專利名稱：一種應(yīng)用于無線中程傳感網(wǎng)絡(luò)的afc裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交頻分復(fù)用) 體制的無線中程傳感網(wǎng)絡(luò)的傳輸節(jié)點，尤其涉及其中的AFC頻偏自動調(diào)整裝置。
背景技術(shù)：
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交頻分復(fù)用)是一種高效的數(shù)字信 號傳輸方式。它的一個主要優(yōu)點是各個子載波相互正交，從而在多徑信道中能以近乎最佳的 性能傳輸數(shù)據(jù)。通常信號通過信道以后會產(chǎn)生一定的失真，破壞系統(tǒng)的正交性，從而使系統(tǒng) 出現(xiàn)ISI (Inter Symbollnterference，符號串?dāng)_)以及ICI (Inter channel Interference,子信道串 擾)。如果信道失真是線性的，那么通過在OFDM時域信號幀與幀之間引入保護(hù)間隔，即通常 所說的CP (Cyclic Prefix,循環(huán)嵌綴)，就可以減弱符號串?dāng)_及子帶串?dāng)_得影響。如果保護(hù)間 隔的長度大于或等于信道的群時延差，那么正交性完全保證，此時OFDM系統(tǒng)不存在ISI和
ICIo
可是，在無線信道中，或者由于多普勒頻移效應(yīng)，或者由于收發(fā)端載波不一致，從而使 OFDM系統(tǒng)的收發(fā)兩端產(chǎn)生頻率偏移，破壞系統(tǒng)的正交性，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的性能嚴(yán)重下降。 頻偏是由于收發(fā)晶振不可能很準(zhǔn)確地定位到同一個頻率，晶振還有個穩(wěn)定度的概念。為此， 有人給出了修正頻偏的方法，就是在基帶處理單元中給出頻偏送給射頻模塊控制壓控振蕩器 進(jìn)行頻偏糾正，見圖l。這種方法給調(diào)試帶來困難，而且射頻鏈路和基帶處理單元不夠獨立。 給調(diào)試測試帶來困難。在頻偏估計方法方面，有人利用在接收機(jī)中收到的前后兩幀OFDM數(shù) 據(jù)直接估算頻偏大小，并對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。在噪聲較小時這種方法是有效的，可是噪聲 很大時，這種方法會對頻偏的估算帶來很大的負(fù)面影響。同時某些實際情形中，頻偏有可能 是一種緩慢的波動過程，這種方法也不能很好的適應(yīng)頻率的偏移。另外，很多方法僅給出了 頻偏的估計算法，而并未處理由于頻偏校正時所出現(xiàn)的相位旋轉(zhuǎn)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于中程傳感網(wǎng)的AFC裝置，
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有的AFC裝置的調(diào)試?yán)щy，射頻鏈路和基帶處理單元不夠獨立，在 噪聲很大時，頻偏的估算不夠精確，不能很好的適應(yīng)頻率的偏移等問題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明包括頻偏估計模塊，頻偏補(bǔ)償模塊，幀檢測模塊和信號解調(diào) 模塊。頻偏估計模塊包括:利用長碼計算相關(guān)值模塊，計算頻偏模塊，幀間估計更新調(diào)整模 塊。
所述的利用長碼計算相關(guān)值模塊包括先入先出緩沖模塊，乘法器，加法器；先入先出 緩沖模塊與乘法器相連，乘法器與加法器相連。
先入先出緩沖模塊用于保存輸入的長訓(xùn)練序列，送給乘法器進(jìn)行相關(guān)運算。數(shù)據(jù)是依次 輸入此緩沖區(qū)的，在從此緩沖區(qū)中取數(shù)據(jù)，取得離現(xiàn)在最近存輸時間的數(shù)據(jù)。
乘法器用于將前后L (長訓(xùn)練序列一半的長度)個數(shù)據(jù)點進(jìn)行相關(guān)運算，計算值送給加法 器。將當(dāng)前接收到的信號點與先入先出緩沖區(qū)中最后輸入的那個點進(jìn)行相關(guān)運算，當(dāng)前點的 實部與緩沖區(qū)點的實部相乘，當(dāng)前點的實部與緩沖區(qū)點的虛部相乘，當(dāng)前點的虛部與緩沖區(qū)
點的實部相乘，當(dāng)前點的虛部與緩沖區(qū)點的虛部相乘。
加法器用于當(dāng)前點的實部與緩沖區(qū)點的實部相乘的結(jié)果，和當(dāng)前點的虛部與緩沖區(qū)點的 虛部相乘的結(jié)果進(jìn)行相加，得到相關(guān)值的實部。當(dāng)前點的虛部與緩沖區(qū)點的實部相乘的結(jié)果， 和當(dāng)前點的實部與緩沖區(qū)點的實部相乘的結(jié)果的負(fù)數(shù)進(jìn)行相加，得到相關(guān)值的虛部。
所述的計算頻偏模塊包括先入先出緩沖模塊本，加法器，實部寄存器，虛部寄存器， 相位計算模塊，/L除法器。
先入先出緩沖模塊用于保存輸入的長訓(xùn)練序列，送給乘法器進(jìn)行相關(guān)運算。數(shù)據(jù)是依次 輸入此緩沖區(qū)的，在從此緩沖區(qū)中取數(shù)據(jù)，取得離現(xiàn)在最近存輸時間的數(shù)據(jù)。
加法器用于將先入先出緩沖模塊中的當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行累加運算。
相位計算模塊用于計算加法器累加后的值的相位。
/L除法器用于計算相鄰數(shù)據(jù)點的頻偏。
本發(fā)明中，AFC通過長前導(dǎo)碼(長碼)來實現(xiàn)的。長碼長度為256chip。 AFC采用2個階 段進(jìn)行，第一階段中采用長前導(dǎo)碼進(jìn)行頻偏估計的計算，第二階段中頻偏估計值在幀間的更 新調(diào)整。在連續(xù)若干幀，估計出來的頻偏值應(yīng)該是一個穩(wěn)定的值，即使有抖動，也是低頻的 抖動。因此，在上面的估計中可以加入一個低通濾波步驟，去掉由于噪聲引入的高頻抖動， 本發(fā)明使用的是幀間平均的一個低通過程。
本發(fā)明給出了一種自適應(yīng)頻偏校正算法，能實時跟蹤頻率變化，同時在大的噪聲環(huán)境下
也能估算出頻偏的大小。同時，本發(fā)明由于直接在基帶部分完成頻偏估計和補(bǔ)償，在射頻端 就不需要加入模擬的AFC，所以能嚴(yán)格控制AFC的工作時序，避免在OFDM符號內(nèi)部射頻 AFC增益的變化，削除了接收鏈路對OFDM符號正交性的影響。綜上所述，本發(fā)明具有實現(xiàn)復(fù)雜度較低，估計精度較高，調(diào)試簡單，數(shù)字模塊和射頻模 擬模塊相對獨立等優(yōu)點。本發(fā)明適用于移動環(huán)境中的基于OFDM調(diào)制方式的無線接收機(jī)中。


圖1為現(xiàn)有的AFC裝置結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的適用于OFDM系統(tǒng)的AFC裝置結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明的頻偏補(bǔ)償模塊結(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明的長碼計算相關(guān)值模塊的結(jié)構(gòu)5是本發(fā)明的計算頻偏值模塊的結(jié)構(gòu)圖附圖4中的FIFO:先入先出緩沖；I:長訓(xùn)練序列的實部輸入信號；Q:長訓(xùn)練序列的虛部輸入信號；Real:長訓(xùn)練序列相關(guān)值的實部輸出；Imag:長訓(xùn)練序列相關(guān)值的虛部輸 出。附圖5中的Real:長訓(xùn)練序列相關(guān)值的實部輸入；Imag:長訓(xùn)練序列相關(guān)值的虛部 輸入；FIFO:先入先出緩沖；Phase offset:相位偏移值。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一 步的詳細(xì)描述。圖1中給出的是現(xiàn)有的AFC裝置結(jié)構(gòu)圖。圖1中的射頻接收鏈路送給基帶處理單元的基 帶信號，是經(jīng)過頻偏補(bǔ)償后的信號。這個信號送給幀檢測模塊進(jìn)行幀同步。找到長碼后進(jìn)行 頻偏估計運算，估計出的頻偏值送到射頻接收鏈路的頻偏補(bǔ)償模塊進(jìn)行頻率校正。該種方法 的缺點在于，需要模擬的頻偏補(bǔ)償，不能嚴(yán)格控制AFC的工作時序?；鶐幚韱挝缓蜕漕l模 擬鏈路的反饋會影響到OFDM的正交性，并且給AFC調(diào)試工作帶來困難。圖2是本發(fā)明的適用于OFDM系統(tǒng)的AFC裝置結(jié)構(gòu)圖。從圖中我們可以看到，本發(fā)明 是直接在基帶部分完成頻偏估計和補(bǔ)償，在射頻端就不需要加入模擬的AFC，所以能嚴(yán)格的 控制AFC的工作時序，避免在OFDM符號內(nèi)部射頻AFC增益的變化，削除了接收鏈路對 OFDM符號正交性的影響。如圖2所示，本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)圖包括頻偏估計模塊，頻偏補(bǔ)償模塊，幀檢測模塊和 信號解調(diào)模塊。頻偏估計模塊的結(jié)構(gòu)見圖3，它包括利用長碼計算相關(guān)值模塊，計算頻偏模塊， 幀間估計更新調(diào)整模塊。所述的利用長碼計算相關(guān)值模塊的結(jié)構(gòu)見圖4，它包括先入先出緩沖模塊，乘法器，加法 器；先入先出緩沖模塊與乘法器相連，乘法器與加法器相連。下面介紹下長碼計算相關(guān)值的具體工作過程。長碼送入存儲實部和實部的FIFO (First In First Out,先入先出緩沖)模塊，存儲實部的是FIFO模塊41 ，存儲虛部的是FIFO模塊42， FIFO 模塊來實現(xiàn)L周期的延時，通過輸入FIFO的值和FIFO輸出的值共軛相乘得到相關(guān)值的中間 結(jié)果II'， QQ'， I'Q， IQ'，見下面式子。S x S' = (I + jQ) x (I' - jQ') = (II'+QQ') + j(I'Q-IQ')其中S為輸入FIFO的值，S'為FIFO輸出的值，I是S的實部，Q是S的虛部，I'是S'的實部，Q'是S'的虛部。乘法器43計算的是輸入FIFO的值的實部與FIFO輸出的值實部的乘法II'。 乘法器44計算的是輸入FIFO的值的實部與FIFO輸出的值虛部的乘法IQ'。乘法器45計算的是輸入FIFO的值的虛部與FIFO輸出的值實部的乘法I'Q 。乘法器46計算的是輸入FIFO的值的虛部與FIFO輸出的值虛部的乘法QQ'。 乘法器的輸出送給加法器計算出最后的相關(guān)值。 加法器47計算的是(II'+QQ')，輸出相關(guān)值的實部。加法器48計算的是(I'Q-IQ')，輸出相關(guān)值的虛部。 所述輸出的相關(guān)值送給計算頻偏模塊進(jìn)行頻偏值得計算。所述的計算頻偏模塊包括先入先出緩沖模塊本，加法器，實部寄存器，虛部寄存器， 相位計算模塊，/L除法器。見圖5。所述的計算頻偏模塊中的FIFO (First In First Out，先入先出緩沖)來實現(xiàn)L周期的延時， 通過加上輸入FIFO的值并減去FIFO輸出的值來實現(xiàn)積分計算。利用長碼計算相關(guān)值模塊計 算出的相關(guān)值得實部送給FIFO模塊51，利用長碼計算相關(guān)值模塊計算出的相關(guān)值得虛部送 給FIFO模塊52。加法器53實現(xiàn)的是實部寄存器的值加上輸入FIFO模塊51的值并減去FIFO 模塊51輸出的值，送給實部寄存器存儲，由此來實現(xiàn)L長度的積分計算。加法器54實現(xiàn)的 是虛部寄存器的值加上輸入FIFO模塊52的值并減去FIFO模塊52輸出的值，送給虛部寄存 器存儲，由此來實現(xiàn)L長度的積分計算。實部寄存器的值和虛部寄存器的值送入相位計算模塊55，進(jìn)行相位計算。相位計算模塊計算出的相位值送入圖中的/L除法器56。 /L除法器56可以通過移位來實 現(xiàn)。長訓(xùn)練符號都是FFT (Fast Fourier Transform,快速傅里葉變換)點數(shù)的倍數(shù)，也就是2 的次方，它的一半L就是除以2也是2的次方，所以可以通過右移來實現(xiàn)/L除法運算。/L除法器56得到的是相位偏差,直接送入頻偏補(bǔ)償模塊進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)頻偏補(bǔ)償功能。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于中程傳感網(wǎng)絡(luò)的AFC(Automatic Frequency Control，自動頻率控制)裝置，其特征在于該裝置包括頻偏估計模塊，頻偏補(bǔ)償模塊，幀檢測模塊和信號解調(diào)模塊；頻偏估計模塊包括利用長碼計算相關(guān)值模塊，計算頻偏模塊，幀間估計更新調(diào)整模塊；所述的利用長碼計算相關(guān)值模塊包括先入先出緩沖模塊，乘法器，加法器；先入先出緩沖模塊與乘法器相連，乘法器與加法器相連；先入先出緩沖模塊用于保存輸入的長訓(xùn)練序列，送給乘法器進(jìn)行相關(guān)運算；數(shù)據(jù)是依次輸入此緩沖區(qū)的，在從此緩沖區(qū)中取數(shù)據(jù)，取得離現(xiàn)在最近存輸時間的數(shù)據(jù)；乘法器用于將前后L(長訓(xùn)練序列一半的長度)個數(shù)據(jù)點進(jìn)行相關(guān)運算，計算值送給加法器，將當(dāng)前接收到的信號點與先入先出緩沖區(qū)中最后輸入的那個點進(jìn)行相關(guān)運算，當(dāng)前點的實部與緩沖區(qū)點的實部相乘，當(dāng)前點的實部與緩沖區(qū)點的虛部相乘，當(dāng)前點的虛部與緩沖區(qū)點的實部相乘，當(dāng)前點的虛部與緩沖區(qū)點的虛部相乘；加法器用于當(dāng)前點的實部與緩沖區(qū)點的實部相乘的結(jié)果，和當(dāng)前點的虛部與緩沖區(qū)點的虛部相乘的結(jié)果進(jìn)行相加，得到相關(guān)值的實部，當(dāng)前點的虛部與緩沖區(qū)點的實部相乘的結(jié)果，和當(dāng)前點的實部與緩沖區(qū)點的實部相乘的結(jié)果的負(fù)數(shù)進(jìn)行相加，得到相關(guān)值的虛部；所述的計算頻偏模塊包括先入先出緩沖模塊本，加法器，實部寄存器，虛部寄存器，相位計算模塊，/L除法器；先入先出緩沖模塊用于保存輸入的長訓(xùn)練序列，送給乘法器進(jìn)行相關(guān)運算；數(shù)據(jù)是依次輸入此緩沖區(qū)的，在從此緩沖區(qū)中取數(shù)據(jù)，取得離現(xiàn)在最近存輸時間的數(shù)據(jù)；加法器用于將先入先出緩沖模塊中的當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行累加運算；相位計算模塊用于計算加法器累加后的值的相位；/L除法器用于計算相鄰數(shù)據(jù)點的頻偏。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于中程傳感網(wǎng)絡(luò)的AFC裝置，其特征在于所述的利用 長碼計算相關(guān)值模塊包括先入先出緩沖模塊，乘法器，加法器；先入先出緩沖模塊與乘法器 相連，乘法器與加法器相連。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于中程傳感網(wǎng)絡(luò)的AFC裝置，其特征在于先入先出緩 沖模塊，乘法器，加法器；先入先出緩沖模塊與乘法器相連，乘法器與加法器相連。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于中程傳感網(wǎng)絡(luò)的AFC裝置，其特征在于所述的頻偏 補(bǔ)償模塊是一個相位旋轉(zhuǎn)模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及公開了一種應(yīng)用于中程傳感網(wǎng)絡(luò)的AFC(Automatic Frequency Control，自動頻率控制)裝置，包括頻偏估計模塊，頻偏補(bǔ)償模塊，幀檢測模塊和信號解調(diào)模塊，頻偏估計模塊包括利用長碼計算相關(guān)值模塊，計算頻偏模塊，幀間估計更新調(diào)整模塊。頻偏補(bǔ)償模塊實現(xiàn)一個相位旋轉(zhuǎn)功能的模塊。本發(fā)明具有實現(xiàn)復(fù)雜度較低，估計精度較高，調(diào)試簡單，數(shù)字模塊和射頻模擬模塊相對獨立等特點。本發(fā)明適用于移動環(huán)境中的基于OFDM調(diào)制方式的無線接收機(jī)中。
文檔編號H04L27/38GK101291316SQ20081006006
公開日2008年10月22日 申請日期2008年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月5日
發(fā)明者萬溢萍, 劉海濤, 華 姜, 建 姜, 施玉松, 晨 陳 申請人:中科院嘉興中心微系統(tǒng)所分中心