專利名稱：自動頻率控制方法及使用這種方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動頻率控制(AFC)的方法及其裝置，更具體地說，涉及一種自動頻率控制方法及裝置，用來檢測被M-ary相移鍵控調(diào)制和傳輸?shù)男盘栔械耐叫盘枴?br> 因為數(shù)字傳輸技術(shù)能保證高的傳輸質(zhì)量并提高頻率利用率而得到廣泛應(yīng)用。利用這種技術(shù)，利用同步檢測方法的接收機在從調(diào)制之后被傳輸?shù)男盘栔袡z測同步信號之后進行信號解調(diào)處理。為了檢測收到的信號中的同步信號，接收機中本地載波的振蕩頻率必須和調(diào)制的載波的頻率相匹配并且應(yīng)當(dāng)沒有相位差。這樣，原始信號可以被正確地檢測。為此，本地載波信號和被調(diào)制的信號的載波同步。參照

圖1、2A和2B將說明檢測接收到的信號中的同步信號的常規(guī)技術(shù)。
圖1所示為用于常規(guī)的正交(quadrature)相移鍵控(QPSK)解調(diào)技術(shù)的自動頻率控制裝置的方塊圖。
在圖1中，接收到的信號S(t)輸入給乘法器11和12。乘法器11、12用從電壓控制振蕩器(VCO)19輸出的且具有90°相位差的第一、第二本地載波乘以收到的信號。此處第一、第二本地載波可分別用2cosω1t和2sinω1t表示。
乘法器11和12的輸出信號分別由低通濾波器13和14進行低通濾波，以便成為基帶信號。當(dāng)在收到的信號中不包括高斯(Gaus-sian)噪聲時，收到的信號可以表示為Acos〔ω0t＋Φ(t)〕。低通濾波器13輸出表示為Acos〔Δωt＋Φ(t)〕的I通道(同相)信號I(t)，并且低通濾波器14輸出表示為Asin〔Δωt＋Φ(t)〕的Q通道(正交的)信號Q(t)。此處Δω＝ω1－ω0。
低通濾波器13和14的輸出信號分別在模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)15、16中被數(shù)字化，并作為解調(diào)信號輸出。同時，數(shù)字化的信號(Ik和Qk)被輸入到頻率檢測器17。
由A/D轉(zhuǎn)換器15、16輸出的信號對于每一符號周期Tb各有一改變的相位Φ(t)。例如，在正交相移鍵控中，相位Φ(t)為45°、135°、-45°或-135°，并且根據(jù)發(fā)送端的比特流信息和符號周期Tb而改變。
頻率檢測器17接收兩個通道的信號Ik和Qk，從而產(chǎn)生頻率偏移信息V(t)。頻率偏移是因為接收機的實際振蕩頻率(本地載波)和收到的載波頻率不一致而產(chǎn)生的。
頻率偏移信息V(k)通過循環(huán)濾波器(loop filter)18輸入給VCO19。根據(jù)輸入頻率偏移信息，VCO19產(chǎn)生第一、第二本地載波。第一、第二本地載波具有相同的頻率和90°的相位差，以便產(chǎn)生I通道和Q通道信號。
檢測上述頻率偏移信息的技術(shù)在“AFC Tracking Algo-rithms”IEEE Transactions on Commumication，Vol.COM-32，No.8，PP.935-947中討論了。
圖2表示上述參考文獻中披露的使用叉積(cross product)的頻率檢測器。
經(jīng)過采樣并被數(shù)字化的I通道信號Ik，被加到延遲電路(D)21和乘法器24，同樣經(jīng)過采樣并被數(shù)字化的Q通道信號Qk，被加于延遲電路22和乘法器23。乘法器23使延遲的I通道信號乘以輸入Q通道信號，乘法器24把延遲的Q通道信號乘以輸入I通道信號。
減法器25從乘法器23的輸出信號中減去減法器24的輸出信號，并產(chǎn)生根據(jù)采樣周期Ts和符號周期Tb確定的頻率偏移信息V(k)。
這就是說，當(dāng)采樣周期Ts和符號周期Tb相同時，即Ts＝Tb時，減法器25按下述方式產(chǎn)生頻率偏移信號V(k)Ik＝Acos(ΔωkTs＋Φk) …(1)Ik－1＝Acos[Δω(k－1)Ts＋Φk－1] …(2)Qk＝Asin(ΔωkTs＋Φk) …(3)Qk－1＝Asin[Δω(k－1)Ts＋Φk－1] …(4)QkTk-2=A22sin(ΔωTs+Φk-Φk-1)+A22sin[Δω(2k-1)Ts+Φk+Φk-1]---(5)]]>IkQk-1=-A22sin(ΔωTs+Φk-Φk-1)+A22sin[Δω(2k-1)Ts+Φk+Φk-1]---(6)]]>∴V(k)＝QkIk－1－IkQk－1＝A2sin(ΔωTs＋θk)…(7)此處，假定Δω＝ω1－ω0，Φ(t)＝Φk，KTs≤t＜(k＋1)Ts以及θk＝Φk－Φk－1。
在另一方面，當(dāng)Ts＜Tb(過量采樣Tb＝nTs，其中n＞1)，則由減法器25產(chǎn)生的頻率偏移信息V(k)如式(20)所示此處，當(dāng)k不等于nl時，則有Ik＝Acos(ΔωkTs＋φl) …(8)Ik－1＝Acos[Δω(k－1)Ts＋φl] …(9)Qk＝Asin(ΔωkTs＋φl) …(10)Qk－1＝Asin[Δω(k－1)Ts＋φl]…(11)QkIk-1=A22sin(ΔωTs)+A22sin[Δω(2k-1)Ts+2φl]--(12)]]>IkQk-1=-A22sin(ΔωTs)+A22sin[Δω(2k-1)Ts+2φl]---(13)]]>∴V(k)＝QkIk－1－IkQk－1＝A2sin(ΔωTs)并且，當(dāng)k等于nl時，則Ik＝Acos(ΔωkTs＋φl) …(14)Ik－1＝Acos[Δω(k－1)Ts＋φl－1] …(15)Qk＝Asin(ΔωkTs＋φl) …(16)Qk－1＝Asin[Δω(k－1)Ts＋φl－1] …(17)QkIk-1=A22sin(ΔωTs+φl-φl-1)+A22sin[Δω(2k-1)Ts+φl+φl-1]---(18)]]>IkQk-1=-A22sin(ΔωTs+φl-φl-1)+A22sin[Δω(2k-1)Ts+φl+φl-1]---(19)]]>∴v(k)＝QkIk－1－IkQk－1＝A2sin(ΔωTs＋φl)因此，V(k)＝A2sin(ΔωTs) for k≠nlV(k)＝A2sin(ΔωTs＋φl) for k＝nl …(20)
其中l(wèi)＝k/n，并且l是不超過〔x〕＝x的整數(shù)。
圖2B表示一種使用反正切操作的頻率檢測器。反正切部分27接收兩個通道的信號(Qk和Ik)并取Q通道信號Qk作為分子、I通道信號Ik作為分母進行反正切操作。反正切部分27的輸出信號輸入到微分器28，它產(chǎn)生由式21和22表示的頻率偏移信息V(k)。
首先，由式1和3，當(dāng)Ts＝Tb時，F(xiàn)(k)被定義如下F(k)＝tan-1(Qk/Ik)＝ΔωkTs＋φk∴V(k)＝F(k)－F(k－1)＝Δω(k－k＋1)Ts＋(φk－φk－1)＝ΔωTs＋θk…(21)在過量采樣且k≠nl的情況下，由式8和式10得到F(k)＝tan-1(Qk/Ik)＝ΔωkTs＋φl并且從式9和11，得到F(k－1)＝tan-1(Qk－1/Ik－1)＝Δω(k－1)Ts＋φl∴V(k) ＝F(k)－F(k－1)＝ΔωTs在另一方面，在k＝nl的過量采樣情況下，從式14、16得到
F(k)＝tan-1(Qk/Ik)＝ΔωkTs＋φl并且從式15、17得到F(k－1)＝tan-1(Qk－1/Ik－1)＝Δω(k－1)Ts＋φl－1∴V(k)＝F(k)－F(k－1)＝ΔωTs＋φl－φl－1＝ΔωTs＋θl因此，V(k)＝ΔωTsfor k≠nlV(k)＝ΔωTs＋θlfor k＝nl…(22)其中l(wèi)＝k/n且l是不超過〔x〕＝x的整數(shù)。
上式21表示在Ts等于Tb時的微分器28的輸出信號，式22表示在過量采樣時，即Ts＜Tb以及Tb＝nTs時微分器28的輸出信號。為了檢測準(zhǔn)確的頻率，其值按照傳輸信息而改變的θk和θl項從公式中排除了。這里θk和θl表示從當(dāng)前符號周期傳輸?shù)南辔恍畔⒑蛷闹苯拥那耙粋€符號周期傳輸?shù)南辔恍畔⒅g的差，就是說，在傳輸期間符號之間的相位差。以后把θk稱為傳輸相位信息。
同時，具有一個相位差檢測器的用于完成上述反正切操作并實現(xiàn)AFC功能的QPSK解調(diào)器在歐洲專利申請No.0526836 A2中披露了。
然而，如式7和21所示，在采樣頻率等于符號速率的情況下，在公式中包括傳輸相位信息θk。因而便不可能檢測直接正比于頻率偏移Δω的精確的頻率。此外，在過量采樣的情況下，如式20和22所示，因為傳輸相位信息θl留在經(jīng)受符號變換的采樣中，所以不可能檢測精確的頻率。
雖然根據(jù)過量采樣的程度可以改善頻率檢測的性能，但對于20MHz以上的符號速率，過量采樣的硬件成本則會增加例如直接廣播衛(wèi)星的情況。這問題也在微分AFC電路中或離散的付氏變換AFC電路中產(chǎn)生。
為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種自動頻率控制方法，用來自動地控制頻率，在根據(jù)相移鍵控方式傳輸采樣信號之后，通過使用在傳輸期間的相位量化特性獲得最接近于傳輸信號相位的參考相位以及當(dāng)前采樣信號和前一個采樣信號之間的相位差，并檢測頻率偏移。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種實施上述方法的自動頻率控制裝置。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，按照本發(fā)明的自動頻率控制方法，其中包括接收一個MPSK調(diào)制信號，使用調(diào)制信號的相位信息產(chǎn)生頻率偏移信號，并根據(jù)頻率偏移信號控制接收機的本地振蕩頻率，該方法包括下列步驟以預(yù)定的采樣頻率采樣收到的信號；產(chǎn)生具有當(dāng)前采樣信號和前一個采樣信號之間的相位差信息的相位檢測信號；在調(diào)制信號的M—ary相移鍵控信號的參考相位值之中確定最接近于相位檢測信號的相位差信息的參考相位，作為收到信號的傳輸相位信息；并根據(jù)相位差信息和確定的傳輸相位信息之間的相位差產(chǎn)生頻率偏移信號。
為達到本發(fā)明的另一目的，按照本發(fā)明的自動頻率控制裝置，其中在該裝置中接收MPSK調(diào)制信號，使用調(diào)制信號的相位信息產(chǎn)生頻率偏移信號，并且接收機的本地振蕩頻率根據(jù)頻率偏移信號進行控制，該裝置包括以預(yù)定的采樣頻率采樣接收信號并輸出采樣信號的采樣裝置；相位差檢測裝置，用來接收來自采樣裝置的當(dāng)前的采樣信號并產(chǎn)生相位檢測信號，該相位檢測信號具有當(dāng)前采樣信號和其中存儲的前一個采樣信號之間的相位差信息；以及用來接收相位檢測信號以便確定參考相位的裝置，其中所述參考相位在調(diào)制信號的M—ary相移鍵控的參考相位值當(dāng)中最接近于相位檢測信號的相位差信息，作為接收信號的傳輸相位信息，該裝置并根據(jù)相位差信息和傳輸相位信息之間的相位差產(chǎn)生確定的頻率偏移信號。
本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點通過結(jié)合附圖對實施例的詳細(xì)說明可看得更清楚，其中圖1是常規(guī)的QPSK解調(diào)的自動頻率控制裝置的方塊圖；圖2A、2B是常規(guī)的頻率檢測器的方塊圖；圖3表明按照本發(fā)明的傳輸相位信息和參考相位信號之間的關(guān)系；圖4是本發(fā)明最佳實施例的頻率檢測器的方塊圖5頻率偏移的判別曲線；圖6A、6B說明在QPSK的情況下如何由相位檢測信號的實分量和虛分量確定傳輸相位信息；圖7是在QPSK情況下本發(fā)明另一個最佳實施例的頻率檢測器的方塊圖；圖8是在QPSK情況下本發(fā)明再一最佳實施例的頻率檢測器的方塊圖。
參照圖3首先說明自動頻率控制方法如下。
本發(fā)明的自動頻率控制方法概括起來就是對傳輸?shù)男盘栆苑査俾?symbol rate)采樣，如果采樣周期等于符號周期，就借助于傳輸相位信息的假設(shè)通過取消θk項來檢測精確的頻率。這就是說，借助于在用于M—ary相移鍵控的傳輸信息的幾個參考相位中確定一個參考相位ψi作為參考相位來假設(shè)傳輸相位信息θk。這里使用相移鍵控的信號調(diào)制改變傳輸相位信息θk，以便傳輸信息。因此，按照本發(fā)明，檢測頻率偏移，使得通過從在當(dāng)前采樣信號和前一個采樣信號之間的相位差信息中減去假設(shè)的傳輸相位信息(參考相位)來精確地實現(xiàn)自動頻率控制。
現(xiàn)在詳細(xì)說明自動頻率控制的方法如下如果傳輸?shù)氖怯蒑—ary相移鍵控(Keying)調(diào)制的信號，則接收機對收到的信號進行解調(diào)，并且由自動頻率控制裝置對輸入信號進行采樣。
采樣信號Rk的大小r′k隨著噪聲改變。因為采樣信號包括頻率偏移信號ΔωT，采樣信號Rk可由式23表示Rk＝Ik＋jQk=rk′ej(φk+ΔωTk)]]>…(23)此外T＝Ts＝Tb如下面24式所示，如果使用當(dāng)前采樣信號Rk和前一個采樣信號Rk－1進行標(biāo)準(zhǔn)化，所獲得的信號中就具有相位差信息。因此，該信號被稱作相位檢測信號Uk，它是借助于補償由噪聲引起畸變的信號幅值而獲得的。Uk≡RkRk-1*|Rk|×|Rk-1|]]>=r′kej(φk+ΔωTk)r′k-1e-j[φ(k-1)+ΔωT(k-1)]r′kr′k-1---(24)]]>=ej[φk-φ(k-1)+ΔωT]]]>=ej(θk+ΔωT)]]>≡Ck＋jsk
如式24所示，相位檢測信號Uk的相位差信號∠U總是滿足下式25和26∠Uk＝θk＋ΔωT…(25)ΔωT＝∠Uk－θk…(26)采樣信號Rk是被接收的信號，相位檢測信號Uk可用上式24計算。因此，如果按照傳輸?shù)男畔⒍淖兊膫鬏斚辔恍畔ⅵ萲為已知，便可以精確地計算出頻率偏移信號ΔωT。
然而，在差分編碼的情況下，傳輸相位信息θk被傳輸信息改變，并且本身可以用作傳輸信息。因此，如果頻率控制裝置不平穩(wěn)地工作，接收機則不能精確地確定傳輸相位信息。為解決這一問題，可以借助于以恒定的符號間隔傳輸參考相位信息來檢測頻率偏移。然而，這方法對信號傳輸而言是效率低的。
因此，按照本發(fā)明，建議采用下述方法。
傳輸相位信息θk不是連續(xù)的值，而是由M—ary相移鍵控的參考相位量化的并被傳輸。在傳輸期間，傳輸相位信息θk被量化，從而具有如下面27式所示的參考相位值θk∈{Ψi|Ψi=0,±2Mπ,±4Mπ,±6Mπ,···,±M-2Mπ,π}---(27)]]>因此，即使在存在頻率偏移時，符號之間的相位差也可以從采樣信號和參考相位信號中檢測出來，其中參考相位信號最接近于上述傳輸相位信息值中的每一個。
圖3示意地表示本發(fā)明的傳輸相位信息和參考相位信號之間的關(guān)系。在用于選擇最接近于傳輸相位信息θk的參考相位信號的范圍按下述的式28確定的情況下，則確定在該范圍內(nèi)的傳輸相位信息θk和參考相位信號ejψi具有相同的信息。-π/M＜ΔωT＜π/M …(28)因此，按照本發(fā)明的自動頻率控制裝置確定參考相位信號(圖3中的ejψi)為傳輸相位信息θk，它處于包括檢測的相位檢測信號Uk的圖3中的邊界線(虛線)之間。
對于相移鍵控來說，上式28中的參數(shù)M具有和參考相位信號ejψi的數(shù)字相同的值。如果被認(rèn)為是傳輸相位信息θk的參考相位信號ejψi被確定，則可用下面的式31或30計算具有在上述公式25或26中表示的關(guān)系的頻率偏移信號ΔωT。
為了獲得復(fù)數(shù)A和B以及兩個復(fù)數(shù)的角度，使用式29獲得頻率偏移信號ΔωT。Im[AB*|A||B|]----(29)]]>sin(ΔωT)＝Im[Uke-jψi]＝Im[(Ck＋jsk)e-jψi]＝Im[(Ck＋jSk)×(cosψi－sinψi)]＝Skcosψi－Cksinψi＝ΔωT…(30)ΔωT＝sin-1(Skcosψi－Cksinψi) …(31)
利用上式30，頻率偏移信號可以比用式31更為簡單地確定。使用上式23實現(xiàn)的裝置可以檢測具有可忽略的誤差的頻率偏移信號。
下面結(jié)合圖4—6詳細(xì)說明采用本發(fā)明的自動頻率控制方法的裝置。
圖4是按照本發(fā)明的最佳實施例的頻率檢測器的方塊圖。圖4所示的自動頻率控制設(shè)備包括采樣部分30，相位差檢測器32，判斷器34，第一頻率偏移信號發(fā)生器36，以及第二頻率偏移信號發(fā)生器38。這里相位差檢測器32可以包括使用24式的標(biāo)準(zhǔn)化裝置，或者在需要大量計算的情況下，包括使用公式Uk′＝RkRk－1*的共軛復(fù)數(shù)運算器。
現(xiàn)在說明圖4所示裝置的工作情況。
采樣部分30采樣并輸出被接收的并被解調(diào)的信號。按照本發(fā)明，信號的采樣頻率fs設(shè)置成等于符號速率Tb，因而可使用較便宜的硬件。
當(dāng)輸入經(jīng)過采樣的信號Rk時，相差檢測器32使用當(dāng)前的采樣信號Rk和存儲在其中的前一個采樣信號Rk－1產(chǎn)生相位檢測信號Uk或Uk′。被外部控制信號(未示出)選擇的標(biāo)準(zhǔn)化裝置或共軛復(fù)數(shù)運算器在相位差檢測器32處產(chǎn)生相位檢測信號。由相位差檢測器32產(chǎn)生的相位檢測信號被加到判定器34和第一頻率偏移信號發(fā)生器36。因為響應(yīng)兩個相位檢測信號Uk和Uk′進行相同的操作，因而下面僅說明響應(yīng)檢測信號Uk的信號處理。
判定器34使用其中存儲的臨界值確定傳輸相位信息θk。就是說，在收到的信號可能具有的參考相位值當(dāng)中，把最接近于包括在相位檢測信號Uk內(nèi)的相位差信息∠Uk的參考相位確定為調(diào)制信號的傳輸相位信息θk。這樣，判定器34輸出具有傳輸相位信息的參考相位信號ejψi。第一頻率偏移信號發(fā)生器36接收相位檢測信號Uk和參考相位信號ejψi并且產(chǎn)生第一頻率偏移信號sin(ΔωT)。
第一頻率偏移信號發(fā)生器36利用上述式(30)實現(xiàn)，并且產(chǎn)生借助于對輸入?yún)⒖枷辔恍盘杄jψi和相位檢測信號Uk進行共軛復(fù)數(shù)運算獲得的復(fù)數(shù)值的虛數(shù)部分。當(dāng)實現(xiàn)實際的電路時，第一頻率偏移信號發(fā)生器36借助于接收判定器34的參考相位信息ψi和相位檢測信號Uk的實部分量和虛部分量Ck和Sk，按照表達式Skcosψi—Cksinψi進行操作。
第一頻率偏移信號sin(ΔωT)由第一頻率偏移發(fā)生器36輸出，并被加于第二頻率偏移發(fā)生器38。第二頻率偏移發(fā)生器38輸出輸入的第一頻率偏移信號sin(ΔωT)的反正弦值。就是說，產(chǎn)生第二頻率偏移信號ΔωT。第一和第二頻率偏移信號發(fā)生器36和38的所有的輸出可通過使用頻率偏移信息用于產(chǎn)生本地振蕩信號。
圖5所示為由頻率偏移信號發(fā)生器產(chǎn)生的頻率偏移信息。圖5的特性曲線是在|ΔωT|小于π/M，|Δf|小于fs/2M以及fs等于1/Tb的條件下由鑒相器(discriminator)獲得的。
由鑒相器獲得的圖5的曲線A和B是分別由第一頻率偏移信號發(fā)生器36和第二頻率偏移信號發(fā)生器38形成的。第一頻率偏移信號發(fā)生器36產(chǎn)生一接近邊界π/M的非線性鑒相曲線A。如果非線性鑒相曲線A是平坦的增函數(shù)，就不必要是線性的，例如曲線B。就是說，第一頻率偏移信號發(fā)生器36的輸出信號在實際裝置中可用作頻率偏移信息。
這里如果使用第二頻率偏移信號發(fā)生器38，便可以使頻率偏移信息的檢測具有高的精度。不過這樣存在增加計算量的問題。
圖6—8表明本發(fā)明的自動頻率控制方法應(yīng)用于QPSK調(diào)制的情況。在QPSK調(diào)制中，按照公式(27)，參數(shù)M為4，參考相位ψ0、ψ1、ψ2和ψ3分別是0、π/2、π和-π/2。
相位檢測信號Uk的實部分量和虛部分量Ck和Sk之間的和或差具有如圖6A和圖6B所示的關(guān)系。圖6A表示sgn(Ck－Sk)，圖6B表示sgn(Ck＋Sk)。實部分量Ck和虛部分量Sk之間的和或差被確定為按符號函數(shù)被坐標(biāo)軸和虛線對角線劃分的區(qū)域之一。
符號函數(shù)定義如下sgn(x)＝1for x＞0sgn(x)＝0for x＝0sgn(x)＝-1 for x＜0
同時對應(yīng)于圖6A和6B中所確定的區(qū)域的參考相位信息ψi是傳輸相位信息θk。這些關(guān)系總結(jié)如下(a)如果Ck－Sk＞0且Ck＋Sk＞0，則ψi＝0；(b)如果Ck－Sk＜0，且Ck＋Sk＞0，則ψi＝π/2；(c)如果Ck－Sk＜0，且Ck＋Sk＜0，則ψi＝π；以及(d)如果Ck－Sk＞0且Ck＋Sk＜0，則ψi＝-π/2。
借助于由上述關(guān)系和式(30)確定的參考相位確定頻率偏移信號ΔωT，即如果ψi＝0，sin(ΔωT)＝Sk；如果ψi＝π/2，sin(ΔωT)＝-Ck；如果ψi＝π，sin(ΔωT)＝-Sk；以及如果ψi＝-π/2，sin(ΔωT)＝Ck。
總結(jié)上述便得到下式(32)sin(ΔωT)＝Cksgn[sgn(Ck－Sk)－sgn(Ck＋Sk)]＋Sksgn[sgn(Ck－Sk)＋sgn(Ck＋Sk)]…(32)圖7是本發(fā)明另一個實施例的頻率檢測器的方塊圖。圖7的裝置包括采樣部分30，相位差檢測器32，以及使用與QPSK方法有關(guān)的公式(32)的頻率偏移信號發(fā)生器40。
頻率偏移信號發(fā)生器40包括符號發(fā)生器41、42、45和46，減法器43，加法器44和49，以及乘法器47和48。這些元件按上述公式(32)連接。在圖7中，第二頻率偏移信號發(fā)生器38(圖4)可以附加地連接于頻率偏移信號發(fā)生器40的輸出。
現(xiàn)在說明圖7所示的裝置，采樣部分30輸出以和符號速率相同的采樣頻率采樣的信號Rk，相位差檢測器32進行和圖4中所示的相位差檢測器相同的運算。
由相位差檢測器32輸出的相位檢測信號Uk被送到第一、第二符號發(fā)生器41和42。同樣，實部分量信號Ck被送到第一乘法器47，虛部分量信號Sk被送到第二乘法器48。第一符號發(fā)生器41輸出關(guān)于相位檢測信號Uk的實部和虛部分量之間的差(Ck—Sk)的符號函數(shù)的值作為第一符號。第二符號發(fā)生器42輸出關(guān)于相位檢測信號Uk的實部和虛部分量之和(Ck＋Sk)的符號函數(shù)值作為第二符號信號。
加有第一、第二符號信號的減法器43從第一符號信號中減去第二符號信號并輸出所得結(jié)果。第一加法器44接收第一、第二符號信號并將其加在一起，輸出其結(jié)果。第三符號發(fā)生器45輸出關(guān)于減法器43的輸出的符號函數(shù)的結(jié)果值作為第三符號信號。第四符號發(fā)生器46輸出關(guān)于加法器44的符號函數(shù)的結(jié)果值作為第四符號信號。
第一乘法器47使第三符號信號乘以實部分量信號Ck并輸出其結(jié)果。第二乘法器48使第四符號信號乘以虛部分量信號Sk并輸出其結(jié)果。第二加法器49接收乘法器47、48的輸出并產(chǎn)生第一頻率偏移信號sin(ΔωT)。
圖8是本發(fā)明另一實施例的頻率檢測器的方塊圖。圖8的裝置包括采樣部分30、相位差檢測器32以及使用有關(guān)QPSK方法的公式(32)的頻率偏移信號發(fā)生器50。
在頻率偏移信號發(fā)生器50中，控制信號發(fā)生器51接收相位檢測信號Uk，信號反相器52和53使相位差檢測器32輸出的信號分量Ck或Sk反相并輸出反相后的信號，乘法器44根據(jù)由控制信號發(fā)生器51發(fā)生的選擇控制信號(SEL)選擇輸入的信號，并輸出其結(jié)果作為第一頻率偏移信號sin(ΔωT)。在圖8中，第二頻率偏移信號發(fā)生器38(圖4)可以附帶地連接于頻率偏移信號發(fā)生器50的輸出。
現(xiàn)在說明圖8的裝置的工作情況。當(dāng)采樣部分30輸出以與符號速率相同的采樣頻率采樣的信號Rk時，相位差檢測器32進行與圖4所示方塊相同的運算。
相位檢測信號Uk的實部分量信號Ck被第一信號反相器52反相，虛部分量信號Sk被第二信號反相器53反相。
控制信號發(fā)生器51的結(jié)構(gòu)使其用來按照上述公式(32)發(fā)生選擇控制信號(SEL)。這就是說，選擇控制信號是代表sgn(Ck－Sk)和sgn(Ck＋Sk)的邏輯積的兩位的符號信號。
乘法器54通過選擇控制信號在4個信號Sk、-Sk、Ck和-Ck當(dāng)中選擇一個信號并輸出選取的信號。乘法器54的輸出信號是第一頻率偏移信號sin(ΔωT)，它如果Ck－Sk＞0且Ck＋Sk＞0，則為Sk，如果Ck－Sk＜0且Ck＋Sk＞0則為-Ck，如果Ck－Sk＜0且Ck＋Sk＜0，則為-Sk，如果Ck－Sk＞0且Ck＋Sk＜0則為Ck。
在圖7、圖8的實施例中用來產(chǎn)生頻率偏移信號ΔωT的信號處理器的說明被省略了。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以利用一個ROM表來構(gòu)成這種接收表達式為sin(ΔωT)的頻率偏移信號的裝置，以產(chǎn)生(ΔωT)。
本發(fā)明可以用于使用所有MPSK調(diào)制類型的調(diào)制解調(diào)器的自動頻率控制。
如上所述，本發(fā)明的裝置檢測由于距離而引起的載波頻率和接收機的本地振蕩頻率之間的頻率偏移或由多普勒移位引起的這種頻率偏移，本發(fā)明的裝置使用傳輸相位信息和當(dāng)前采樣信號和前一個采樣信號之間的相位差信息，從而提供用于MPSK通信方法中的自動頻率控制效果。
此外，按照本發(fā)明，使用以符號速率的頻率采樣的信號檢測頻率偏移，從而使得利用本發(fā)明可達到減少硬件成本的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種自動頻率控制方法，包括接收MPSK調(diào)制的信號，使用所述調(diào)制信號的相位信息產(chǎn)生頻率偏移信號，并且根據(jù)所述頻率偏移信號控制接收機的振蕩頻率，所述方法包括下列步驟以預(yù)定的采樣頻率采樣被接收的信號；產(chǎn)生具有當(dāng)前采樣信號和前一個采樣信號之間的相位差信息的相位檢測信號；確定參考相位作為所述接收信號的傳輸相位信息，所述參考相位最接近于所述調(diào)制信號的M-ary相移鍵控的參考相位值中的相位檢測信號的相位差信息；以及根據(jù)所述相位差信息和所述確定的傳輸相位信息之間的相位差產(chǎn)生頻率偏移信號。
2.如權(quán)利要求1所述的自動頻率控制方法，其中所述相位檢測信號產(chǎn)生步驟包括標(biāo)準(zhǔn)化步驟，其中第一相位檢測信號Uk按下式產(chǎn)生Uk=RkRk-1*|Rk|×|Rk-1|]]>=ej(θ·k+ΔωT)]]>≡Ck＋jSk其中使用了當(dāng)前采樣信號Rk和前一個采樣信號Rk－1。
3.如權(quán)利要求1的自動頻率控制方法，其中所述相位檢測信號發(fā)生步驟包括復(fù)數(shù)共軛運算步驟，其中利用當(dāng)前采樣信號Rk和前一個采樣信號Rk－1按下式產(chǎn)生第二相位檢測信號Uk′U′k＝RkR*k－1
4.如權(quán)利要求2所述的自動頻率控制的方法，其中所述頻率偏移信號發(fā)生步驟包括第一頻率偏移信號發(fā)生步驟，其中使用參考相位ψi和所述相位檢測信號Uk，按下式產(chǎn)生第一頻率偏移信號Sin(ΔωT)sin(ΔωT)＝Im[Uke-jψi]
5.如權(quán)利要求4的自動頻率控制方法，其中所述頻率偏移信號產(chǎn)生步驟還包括第二頻率偏移信號發(fā)生步驟，其中使用所述第一頻率偏移信號sin(ΔωT)的相位產(chǎn)生第二頻率偏移信號ΔωT。
6.如權(quán)利要求5的自動頻率控制方法，其中在所述傳輸相位信息確定步驟中，當(dāng)所述相位檢測信號Uk的相位差信息∠Uk包括處于按照M-ary相移鍵控的參考相位的M數(shù)確定的-π/M和π/M之間的第二頻率偏移信號ΔωT時，且當(dāng)所述相位差信息∠Uk、第二頻率偏移ΔωT和傳輸相位信息θk滿足ΔωT＝∠Uk－θk時，參考相位ψi被確定為最接近于所述相位差信息的參考相位。
7.一種自動頻率控制裝置，其中接收MPSK調(diào)制的信號，使用調(diào)制信號的相位信息產(chǎn)生頻率偏移信號，并且接收機的振蕩頻率根據(jù)頻率偏移信號進行控制，該裝置包括采樣裝置，用來以預(yù)定的采樣頻率采樣被接收的信號并且輸出采樣信號；相位差檢測裝置，用來接收所述采樣裝置的當(dāng)前的采樣信號并且產(chǎn)生具有當(dāng)前采樣信號和其中存儲的前一個采樣信號之間的相位差信息的相位檢測信號；以及用于接收所述相位檢測信號的裝置，以便確定一個參考相位作為所述接收信號的傳輸相位信息，所述參考相位最接近于所述調(diào)制信號的M－ary相移鍵控的參考相位值中的所述相位檢測信號的所述相位差信息，并且用來產(chǎn)生根據(jù)所述相位差信息和所述傳輸相位信息之間的相位差確定的頻率偏移信號。
8.如權(quán)利要求7的自動頻率控制裝置，其中所述相位差檢測裝置包括標(biāo)準(zhǔn)化裝置，用來接收當(dāng)前的采樣信號和前一個采樣信號并產(chǎn)生所述相位檢測信號。
9.如權(quán)利要求7的自動頻率控制裝置，其中所述相位差檢測裝置包括復(fù)數(shù)共軛運算裝置，用來接收當(dāng)前采樣信號和前一個采樣信號并產(chǎn)生所述相位檢測信號。
10.如權(quán)利要求7所述的自動頻率控制裝置，其中所述頻率偏移信號產(chǎn)生裝置包括判定裝置，用來存儲由所述參考相位值確定的多個臨界值，接收所述相位檢測信號并輸出由所述相位檢測信號的相位差信息和所述多個臨界值確定的參考相位值；以及第一頻率偏移信號發(fā)生器，用于接收所述傳輸相位信息和所述相位檢測信號并產(chǎn)生第一頻率偏移信號，該信號是在收到的傳輸相位信息和相位檢測信號之間通過進行復(fù)數(shù)共軛運算所產(chǎn)生的虛部分量。
11.如權(quán)利要求10的自動頻率控制裝置，其中所述第一頻率偏移發(fā)生器接收所述參考相位信號e-jψi和來自所述判定裝置的所述相位檢測信號Uk并產(chǎn)生按下式確定的第一頻率偏移信號sin(ΔωT)sin(ΔωT)＝Im[Uke-jψi]＝Skcosψi－Cksinψi.
12.如權(quán)利要求11的自動頻率控制裝置，還包括第二頻率偏移信號發(fā)生器，用來接收所述第一頻率偏移信號sin(ΔωT)并通過反正弦運算產(chǎn)生第二頻率偏移信號ΔωT。
13.如權(quán)利要求12的自動頻率控制裝置，其中在所述判定裝置中，當(dāng)所述相位檢測信號Uk的相位差信息∠Uk包括處于根據(jù)相移鍵控的參考相位的M數(shù)確定的-π/M和π/M之間的第二頻率偏移信號ΔωT時，并且當(dāng)所述相位差信息∠Uk，第二頻率偏移信號ΔωT和傳輸相位信息θk滿足ΔωT＝∠Uk－θk時，參考相位ψi就被確定為參考相位，它最接近于所述相位差信息。
14.如權(quán)利要求13所述的自動頻率控制裝置，其中所述采樣裝置以和符號速率相同的采樣頻率對所述接收信號進行采樣。
15.如權(quán)利要求7的自動頻率控制裝置，其中所述頻率偏移信號發(fā)生器包括第一符號發(fā)生器，用來接收QPSK調(diào)制的相位檢測信號并產(chǎn)生第一符號信號，它是與借助于從構(gòu)成所述相位檢測信號的第一分量信號中減去構(gòu)成所述相位檢測信號的第二分量信號獲得的差有關(guān)的符號函數(shù)的值；第二符號發(fā)生器，用來產(chǎn)生第二符號信號，它是關(guān)于所述第一和第二分量信號之和的符號函數(shù)的值；減法器，用來從所述第一符號信號中減去所述第二符號信號；第一加法器，用來使第一和第二符號信號相加；第三符號發(fā)生器，用來輸出第三符號信號，它是從所述減法器輸出的信號的符號函數(shù)值；第四符號發(fā)生器，用來輸出第四符號，它是所述加法器輸出的信號的符號函數(shù)值；第一乘法器，用來使所述第一分量信號乘以所述第三符號發(fā)生器的輸出信號；第二乘法器，用來使所述第二分量信號乘以所述第四符號發(fā)生器的輸出信號；以及第二加法器，用來使所述第一、第二乘法器輸出信號相加并產(chǎn)生所述第一頻率偏移信號。
16.如權(quán)利要求15的自動頻率控制裝置，還包括第二頻率偏移信號發(fā)生器，用來接收所述第一頻率偏移信號并通過反正弦運算產(chǎn)生第二頻率偏移信號。
17.如權(quán)利要求15的自動頻率控制裝置，其中所述第一分量信號是所述相位檢測信號的實部分量，所述第二分量信號是所述相位檢測信號的虛部分量。
18.如權(quán)利要求15的自動頻率控制裝置，所述采樣裝置以等于符號速率的頻率采樣所述接收的信號。
19.如權(quán)利要求7的自動頻率控制裝置，其中所述頻率偏移信號發(fā)生器包括控制信號發(fā)生器，用來接收QPSK調(diào)制的相位檢測信號，并產(chǎn)生選擇控制信號，所述選擇控制信號是按照第一符號函數(shù)值和第二符號函數(shù)值確定的，其中的所述第一符號函數(shù)值與從構(gòu)成所述相位檢測信號的第一分量信號中減去構(gòu)成所述相位檢測信號的第二分量信號所得的差有關(guān)，而所述第二符號函數(shù)值與所述第一和第二分量信號的和有關(guān)，所述控制信號發(fā)生器如此產(chǎn)生所述選擇控制信號，使得如果第一和第二符號函數(shù)值大于零時則選擇第一分量信號作為所述第一頻率偏移信號，如果第一符號函數(shù)值小于零而第二符號函數(shù)值大于零時，則選擇第一分量信號的反相信號作為所述第一頻率偏移信號，如果第一和第二符號函數(shù)值小于零時，則選擇第二分量信號的反相信號作為所述第一頻率偏移信號，并且如果第一符號函數(shù)值大于零而第二符號函數(shù)值小于零時，則選擇所述第二分量信號作為所述第一頻率偏移信號；第一信號反相器，用來反相并輸出所述第一分量信號；第二信號反相器，用來反相并輸出所述第二分量信號；以及選擇裝置，包括四個相連的信號輸入端用來接收所述第一和第二分量信號以及所述第一、第二信號反相器的輸出信號，并根據(jù)所述選擇控制信號選擇所述四個輸入信號之一，并且輸出所述選擇的信號作為所述第一頻率偏移信號。
20.如權(quán)利要求19的自動頻率控制裝置，還包括第二頻率偏移信號發(fā)生器，用來接收所述第一頻率偏移信號并通過反正弦運算產(chǎn)生第二頻率偏移信號。
21.如權(quán)利要求19的自動頻率控制裝置，其中所述第一分量信號是所述相位檢測信號的實部分量，而所述第二分量信號是所述相位檢測信號的虛部分量。
22.如權(quán)利要求19的自動頻率控制裝置，其中所述采樣裝置以和符號速率相等的采樣頻率采樣所述的接收信號。
全文摘要
一種自動頻率控制裝置，包括采樣部分，用來按照相移鍵控方法對傳輸?shù)男盘栠M行采樣，相位差檢測器，用來檢測當(dāng)前采樣信號和前一個采樣信號之間的相位差，以及判定器，用來使用在傳輸期間的相位量化特性確定最接近于傳輸信號的相位的參考相位。由距離引起的在載波頻率和接收機本地振蕩頻率之間的頻率偏移，或由多普勒移位引起的在MPSK通信方法中的上述頻率偏移被確定為檢測的相位差信息和確定的參考相位信息之間的相位差。
文檔編號H04L27/22GK1117221SQ95103579
公開日1996年2月21日 申請日期1995年3月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月25日
發(fā)明者崔洋碩 申請人:三星電子株式會社