[发明专利]一种用于GFSK解调器中的频率偏移估计器及其方法

说明书

本发明公开一种用于GFSK解调器中的频率偏移估计器及其方法。在所述频率偏移估计器中，经数字差分鉴相器得到的信号首先传送到具有频率偏移估计快速收敛特性的反馈频率偏移估计器，利用一个均值计算器来计算信号的初始频率偏移，并反馈到前端的数字下变频模块中完成初始频偏恢复，再利用中值选择器和卡尔曼滤波器周期性地估计频率漂移值，当频漂累加值达到调节阈值时，则将估计值前馈到可调阈值判决器中来改变其判定阈值。本发明具有在接收起始阶段收敛速度快，以及接收过程中的频漂跟踪功能，而且该结构在减少了频偏估计时间的同时兼具低功耗的特性。

技术领域

本发明涉及无线通信的频率偏移估计电路，尤其涉及一种用于GFSK解调器中的频率偏移估计器及其频率偏移估计方法。

背景技术

GFSK(高斯频移键控)作为一种适用于低速率短距离无线通信的调制方式，具有调制解调器结构简单，抗干扰能力强，功耗低等特点，因此是最适合物联网设备的调制方式之一。而GFSK作为一种以调频作为调制方式的调制信号，有效地估计和跟踪频率偏移，对提高整个解调器的性能具有关键性的作用。

传统的GFSK的频偏估计方案是采用反馈的方式，利用判决器前后的数据信息来估计频率偏移量，之后再反馈到用来控制数字下变频的数字频率综合器，进而达到消除频率偏移和频漂跟踪的功能，文献Ye Zhang,Jan Henning Mueller,Bastian Mohr,and StefanHeinen,“A Low-Power Low-Complexity Multi-Standard Digital Receiver for JointClock Recovery and Carrier Frequency Offset Calibration”,IEEE TCASI:RegularPapers,vol:61,pp.3478-3486,2014,Issue:12中利用了判决器前后的数据来进行频率偏移估计，每次完成估计后，将估计值反馈到前面的数字频率综合器中，利用查找表的方式完成频率综合器输出频率的调整，这一方案存在两个主要缺点，第一是反馈回路较长，在存在频漂的情况下不能做到实时的频偏恢复，进而影响系统解调性能，第二是对初始频偏估计和后续频漂跟踪采用了同一种电路结构，没有考虑低功耗的设计。

发明内容

为了满足高效率以及低功耗的需求，本发明提供一种用于GFSK解调器中的频率偏移估计器及其频率偏移估计方法，其能在GFSK解调过程中快速估计频率偏移。

本发明采用以下技术方案实现，一种用于GFSK解调器中的频率偏移估计器，其包括：

频率偏移补偿模块，低中频GFSK接收机的低中频信号经频率偏移补偿模块下变频后得到存有频率偏移量的基带信号即GFSK调制信号；

差分鉴相器，差分鉴相器从所述GFSK调制信号中获取其频率信号波形，进而将所述频率偏移量转换为所述频率信号中的直流偏移量；

频偏估计切换器；

反馈粗频偏估计器，频偏估计切换器在差分鉴相后的GFSK调制信号的数据帧头到来时切换至反馈粗频偏估计器，所述直流偏移量经由反馈粗频偏估计器的初始粗频偏估计后反馈至频率偏移补偿模块中；

前馈细频偏跟踪器，频偏估计切换器在初始粗频偏估计完成后再切换到前馈细频偏跟踪器；

卡尔曼滤波器，所述直流偏移量经由前馈细频偏跟踪器细频偏估计后，再由卡尔曼滤波器消除白噪声影响；

可调阈值判决器，可调阈值判决器用于对差分鉴相器差分鉴相后的GFSK调制信号完成消除细频偏以及码元判决，消除白噪声影响的直流偏移量调节可调阈值判决器判决时的判定阈值。

作为上述方案的进一步改进，频率偏移补偿模块采用两级查找表用来将粗频偏估计值从接收的低中频信号中消除。