CN209545619U

CN209545619U - 载频偏移补偿电路

Info

Publication number: CN209545619U
Application number: CN201920201056.1U
Authority: CN
Inventors: G·米德哈
Original assignee: STMicroelectronics International NV
Current assignee: STMicroelectronics International NV
Priority date: 2018-03-13
Filing date: 2019-02-13
Publication date: 2019-10-25
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: US10348539B1; CN110278168B; CN110278168A

Abstract

本公开涉及载频偏移补偿电路。例如，频率解调信号包括由与载频偏移对应的DC电平移位的时间上的频率调制。多个不同的频率偏移被施加至频率解调信号，以生成对应的多个偏移频率解调信号。每个偏移频率解调信号均相对于参考信号相关，并且进行哪个相关产生了最高相关值的确定。然后，多个偏移频率解调信号中的一个偏移频率解调信号被选择作为经偏移校正的频率解调信号进行输出。被选择的信号是具有最高相关值的一个信号。

Description

载频偏移补偿电路

技术领域

本实用新型涉及用于通***电路中的载频偏移补偿电路。

背景技术

频率调制方案在本领域是众所周知的。一种这样的方案是高斯频移键控(GFSK)调制，其中数字信息通过离散载频的相应变化进行传输。例如，在没有噪声和频率偏移的理想环境中操作的蓝牙发射器中，值为“1”的位的发射信号相对于载波的中心频率fc具有+250kHz的频率偏移(即，正偏移)，而值为“0”的位的发射信号相对于载波的中心频率fc具有-250kHz的频率偏移(即，负偏移)。

上述示例中的接收器电路期望接收以用于解调的载波的中心频率为中心的调制信号。然而，发射器和接收器之间的失配可能会在载频中引起频率偏移误差。由于该频率偏移误差，接收器处的频率解调波形在基带中显示出不接近零的频率偏移的平均值，由此是通过与频率偏移的幅度对应的值偏置的DC。例如，通过+100kHz的载频偏移，对于值为“1”的位，接收器处的频率解调波形将具有+350kHz的频率偏移(相对于基带)，而值为“0”的位将具有-150kHz的频率偏移(相对于基带)。该示例中的DC偏置将具有正电压电平。

特定收发器***的规范要求可允许一定程度的载频偏移。例如，已知蓝牙规范允许±100kHz的载频偏移。因此，接收器必须包括一些形式的载波频偏补偿或去除技术，其可以处理载频偏移中允许的±100kHz范围。

蓝牙链路层数据包包括8位前导码字段，其被接收器用于执行多种重要任务，包括频率同步、符号定时估计和自动增益控制(AGC)训练。前导码字段通常由交替逻辑位(即，“10101010”或“01010101”)形成的符号(八位字节)填充。本领域技术人员还知道使用频率解调前导码字段数据以检测载频偏移。由于交替的逻辑位，在没有频率载波偏移误差的情况下，用于前导码的频率解调波形应该在基带中显示出基本等于零的频率偏移的平均值(因为符号中具有相等数量的“1”和“0”位)。如果平均值不是零，则可以推断存在频率载波偏移误差。频率解调信号中的对应DC偏置的幅度和符号可以通过滤波来检测，并指示频率载波偏移的幅度和方向。如果在多个前导码符号上对频率解调波形的频率偏移的平均值进行分析，则提高了该载频偏移检测技术的精度。

如上所述，前导码字段用于其他目的，并且这会引入实现载频偏移检测的问题。例如，在执行载频偏移检测之前，必须执行自动增益控制处理。为了满足输入射频信号的全范围，必须确定多个增益。自动增益控制处理本身可以进行多个解调前导码字段符号的分析，并且用于该分析的总时间长度可能不能在背侧处留下使用多个解调前导码字段执行频率载波偏移误差分析的空间。对于低电平信号，自动增益控制处理可以更快地完成，但当考虑大量的拦阻器(blocker)时，数字滤波中的噪声抑制处理所带来的延迟会很明显，并且如果可以背侧留下执行频率载波偏移误差分析的任何时间，则延迟再次变得很小。在任何情况下，需要注意，可用于频率载波偏移误差分析的频率解调前导码字段符号的数量越少，偏移估计的精度就越低。

因此，本领域需要改进的载频偏移补偿技术，该技术将至少解决频率载波偏移误差分析的传统处的上述问题和局限性。

实用新型内容

在一个实施例中，一种电路包括：输入，被配置为接收频率解调信号，频率解调信号包括由与载频偏移对应的DC电平进行移位的时间上的频率调制；多个频移电路，被配置为将对应的多个频率偏移施加至频率解调信号，以生成对应的多个偏移频率解调信号；相关电路，被配置为使多个偏移频率解调信号中的每个偏移频率解调信号相对于参考信号相关；最大相关检测电路，被配置为确定由相关电路执行的哪个相关产生了最高相关值，并且生成选择信号以识别多个偏移频率解调信号中的具有最高相关值的一个偏移频率解调信号；以及多路复用器电路，被配置为接收多个偏移频率解调信号，所述多路复用器被选择信号控制，以使多个偏移频率解调信号中的具有最高相关值的所述一个偏移频率解调信号通过，用于作为经偏移校正的频率解调信号进行输出。

在某些实施例中，相关电路还被配置为针对多个偏移频率解调信号中的每个偏移频率解调信号生成有符号的数据信号，并且其中相关包括使每个有符号的数据信号相对于参考信号相关。

在某些实施例中，如果偏移频率解调信号的符号为正，则有符号的数据信号具有正符号，而如果偏移频率解调信号的符号为负，则有符号的数据信号具有负符号。

在某些实施例中，频率解调信号源于接收到的蓝牙信号，并且其中偏移频率解调信号对应于蓝牙链路层数据包的访问地址字段部分，并且其中参考信号是访问地址数据。

在某些实施例中，还包括：解码器电路，被配置为接收并解码经偏移校正的频率解调信号。

在某些实施例中，还包括：混频器电路，被配置为将接收到的RF频率调制信号与本地振荡器信号进行混合，以生成下变频信号；模数转换器电路，被配置为对下变频信号进行采样和数字化，用于作为数字信号进行输出；以及频率解调器，被配置为对数字信号进行频率解调，以生成频率解调信号。

在某些实施例中，载频偏移是本地振荡器信号的频率与RF频率调制信号的载频之间的偏移。

在一个实施例中，一种方法包括：接收频率解调信号，该频率解调信号包括由与载频偏移对应的DC电平进行移位的时间上的频率调制；将对应的多个频率偏移施加至频率解调信号，以生成对应的多个偏移频率解调信号；使多个偏移频率解调信号中的每个偏移频率解调信号相对于参考信号相关；确定哪个相关产生了最高相关值；以及选择多个偏移频率解调信号中的具有最高相关值的一个偏移频率解调信号，用于作为经偏移校正的频率解调信号进行输出。

附图说明

为了更好地理解实施例，现在将仅通过示例参考附图，其中：

图1是包括用于执行频率载波偏移误差估计和校正的电路的通***的框图；

图2A至图2C示出了具有不同载波偏移的解调数据信号的信号表示；

图3A至图3C示出了对应于具有与图2A至图2C不同的载波偏移的解调数据信号的有符号的数据信号的信号表示；以及

图4A至图4C示出了相关处理的信号表示。

具体实施方式

现在参考示出通***10的框图的图1，其中通***10包括用于执行频率载波偏移误差估计和校正的电路12。

在模拟域内，接收器10在天线14处接收频率调制RF信号。例如，频率调制RF信号可包括GFSK调制的蓝牙信号。接收到的频率调制RF信号被传送通过低噪声放大器16，以生成放大的RF信号18。混频电路20将放大的RF信号18与本地振荡器信号22混合，以生成下变频信号24，根据本地振荡器信号22的频率f_LO与调制RF信号的中心频率之间的频率关系，下变频信号24例如包括低中频信号(低IF)或零中频信号(零IF)。从混频电路20输出的下变频信号24被传送通过带通滤波器28(例如，以下变频信号24的中心频率为中心且带宽通常与通道宽度相对应的多相滤波器)以生成滤波通道信号30，用于应用于模数转换器(ADC)电路34的输入，ADC电路34进行操作以对滤波后的信道信号30进行采样和数字化。在一个实现中，ADC电路34对滤波后的信道信号30进行过采样(例如，对每个符号位采集24个样本)。

现在，对于数字域，ADC电路34将数字信号36输出至低通滤波器40(例如，无限脉冲响应(IIR)、带通或陷波型)。从滤波器40输出的滤波数字信号44在频率解调器48中被处理，以生成频率解调数据信号50。在频率解调之前，滤波后的数字信号44可以用sin(2πIFt+2π∫Δf(t))表示，其中IF是下变频信号24的中心(中间)频率，Δf(t)是时间上的高斯频移键控调制(即，时间是自变量)。在执行频率解调之后，频率解调数据信号50可以用CFO+Δf(t)表示，其中CFO是与本地振荡器信号22的频率f_LO与调制RF信号的中心频率之间的载频偏移相对应的DC电压电平。图2A示出了CFO＝0的频率解调数据信号50的示例(即，没有载频偏移误差)，图2B示出了CFO＝+ive值的解调数据信号50(即，存在正载频偏移误差)，以及图2C示出了CFO＝-ive值的解调数据信号50(即，存在负载频偏移误差)。在图2A至图2C中，“1”和“0”表示调制数据的对应逻辑值，并且在该示例中示出具有前导码字段的蓝牙链路层数据包的开头(“10101010”)以及四符号长访问地址(Acc Addr)字段的第一符号(八位字节)(“11110010”)。

用于执行频率载波偏移误差估计的电路12包括频率载波偏移误差估计电路60。频率解调数据信号50被频率载波偏移误差估计电路60处理，频率载波偏移误差估计电路60包括多个(例如，n个)加法器，加法器均被配置为向解调数据信号50施加不同的频率偏移(在幅度和方向方面)，以产生对应的多个偏移解调数据信号52。例如，第一加法器62a被配置为向解调数据信号50施加第一频率偏移(fa)64a，以产生第一偏移解调数据信号52a。第二加法器62b被配置为向解调数据信号50施加第二频率偏移64b，以产生第二偏移解调数据信号52b。第三加法器62c被配置为向解调数据信号50施加第三频率偏移64c，以产生第三偏移解调数据信号52c。最后，第n个加法器62n被配置为向解调数据信号50施加第n频率偏移64n，以产生第n偏移解调数据信号52n。n个频率偏移将具有不同的幅度和方向，并且优选地，将在零偏移位置的正侧和负侧提供相同数量的频率偏移，并且可能进一步在n个频率偏移中包括一个零偏移。

可以理解，n可以是取决于偏移检测的期望粒度的任何选定整数值。在n＝5的示例中，第一频率偏移64a可以是+100kHz，第二频率偏移64b可以是+50kHz，第三频率偏移64c可以是0kHz，第四频率偏移64d可以是-50kHz，以及第五频率偏移64n可以是-100kHz。可根据应用选择用于各种频率偏移的幅度，特别是考虑用于生成调制RF信号的频率调制方案和参数。例如，可以选择频率偏移的幅度和方向，以有效地覆盖可能的频率载波偏移误差的全范围。在上述示例中，这是蓝牙信号允许±100kHz的载频偏移的情况。

相关电路70进行操作，以将每个偏移解调数据信号52a-52n与参考数据信号相关联。在优选实现中，参考数据信号是已知的访问地址(Acc Addr)数据，并且与对应于蓝牙链路层数据包的访问地址字段的偏移解调数据信号52的部分进行关联。可以理解，这只是参考数据信号可能选择的示例。更一般地，接收器必须知道参考信号。访问地址是这样一个字段。前导码也是已知的，并且可以代替访问地址使用或者除访问地址之外被使用。例如，如果在前导码结束之前完成了AGC和滤波(假设还考虑了滤波的延迟)，则前导码的一些后面的部分也可被用作用于相关处理的部分参考。

相关电路70包括n个相关器，这些相关器进行操作以将偏移解调数据信号52a-52n中对应的每个信号相对于参考数据信号进行相关。例如，第一相关器72a将第一偏移解调数据信号52a相对于参考数据信号进行相关，第二相关器72b进行操作以将第二偏移解调数据信号52b相对于参考数据信号进行相关，第三相关器72c进行操作以将第三偏移解调数据信号52c相对于参考数据信号进行相关，以及第n个相关器72n进行操作以将第n个偏移解调数据信号52n相对于参考数据信号进行相关。

优选地，每个相关器72被配置为实现有符号的相关(correlation)技术。相关器72接收偏移解调数据信号52并生成有符号的数据信号76，该信号的逻辑值仅对应于偏移解调数据信号52的符号。因此，如果偏移解调数据信号52具有正值，则有符号的数据信号76具有第一逻辑值(例如，+1)，反之，如果偏移解调数据信号52具有负值，则有符号的数据信号76具有第二逻辑值(例如，-1)。图3A至图3C示出了用于偏移解调数据信号52的示例的有符号的数据信号76(例如，根据图2A至图2C的解调数据信号50或者对应于图2A至图2C的解调数据信号50而生成)，其中图3A的偏移解调数据信号52没有载频偏移，图3B的偏移解调数据信号52具有正载频偏移，以及图3C的偏移解调数据信号52具有负载频偏移。

然后，每个相关器72将有符号的数据信号76与参考数据信号进行相关。具体地，相关器进行操作以将用于蓝牙链路层数据包的访问地址字段的有符号的数据信号76的部分与已知访问地址的参考数据信号相关。图4A至图4C示出了图3A至图3C的有符号的数据信号76的访问地址字段部分76p与已知访问地址78的相关比较。参考符号80示出了两个信号之间没有相关的位置。图4A示出了具有非常高相关性(接近1的比例相关值)的场景，诸如图2A和图3A所示的存在很小或没有载频偏移。图4B示出了由于图2B和图3B所示的载频偏移的+ive值而具有较低相关的场景(例如，在比例相关值约为0.7时)。图4C示出了由于图2C和图3C所示的载频偏移的-ive值而具有较低相关的另一种场景(例如，在比例相关值约为0.7时)。每个相关器72输出具有相关值的相关信号84，用于指示有符号的数据信号76与参考数据信号的相关度。

仅针对蓝牙链路层数据包的访问地址字段的解调信号的第一符号(八位字节)给出图3A至图3C和图4A至图4C所示的相关处理。然而，可以理解，相关处理实际上至少评估蓝牙链路层数据包的访问地址字段的所有四个符号。在优选实现中，相对于多个连续的蓝牙链路层数据包执行相关处理。此外，为了使相关处理精确，访问地址中必须存在特定最小数量的转换。蓝牙规范要求访问地址的至少7-8次转换，这应该足以以使本文公开的相关处理对任何蓝牙信号和链路层包层级有效。

如本文所述，ADC电路对滤波通道信号30进行采样和数字化。作为一个示例，采样包括过滤通道信号30的过采样，其中每个符号位由24个样本组成。蓝牙链路层数据包的访问地址字段包括四个符号(八位字节)，由此包括32位。由每个相关器72执行的相关处理被实现为长度为748的一个长相关(即，24个样本*32位)。每个样本可以用8位2的补码(2’scomplement number)表示。然而，在748个样本长度上，相关性不要求8位相关性(这非常复杂，需要占用大量芯片区域的电路装置)。相反，每个相关器72只采用用于相对于已知访问地址的相关的解调数据的符号。这种有符号的相关要简单得多，并且所需的电路装置占用的芯片面积要小得多。

现在再次参考图1。频率载波偏移误差估计电路60还包括最大相关检测电路90。最大相关检测电路90接收具有相关值的信号84a-84n，并确定哪个相关值最高。然后，基于最高相关值的识别，通过最大相关检测电路90生成选择信号92。选择信号具有指定相关器72a-72n中的哪一个检测到所接收的偏移解调数据信号52(即，有符号的数据信号76)和参考数据信号之间的最高相关性的数字值。

用于执行频率载波偏移误差估计的电路12还包括频率载波偏移误差校正电路100。频率载波偏移误差校正电路100由具有被耦合以接收偏移解调数据信号52a-52n的输入的多路复用器102形成。多路复用器102的控制输入接收由最大相关检测电路90输出的选择信号92。响应于检测到的最高相关性，选择信号92使多路复用器102选择偏移解调数据信号52a-52n中的一个信号，具体为偏移解调数据信号52a-52n中的与参考数据信号具有最高相关性的特定一个信号，用于作为偏移校正解调数据信号104进行输出。

电路10还包括解码器电路110，该解码器电路接收并处理偏移校正解调数据信号104以解码并输出解码数据信号112。

通过参考实例可更好地理解电路12的操作。假设解调数据信号50受+100kHz的载频偏移的干扰，并且频率载波偏移误差估计电路60内使用的n个频率偏移包括偏移fa＝+100kHz、fb＝+50kHz、fc＝0kHz、fd＝-50kHz和fn＝-100kHz。加法器62a将频率偏移fa 64a应用于解调数据信号50以产生具有频率偏移为+200kHz(+100kHz+100kHz)的第一偏移解调数据信号52a。加法器62b将频率偏移fb 64b应用于解调数据信号50，以产生具有频率偏移+150kHz(+100kHz+50kHz)的第二偏移解调数据信号52b。加法器62c将频率偏移fc 64c施加至解调数据信号50，以产生具有频率偏移为+100kHz(100kHz–0kHz)的第三偏移解调数据信号52c。加法器62d将频率偏移fd 64d施加至解调数据信号50，以产生具有频率偏移为+50kHz(100kHz-50kHz)的第四偏移解调数据信号52d。最后，第n个加法器62n将第n频率偏移fn 64n应用于解调数据信号50，以产生具有频率偏移为0kHz(+100kHz-100kHz)的第n个频率偏移解调数据信号52n。

相关电路70进行操作以将偏移解调数据信号52a-52n相对于参考数据信号相关。由于具有第n个频率偏移fn 64n的第n个加法器62n有效地取消了解调数据信号50中存在的+100kHz的载频偏移，所以第n个偏移解调数据信号52n将具有0kHz处或左右的载频偏移，因此将是偏移解调数据信号52中与参考数据信号最紧密相关的一个，并且信号84n将在信号84a-84n中具有最高的相关值。最大相关检测电路90检测该最高相关值，并生成具有指定检测到最高相关性的相关器72n的数字值的选择信号92。具有该值的选择信号92使多路复用器102选择对应的第n个偏移解调数据信号52n(与参考数据信号具有最高相关性)，用于作为偏移校正解调数据信号104进行输出。

现在假设解调据信号50受-65kHz的载频偏移的干扰，并且在频率载波偏移误差估计电路60内使用的n个频率偏移包括偏移fa＝+100kHz、fb＝+50kHz、fc＝-50kHz和fn＝-100kHz。加法器62a将频率偏移fa 64a施加至解调数据信号50，以产生具有频率偏移为+35kHz(-65kHz+100kHz)的第一偏移解调数据信号52a。加法器62b将频率偏移fb 64b施加至解调数据信号50，以产生具有频率偏移为-15kHz(-65kHz+50kHz)的第二偏移解调数据信号52b。加法器62c将频率偏移fc 64c施加至解调数据信号50，以产生具有频率偏移为-65kHz(-65kHz–0kHz)的第三偏移解调数据信号52c。加法器62d将频率偏移fd 64d应用于解调数据信号50，以产生具有频率偏移为-115kHz(-65kHz–50kHz)的第四偏移解调数据信号52d。最后，第n个加法器62n将第n个频率偏移fn 64n施加至解调数据信号50，以产生具有频率偏移为-165kHz(-65kHz-100kHz)的第n个偏移解调数据信号52n。

相关电路70进行操作以将偏移解调数据信号52a-52n相对于参考数据信号相关。由于具有第二频率偏移fb 64b的第二加法器62b最接近地取消了解调数据信号50中存在的-65kHz的载频偏移，所以第二偏移解调数据信号52b将具有-15kHz处或左右的载频偏移，因此将是偏移解调数据信号52中与参考数据信号最紧密相关的一个信号，并且信号84b将在信号84a-84n中具有最高的相关值。最大相关检测电路90检测到该最高相关值，并生成具有指定相关器72n检测到最高相关性的数字值的选择信号92。具有该值的选择信号92使多路复用器102选择对应的第n个偏移解调数据信号52n(与参考数据信号具有最高相关性)，用于作为偏移校正解调数据信号104进行输出。

尽管已经在附图和前面的描述中示出并描述了本实用新型，但这种示出和描述被视为是说明性或示例性的而不是限制性的；本实用新型不限于所公开的实施例。本领域技术人员在根据附图、附图和公开的研究实践所要求实用新型的基础上可以理解和实现所公开实施例的其他变化。

Claims

1.一种载频偏移补偿电路，其特征在于，包括：

输入，被配置为接收频率解调信号，所述频率解调信号包括由与载频偏移对应的DC电平进行移位的时间上的频率调制；

多个频移电路，被配置为将对应的多个频率偏移施加至所述频率解调信号，以生成对应的多个偏移频率解调信号；

相关电路，被配置为使所述多个偏移频率解调信号中的每个偏移频率解调信号相对于参考信号相关；

最大相关检测电路，被配置为确定由所述相关电路执行的哪个相关产生了最高相关值，并且生成选择信号以识别所述多个偏移频率解调信号中的具有最高相关值的一个偏移频率解调信号；以及

多路复用器电路，被配置为接收所述多个偏移频率解调信号，所述多路复用器被所述选择信号控制，以使所述多个偏移频率解调信号中的具有所述最高相关值的所述一个偏移频率解调信号通过，用于作为经偏移校正的频率解调信号进行输出。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述相关电路还被配置为针对所述多个偏移频率解调信号中的每个偏移频率解调信号生成有符号的数据信号，并且其中所述相关包括使每个有符号的数据信号相对于所述参考信号相关。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，如果所述偏移频率解调信号的符号为正，则所述有符号的数据信号具有正符号，而如果所述偏移频率解调信号的符号为负，则所述有符号的数据信号具有负符号。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述频率解调信号源于接收到的蓝牙信号，并且其中所述偏移频率解调信号对应于蓝牙链路层数据包的访问地址字段部分，并且其中所述参考信号是访问地址数据。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：解码器电路，被配置为接收并解码所述经偏移校正的频率解调信号。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：

混频器电路，被配置为将接收到的RF频率调制信号与本地振荡器信号进行混合，以生成下变频信号；

模数转换器电路，被配置为对所述下变频信号进行采样和数字化，用于作为数字信号进行输出；以及

频率解调器，被配置为对所述数字信号进行频率解调，以生成所述频率解调信号。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述载频偏移是所述本地振荡器信号的频率与所述RF频率调制信号的载频之间的偏移。