一種消除數控振蕩器的頻率偏移的方法
2023-05-24 10:43:11 1
專利名稱：一種消除數控振蕩器的頻率偏移的方法
技術領域：
本發明涉及通信技術領域，尤其是指一種消除數控振蕩器的頻率偏移的方法。
背景技術：
目前，隨著通信技術的飛速發展，數位技術已經越來越多地應用到各種通信產品之中。而隨著數字頻率合成技術的發展，數控振蕩器(NCO)由於具有頻率解析度高、切換時間短、相位噪聲低等特點，已經在通信系統中得到了非常廣泛的應用。在現有技術中，NCO是一種高精度的正、餘弦數位訊號發生器，可以將第一頻率的輸入信號轉換成第二頻率的輸出信號，從而產生正交的正弦信號和餘弦信號。一般來說，目前NCO的實現方法有三種查表法、實時計算法以及上述兩種方法的結合。以下將以查表法為例對NCO的結構和原理進行簡單地介紹。圖1為現有技術中的數控振蕩器的結構示意圖。如圖1所示，現有技術中的NCO 一般包括相位累加器101和波形存儲器(ROM) 102。NCO的工作原理一般為首先根據各個正、餘弦波相位計算好相位的正餘弦函數值，並以相位為地址將上述正餘弦函數值樣本存儲在ROM中；然後，相位累加器101接收外界輸入的頻率控制字，並在每一個時鐘脈衝輸入時，把所接收的頻率控制字進行累加，得到每個時鐘周期所對應的數字相位；接著，再以上述數字相位為地址，在ROM中所存儲的正餘弦函數值進行查找，得到與上述數字相位相對應的正餘弦函數值，並最終輸出與所查找的正餘弦函數值相應的、正交的正弦信號和餘弦信號。在一般通信系統中，實際使用中的NCO —般都存在一定的頻率偏移(可簡稱為頻偏，下同)，其原因在於由於對於實際使用中的NCO的頻率精度的要求很高，因此，在對NCO 進行設計時，NCO的最小頻率解析度一般都被設計得很小(例如，一般都小於0. IHz)。當 NCO的最小頻率解析度很小時，必然要求NCO中的ROM中最好是能存儲有所有的與各種相位對應的正餘弦函數值。然而，由於系統資源有限，因此NCO中的ROM的存儲容量不能太大， 相位累加器的長度也不能很大，所以當NCO的最小頻率解析度很小時，ROM中不可能存儲與所有可能的相位相對應的正餘弦函數值，而只能存儲一定數量的正餘弦函數值。因此，此時 NCO的輸出信號的頻率只能是與數字相位對應的相似的頻率，而並不是準確的所需輸出的頻率，從而使得NCO的輸出頻率與所需輸出的頻率之間存在頻率偏移。由上可知，在現有技術中，實際使用中的NCO如果要達到系統的要求，都難以有效地消除頻率偏移，以實現完全無頻偏的NC0，從而降低了系統的性能，而且還需佔用大量的系統資源；同時，現有技術中的NCO由於最小解析度很小，因此設計複雜度也很大，從而也提高了相應的生產成本。
發明內容
本發明提供了一種消除數控振蕩器的頻率偏移的方法，從而消除NCO的頻率偏移，實現了完全無頻偏的NCO。
為達到上述目的，本發明中的技術方案是這樣實現的一種消除數控振蕩器的頻率偏移的方法，該方法包括根據數控振蕩器中所使用的中頻頻率、本振頻率以及系統的輸出頻率，計算所述三種頻率的公因子；從所計算的公因子中選擇一個公因子的值作為所述數控振蕩器的最小頻率解析度；根據所述最小頻率解析度和所述數控振蕩器的採樣頻率，設置所述數控振蕩器中的波形存儲器和相位累加器。所述中頻頻率和本振頻率為所述數控振蕩器中所使用的最小中頻頻率和最小本振頻率；所述系統的輸出頻率為系統的最小輸出頻率。所述計算所述三種頻率的公因子包括計算所述三種頻率的最大公因子。所述從所計算的公因子中選擇一個公因子的值作為所述數控振蕩器的最小頻率解析度包括從所計算的公因子中選擇任意一個公因子的值作為所述數控振蕩器的最小頻率解析度。所述從所計算的公因子中選擇一個公因子的值作為所述數控振蕩器的最小頻率解析度包括從所計算的公因子中選擇最大公因子的值作為所述數控振蕩器的最小頻率解析度。所述根據所述最小頻率解析度和所述數控振蕩器的採樣頻率，設置所述數控振蕩器中的波形存儲器和相位累加器包括根據所述最小頻率解析度和所述數控振蕩器的採樣頻率，計算一個完整的採樣周期中的所有採樣點的總數目；在波形存儲器中設置一個存儲有預設數目的採樣點數據的波形查找表，並根據所存儲的採樣點數據的數目設置所述相位累加器的長度。所述預設數目的採樣點數據為一個完整的採樣周期中的所有的採樣點數據。所述預設數目的採樣點數據為一個完整的採樣周期中的角度在W，^/4]區間內的採樣點數據。綜上可知，本發明中提供了一種消除數控振蕩器的頻率偏移的方法。在所述消除數控振蕩器的頻率偏移的方法中，由於將根據數控振蕩器中所使用的中頻頻率、本振頻率以及系統的輸出頻率，計算所述三種頻率的公因子；然後將所計算的公因子的值作為數控振蕩器的最小頻率解析度；並根據所述最小頻率解析度和所述數控振蕩器的採樣頻率，設置所述數控振蕩器中的波形存儲器和相位累加器，從而可有效地消除NCO的頻率偏移，實現了完全無頻偏的NC0，提高了 NCO的雜散性能，降低了 NCO的設計複雜度，節約了系統的資源，降低了生產成本。
圖1為現有技術中的數控振蕩器的結構示意圖。圖2為本發明中的消除數控振蕩器的頻率偏移的方法的流程示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點表達得更加清楚明白，下面結合附圖及具體實施例對本發明再作進一步詳細的說明。本發明提供了一種消除數控振蕩器的頻率偏移的方法，在該方法中，將根據數控振蕩器中所使用的中頻頻率、本振頻率以及系統中輸出頻率，計算所述三種頻率的公因子； 然後將所計算的公因子的值作為數控振蕩器的最小頻率解析度；並根據所述最小頻率解析度和所述數控振蕩器的採樣頻率，設置所述數控振蕩器中的波形存儲器和相位累加器，從而有效地消除了 NCO的頻率偏移，實現了完全無頻偏的NCO ；此外，還可以大大降低NCO的設計複雜度，節約系統的資源，從而降低生產成本。圖2為本發明中的消除數控振蕩器的頻率偏移的方法的流程示意圖。如圖2所示， 在本發明中的消除數控振蕩器的頻率偏移的方法中，主要包括如下所述的步驟步驟201，根據NCO中所使用的中頻頻率、本振頻率以及系統的輸出頻率，計算所述三種頻率的公因子。在本步驟中，將首先獲取NCO中所使用的中頻頻率、本振頻率以及系統的輸出頻率，然後再計算上述這三種頻率的公因子。例如，在TD-SCDMA系統中，空口輸出的頻率並不是任意的。根據協議的要求，空口輸出的頻率必須是200KHz的整數倍，由此可知，系統的最小輸出頻率為200KHz。例如，在一般的TD-SCDMA系統中的射頻拉遠單元(RRU，Remote Radio Unit)系統中，從基帶到射頻的頻率轉換過程一般包括先通過數字上變頻(DUC)中的NCO將各個載波信號從基帶的頻譜上以零頻為中心搬開，再通過一次頻率變換將上述分離後的載波信號的中心頻率從零頻變
換為中頻頻率fIF ；由於通信系統中一般採用帶通採樣，所以中頻頻率fIF的值一般為f (其
中，fs為採樣頻率)；最後，再根據系統的本振頻率將上述已變換為中頻頻率的載波信號變換成射頻輸出端的射頻信號，該射頻信號的輸出頻率ff因此，最後的系統輸出頻率frf 可以用如下所述的公式表示frf = fnc。+fIF+fL0(1)其中，由於根據協議要求，TD-SCDMA系統中系統輸出頻率f,f必須是200KHz的整數倍，因此必然有f,f = 0. ^i(MHz)，其中，a為正整數；另外，在TD-SCDMA系統中，中頻頻率fIF和系統的本振頻率& 一般均為預先設置的固定值，例如，由於TD-SCDMA系統中的碼片速率為1. 28MHz,因此fIF和& 一般都被設置為1. 28MHz的整數倍，因此必然有fIF = 1. 28c (MHz)以及fL0 = 1. 28d(MHz)，其中，b和c均為正整數，也就是說，最小中頻頻率和最小本振頻率均為1. 28MHz ο所以，在本發明的具體實施例中，可根據上述的中頻頻率、本振頻率和系統的輸出頻率，計算這三種頻率的公因子(即計算1. 28cU. 28d和0. 2a的公因子，單位為MHz)，計算結果的單位可以是MHz、KHz或其它便於計算上述公因子的單位。例如，當系統的輸出頻率、中頻頻率、本振頻率分別為系統的最小輸出頻率0. 2MHz、最小中頻頻率1. 28MHz和最小本振頻率1. 28MHz時(即a = c = d = 1時)，如果以IKHz為最小的單位，則通過計算得到的這三種頻率的公因子將分別為40KHz、20KHz、1 OKHz、8KHzJKHz、4KHz JKHz和ΙΚΗζ，其中，40KHz為最大公因子。此外，在本發明的具體實施例中，所述計算所述三種頻率的公因子也可以是只計算這三種頻率的最大公因子，此時，上述實施例中的計算結果將為40KHz。步驟202，從所計算的公因子中選擇一個公因子的值作為所述NCO的最小頻率解析度。在本步驟，可以從步驟201中所計算的上述三種頻率的公因子中任意選擇一個公因子的值作為數控振蕩器的最小頻率解析度。其中，在本發明的較佳實施例中，所選擇的公因子可以是最大公因子。另外，如果在步驟201中僅計算了上述三種頻率的最大公因子，則在本步驟中可以直接將所計算的最大公因子的值作為數控振蕩器的最小頻率解析度。例如，當上述所計算的最大公因子的值為40KHz時，所述數控振蕩器的最小頻率解析度即為40KHz，此時，根據上述公式⑴可得frf = 0. 04MHz*Arf = 0. 04MHz* (Bnco+CIF+DL0) = fnco+fIF+fL0 (2)其中，Arf、Bnco, Cif和Dui均為正整數。步驟203，根據所述最小頻率解析度和所述NCO的採樣頻率，設置所述NCO中的波形存儲器和相位累加器。由於數控振蕩器的最小頻率解析度已經被確定，因此在本步驟中，可以根據上述 NCO的最小頻率解析度以及NCO的採樣頻率，設置該NCO中的波形存儲器和相位累加器。具體來說，在本發明的具體實施例中，可先根據所述最小頻率解析度和所述數控振蕩器的採樣頻率，計算一個完整的採樣周期中的所有採樣點的總數目；然後再在ROM中設置一個存儲有預設數目的採樣點數據的波形查找表，並根據所存儲的採樣點數據的數目設置相位累加器的長度。其中，在本發明的具體實施例中，上述預設數目的採樣點數據可以是一個完整的採樣周期中的所有的採樣點數據。例如，當NCO的最小頻率解析度為40KHz，採樣頻率為30. 72MHz時，根據上述最小頻率解析度和採樣頻率可知，在一個完整的採樣周期中，所有的採樣點的總數目為 30. 72/0. 04 = 768 (個)。因此，只需在ROM中設置一個存儲有768個40KHz的採樣點數據的波形查找表，並設置一個長度為η = Roundup (log2768) = 10比特(bit)的相位累加器 (其中，「Roundup」表示向上取整的運算)，即可通過查表的方法使得該NCO可以輸出具有 40KHz的任意整數倍的頻率的輸出信號。具體的查表方法可以使用現有技術中常用的查表方法，在此不再贅述。由上可知，由於上述NCO的最小頻率解析度遠遠大於現有技術中的NCO的最小頻率解析度(一般小於0. 1Hz)，一個完整採樣周期中的採樣點的總數目較少，因此可以在上述NCO的波形存儲器中存儲所有採樣點的數據，從而使得該NCO的輸出信號的頻率必然是所需要的40KHz的整數倍的頻率，而不會出現其它數值的頻率，從而有效地消除了 NCO的頻率偏移，實現了完全無頻偏的NCO ；同時，也大大簡化了該NCO的設計過程，大大降低NCO的設計複雜度；另外，由於一個完整採樣周期中的採樣點的總數目較小，因此波形存儲器的存儲空間也比較小，從而使得相位累加器的長度也可以大為減小，例如，當採樣點的總數目為 768時，相位累加器的長度可以僅為10比特(而現有技術中的相位累加器的長度一般為32 比特以上)，從而可以大大節約系統的資源，降低生產成本。進一步地，在本發明的具體實施例中，還可以利用正弦函數和餘弦函數的特性，對波形存儲器的存儲空間的大小進行進一步的優化。例如，由於NCO可以同時輸出正弦信號和餘弦信號，而根據正弦函數和餘弦函數的聯合圖象可知，在W，η/4]的區間內，正、餘弦函數的幅值都已經出現過一次，至於其它的角度在[η/4，2π]區間內的各個採樣點的正弦值和餘弦值，則可以通過相應的三角變換公式變換到W，η/4]區間內的正弦值和餘弦值，因此，上述波形存儲器中的波形查找表中所存儲的預設數目的採樣點數據可以僅僅是角度在W，^/4]區間內的採樣點的正弦值和餘弦值，也就是說，上述預設數目的採樣點數據為一個完整的採樣周期中的角度在W，^/4]區間內的採樣點數據；此時，所存儲的採樣點的數目為一個完整的採樣周期中的所有採樣點的總數目的八分之一。例如，當所有採樣點的總數目為768時，所存儲的採樣點的數目為768/8 = 96 (個)。如果使用一個16 比特的無符號數來量化採樣點的正弦值或餘弦值，則該波形查找表所需要的存儲空間僅為 (96 X 32) bit。因此，相對於現有技術來說，本發明中的波形存儲器所佔用的系統資源將非常小。此外，由於本發明中的NCO可以輸出完全無頻偏的頻率，因此，該NCO的最終輸出誤差僅僅取決於該NCO輸出的量化位數，從而可使得該NCO具有很好的雜散性能。例如，當使用16比特的無符號數來進行量化時，所導致的量化誤差為101og(^-(2"16)2) = -\07 AldBFs其中，dbFs表示以滿刻度為零電平的分貝數，可簡稱為滿刻度分貝值。例如，低於滿刻度20db的信號便是-20dbFs。相對於現有技術來說，上述量化誤差遠遠小於現有技術中的輸出誤差，因此，本發明中的NCO還將具有很好的雜散性能。綜上可知，在本發明的實施例中提出了上述的消除數控振蕩器的頻率偏移的方法。在上述消除數控振蕩器的頻率偏移的方法中，由於將根據數控振蕩器中所使用的中頻頻率、本振頻率以及系統的輸出頻率，計算所述三種頻率的公因子；然後將所計算的公因子的值作為數控振蕩器的最小頻率解析度；並根據所述最小頻率解析度和所述數控振蕩器的採樣頻率，設置所述數控振蕩器中的波形存儲器和相位累加器，從而有效地消除了 NCO的頻率偏移，實現了完全無頻偏的NC0，並大大提高了 NCO的雜散性能，因而大大提高了系統的性能；同時，還可以大大降低NCO的設計複雜度，節約系統的資源，從而降低生產成本。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明保護的範圍之內。
權利要求
1.一種消除數控振蕩器的頻率偏移的方法，其特徵在於，該方法包括根據數控振蕩器中所使用的中頻頻率、本振頻率以及系統的輸出頻率，計算所述三種頻率的公因子；從所計算的公因子中選擇一個公因子的值作為所述數控振蕩器的最小頻率解析度； 根據所述最小頻率解析度和所述數控振蕩器的採樣頻率，設置所述數控振蕩器中的波形存儲器和相位累加器。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述中頻頻率和本振頻率為所述數控振蕩器中所使用的最小中頻頻率和最小本振頻率；所述系統的輸出頻率為系統的最小輸出頻率。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述計算所述三種頻率的公因子包括 計算所述三種頻率的最大公因子。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述從所計算的公因子中選擇一個公因子的值作為所述數控振蕩器的最小頻率解析度包括從所計算的公因子中選擇任意一個公因子的值作為所述數控振蕩器的最小頻率解析度。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述從所計算的公因子中選擇一個公因子的值作為所述數控振蕩器的最小頻率解析度包括從所計算的公因子中選擇最大公因子的值作為所述數控振蕩器的最小頻率解析度。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述根據所述最小頻率解析度和所述數控振蕩器的採樣頻率，設置所述數控振蕩器中的波形存儲器和相位累加器包括根據所述最小頻率解析度和所述數控振蕩器的採樣頻率，計算一個完整的採樣周期中的所有採樣點的總數目；在波形存儲器中設置一個存儲有預設數目的採樣點數據的波形查找表，並根據所存儲的採樣點數據的數目設置所述相位累加器的長度。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於所述預設數目的採樣點數據為一個完整的採樣周期中的所有的採樣點數據。
8.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於所述預設數目的採樣點數據為一個完整的採樣周期中的角度在W，^/4]區間內的採樣點數據。
全文摘要
本發明提供了一種消除數控振蕩器的頻率偏移的方法，該方法包括根據數控振蕩器中所使用的中頻頻率、本振頻率以及系統的輸出頻率，計算所述三種頻率的公因子；從所計算的公因子中選擇一個公因子的值作為所述數控振蕩器的最小頻率解析度；根據所述最小頻率解析度和所述數控振蕩器的採樣頻率，設置所述數控振蕩器中的波形存儲器和相位累加器。通過使用上述的方法，可有效地消除NCO的頻率偏移，實現完全無頻偏的NCO，提高NCO的雜散性能，降低NCO的設計複雜度，節約系統的資源，降低生產成本。
文檔編號H03L7/099GK102468845SQ20101053209
公開日2012年5月23日 申請日期2010年10月29日 優先權日2010年10月29日
發明者莫曉光 申請人:鼎橋通信技術有限公司