CN104682978B - 载波频偏处理方法和装置及接收机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种载波频偏处理方法和装置及接收机。本发明载波频偏处理方法，包括：通过软硬件接口接收自动频偏控制模块发送的数据包频偏估计值；对接收的所述数据包的频偏估计值进行采集统计，计算出收发模块之间的载波频偏统计值；根据所述载波频偏统计值通过所述软硬件接口动态调整低通滤波器的带宽。本发明通过计算收发模块之间的载波频偏统计值并根据该载波频偏统计值通过软硬件接口动态调整低通滤波器的带宽，实现接收机在接收信号的过程中，动态调整低通滤波器的带宽，解决现有技术中，因低通滤波器的带宽固定导致的影响处理性能的问题。

Description

载波频偏处理方法和装置及接收机

技术领域

本发明实施例涉及无线通信传输技术，尤其涉及一种载波频偏处理方法和装置及接收机。

背景技术

无线通信中，由于收发两端晶振频率的偏差或者其它一些因素（比如系统及电路的区别或者工作环境的不同），使得发送信号的载波频率和接收端的本振频率并不完全相同，造成了收发两端的载波频率偏差。而且，两端的偏差频率还可能随着时间和外界环境的变化而变化，形成载波频偏漂移的现象。载波频偏也是无线通信中的一个常见现象。

目前使用的无线接收系统中，通过在接收机设置低通滤波器来滤除背景噪声以及带外的干扰，以保证整个接收机的接收性能。在设计该低通滤波器时，应使滤波器的过渡带尽可能短，阻带的抑制能力尽可能大，以更好的滤除噪声和干扰，通常将低通滤波器的通带带宽设置为一个固定的尽可能接近有效信号的带宽。

但是，在存在载波频偏的情况下，设置较窄的固定低通滤波器可能会直接滤除部分或者全部的有用信号，即使是使用反馈补偿方式，如果噪声较大或者滤除有效信号能量过多，也可能会造成频偏估计的错误，最终影响整个解调的性能。若将低通滤波器的通带带宽加大（比如放大到信号带宽加上可能的最大载波频偏），则会引入更大的噪声，进而引起接收性能的下降，特别是当载波频偏的频率和信号带宽可比拟时，加大滤波器带宽对性能的影响会非常显著。

发明内容

本发明实施例提供一种载波频偏处理方法和装置及接收机，以解决在存在载波频偏的情况下，低通滤波器的固定带宽带来的影响处理性能的问题，以实现根据载波频偏动态调整低通滤波器的带宽。

第一方面，本发明实施例提供一种载波频偏处理方法，包括：

通过软硬件接口接收自动频偏控制模块发送的数据包频偏估计值；

对接收的所述数据包的频偏估计值进行采集统计，计算出收发模块之间的载波频偏统计值；

根据所述载波频偏统计值通过所述软硬件接口动态调整低通滤波器的带宽。

第二方面，本发明实施例提供一种载波频偏处理装置，包括：

接收模块，用于通过软硬件接口接收自动频偏控制模块发送的数据包频偏估计值；

频偏统计模块，用于对接收的所述数据包的频偏估计值进行采集统计，计算出收发模块之间的载波频偏统计值；

带宽调整模块，用于根据所述载波频偏统计值通过所述软硬件接口动态调整低通滤波器的带宽。

第三方面，本发明实施例提供一种接收机，包括：

包括软硬件接口、本地振荡器、低通滤波器、自动频偏控制模块、解调器以及如第二方面所述的载波频偏处理装置，其中所述载波频偏处理装置通过所述软硬件接口分别与所述本地振荡器、所述低通滤波器以及所述自动频偏控制模块连接通信。

本发明实施例一种载波频偏处理方法和装置及接收机，通过计算收发模块之间的载波频偏统计值并根据该载波频偏统计值通过软硬件接口动态调整低通滤波器的带宽，实现接收机在接收信号的过程中，动态调整低通滤波器的带宽，解决现有技术中，因低通滤波器的带宽固定导致的影响处理性能的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明载波频偏处理方法实施例一的流程图；

图2为本发明载波频偏处理方法实施例二的流程图；

图3为本发明载波频偏处理装置实施例一的结构示意图；

图4为本发明载波频偏处理装置实施例二的结构示意图；

图5为本发明接收机实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1为本发明实施例一所提供的载波频偏处理方法的流程图。本实施例的方法适用于在接收机端存在载波频偏的情况。该方法由载波频偏处理装置执行，该装置通常以软件的方式来实现，集成在接收机中。本实施例的方法包括如下步骤：

步骤101、通过软硬件接口接收自动频偏控制模块发送的数据包频偏估计值。

本实施例中，数据包频偏估计值的具体算法可以保持系统的原有方法，比如对于频移键控（Frequency-shift keying，简称FSK）可以通过计算最大最小频差的平均值来估算频偏，对于相移键控（phase-shift keying，简称PSK）可以将载波恢复环路中环路滤波器的输出作为频偏的估计值，保持原有的频偏估计算法可以保证载波频偏补偿的结构和性能不受影响。同时，由于匹配滤波器的带宽较大，可跟踪的载波频偏范围更大，所以频偏估计算法的跟踪范围可以适当加大。

步骤102、对接收的该数据包的频偏估计值进行采集统计，计算出收发模块之间的载波频偏统计值。

通过统计获得的载波频偏统计值相对于硬件估算的频偏估计值更精确，因此对调整低通滤波器的带宽以及反馈补偿本地振荡器也更具参考意义。

本实施例中，优选地，对接收的该数据包的频偏估计值进行采集统计，计算出收发模块之间的载波频偏统计值，包括：选取接收的一个数据包的频偏估计值作为收发模块之间的载波频偏统计值；或者，选取接收的多个数据包的频偏估计值的平均值作为收发模块之间的载波频偏统计值。通过接收多个数据包来完成，可以将每个数据包所得到的载波频偏估计值进行算术平均，以提高频偏估计值的准确度。

步骤103、根据该载波频偏统计值通过该软硬件接口动态调整低通滤波器的带宽。

本步骤中，具体实施时，可以将该载波频偏统计值与对应的低通滤波器的带宽建立映射关系，比如设置一些标准载波频偏值V1，V2，V3…Vn分别对应于带宽B1，B2，B3…Bn。当该载波频偏统计值小于V1时，通过该软硬件接口动态调整低通滤波器的带宽至B1；当该载波频偏统计值大于V1小于V2时，通过该软硬件接口动态调整低通滤波器的带宽至B2。同理，通过上述对应关系，依次类推进行动态的调整低通滤波器的带宽。

具体地，本实施里中该低通滤波器至少支持两种带宽，则根据该载波频偏统计值通过软硬件接口动态调整低通滤波器的带宽，也可以包括：初始化阶段时，通过软硬件接口将低通滤波器的带宽调整至大带宽，该大带宽为信号带宽与最大可能的载波频偏之和；正常工作阶段时，通过软硬件接口将低通滤波器的带宽调整至小带宽，该小带宽为信号带宽。举例来说，假设在系统初始化阶段，收发设备间的距离较近（比如航模玩具开始工作时，遥控器和玩具不会距离太远，设备安装对码过程中，主从模块也会比较接近），接收端收到的信号质量较好，此时接收模块的软件可以将低通滤波器的带宽设置在大带宽的模式，这样可以保证滤波器不会对带有载波频偏的信号造成较大的衰减，有利于后续的频偏估计。在正常工作阶段时，在小带宽的模式下，滤波器的带宽和信号带宽一致，保证了接收机的性能。

可选地，上述实施例中，该低通滤波器可以为单级的低通滤波器或多级的滤波器组。

相较于现有技术中，使用的载波频偏补偿方案中的低通滤波器带宽都是固定，那么当载波频偏较大时，低通滤波器的带宽必须放大，从而引起整个接收性能的下降，本实施例通过计算收发模块之间的载波频偏统计值并根据该载波频偏统计值通过软硬件接口动态调整低通滤波器的带宽，实现接收机在接收信号的过程中，动态调整低通滤波器的带宽，解决现有技术中，因低通滤波器的带宽固定导致的影响处理性能的问题。

实施例二

图2为本发明载波频偏处理方法实施例二的流程图，本实施在实施例一的基础上，增加将所述载波频偏软件估计值反馈给本地振荡器以及对所述载波频偏软件估计值更新步骤，如图所示，该方法具体包括：

步骤201、通过软硬件接口接收自动频偏控制模块发送的数据包频偏估计值

步骤202、选取接收的多个数据包的频偏估计值的平均值作为收发模块之间的载波频偏统计值。

步骤203、根据基于该软硬件接口接收的载波频偏硬件估计值周期性地更新该载波频偏统计值。

本步骤，在接收数据的过程中，基于所述软硬件接口读取载波频偏硬件估计值，并不停的更新所述载波频偏软件估计值，具体实施时，可以设置一定时器，根据设置的时间差周期性的更新该载波频偏统计值，比如将读取的载波频偏硬件估计值与原有的载波频偏软件估计值加权平均。因为在实际的工作环境中，载波频偏的漂移速度一般是较慢的，所以只要收发端保持一定的通信频率就可以保持对频偏漂移的跟踪。

步骤204、根据该载波频偏统计值通过该软硬件接口动态调整低通滤波器的带宽。

步骤205、将该载波频偏统计值反馈给本地振荡器，以使该本地振荡器根据该载波频偏统计值以及载波频偏硬件估计值补偿调整该本地振荡器的频率。

本步骤将所述载波频偏软件估计值设置给本振发生器，这样收发端的载波频偏将会控制在一个很小的范围内，在接收数据时，可以设置低通滤波器在小带宽模式，尽可能的保证接收机的接收性能。在发送数据时，同样可以通过补偿本振发生器的频率，来达到减小收发端载波频偏的目的。需要注意的是，主从模块只需要一端进行载波补偿，一般可以考虑在从模块端进行，这样系统里所有的从模块都会向主模块的载波频率靠近。

本实施例中，通过增加将所述载波频偏软件估计值反馈给本地振荡器以及对所述载波频偏软件统计值更新步骤，使得本发明可使用软硬件结合的方式，在不影响接收性能的前提下，增加了载波频偏的捕捉范围，不需要增加原有的电路规模，也不需要加长训练序列进而影响原有的通信效率，且不受具体调制模式的限制，可兼容各种无线传输方式。

图3为本发明载波频偏处理装置实施例一的结构示意图，如图3所示，本实施例的装置可以包括：接收模块31、频偏统计模块32和带宽调整模块33，其中，

接收模块31，用于通过软硬件接口接收自动频偏控制模块发送的数据包频偏估计值；

频偏统计模块32，用于对接收的该数据包的频偏估计值进行采集统计，计算出收发模块之间的载波频偏统计值；

带宽调整模块33，用于根据该载波频偏统计值通过该软硬件接口动态调整低通滤波器的带宽。

本实施例的装置，可以用于执行本发明所提供的图1所示的载波频偏处理方法实施例一的技术方案，具备相应于各步骤的功能模块，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图4为本发明载波频偏处理装置实施例二的结构示意图，如图4所示，本实施例的装置在图3所示装置结构的基础上，进一步地，还可以包括：频偏反馈补偿模块41、更新模块42，其中频偏反馈补偿模块41用于将该载波频偏软件估计值反馈给本地振荡器，以使该本地振荡器根据该载波频偏软件估计值以及载波频偏硬件估计值补偿调整该本地振荡器的频率；更新模块42，用于该调整带宽模块根据该载波频偏软件估计值通过软硬件接口动态调整低通滤波器的带宽之前，根据基于该软硬件接口接收的载波频偏硬件估计值周期性地更新该载波频偏软件估计值。

优选地，该频偏统计模块32，具体用于：根据计算接收的一个数据包的频偏值作为收发模块之间的载波频偏软件估计值；或者，根据计算接收的多个数据包的频偏值的平均值作为收发模块之间的载波频偏软件估计值。

进一步地，该低通滤波器至少支持两种带宽，则该带宽调整模块33，具体用于：初始化阶段时，通过软硬件接口将低通滤波器的带宽调整至大带宽，该大带宽为信号带宽与最大的载波频偏软件估计值之和；正常工作阶段时，通过软硬件接口将低通滤波器的带宽调整至小带宽，该小带宽为信号带宽。

进一步地，该带宽调整模块33调整的低通滤波器为单级的低通滤波器或多级的滤波器组。

本实施例的装置，可以用于执行图2所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图5为本发明接收机实施例的结构示意图，如图5所示，该接收机包括载波频偏处理装置51、软硬件接口52、本地振荡器53、低通滤波器54、自动频偏控制模块55以及解调器56，其中该载波频偏处理装置51通过该软硬件接口52分别与该本地振荡器53、该低通滤波器54以及该自动频偏控制模块55连接通信。

其中，载波频偏处理装置51可以采用图3或图4中所示的装置实施例的结构，其对应地，可以执行图1或图2中方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种载波频偏处理方法，其特征在于，包括：

通过软硬件接口接收自动频偏控制模块发送的数据包频偏估计值；

对接收的所述数据包的频偏估计值进行采集统计，计算出收发模块之间的载波频偏统计值；

根据所述载波频偏统计值通过所述软硬件接口动态调整低通滤波器的带宽；

所述低通滤波器至少支持两种带宽，则根据所述载波频偏统计值通过软硬件接口动态调整低通滤波器的带宽，包括：初始化阶段时，通过软硬件接口将低通滤波器的带宽调整至大带宽，所述大带宽为信号带宽与最大可能的载波频偏之和；

正常工作阶段时，通过软硬件接口将低通滤波器的带宽调整至小带宽，所述小带宽为信号带宽。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述载波频偏统计值反馈给本地振荡器，以使所述本地振荡器根据所述载波频偏统计值以及载波频偏硬件估计值补偿调整所述本地振荡器的频率。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：

根据基于所述软硬件接口接收的载波频偏硬件估计值周期性地更新所述载波频偏统计值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对接收的所述数据包的频偏估计值进行采集统计，计算出收发模块之间的载波频偏统计值，包括：

选取接收的一个数据包的频偏估计值作为收发模块之间的载波频偏统计值；或者，选取接收的多个数据包的频偏估计值的平均值作为收发模块之间的载波频偏统计值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低通滤波器为单级的低通滤波器或多级的滤波器组。

6.一种载波频偏处理装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于通过软硬件接口接收自动频偏控制模块发送的数据包频偏估计值；

频偏统计模块，用于对接收的所述数据包的频偏估计值进行采集统计，计算出收发模块之间的载波频偏统计值；

带宽调整模块，用于根据所述载波频偏统计值通过所述软硬件接口动态调整低通滤波器的带宽；

所述带宽调整模块，具体用于：

初始化阶段时，通过软硬件接口将低通滤波器的带宽调整至大带宽，所述大带宽为信号带宽与最大可能的载波频偏之和；

正常工作阶段时，通过软硬件接口将低通滤波器的带宽调整至小带宽，所述小带宽为信号带宽。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

频偏反馈补偿模块，用于将所述载波频偏统计值反馈给本地振荡器，以使所述本地振荡器根据所述载波频偏统计值以及载波频偏硬件估计值补偿调整所述本地振荡器的频率。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，还包括：

更新模块，用于根据基于所述软硬件接口接收的载波频偏硬件估计值周期性地更新所述载波频偏统计值。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述频偏统计模块，具体用于：

选取接收的一个数据包的频偏估计值作为收发模块之间的载波频偏统计值；或者，选取接收的多个数据包的频偏估计值的平均值作为收发模块之间的载波频偏统计值。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述带宽调整模块调整的低通滤波器为单级的低通滤波器或多级的滤波器组。

11.一种接收机，其特征在于，包括软硬件接口、本地振荡器、低通滤波器、自动频偏控制模块、解调器以及如权利要求6-10任一项所述的载波频偏处理装置，其中所述载波频偏处理装置通过所述软硬件接口分别与所述本地振荡器、所述低通滤波器以及所述自动频偏控制模块连接通信。