[发明专利]数字接收机的频率偏移跟踪性能最大化的设备和方法

说明书

本发明涉及接收机的频率校正，具体涉及数字接收机的频率偏移跟踪性能。

数字通信系统典型地包括用于发送和接收消息的发送机和接收机。该发送机通常调制或编码该消息并通过一条信道以模拟形式发送该消息。在接收机侧，该模拟信号被取样和量化，变换该消息为数字数据。典型地包括含有压控振荡器的反馈环路的自动频率控制环路AFC一般地用于估计和校正信号的频率偏移。

无线电设计者在设计AFC环路时通常须考虑折衷。设计者能使用AFC的窄环路带宽来获得最好的稳态性能。窄环路带宽比宽环路带宽滤出更多噪声，但是，窄环路带宽经常产生大频率偏移的不可接受的捕获性能。据此，现在需要一种提供自适应的频率校正的设备和方法，使数字无线电接收机中的接收信号的频率偏移跟踪性能最大化。

图1是根据本发明可适应的频率校正设备的方框图。

图2是更详细地表示图1的AFC单元101的方框图。

图3是更详细地表示图1的差分相位单元103的方框图。

图4是更详细地表示图1的相干相位单元102的方框图。

图5是根据本发明的自动频率控制单元和差分相位单元的经济实施的方框图，其中没有表示出锁相环单元。

图6是锁相环单元的一种实施的方框图，该单元可与图5的自动频率控制单元和差分相位单元一起使用。

图7是根据本发明方法的步骤流程图，其中在数字接收机中利用接收信号的新颖的反馈提供频率校正，以便使频率偏移跟踪性能最大。

总的来说，本发明提供一种用于提供数字无线接收机中接收信号的可适应的频率校正的设备和方法，其中频率偏移跟踪性能最大化。这是通过使用双重选择自动频率控制(AFC)单元实现的，该单元连接到差分相位单元和相干相位单元，并提供校正的接收信号输出。该差分相位单元利用校正的接收信号并提供差分相位误差输出，当频率偏移是未知的并且可能是很大的时候，该误差信号反馈到AFC单元并用于更新AFC单元。当该接收机首先被接通电源或当它第一次开始接收发送的信号时，通常出现这种情况。这种AFC方式被称为捕获方式。相干相位单元利用校正接收的信号，提供相干相位误差输出，该输出被反馈到AFC单元，并且当频率偏移是小的或通过使AFC单元利用差分相位误差反馈而使之工作至少部分地已被除去时，该输出用于更新AFC单元。这种AFC方式被称为跟踪方式。应当注意到，在正交相移键控QPSK中本发明能够容许的理论上的最大初始频率偏移，调制信号是发送符号速率的八分之一。噪声将使实际的限制略微更低。

优选实施例的整个描述中使用锁相环单元PLL作为相干相位单元的示例实施例。很清楚，使用现有技术中已知的任何相干相位估计方法可能实现相干相位单元。

本发明优于现有技术的优点是：因为使用本发明的新颖的双重选择方案，故频率偏移跟踪性能最大化。在捕获方式期间，因为差分相位单元不需要任何捕获时间，使用差分相位误差反馈，以便产生有效的差分相位误差输出。而且，在接收的信号是数字地调制信息信号，例如QPSK的应用中，差分相位单元不要求知道最佳符号取样相位。

另一方面，因为PLL单元比差分相位单元提供更精确的相位误差信号给AFC单元在AFC捕获之后，使用PLL相干相位误差反馈，产生更精确的频率校正。PLL起着滤波器的作用，它降低相位误差信号的变化，得到更精确的相位误差反馈信号。但是，在AFC捕获期间，允许AFC单元利用差分相位误差反馈是有益的，因为PLL单元有一个限制的捕捉带，这就意味着如果至PLL的输入信号的频率偏移太大，它就不能锁定到该信号。因此，在AFC捕获期间使用差分相位误差反馈和在AFC捕获之后使用PLL相干相位误差反馈，频率偏移跟踪性能为最大化的。

在双重选择方案的一个实施例中，在预定时间期间，AFC单元使用差分相位误差反馈。预定时间期间一般地选择为足够长的时间期间，允许AFC单元捕获和校正频率偏移的主要部分。在预定的时期之后，选择至AFC单元的PLL相干相位误差反馈。在捕获之后转换到相干相位误差反馈允许AFC单元更精确地校正频率偏移的其余部分。

在双重选择方案的另一个实施例中，AFC单元使用差分相位误差反馈，直到锁定PLL单元为止。然后AFC单元转换到PLL相干相位误差反馈。

在双重选择方案的另一个实施例中，AFC单元使用差分相位误差反馈，直到AFC单元的频率校正值基本上保持不变为止。然后，AFC单元转换到接收PLL相干相位误差反馈。