相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计系统技术方案

本实用新型专利技术涉及数字无线通讯领域，公开了一种相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计系统，该系统将GFSK/FSK信号的前缀信号设计为一串固定长度的0和1交替的码，通过此前缀码的使用让接收机可以在无需复制理想接收信号c(i)情况下，将c(i)从x(i)中完全除掉，从而避免了由于GFSK/FSK信号的频率调制指数无法准确得到且会随时间温度发生变化而在接收端无法准确复制理想接收信号c(i)的难题，提高了频偏估计的准确性。此外，通过迭代合并R（N)，R（2N)，…，R（KN)的频率估计结果，可以消除大频率偏移所造成的相位含混，可以进一步提高频率偏移估计的精度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及数字无线通讯领域，尤其是信号处理领域，具体涉及一种相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计系统。
技术介绍
在数字无线通讯领域，频率偏移估计是常用的信号处理方法之一。由于基站与移动台，或移动台与移动台之间的载波频率不可能绝对相等，因此接收机实际接收信号与期望的接收信号间存在一个较为固定的频率偏移。这种频率偏移在数字无线通讯领域是有害的，它可以降低信道估计的准确性、造成误码率上升。因此数字无线通讯系统中，接收机通常需要依据上行接收信号进行频率偏移估计，继而进行频率偏移补偿，以消除频率偏移所带来的种种有害影响。对于信号调制，分为振幅键控ASK、移频键控FSK/GFSK、移相键控PSK。基本原理都是用载波信号与数字基带信号相作用(不同的调制方式，计算公式不同)，在发送的输出端得到了已经被调制的高频信号，而在接受端要恢复出原来的数字基带信号，就需要解调，有两种解调方式，相干解调和非相干解调方式。两种解调方式的根本差别在于，相干解调必须要恢复出相干载波，利用这个相干载波和已调制信号作用，得到最初的数字基带信号，而这个相干载波是和原来在发送端调制该基带信号的载波信号是同频率同相位的，而非相干解调不需要恢复出相干载波，所以比相干解调方式要简单。但是相干解调方式在大多数情况下，解调效果要好些。所谓相干，泛泛地说就是相互同步，相干解调是指利用乘法器，输入一路与载频相干(同频同相)的参考信 号与载频相乘。比如原始彳目号A与载频cos (ω t+Θ )调制后得到彳目号Acos (ω t+Θ )；解调时引入相干(同频同相)的参考信号cos ( t+ Θ )，则得到Acos ( ω t+Θ ) cos ( ω t+Θ )利用积化和差公式可以得到A*l/2* [cos ( ω t+ θ + ω t+ θ ) +cos ( ω t+ θ - ω t— θ )]=Α*1/2* [cos (2 ω t+2 θ ) +cos (O)]=A/2*[cos(2cot+2 θ )+1]=A/2+A/2cos (2 ω t+2 θ )利用低通滤波器将高频信号cos (2 ω t+2 θ )滤除，即得原始信号A。因此相干解调需要接收机和载波同步。而非相干解调不使用乘法器，不需要接收机和载波同步。解调方式为非相干解调的情况下，无需准确估计频率偏移。对于相干解调，能大幅提高接收机的性能，但必须准确估计频率偏移。我们将接收的GFSK/FSK信号表示为= c(i)eji2*,T+e) + / (/) i=l，2，..,Q这里c(i)代表理想接收信号，fd代表频率偏移，Θ代表相位偏移，T代表采样时间间隔，n(i)代表噪声。由于GFSK/FSK信号的频率调制指数会以较大误差偏离其标准值(10%或更高)，此误差会改变GFSK/FSK信号的相位，进而改变c (i)的取值，现有技术方案很难准确估计频率偏移。ArrayComm 公司的专利“Method and apparatus for decisiondirecteddemodulation usingantenna arrays and spatial processing，，，技术人Barratt ；Craig H. (Redwood City, CA) ；Farzaneh ；Farhad(San Francisco, CA) ；Parish ；David M(Los Altos，CA)，公开日1998 年 04 月 23 日，公开号W0 98/17037，描述了一种频率偏移估计的方法，该方法在可能的频率偏移范围内先用大跨度粗搜，然后小跨度精搜的顺序进行频率偏移估计。上述方法使用一段已知信号进行频率偏移估计，其代价函数为实际接收信号与添加探测频率偏移后理想信号间2的误差功率。当误差功率最小时，则使用的探测频率偏移值即为本次频率偏移估计的估值。该方法实际工程应用时，需首先在接收信号中估计这段已知信号的位置，增加了该方法实现的复杂度，也增加了异常情况的几率，即已知信号位置估计错误时，该方法的频率偏移估计结果是错误的。本技术则提供一种新的频率偏移估计系统用以改善或解决上述的问题。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于提供一种相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计系统，避免了由于GFSK/FSK信号的频率调制指数无法准确得到且会随时间温度发生变化而在接收端无法准确复制理想接收信号c (i)的难题，提高了频偏估计的准确性。本技术通过这样的技术方案解决上述的技术问题提供一种相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计系统，该系统包括信号发生器、信号加码单元、无限响应低通滤波器、前缀信号计算单元、频率估计器； 所述信号发生器提供GFSK/FSK信号；所述信号加码单元在所述信号发生器提供的GFSK/FSK信号的前缀设置为固定长度的O和I交替的码成为前缀信号x(i)；所述无限响应低通滤波器接收所述前缀信号X (i)，并进行滤波得到滤波后的信号X，⑴=fIIR-LpF [X ⑴];所述前缀信号计算单元对滤波后的前缀信号进行复共轭乘法运算和累加运算，得到一组消除了前缀信号中‘0’和‘I’所产生的相位变化，只留下频率偏移产生的相位变化的信号 R (N)，R (2N)，…，R (KN)；所述频率估计器对上述R (N), R (2N)，…，R (KN)进行频率估计，得到频率偏移估计值O与现有技术相比较，本技术3具有以下优点本技术将GFSK/FSK信号的前缀信号设计为一串固定长度的{0，1，0，1，...,0,1}码，此前缀码的使用让接收机可以在无需复制理想接收信号C (i)情况下，将c(i)从x(i)中完全除掉，从而避免了由于GFSK/FSK信号的频率调制指数无法准确得到且会随时间温度发生变化而在接收端无法准确复制理想接收信号c(i)的难题，提高了频偏估计的准确性。由于在计算R (N), R (2N),…，R(KN)之前使用无限响应低通滤波器来降低x(i)中的噪声，并使用具有一定间隔的R (N),R (2N),…，R (KN)组合来估计频率偏移，能够以较小的K达到较高的频率估计精度，从而极大的降低了系统复杂度。另外，所述无限响应低通滤波器的截止频率低于GFSK/FSK信号的带宽。附图说明图1是本技术相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计系统的逻辑示意图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本技术各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。本技术的第一实施方式涉及相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计系统，如图1所示，该系统包括信号发生器、信号加码单元、无限响应低通滤波器、前缀信号计算单元、频率估计器；其中，信号发生器用于提供GFSK/FSK信号；在本实施方式中，为了表述方便，将接收的GFSK/FSK信号表示为X(f) 二 c(/y( 2*,了沾)+ η( )，i=l ,2,-,Q这里c(i)代表理想接收信号，4代表频率偏移，Θ代表相位偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计系统，其特征在于，该系统包括：信号发生器、信号加码单元、无限响应低通滤波器、前缀信号计算单元、频率估计器；?所述信号发生器提供GFSK/FSK信号；?所述信号加码单元在所述信号发生器提供的GFSK/FSK信号的前缀设置为固定长度的0和1交替的码成为前缀信号x(i)，所述信号加码单元将所述前缀信号x(i)输出给所述无限响应低通滤波器；?所述无限响应低通滤波器接收所述前缀信号x(i)，并进行滤波得到滤波后的信号x“(i)=fIIR?LPF[x(i)]；所述无限响应低通滤波器将所述滤波后的前缀信号输出给所述前缀信号计算单元；?所述前缀信号计算单元对滤波后的前缀信号进行复共轭乘法运算和累加运算，得到一组消除了前缀信号中‘0’和‘1’所产生的相位变化，只留下频率偏移产生的相位变化的信号R（N），R（2N），…，R（KN）；?所述频率估计器对上述R（N)，R（2N)，…，R（KN)进行频率估计，得到频率偏移估计值dest_path_FDA00002518980200011.jpg

【技术特征摘要】
1.一种相干解调频移键控调制信号的频率偏移估计系统，其特征在于，该系统包括信号发生器、信号加码单元、无限响应低通滤波器、前缀信号计算单元、频率估计器； 所述信号发生器提供GFSK/FSK信号； 所述信号加码单元在所述信号发生器提供的GFSK/FSK信号的前缀设置为固定长度的O和I交替的码成为前缀信号X (i)，所述信号加码单元将所述前缀信号X(i)输出给所述无限响应低通滤波器； 所述无限响应低通滤波器接收所述前缀信号x(i)，并进行滤波得到滤波后的信号X’ (i) =Wlpf[x(i)l ...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂宏，
申请(专利权)人：泰凌微电子上海有限公司，
类型：实用新型
国别省市：