d。
在载波恢复方法50初始化之后，步骤S502用更正频率-Δf解调制输入数据Din，步骤S504转换输入数据Din到频域，步骤S506频率等化输入数据Din，然后由输入数据Din撷取相位参考数据Dp。相位参考数据Dp为相位参考数据600a、b、c、d中之一。步骤S510中，如果相位参考数据600a为相位参考数据Dp，相位差((则是相位参考数据600a和预定数据602a间的相位差((a。步骤S512中，频率偏移(fa由EQU2产生，在步骤S514中将频率偏移(fa从载波频率移除，并且在步骤S502中，使用补偿过的频率偏移(f解调制输入数据Din。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种载波恢复电路，包括：
一符号产生器，用以利用一载波信号，以从一输入数据中，产生一相位参考数据；
一频率偏移检测器，耦接到上述符号产生器，用以从上述相位参考数据和上述载波恢复电路内的一预定数据以决定一频率偏移；以及
一补偿器，耦接到上述频率偏移检测器，用以根据上述频率偏移以补偿上述载波信号。
2.如权利要求1所述的载波恢复电路，其中，上述频率偏移检测器包括：
一相位检测器，耦接到上述均衡器，估计上述相位参考数据和上述预定数据间的一相位差Δθ；以及
一频率偏移模块，耦接到上述相位检测器，根据上述相位差Δθ产生上述频率偏移Δf。
3.如权利要求2所述的载波恢复电路，其中，上述频率偏移Δf为：
Δf＝Δθ/(2πN)
其中：  Δf是上述频率偏移；
        ((是上述相位差；以及
        N是上述正交分频多路复用数据的取样数目。
4.如权利要求1所述的载波恢复电路，其中，上述补偿器包括一振荡器，耦接到上述频率偏移检测器和上述符号产生器，并用上述频率偏移调整上述载波信号。
5.如权利要求1所述的载波恢复电路，其中，上述符号产生器包括：
一解调制器，用以利用上述载波信号解调制上述输入数据；以及
一频域转换器，耦接到上述解调制器，用以利用离散傅立叶变换以将上述解调制的输入数据转换到频域。
6.如权利要求5所述的载波恢复电路，其中上述符号产生器更包括一均衡器，耦接到上述频域转换器，用以等化上述已转换的输入数据。
7.一种载波恢复的方法，用于一接收器，包括：
利用一载波信号，以从一输入数据中，产生一相位参考数据；
从上述相位参考数据和上述载波恢复电路内的一预定数据，决定一频率偏移；以及
根据上述频率偏移，补偿上述载波信号。
8.如权利要求7所述的载波恢复的方法，其中，上述决定步骤包括：
估计上述相位参考数据和上述预定数据间的一相位差Δθ；以及
根据上述相位差Δθ，产生上述频率偏移Δf。
9.如权利要求8所述的载波恢复的方法，其中，上述频率偏移Δf为：
(f＝((/(2(N)
其中：(f是上述频率偏移；
      ((是上述相位差；以及
      N是上述正交分频多路复用数据的取样数目。
10.如权利要求7所述的载波恢复的方法，其中，上述产生步骤包括：
利用上述载波信号解调制上述输入数据；以及
利用离散傅立叶变换以将上述解调制的输入数据转换到频域。
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