QAM全数字接收机载波相位恢复环路(p)

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1、第7卷第2期电路与系统学报Vol.7No.22002年6月JOURNALOFCIRCUITSANDSYSTEMSJune,2002文章编号：1007-0249(2002)02-0105-05QAM全数字接收机载波相位恢复环路*邓洋，赵民建，王匡，仇佩亮（浙江大学信息与电子工程学系，浙江杭州310027）摘要：本文着重研究全数字QAM接收机中载波恢复环路的设计，采用快慢两个数字环路来进行载波恢复。慢环路由锁频器（FrequencyDetector）、锁频锁相器（PhaseandFrequencyDetector）等组成，快环路由相位解

2、旋器和锁相器（PhaseDetector）组成。仿真结果表明，在AWGN条件下，两个环路的环路参数设置存在一个最佳点，当两个环路工作在这个最佳点附近时接收机能够很好的进行载波频率、相位的恢复，相位噪声对接收机性能的影响最小。最后，给出了在不同信噪比下的最佳环路参数表。关键词：最佳环路参数；载波恢复；QAM全数字接收机中图分类号：TN92文献标识码：A1引言QAM是一种高效的数字调制方式，广泛应用于各种通信系统中。数字有线电视标准DVB-C(DigitalVideoBroadcastingforCable)也采用了QAM[1]调制方式

3、。QAM技术在数字电视6或8MHz的信道内，为了提高传输效率，多采用多电平的64/256QAM调制，传图1QAM全数字接收机结构图输速率可达几十Mbit/s。众所周知，接收机的高频调谐、中频混频和其它前端处理都可能引入较大的相位噪声，这会使信号产生非线性失真，给系统带来不利影响。对于多电平QAM调制，尤其是对高星座点数的QAM，对相位噪声更加敏感，最外层星座点稍有偏差就会造成误判。因此，载波恢复是非常关键的，而环路的好坏将严重影响接收机的性能。本文着重研究合理的QAM载波恢复环路结构和最优环路参数，来对抗接收机中的相位噪声，提高接收

4、机的抗噪性能。同时，要求所采用的载波恢[2]复算法性能好，并且易于实现。QAM全数字接收机的结构如图1所示，其中给出了本文要讨论用于载波恢复的两个环路。2载波环路设计2.1慢环路QAM接收机的载波恢复慢环路由锁频器（FD）和锁频锁相器（PFD）控制。FD用于频率捕捉，在接收机工作之初，校准载图2慢载波恢复波的频率偏差。它采用简化的基于最大似然准则的GFD[3](Gardner’sfrequencydetector)—RCFD(ReducedComplexityFD)。RCFD与GFD的性能很接近，但前者更易于实现。在环路工作之初，慢

5、环路由FD控制，进行载波频偏捕获与跟踪，当频偏校正到小于-310时，由锁定检测器(LockDetector)识别，把环路切换到由PFD控制。PFD只提取QAM星座图对角线上点的相位信息，关于PFD的算法分析及性能参见文献[4]。PFD控制下的慢环路主要进行相位稳态跟踪，同时起一定的频偏跟踪作用。慢环路的模块图如图2所示。一般慢环路从误差信号提取到校正单元之间的数字信号处理模块较多，这些模块的数据都依赖于*收稿日期：2001-10-17修订日期：2002-03-14106电路与系统学报第7卷一个或多个时钟的流水处理，从图1可以看到从A

6、到B点存在很多个时钟延迟，因此环路带宽wn不宜取得过大，环路锁定较慢，对相位抖动的跟踪性能不理想。2.2快环路因为慢环路存在的相位抖动比较大，对于QAM星座图远离中心的点影响较大，需要一个快速环路来减小相位抖动。我们对均衡器输出信号进行相位误差提取，经过环路滤波反馈回来，再对均衡器输入信号进行相位校正。由于此反馈环路中间的延迟较少，环路带宽可以取得较大，因此该环路能快[5]速跟踪相位变化。快速环路采用通用环来提取相位误差。通用环PD的输出误差信号为：e=sgn(eQ)sgn(I)-sgn(eI)sgn(Q)（1）kkkkkIQbˆ分

7、别其中ek=Ik-aˆk，ek=Qk-bˆk，Ik和Qk分别为I、Q两路输出信号在K时刻的采样值。aˆk和k为Ik和Qk的判决值，sgn(.)是符号函数。当要求环路对付的相位噪声比较大时，快环路的环路带宽fn必须选得足够大来跟踪上相位的快速变化。在一定条件下，随着fn的上升，环路的跟踪速度提高，接收机的误比特率会下降。但是，在高斯白噪声信道条件下，增大fn会使环路通带内的噪声能量增大，环路的跟踪性能会下降。因此，要同时对付相位噪声和高斯白噪声，需要找到一个fn的最佳点，如图3所示。2.3环路参数的计算环路滤波器采用二阶低通滤波，其响

8、应在s域可以表示为1+st2H(s)=（2）st1对其采用双线性变换（滤波器的带宽很窄，故忽略非线性校正），并设滤波器的增益为KF可以得到：图3快环路环路带宽fnKF1的最佳化Hf(z)=ft*(ft2-0.5+-1)（3）11-z将