專利名稱：頻率誤差測量裝置和無線電設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種比如可應用到發(fā)送/接收編碼聲頻信號的數(shù)字式蜂窩系統(tǒng)中的頻率誤差測量裝置和無線電設備。
至今，在包括一種無線電話的數(shù)字式蜂窩系統(tǒng)中，通過對聲頻信號的編碼和發(fā)送/接收，用時分多路復用的方法，可將一個信道同時用于一組終端設備。
更具體地說，當電源接通時，這種終端設備在對預先設置的比如124個信道進行順序掃描之后，檢測具有最強磁場的信道。
然后，終端設備檢測分配給這個終端設備所屬區(qū)域的控制信道，并接收該控制信道。
用該控制信道形成時隙，并傳送各種信息，于是，該數(shù)字式蜂窩系統(tǒng)發(fā)送每一終端設備在控制信道上接收的基地臺的信息、鄰近基地臺的信息、以及呼叫終端設備的信息。
于是，終端設備根據(jù)這個頻率控制信道(FCCH)，檢測以規(guī)定的周期和處理定時插入在這個控制信道中的頻率校正信道，同時粗略地檢測輸出需要信息的定時。
這里，頻率控制信道是分配位模式的同步信號，以便當解調(diào)時“0”值的數(shù)據(jù)能連續(xù)規(guī)定的位數(shù)，并且在該數(shù)字式蜂窩系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)是用高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)調(diào)制和發(fā)送的。于是，如

圖1中所示，可將頻率控制信道信號表示為I信號和Q信號(相位延遲90°，信號幅度以正弦變化)的合成波。
用這種結(jié)構(gòu)，當以正確的定時對終端設備通過正交檢測獲得的信號接收結(jié)果進行采樣時，合成的IQ數(shù)據(jù)在I軸和Q軸的復平面上連續(xù)旋轉(zhuǎn)90°相位。
另一方面，如圖2所示，如果該頻率校正信道是在該定時被延遲的情況下接收的，則接收數(shù)據(jù)從對應于這定時滯后的I軸和Q軸逐漸偏移。
更具體地說，可用向量來表示這種信號接收結(jié)果，在通過對信號接收結(jié)果的每一位進行采樣獲得信號接收結(jié)果的情況下，如果對于基地臺采樣的定時延遲(即終端設備的時鐘延遲)用θe表示(用弧度)，通過正交檢測獲得的固定定時的信號接收結(jié)果用向量S0(α0，β0)表示，用向量S4(α4，β4)表示延遲4個樣本的信號接收結(jié)果，則用振幅/角度表示可獲得下面的合式r0exp(jθ0)＝α0+jβ0……(1)r4exp(jθ4)＝α4+β4……(2)可將頻率誤差表示如下θe＝θ4-θ0……(3)因此，從公式(1)和(2)可獲得下式r4exp(jθ4)r0exp(jθ0=r4r0exp(jθ4-jθ0)]]>=r4r0exp(jθe)]]>=r4r0(cosθe+jsinθe)]]>≈cosθ4+jsinθe(∵r4≈40)……(4)此時，下面的關系成立θe＜＜1 ……(5)故可得到下面的公式sinθe＝θe……(6)如果求出等式(4)的虛數(shù)部分，則可檢測出頻率誤差θe更具體地說，從等式(4)可得出下面的等式θe=Im(r4exp(jθ4)r0exp(jθ0))]]>=Im(α4+jβ4α0+jβ0)]]>=Im((α4+jβ4)(α0-jβ0)α02+β02)]]>=Im(α4α0+β4β0+j(α0β4-α4β0)α02+β02)]]>=α0β4-α4β0α02+β02······(7)]]>于是，在該終端設備中，根據(jù)信號接收結(jié)果執(zhí)行等式(7)的計算處理可檢測出頻率誤差。在實際的終端設備中，要進行平均處理，以消除噪音的影響，并檢出頻率誤差θe。
更具體地說，因為在終端設備中信號接收結(jié)果的幅度在一個時隙中變化不大，故可通過下面等式的計算處理來檢測頻率誤差θeθe=1128Σj=0127αjβj+4-αj+4βjαj2+βj2······(8)]]>在這種情況下，因為頻率誤差θe包括每4位的角度誤差，它將在IQ平面上每秒旋轉(zhuǎn)量更多，如下式中所確定的
這里RBIT是位速度。
在這種情況下，因為在數(shù)字式蜂窩系統(tǒng)終端設備中的位速率近似為270.8[bps](13M/48)，實際的頻率誤差fe可表示如下fe=θe×13M48×14×12π]]>=13×106384πθe]]>＝10.8×103θe……(10)于是，終端設備能夠檢測頻率誤差θe，實際上是執(zhí)行圖3所示的處理程序，因而可校正頻率偏差。
更具體地說，終端設備順序地掃描預先設置的124個信道，當接收分配給這個終端設備所屬區(qū)域的控制信道時，該終端設備從步驟SP1進入步驟SP2，并順序檢測包括控制信道接收結(jié)果的輸入數(shù)據(jù)與規(guī)定標準信號之間的相關值。
將這個標準信號規(guī)定為與頻率校正信道相同的信號，這樣，終端設備檢測相關值的增長，并檢測頻率校正信道的定時。
因此，當終端設備檢測頻率校正信道的定時的時候，通過將以這個定時接收的IQ數(shù)據(jù)儲存在預定的存儲電路中而將頻率校正信道接收結(jié)果儲存到該存儲電路中，并在接著的步驟SP3中，采用儲存在這個存儲電路中的IQ數(shù)據(jù)來執(zhí)行等式(8)的計算。
以此結(jié)構(gòu)，當檢測頻率誤差θe之后，終端設備移到步驟SP4，通過按頻率誤差θe的檢測結(jié)果校正在標準信號產(chǎn)生電路中的振蕩頻率來校正鐘頻，然后進入步驟SP5，完成該處理程序。
在實際中，有些情況是終端設備被用在很惡劣的信號接收環(huán)境，特別是在移動通訊的情況下，比如在車輛中使用，由于噪音和衰落的影響，在接收信號中產(chǎn)生了波形畸變。而且，這時接收信號的載頻本身也有多普勒頻偏。
因此，在通常的終端設備中，由于這種外界的干擾，很難正確地檢測頻率校正信道的頻率。
特別是，在通常的終端設備中，Eb/No＝15[dB]是根據(jù)模擬結(jié)果定下的檢測頻率誤差的限制，而且很清楚，如果噪音水平進一步增加，實際上將不能檢測頻率誤差。
然而在實際應用中，有時噪音水平的增加比這個值還高，在終端設備中必須重復接收頻率校正信道直到開始通訊，這樣化費了很多時間。
鑒于上述，本發(fā)明的目的是提供一種頻率誤差測量裝置和一種無線電設備，它能夠正確地檢測頻率誤差，甚至在高噪音水平的環(huán)境中也能夠檢測。
通過提供一種頻率誤差測量裝置達到了本發(fā)明的上述目的和其它目的，在該裝置中，根據(jù)以規(guī)定的周期插在發(fā)送信號中的預定模式的同步信號(FCCH)來接收發(fā)送信號；并且為了檢測同步信號(FCCH)用的時鐘的頻率偏差θe，須根據(jù)時鐘來形成相關檢測的標準模式、檢測標準模式與發(fā)送信號之間的復相關值CORR、根據(jù)該復相關值CORR來檢測出同步信號(FCCH)用的時鐘的頻率偏差θe。
此外，按照本發(fā)明的無線電設備，根據(jù)以規(guī)定周期插入發(fā)送信號中的預定模式的同步信號(FCCH)來接收發(fā)送信號，在該無線電設備中，根據(jù)規(guī)定的時鐘形成用于相關值檢測的標準模式，并檢測該標準模式與發(fā)送信號之間的復相關值CORR，以及根據(jù)該復相關值CORR檢測對于同步信號(FCCH)該標準模式形成頻率的誤差θe，并根據(jù)這個誤差檢測結(jié)果，獲得標準模式形成頻率與該同步信號(FCCH)相同時所得到的信號接收結(jié)果。
如果根據(jù)時鐘形成了用于相關值檢測的標準模式，并檢測到標準模式與發(fā)送信號之間的復相關值，則依據(jù)該復相關值CORR能減小噪音的影響，并能檢測時鐘的頻率偏差θe，同時檢測出同步信號(FCCH)的定時。
這樣，根據(jù)檢測的頻率誤差θe校正鐘頻或計算處理信號接收結(jié)果，很容易校正頻率誤差θe，并能獲得當該標準模式形成頻率與同步信號(FCCH)的頻率相同時所得到的信號接收結(jié)果。
按照上述的本發(fā)明，因為按同步信號與標準信號之間相關值的檢測結(jié)果可檢測頻率誤差，因此能容易和確定地得到可檢測頻率誤差的頻率誤差測量裝置和無線電設備。
通過下面結(jié)合附圖的詳細描述，將使本發(fā)明的性質(zhì)、原則和用途更加清楚。圖中相同部件使用了相同的標號或符號。
附圖中圖1是表示頻率校正信道的波形圖；圖2是表示頻率誤差的簡單線狀圖；圖3是表示頻率校正信道的流程圖4是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的數(shù)字式蜂窩系統(tǒng)的終端設備的方框圖；圖5是表示頻率偏差校正的流程圖。
現(xiàn)在結(jié)合附圖描述本發(fā)明的最佳實施例(1)實施例的一般結(jié)構(gòu)在圖4中，標號1總的表示數(shù)字式蜂窩系統(tǒng)的終端設備，它通過天線2接收從基地臺發(fā)送的發(fā)送信號，并通過天線共用裝置(未示出)將接收信號加到放大器3上。
放大器3以規(guī)定的增益對接收信號進行放大，然后輸出給高頻處理電路(RF處理)4，用規(guī)定的本機振蕩信號對接收信號進行頻率轉(zhuǎn)換。于是終端設備1通過變換本機振蕩信號的頻率可選擇性地接收需要的信道。
此外，高頻處理電路4解調(diào)與通過正交檢測經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換而接收到的信號的標準相位同步的I信號，同時解調(diào)對于I信號有90°相位差的Q信號，并以內(nèi)設的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將I信號和Q信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。
以這種結(jié)構(gòu)，終端設備1能夠解調(diào)由與接收信號的標準相位同步的解調(diào)結(jié)果組成的I數(shù)據(jù)，并能解調(diào)由對I數(shù)據(jù)具有90°相位差的解調(diào)結(jié)果組成的Q信號，故能夠解調(diào)經(jīng)GMSK調(diào)制并發(fā)送的I數(shù)據(jù)和Q數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)處理電路5是由處理I數(shù)據(jù)和Q數(shù)據(jù)的數(shù)字信號處理器構(gòu)成的，通過均衡I數(shù)據(jù)和Q數(shù)據(jù)的波形并校正其畸變，可減小衰落和多路徑的影響。
此外，數(shù)據(jù)處理電路5根據(jù)I數(shù)據(jù)和Q數(shù)據(jù)檢測頻率校正信道，并根據(jù)其檢測結(jié)果來檢測頻率誤差。同時，根據(jù)所述檢測結(jié)果，數(shù)據(jù)處理電路5和規(guī)定的標準信號產(chǎn)生電路等的功能是可控制的，所以能校正頻率誤差。
除了這一系列處理之外，對I數(shù)據(jù)和Q數(shù)據(jù)進行合并和譯碼之后，數(shù)據(jù)處理電路5處理誤差校正，并將合成的編碼數(shù)據(jù)有選擇地輸出給聲頻處理電路6或中央處理單元8。
聲頻處理電路6對經(jīng)聲頻擴展處理譯碼數(shù)據(jù)后的聲頻數(shù)據(jù)進行解調(diào)，并以內(nèi)裝的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器將此聲頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為聲頻信號。而且，聲頻處理電路6通過該聲頻信號驅(qū)動揚聲器7，于是，在終端設備1中，可以接收到從基地臺輸出的用于通訊目的的聲頻信號。
另一方面，中央處理單元(CPU)8根據(jù)此譯碼數(shù)據(jù)接收從基地臺輸出的預定信息，并根據(jù)接收的結(jié)果變換本機振蕩信號的頻率，于是可將發(fā)送和接收頻率變換到規(guī)定的信道，這樣，終端設備1通過選擇規(guī)定的信道能夠發(fā)送和接收聲頻信號。
再一方面，在聲頻處理電路6中，將從該筒9輸出的聲頻信號轉(zhuǎn)換為聲頻數(shù)據(jù)以后，終端設備1的發(fā)送系統(tǒng)執(zhí)行聲頻壓縮處理。
數(shù)據(jù)處理電路5通過對聲頻處理電路6的輸出數(shù)據(jù)進行合并和譯碼形成I數(shù)據(jù)和Q數(shù)據(jù)，并通過對從中央處理單元8輸出的各種控制碼(代替聲頻處理電路6的輸出數(shù)據(jù))進行合并和譯碼也形成I數(shù)據(jù)和Q數(shù)據(jù)。
高頻處理電路4對I數(shù)據(jù)和Q數(shù)據(jù)進行GMSK調(diào)制形成I信號和Q信號，將I信號和Q信號組合形成規(guī)定頻率的發(fā)送信號。
進一步，RF處理電路4通過放大器10將該頻率變換的發(fā)送信號輸出到天線2，于是在終端設備1中，可發(fā)送通信者的聲音信號或呼叫基地臺的信號。
根據(jù)在數(shù)據(jù)處理電路5中檢測的固定定時檢測結(jié)果，終端設備1切換發(fā)送和接收的定時，并應用時分多路復用方法，在從基地臺發(fā)送給一組終端設備的發(fā)送信號中選擇性地接收分配給自己臺的時隙，并使用分配給自己臺的時隙將聲頻信號發(fā)送給基地臺。
所以，中央處理單元(CPU)8依靠在隨機存取存儲器(RAM)13中獲得的工作區(qū)執(zhí)行儲存在只讀存儲器(ROM)11中的處理程序，根據(jù)臨時需要將控制碼輸給每一電路塊，從而控制整個功能。比如，如果將顯示鍵輸入單元12的規(guī)定操作鍵壓下，據(jù)此操作可將呼叫信號輸出給基地臺。如果輸入了來自基地臺的呼叫信號，則可轉(zhuǎn)換接收信道。
(2)頻率誤差的校正終端設備1當接收控制信道的時候首先根據(jù)頻率校正信道進行幀同步，并且通過檢測頻率誤差和校正頻率偏移，根據(jù)預定的字符組使整個操作與接收數(shù)據(jù)同步，并接收該時隙和接收需要的信息。
更具體地說，如果接通電源，或改變了終端設備所屬的區(qū)域，則中央處理單元8將控制碼輸給RF處理電路4并接收控制信道，然后輸出控制碼到數(shù)據(jù)處理電路5，并檢測頻率校正信道。
在該裝置中，中央處理單元8檢測頻率校正信道定時之后，根據(jù)該定時設備內(nèi)裝在數(shù)字處理電路5中的時基計數(shù)器，對整個操作進行幀同步。
數(shù)字處理電路5，通過計算由樣板組成的標準波形與接收信號之間的相關值，檢測相關值的上升和頻率校正信道定時。
更具體說，如果下面等式的關系成立，則數(shù)據(jù)處理電路5判定頻率校正信道被接收，并檢測相關值的上升和頻率校正信道定時；式中相關值檢測結(jié)果的功率是PCORR，標準波形的功率是PREC，閾值是THPREC-PCORR×TH≤O ……(11)這里，在數(shù)據(jù)處理電路5中，分別用Ii和Qi(樣值)表示I數(shù)據(jù)和Q數(shù)據(jù)，將樣板值表示為復共用數(shù)Tii和Tqi(樣板i)，在相關的長度為n時計算出的中間值Ci如下Ci＝樣本i*樣板i＝(Ii+jQi)(Tii-jTqi)＝(IiTii+QiTQi)+j(QiTii-IiTqi) ……(12)并執(zhí)行下式的計數(shù)，檢測出相關值CORRCORR=Σi=mm+n+1Ci······(13)]]>更具體說，通過將樣板值設置成等于可由正確接收頻率校正信道獲得的IQ數(shù)據(jù)值，則在頻率校正信道的定時時相關值CORR可以上升。這樣，通過利用檢測的以復數(shù)表示的相關值CORR的功率，并判定公式(12)的關系是否成立，很容易檢測頻率校正信道。
這樣，在用共用復數(shù)乘接收信號獲得要檢測的復數(shù)相關值CORR過程中，在IQ平面通過1位表示接收信號，這意味著該接收信號反時針旋轉(zhuǎn)90°。
然后，如果頻率誤差是“0”，則獲得的相關值CORR在接收頻率校正信道的過程中停留在復平面上的同樣位置，另一方面，如果頻率誤差明顯，在接收頻率校正信道期間，它在復平面上旋轉(zhuǎn)該頻率誤差。
更具體說，如果如本實施例那樣檢測到了復數(shù)形式的相關值CORR，則可得到有關頻率誤差的信息。
另外，因為該相關值CORR是以公式(13)進行中間值Ci的平均處理的，故降低了噪音的影響。
于是，根據(jù)相關值CORR可檢測頻率誤差，因此很清楚，在此情況下可以降低噪音的影響。
實際上，在數(shù)字式蜂窩系統(tǒng)中，在由于噪音水平高(比如En/N0＝0[db])按IQ數(shù)據(jù)不能檢測出頻率誤差時，可從相關值CORR檢測頻率校正信道。
而且，如果根據(jù)該相關值CORR來檢測頻率誤差，則可利用頻率校正信道的定時檢測結(jié)果來檢測頻率誤差，這樣，一些原來必需的程序例如接收和調(diào)制頻率校正信道的重復可以省去。
所以，在短時間就能使接收機的整個操作與基地臺同步，并且在短時間就可形成能通訊的條件。
于是，在接收頻率校正信道期間，數(shù)據(jù)處理電路5將從公式(13)得到的相關值CORR順序表示成CORRK＝γk+jδk……(14)然后，執(zhí)行下面的計算，對通過平均處理獲得的相關值CORR進一步進行平均處理，則可檢測到頻率誤差θe=1128Σk=0127γkδk+1-γk+1δkγk2+δk2······(15)]]>另一方面，中央處理單元8執(zhí)行圖5所示的處理程序，并檢測頻率偏差。
更具體說，中央處理單元8從步驟SP10開始進入步驟SP11，在輸出控制碼到數(shù)據(jù)處理電路5中時通過檢測相關值來檢測頻率校正信道，并在步驟SP12中通過執(zhí)行公式(15)的計算從該相關值來檢測頻率誤差。
在該裝置中，中央處理單元8將控制碼輸出給由合成器組成的預定標準信號產(chǎn)生電路，并在下一步驟SP13中改變這個產(chǎn)生電路的頻率，于是通過校正鐘頻校正了頻率偏移，并且在下面的步驟SP14中完成該處理程序。
于是，在實際模擬中可以確認，如果根據(jù)相關值來檢測頻率誤差，甚至在噪音電平與信號幅度相當?shù)那闆r下也能檢測到頻率誤差。
(3)實施例的效果按照上述結(jié)構(gòu)，因為通過檢測復數(shù)形式的相關值來檢測頻率校正信道，并進一步根據(jù)這個相關值來檢測頻率誤差，因此能很容易且確定地檢測頻率誤差并校正頻率偏差，甚至在高噪音電平情況下也如此。
(4)其它實施例上述的實施例處理了通過校正標準信號產(chǎn)生電路的頻率來校正頻率偏差的情況。然后，本發(fā)明并不限于此，通過計算處理IQ數(shù)據(jù)也可校正頻率誤差。
更具體說，可將公式(15)的計算結(jié)果轉(zhuǎn)換為每一位元的相位誤差，并通過累加這些位誤差來檢測IQ數(shù)據(jù)中每個的相位誤差θ000。
這里IQ數(shù)據(jù)分別是ε和ζ，可通過執(zhí)行下面的計算來校正頻率偏差
另外，上述實施例處理了將本發(fā)明用于數(shù)字式蜂窩系統(tǒng)中以校正頻率誤差的情況，然而本發(fā)明并不限于此，還可廣泛用于根據(jù)以預定周期插入的同步信號接收發(fā)送信號的無線電裝置的情況，也可應用到只測量頻率誤差的情況。
以上對本發(fā)明的最佳實施例作了描述，但本領域的技術人員都明白可以有各種變化和修改，這些都屬于本發(fā)明的精神范圍。所附權利要求書包括了這些變化和修改。
權利要求
1.一種頻率誤差測量裝置，當根據(jù)以預定的周期插入所述發(fā)送信號中的規(guī)定模式的同步信號來接收發(fā)送信號的時候，用于檢測同步信號的時鐘頻率偏差，該裝置包括相關值檢測裝置，根據(jù)所述的時鐘形成用于相關值檢測的標準模式，并檢測所述標準模式與所述發(fā)送信號之間的復相關值；頻率偏差檢測裝置，根據(jù)所述的復相關值檢測用于所述同步信號的時鐘頻率偏差。
2.一種無線電設備，根據(jù)以預定周期插入發(fā)送信號中的規(guī)定模式的所述同步信號接收所述發(fā)送信號，該裝置包括相關值檢測裝置，根據(jù)規(guī)定的時鐘形成用于相關值檢測的標準模式，并檢測所述標準模式與所述發(fā)送信號之間的復相關值；頻率偏差檢測裝置，用于根據(jù)所述復相關值依所述同步信號檢測所述標準模式形成周期的偏差；頻率偏差校正裝置，根據(jù)所述偏差檢測結(jié)果獲取當所述標準模式形成頻率與所述同步信號的頻率一致時能獲得的信號接收結(jié)果。
3.根據(jù)權利要求2的無線電設備，其特征在于所述頻率偏差校正裝置用于獲取當所述標準模式形成頻率與所述同步信號的頻率一致時的信號接收結(jié)果。
4.根據(jù)權利要求2的無線電設備，其特征在于所述頻率偏差校正裝置根據(jù)所述時種獲得所述發(fā)送信號的信號接收結(jié)果，并且，通過按所述偏差檢測結(jié)果計算所述信號接收結(jié)果，獲得當所述標準模式形成頻率與所述同步信號的頻率一致時能得到的信號接收結(jié)果。
5.一種頻率誤差量方法，當根據(jù)以預定的周期插入所述發(fā)送信號中的規(guī)定模式的同步信號來接收發(fā)送信號時，用于檢測同步信號用的時鐘的頻率偏差，所述方法包括以下步驟根據(jù)所述時鐘形成用于相關值檢測的標準模式；檢測所述標準模式與所述發(fā)送信號之間的復相關值；根據(jù)所述復相關值檢測所述同步信號用的時鐘的頻率偏差。
6.一種其結(jié)構(gòu)基本上如上述的結(jié)合附圖描述的和如附圖表示的頻率誤差測量裝置。
7.其結(jié)構(gòu)基本上如上述的結(jié)合附圖描述的和如附圖表示的一種無線電設備。
8.一種基本上如上所述的結(jié)合附圖描述的和如附圖表示的頻率誤差測量方法。
全文摘要
在如數(shù)字式蜂窩系統(tǒng)等發(fā)送和接收編碼聲頻信號的無線電設備中，能夠很容易地和確定地檢測頻率誤差，甚至在高噪音電平的環(huán)境中也能檢測。該設備根據(jù)同步信號與標準信號之間的復相關值的檢測結(jié)果，來檢測頻率誤差θe。
文檔編號H04L27/00GK1162230SQ9710250
公開日1997年10月15日 申請日期1997年1月27日 優(yōu)先權日1996年1月30日
發(fā)明者渡邊秀和, H·阿米爾-阿利哈尼 申請人:索尼公司, 索尼英國有限公司