專利名稱：一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)，尤其涉及一種應(yīng)用于藍牙EDR (Enhanced Data Rate)解調(diào)器中的同步系統(tǒng)，另外，本發(fā)明還涉及一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度 歸一化的方法。
背景技術(shù)：
在藍牙EDR (Enhanced Data Rate)系統(tǒng)中，解調(diào)器要解調(diào)兩種調(diào)制模式的數(shù)據(jù)GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying)調(diào)制信號和PSK (Phase Shift Keying)調(diào)制信號。 由于GFSK調(diào)制是恒包絡(luò)的調(diào)制方式，它的解調(diào)器對自動增益控制的要求比較低，在輸入信號 出現(xiàn)飽和的情^L下仍然能夠完成解調(diào)，因此在系統(tǒng)中可以用相對簡單的自動增益控制來完成 解調(diào)；然而PSK解調(diào)器在信號出現(xiàn)飽和時不能完成解調(diào)，同時由于輸入信號幅度的波動會引 起碼元同步和載波同步環(huán)路的失鎖，不能完成跟蹤伺步的作用。
因此，實有必要對現(xiàn)有的出入檢測系統(tǒng)做進一步改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)，用于實 現(xiàn)碼元同步和載波同步準確的跟蹤輸入信號碼元和載波的變化而不受其幅度變化的影響，在 系統(tǒng)中可以大大簡化自動增益控制模塊的復(fù)雜度。
另外，本發(fā)明還提供一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)，其特征在于所述用于實現(xiàn)信號幅度歸一化 的系統(tǒng)進一步包括
數(shù)字混頻器，用于將輸入信號從數(shù)字中頻下變頻至基帶； 濾波器組，用于將輸入信號分成幾路完成匹配濾波；
相關(guān)器，其用數(shù)據(jù)包的同步字節(jié)來與輸入信號進行相關(guān)運算，找出第一個判決信號的采 樣點；
數(shù)據(jù)選擇器，用于選擇數(shù)據(jù)進行碼元判決；
判決信號計算器，其根據(jù)輸入信號的調(diào)制模式對輸入的判決點信號值判斷接收到的碼元 值，同時根據(jù)輸入信號計算出相應(yīng)的硬判決信號值來完成碼元同步和載波同步； 歸一化系數(shù)計算器，根據(jù)碼元判決點的幅度來計算歸一化系數(shù)； 乘法器，對碼元判決點的采樣值以及其對應(yīng)的硬判決樣值進行歸一化處理；載波同步模塊，根據(jù)輸入信號計算載波頻偏并產(chǎn)生頻率控制字；
碼元同步模塊，根據(jù)輸入信號計算碼元速率偏移量并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號輸出到數(shù)據(jù)選 擇器模塊；
頻率綜合器，根據(jù)上述頻率控制字產(chǎn)生相應(yīng)的正余弦信號與輸入信號進行混頻。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述濾波器組包括將輸入信號分組的抽取濾波器及將分組
后的輸入信號分別進行匹配濾波的匹配濾波器。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述判決信號計算器包括計算輸入信號相位的相位判決器
及計算輸入信號幅值的幅值計算器。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述相位判決器后連接有相位碼元映射器及硬判決信號計算器。
作為本發(fā)朋的一種優(yōu)選方案，所述歸一化系數(shù)計算器包括在計算時間窗口控制器控制下
依次連接的第一累加器和平均值計算器。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述歸一化系數(shù)計算器進一步包括連接在平均值計算器后
的除法器。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述載波同步模塊包括依次連接的第二鑒相/頻器、第二環(huán)
路濾波器及第二累加器。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述碼元同步模塊包括依次連接的第三鑒相/頻器、第三環(huán)
路濾波器、第三累加器及閾值比較器。
利用上述系統(tǒng)實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的方法，該方法包括如下步驟 步驟一，利用數(shù)字混頻器將輸入信號從數(shù)字中頻下變頻至基帶； 步驟二，利用濾波器組將輸入信號分成幾路完成匹配濾波；
步驟三，利用相關(guān)器實現(xiàn)同步字節(jié)與輸入信號的相關(guān)運算，找出第一個判決信號的采樣
點；
步驟四，利用數(shù)據(jù)選擇器從輸入信號中選擇判決信號的采樣點輸入到下面的模塊進行碼
元判決，輸出的信號為碼元速率；
步驟五，利用判決信號計算器，根據(jù)輸入信號的調(diào)制模式對輸入的判決點信號值判斷接
收到的碼元值，同時根據(jù)輸入信號計算出相應(yīng)的硬判決信號值來完成碼元同步和載波同步； 步驟六，利用歸一化系數(shù)計算器，根據(jù)碼元判決點的幅度來計算歸一化系數(shù)； 步驟七，利用乘法器，對碼元判決點的采樣值以及其對應(yīng)的硬判決樣值進行歸一化處理； 步驟八，利用載波同步模塊，根據(jù)輸入信號計算載波頻偏并產(chǎn)生頻率控制字；步驟九，利用碼元同步模塊，根據(jù)輸入信號計算碼元速率偏移量并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號 輸出到數(shù)據(jù)選擇器模塊；
步驟十，利用頻率綜合器，根據(jù)上述頻率控制字產(chǎn)生相應(yīng)的正余弦信號與輸入信號進行 混頻。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟三中，相關(guān)器根據(jù)輸入數(shù)據(jù)過采樣的倍數(shù)用10個 同步碼元與輸入信號進行相關(guān)運算，在相關(guān)運算的窗口內(nèi)找出最大相關(guān)值，最大相關(guān)值對應(yīng)
的數(shù)據(jù)即為第一個碼元判決點的輸入。
本發(fā)明提出一種應(yīng)用于藍牙EDR解調(diào)器中的用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)及方法，
實現(xiàn)了碼元同步和載波同步的輸入信號幅度被歸一化，使碼元同步和載波同步準確的跟蹤輸 入信號碼元和載波的變化而不受其幅度變化的影響，這樣保證了兩個同步環(huán)路的收斂，并且
在輸入信號幅度變化的情況下仍然保持收斂，可以大大簡化自動增益控制模塊的復(fù)雜度。


圖1是本發(fā)明一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)組成示意圖2是本發(fā)明一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)中濾波器組示意圖3是本發(fā)明一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)速率過快時的碼元判 決點選擇機制示意圖4是本發(fā)明一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)速率過慢時的碼元判 決點選擇機制示意圖5是本發(fā)明一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)中判決信號計算器的示意圖6是本發(fā)明一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)中歸一化系數(shù)計算器的示意圖7是本發(fā)明一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)中載波同步模塊的示意圖8是本發(fā)明一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)中三個不同幅度輸入信號歸一化
操作控制鑒相/頻誤差的機制示意圖9本發(fā)明一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)中碼元同步模塊的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對技術(shù)方案的實施作進一步的詳細描述
請參閱圖l所示， 一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)，輸入信號(數(shù)字中頻信號) 為復(fù)數(shù)信號，可表示為下面格式
r(n) = I(n) + j*Q(n) 頻率綜合器11產(chǎn)生的正余弦信號表示為dfs(n) = cosd(n) + j氺sind(n) 數(shù)字混頻器1是一個復(fù)數(shù)混頻器，輸出信號為D(n)，則混頻運算可表示為 D(n) = r (n)氺con j (df s (n"
請同時參見圖2所示濾波器組2示意圖，濾波器組2包括將輸入信號分組的抽取濾波器 12及將分組后的輸入信號分別進行匹配濾波的匹配濾波器13。抽取濾波器12將輸入的信號 分為K組，匹配濾波器13將K組信號分別進行匹配濾波。
相關(guān)器3根據(jù)輸入數(shù)據(jù)過采樣的倍數(shù)用10個同步碼元與輸入信號進行相關(guān)運算，在相關(guān) 運算的窗口內(nèi)找出最大相關(guān)值，最大相關(guān)值對應(yīng)的數(shù)據(jù)即為第一個碼元判決點的輸入，這個 數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)選擇器4選中進入后面的模塊進行處理。
數(shù)據(jù)選擇器4選擇數(shù)據(jù)進行碼元判決。第一個碼元判決點數(shù)據(jù)選擇由相關(guān)器3控制，在相 關(guān)值最大點處選擇該點作為第一個碼元判決點；后面的碼元判決點由碼元同步模塊IO輸出的 信號控制。
請參照圖3和圖4所示的輸入數(shù)據(jù)過快和過慢時的碼元判決點選擇機制。假設(shè)輸入數(shù)據(jù)為 碼元速率的k倍，輸入數(shù)據(jù)為d(0)，d(l),…d(3k)…，在正常情況下如果輸入數(shù)據(jù)速率沒有出 現(xiàn)過快或者過慢的情況，則數(shù)據(jù)選擇器4每隔k個值就選擇一個點作為碼元判決信號，即 d(0),d(k)，d(2k)，d(3k)…會被選中;如果出現(xiàn)過快的情況，如圖3所示，來自碼元同步模塊 10的控制信號"slow"會出現(xiàn)一個脈沖信號，數(shù)據(jù)選擇器4就會經(jīng)過k-l個數(shù)據(jù)點選擇一個 碼元判決信號，即d(0),d(k),d(2k-1)，d(3k-1)，…被選中;如果出現(xiàn)過慢的情況，如圖4所 示，來自碼元同步模塊10的控制信號"fast"會出現(xiàn)一個脈沖信號，數(shù)據(jù)選擇器4就會經(jīng)過 k+l個數(shù)據(jù)點選擇一個碼元判決信號，即d(0),d(k),d(2k+l)，d(3k+l)，…被選中。
判決信號計算器5的示意圖見圖5。其包括計算輸入信號相位的相位判決器14及計算輸 入信號幅值的幅值計算器15。其中，所述相位判決器14后連接有相位碼元映射器16及硬判 決信號計算器17。
相位判決器14根據(jù)當前的數(shù)據(jù)調(diào)制方式(pi/4叫PSK或者D8PSK)計算輸入信號對應(yīng)的相 位。幅值計算器15計算輸入信號的幅值，運算表達式如下-
amp(n) = sqrt(real(bf—decision(n)"2 + imag(bf_decision(n)~2)) 計算得到的信號幅值輸入到歸一化系數(shù)計算器6中，相位碼元映射器16根據(jù)當前的數(shù)據(jù) 調(diào)制方式完成相位到碼元的映射，輸出接收到的碼元值。硬判決信號計算器17根據(jù)輸入的信 號幅值和硬判決相位計算對應(yīng)的硬判決信號，此信號為復(fù)數(shù)形式，具體運算如下-aft一decision(n) = amp(n)承exp(j承ang(n))得到的信號af t_deci sion (n)輸入到載波同步和碼元同步模塊。
歸一化系數(shù)計算器6的示意圖見圖6。所述歸一化系數(shù)計算器包括在計算時間窗口控制器 20控制下依次連接的第一累加器18和平均值計算器19以及連接在平均值計算器19后的除法 器21。
輸入信號為碼元判決點的信號幅值，此信號經(jīng)過第一累加器18和平均值計算器19計算 出平均值，第一累加器18和平均值計算器19在計算時間窗口控制器20的控制下完成計算。 假設(shè)計算時間窗口控制器20的控制周期為N個碼元周期，則完成的運算如下
amp_av = (amp(l)+ amp (2)+...+ amp(N))/N 計算得到的平均幅值與設(shè)定的參考幅值進行除法運算，得到歸一化系數(shù) N_factor = AMP一ref/ amp—av
乘法器7和8對輸入碼元同步模塊10和載波同步模塊9的兩組信號做歸一化處理，使輸 入到兩個模塊的信號幅值與參考幅值一致。
載波同步模塊9的示意圖見圖7。所述載波同步模塊9包括依次連接的第二鑒相/頻器22、 第二環(huán)路濾波器23及第二累加器24。假設(shè)碼元判決前后對應(yīng)的數(shù)值在歸一化后分別為
I(n)+j*Q(n)和I一dec(n)+j氺Q一dec(n)。 第二鑒相/頻器22從輸入的信號中提取相位/頻率誤差，它完成的運算可以表示為
I(n)*Q—dec(n) - Q(n)*I—dec(n) 第二環(huán)路濾波器23對得到的相頻誤差進行濾波，第二累加器24對誤差經(jīng)過累加后輸出到頻 率綜合器11修正其頻率控制字。
對輸入信號的幅度進行歸一化后，經(jīng)過第二鑒相/頻器22輸出的誤差信號能正確反映出當 前信號的偏差，不受輸入信號幅度變化的影響，其控制機制如圖8所示。圖中給出了三個幅 度不同的輸入信號"1"、 "2"、 "3"，經(jīng)過第二鑒相/頻器22的處理輸出誤差信號，從運算表 達式上可以看出輸出的誤差信號幅度隨著輸入信號的幅度而改變，在圖8中給出了三個對應(yīng) 的誤差輸出信號。如果將2輸入的信號幅度作為參考值，則經(jīng)過幅度歸一化后在誤差輸出端 口只能得到圖中實線所示的誤差信號輸出。在輸入信號幅度沒有歸一化的情況下，輸出信號 不能準確反映當前信號的偏差程度，輸入信號的誤差對誤差信號產(chǎn)生了影響，這樣環(huán)路就不 能準確跟蹤輸入信號頻率變化；信號幅度進行歸一化后，在第二鑒相/頻器22后面將產(chǎn)生一 個穩(wěn)定的誤差輸出，它準確的反映了當前信號的偏差，環(huán)路就可以準確地跟蹤信號變化。
碼元同步模塊10的示意圖見圖9。所述碼元同步模塊10包括依次連接的第三鑒相/頻器 25、第三環(huán)路濾波器26、第三累加器27及閾值比較器28。第三鑒相/頻器25根據(jù)輸入信號計算當前碼元偏差的相位。它完成的運算可以表示為
{1 (n) *I_dec (n-1) -I_dec (n) *I (n-1)} + {Q (n) *Q_dec (n-l) -Q_dec (n) *Q (n-1)} 第三累加器27對誤差進行累加，閾值比較器28根據(jù)累加的誤差決定當前的相位偏差是否需 要控制前面的數(shù)據(jù)選擇器4進行相位偏移。
幅度歸一化對碼元同步的控制與它對載波同步的控制相同。經(jīng)過歸一化后在鑒相器25輸 出端得到一個穩(wěn)定的不受輸入信號幅度影響的誤差信號，它能準確地反映當前信號的碼元偏 差程度，環(huán)路可以根據(jù)此誤差信號進行準確的跟蹤。
以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，任何不脫離本發(fā)明精神和范圍的技
術(shù)方案均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)，其特征在于所述用于實現(xiàn)信號幅度歸一化的系統(tǒng)進一步包括數(shù)字混頻器，用于將輸入信號從數(shù)字中頻下變頻至基帶；濾波器組，用于將輸入信號分成幾路完成匹配濾波；相關(guān)器，其用數(shù)據(jù)包的同步字節(jié)來與輸入信號進行相關(guān)運算，找出第一個判決信號的采樣點；數(shù)據(jù)選擇器，用于選擇數(shù)據(jù)進行碼元判決；判決信號計算器，其根據(jù)輸入信號的調(diào)制模式對輸入的判決點信號值判斷接收到的碼元值，同時根據(jù)輸入信號計算出相應(yīng)的硬判決信號值來完成碼元同步和載波同步；歸一化系數(shù)計算器，根據(jù)碼元判決點的幅度來計算歸一化系數(shù)；乘法器，對碼元判決點的采樣值以及其對應(yīng)的硬判決樣值進行歸一化處理；載波同步模塊，根據(jù)輸入信號計算載波頻偏并產(chǎn)生頻率控制字；碼元同步模塊，根據(jù)輸入信號計算碼元速率偏移量并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號輸出到數(shù)據(jù)選擇器；頻率綜合器，根據(jù)上述頻率控制字產(chǎn)生相應(yīng)的正余弦信號與輸入信號進行混頻。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)，其特征在于所述濾波器 組包括將輸入信號分組的抽取濾波器及將分組后的輸入信號分別進行匹配濾波的匹配濾波器o
3. 如權(quán)利要求1所述的一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)，其特征在于所述判決信 號計算器包括計算輸入信號相位的相位判決器及計算輸入信號幅值的幅值計算器。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)，其特征在于所述相位判 決器后連接有相位碼元映射器及硬判決信號計算器。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)，其特征在于所述歸一化 系數(shù)計算器包括在計算時間窗口控制器控制下依次連接的第一累加器和平均值計算器。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)，其特征在于所述歸一化 系數(shù)計算器進一步包括連接在平均值計算器后的除法器。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)，其特征在于所述載波同 步模塊包括依次連接的第二鑒相/頻器、第二環(huán)路濾波器及第二累加器。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種用于實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的系統(tǒng)，其特征在于所述碼元同 步模塊包括依次連接的第三鑒相/頻器、第三環(huán)路濾波器、第三累加器及閾值比較器。
9. 一種利用權(quán)利要求1至8任意一項所述的系統(tǒng)實現(xiàn)輸入信號幅度歸一化的方法，該方法包括如下步驟步驟一，利用數(shù)字混頻器將輸入信號從數(shù)字中頻下變頻至基帶； 步驟二，利用濾波器組將輸入信號分成幾路完成匹配濾波；步驟三，利用相關(guān)器實現(xiàn)同步字節(jié)與輸入信號的相關(guān)運算，找出第一個判決信號的采樣點； 步驟四，利用數(shù)據(jù)選擇器從輸入信號中選擇判決信號的采樣點輸入到下面的模塊進行碼元判 決，輸出的信號為碼元速率；步驟五，利用判決信號計算器，根據(jù)輸入信號的調(diào)制模式對輸入的判決點信號值判斷接收到的碼元值，同時根據(jù)輸入信號計算出相應(yīng)的硬判決信號值來完成碼元同步和載波同步；步驟六，利用歸一化系數(shù)計算器，根據(jù)碼元判決點的幅度來計算歸一化系數(shù)；步驟七，利用乘法器，對碼元判決點的采樣值以及其對應(yīng)的硬判決樣值進行歸一化處理；步驟八，利用載波同步模塊，根據(jù)輸入信號計算載波頻偏并產(chǎn)生頻率控制字；步驟九，利用碼元同步模塊，根據(jù)輸入信號計算碼元速率偏移量并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號輸出到數(shù)據(jù)選擇器；步驟十，利用頻率綜合器，根據(jù)上述頻率控制字產(chǎn)生相應(yīng)的正余弦信號與輸入信號進行混頻。 10.如權(quán)利要求9所述的一種用于實現(xiàn)信號幅度歸一化的方法，其特征在于所述步驟三中， 相關(guān)器根據(jù)輸入數(shù)據(jù)過采樣的倍數(shù)用IO個同步碼元與輸入信號進行相關(guān)運算，在相關(guān)運算的 窗口內(nèi)找出最大相關(guān)值，最大相關(guān)值對應(yīng)的數(shù)據(jù)即為第一個碼元判決點的輸入。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種用于實現(xiàn)信號幅度歸一化的系統(tǒng)，其包括依次連接的數(shù)字混頻器、乘法器、濾波器組、相關(guān)器、數(shù)據(jù)選擇器、判決信號計算器、歸一化系數(shù)計算器、碼元同步模塊、載波同步模塊以及頻率綜合器，本發(fā)明實現(xiàn)了碼元同步和載波同步的輸入信號幅度被歸一化，使碼元同步和載波同步準確的跟蹤輸入信號碼元和載波的變化而不受其幅度變化的影響，這樣保證了兩個同步環(huán)路的收斂，并且在輸入信號幅度變化的情況下仍然保持收斂，可以大大簡化自動增益控制模塊的復(fù)雜度。
文檔編號H04J1/00GK101304305SQ20081003940
公開日2008年11月12日 申請日期2008年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月23日
發(fā)明者喬俊杰 申請人:捷頂微電子(上海)有限公司