一種擴頻系統的碼片時鐘頻率偏差誤差估計及校正的方法

2023-04-22 16:25:26

專利名稱：一種擴頻系統的碼片時鐘頻率偏差誤差估計及校正的方法
技術領域：
本發明涉及一種擴頻系統碼片時鐘頻率誤差估計及校正方法，特別涉及一種WiFi系統碼片時鐘頻率誤差估計及校正的方法。
背景技術：
擴頻技術是將基帶信號的頻譜擴展到遠大於基帶信號帶寬的過程。擴頻通信具有較強的抗幹擾，抗多徑性能以及頻譜利用率高、支持多址通信等特點。WiFi是一種將電腦網卡和手機等終端通過使用無線電進行相互連接的技術。現在已經廣泛的應用在商務區，大學，機場，及其他公共區域。WiFi所使用標準是IEEE定義的802.11系列標準。802.1lb是使用直接序列擴頻技術的協議。在發射端，待發送的數據被碼片時鐘信號擴頻後形成寬帶信號，並加以調製，然後通過天線將無線信號傳輸出去；在接收端，接收機用與發射機相同的碼片時鐘對寬帶擴頻信號進行解調解擴，從而恢復原有發射數據信號。由於發射機的碼片時鐘頻率與接收端的碼片時鐘頻率可能存在偏差，在接收端，這種偏差可能導致接收機無法完整地恢復發射機所傳輸的數據。因此，必須將發射信號中碼片時鐘誤差估計出來，對接收機收到信號誤差進行校正。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種擴頻系統碼片時鐘頻率誤差估計及校正的方法，使接收端接收到碼片時鐘信號頻率與發射機的碼片頻率保持一致。為解決以上技術問題，本發明採用以下技術方案:一種擴頻系統的碼片時鐘頻率偏差估計的方法，包括以下步驟:步驟1:接收天線將接收到的射頻信號轉換為數字基帶信號後，將其抽樣為L倍速數字基帶信號；步驟2:對步驟I得到的L倍速數字基帶信號進行第一次同步，找出一幀數據的起始位置，然後判斷該幀數據的類型；步驟3:將步驟2得到的信號通過頻域插值變成M倍速數據，其中，M=4*L，然後對M倍速數據進行第二次同步，找出一幀數據的起始位置；步驟4:對第二次同步後的數據進行頻率偏差和相位偏差估計並去掉頻偏、相偏；步驟5:提取步驟4得到的數據的I路數據，然後求出其I路數據的平均值I_n，將該I路數據與其平均值Im_相減，構成去掉直流偏移的新的I路數據IData ；步驟6:對步驟5得到的去掉直流偏移的新的I路數據IData進行線性擬合，求出所有的過零點序號；步驟7:對於每一個過零點序號Hii,選取Hi1-1, Hii和他們所對應的數據進行一階線性擬合，求出實際的過零點值Ili ;
步驟8:根據過零點對應的碼片個數Chipi和過零點時刻\的一階線性關係求出實際碼片時鐘頻率f；hip』，進而求出碼片時鐘頻率誤差Af ;步驟9:將步驟8得到的碼片時鐘頻率誤差Af補償到實際碼片時鐘頻率中，即可得到校正後的時鐘頻率。作為本發明的優選實施例，步驟I中，射頻信號轉換為數字基帶信號的方法為:首先將射頻信號進行下變頻將其轉換為中頻信號，然後再將中頻信號轉換為數字基帶信號；作為本發明的優選實施例，所述射頻信號轉換為基帶信號後，通過低通濾波，將所需信號帶寬以外的信號屏蔽掉；

作為本發明的優選實施例，所述步驟2和步驟3中所述的同步處理以找出一幀數據的起始位置的方法為:利用barker碼對一幀數據的前面K個點進行滑動相關，其中，K>L*100，取相關係數最大的點，判斷該點是否大於一個閾值，如果大於閾值，這個點就是一幀數據的起始位置；作為本發明的優選實施例，所述步驟2中判斷一幀數據的前導類型的方法為:對同步後的數據截取一段數據分別與參考長、短前導序列進行互相關，然後將相關運算後的數據進行比較，如果長前導序列的相關結果大於短前導序列的相關結果，則判斷該數據為長前導序列，否則為短前導序列；其中，截取的數據長度至少包含參考長前導序列和短前導序列的長度；作為本發明的優選實施例，步驟3中所述的頻域插值方法為:先對L倍速數據後面進行補0，使其變為2的N次方個數據；對補O後的數據進行快速傅立葉變換；對傅立葉變換後的頻域數據中間插0，0的個數由插值的倍數決定的；對頻域插值後的數據進行逆快速傅立葉變換，完成插值運算；作為本發明的優選實施例，步驟4中所述頻偏和相偏的計算方法為:將前導序列參考調製信號與實際接收信號符號進行共軛復乘求出第η個符號上的相位差θ η ;然後，根據相位累計偏移量θ n=2 31 *Af*Ts*n+Θ+(^對θ n進行一階線性擬合，g卩en=k*n+b,其中，θη為頻偏，Ts為碼元持續時間，Θ為相位偏移，Φη為相位噪聲，通過線性擬合得出係數k和b。作為本發明的優選實施例，步驟6中所述的過零點序號的判斷方法為:對於第u個位置的I路數據IDatau,取前面M/2個點和後面的M/2-1個點，如果前面M/2個點的值全小於零並且後面M/2-1個點的數全大於零，或者前面M/2個點的值全大於零並且後面M/2-1個點的數全小於零，則第u個點為過零點；作為本發明的優選實施例，所述步驟8中所述的實際碼片時鐘頻率f；hip』的計算方法為:令:實際的採樣頻率為fs，標準的碼片時鐘頻率為f；hip，對於第i個過零點時刻[=J
J S
，其對應的碼片個數為:chip = Chipil + "卜1，公式(I)
s J chip ^將公式(I)變形得到:0028]
權利要求
1.一種擴頻系統碼片時鐘頻率誤差估計及校正方法，其特徵在於:包括以下步驟: 步驟1:接收天線將接收到的射頻信號轉換為數字基帶信號後，將其抽樣為L倍速數字基帶信號； 步驟2:對步驟I得到的L倍速數字基帶信號進行第一次同步，找出一幀數據的起始位置，然後判斷該幀數據的類型； 步驟3:將步驟2得到的信號通過頻域插值變成M倍速數據，其中M=4*L，然後對M倍速數據進行第二次同步，找出一幀數據的起始位置； 步驟4:對第二次同步後的數據進行頻率偏差和相位偏差估計並去掉頻偏、相偏； 步驟5:提取步驟4得到的數據 的I路數據，然後求出其I路數據的平均值I_n，將該I路數據與其平均值Im_相減，構成去掉直流偏移的新的I路數據IData ； 步驟6:對步驟5得到的去掉直流偏移的新的I路數據IData進行線性擬合，求出所有的過零點序號； 步驟7:對於每一個過零點序號IV選取Hi1-U Hli和他們所對應的數據進行一階線性擬合，求出實際的過零點值Ili ； 步驟8:根據過零點對應的碼片個數Chipi和過零點時刻\的一階線性關係求出實際碼片時鐘頻率f；hip』，進而求出碼片時鐘頻率誤差Af ; 步驟9:將步驟8得到的碼片時鐘頻率誤差Af補償到實際碼片時鐘頻率中，即可得到校正後的時鐘頻率。
2.如權利要求1所述的一種擴頻系統碼片時鐘頻率誤差估計及校正方法，其特徵在於:步驟I中，射頻信號轉換為數字基帶信號的方法為:首先將射頻信號進行下變頻將其轉換為中頻信號，然後再將中頻信號轉換為數字基帶信號。
3.如權利要求1或2所述的一種擴頻系統碼片時鐘頻率誤差估計及校正方法，其特徵在於:所述射頻信號轉換為基帶信號後，通過低通濾波，將所需信號帶寬以外的信號屏蔽掉。
4.如權利要求1所述的一種擴頻系統碼片時鐘頻率誤差估計及校正方法，其特徵在於:步驟2和步驟3中所述的同步處理以找出一幀數據的起始位置的方法為:利用barker碼對一幀數據的前面K個點進行滑動相關，其中，K>L*100，取相關係數最大的點，判斷該點是否大於一個閾值，如果大於閾值，這個點就是一幀數據的起始位置。
5.如權利要求1或4所述的一種擴頻系統碼片時鐘頻率誤差估計及校正方法，其特徵在於:步驟2中判斷一幀數據的前導類型的方法為:對同步後的數據截取一段數據分別與參考長、短前導序列進行互相關，然後將相關運算後的數據進行比較，如果長前導序列的相關結果大於短前導序列的相關結果，則判斷該數據為長前導序列，否則為短前導序列；其中，截取的數據長度至少包含參考長前導序列和短前導序列的長度。
6.如權利要求1所述的一種擴頻系統碼片時鐘頻率誤差估計及校正方法，其特徵在於:步驟3中所述的頻域插值方法為:先對L倍速數據後面進行補O，使其變為2的N次方個數據；對補O後的數據進行快速傅立葉變換；對傅立葉變換後的頻域數據中間插0，0的個數由插值的倍數決定的；對頻域插值後的數據進行逆快速傅立葉變換，完成插值運算。
7.如權利要求1所述的一種擴頻系統碼片時鐘頻率誤差估計及校正方法，其特徵在於:步驟4中所述頻偏和相偏的計算方法為:將前導序列參考調製信號與實際接收信號符號進行共軛復乘求出第η個符號上的相位差θ η ;然後，根據相位累計偏移量θ^πΦΛ ^ ^η+θ+φ)^ θη進行一階線性擬合，即0n=k*n+b，其中，θη*頻偏，八為碼元持續時間，Θ為相位偏移，Φη為相位噪聲,通過線性擬合得出係數k和b。
8.如權利要求1所述的一種擴頻系統碼片時鐘頻率誤差估計及校正方法，其特徵在於:步驟6中所述的過零點序號的判斷方法為:對於第u個位置的I路數據IDatau,取前面M/2個點和後面的M/2-1個點，如果前面M/2個點的值全小於零並且後面M/2-1個點的數全大於零，或者前面M/2個點的值全大於零並且後面M/2-1個點的數全小於零，則第u個點為過零點。
9.如權利要求8所述的一種擴頻系統碼片時鐘頻率誤差估計及校正方法，其特徵在於:步驟8中所述的實際碼片時鐘頻率f；hip』的計算方法為:令:實際的採樣頻率為fs，標準 的碼片時鐘頻率為f；hip，對於第i個過零點時刻(=Ts其對應的碼片個數為:
全文摘要
本發明提供了一種擴頻系統碼片時鐘頻率誤差估計及校正方法，接收天線接收到射頻信號後，首先將其轉換為數字基帶信號，然後依次通過一次同步、頻域插值、二次同步、去頻偏和相偏、求過零點序號，得到實際的過零點值，最終通過過零點對應的碼片個數和過零點時刻的一階線性關係求出實際碼片時鐘頻率，進而求出碼片時鐘頻率誤差，實現對時鐘頻率的補償和校正，保證發射機的碼片時鐘頻率與接收端的碼片時鐘頻率一致，提高了接收機的解調性能，使接收機更好的恢復其接收到的數據。
文檔編號H04B1/7073GK103188067SQ201310116238
公開日2013年7月3日 申請日期2013年4月3日 優先權日2013年4月3日
發明者白兵兵, 康永強, 錢宇鋒, 姬翔, 張治 申請人:西安星河亮點信息技術有限公司