低信噪比下鎖相環跟蹤性能的改進方法和裝置製造方法
2023-06-15 23:28:51 3
低信噪比下鎖相環跟蹤性能的改進方法和裝置製造方法
【專利摘要】一種低信噪比下鎖相環跟蹤性能的改進裝置，在鎖相環的鑑相器後添加鑑相器係數修正裝置，該修正裝置將鑑相器的輸出結果除以鑑相器係數，然後把做完除法之後得到的結果輸出到環路濾波器。本發明通過對鑑相器的係數修正，改善了低信噪比下鎖相環設計帶寬部分失效的情況，使得鎖相環的設計帶寬即為實際有效的帶寬，能夠有效抵抗其能力範圍內的都卜勒效應影響。
【專利說明】低信噪比下鎖相環跟蹤性能的改進方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及通信【技術領域】，具體涉及一種低信噪比下的鎖相環跟蹤性能的改進方法及實現裝置。
【背景技術】
[0002]鎖相環，是用於通信的接收機中，對接收信號進行處理，利用反饋控制實現頻率及相位同步的技術。在連續通信接收機中，常用鎖相環實現載波同步與跟蹤。在如今應用廣泛的數字通信系統中，全數字鎖相環電路由鑑相器(PD)、環路濾波器(LF)和數控振蕩器(NCO)這幾個模塊組成，輸入的參考信號和反饋信號的相位差由鑑相器鑑別並輸出誤差電壓，經低通性質的環路濾波器，形成壓控振蕩器的控制電壓，將振蕩器的輸出頻率拉向輸入信號的頻率，直至二者相等即為鎖定。
[0003]鎖相環的關鍵性能在於相位噪聲和動態特性。相位噪聲主要包括熱噪聲Ot和振蕩器噪聲ov，eA，其中主要噪聲來源熱噪聲，與鎖相環環路帶寬和信噪比有關，帶寬越大，噪聲越大；信噪比越低，噪聲越大。動態特性反映了鎖相環抵抗都卜勒效應的能力，與鎖相環環路帶寬和鎖相環階數有關。階數為L的鎖相環動態應力誤差，與收發端視距的L階導數成正比，與環路帶寬的L次方成反比。
[0004]當不存在都卜勒效應時，鎖相環的相位抖動主要來源於熱噪聲，鎖相環的跟蹤信噪比門限仿真值與理論門限非常接近，而且隨著帶寬的減小，信噪比門限也會降低。而當有都卜勒效應存在時，隨著帶寬與都卜勒頻偏按照相同的比例減小，鎖相環的跟蹤信噪比門限可能無法降低，信噪比門限仿真值與理論門限相差較大，即，在理論門限附近，或者說是低信噪比下，鎖相環不能有效跟蹤其設計帶寬能力範圍內的都卜勒頻偏，鎖相環的設計帶寬部分失效了。
【發明內容】
[0005]鑑於在低信噪比下，由於受都卜勒效應影響，鎖相環帶寬會部分失效，理論的信噪比門限不能準確指示實際仿真信噪比門限，本發明提出了一種對鎖相環中的鑑相器做係數修正的方法及實現裝置，以改善鎖相環在低信噪比下的跟蹤性能。本發明不僅適用於BPSK調製，也適用於QPSK調製。
[0006]本發明提供的技術方案如下:
[0007]—種鎖相環中鑑相器係數的修正方法，其特徵是，
[0008]將鑑相器在一定的鑑相範圍內近似為線性模型，則鑑相器輸出相位可表示為:
[0009](J) 0= a (J) j+n
[0010]其中，I為鑑相器輸入信號的實際相位，a為鑑相器線性近似的係數，簡稱鑑相器係數，受輸入數據中的噪聲影響，a ( 1，隨信噪比增大而逐漸增大，n是均值為零的鑑相
噪聲，其方差記為
[0011]由於鑑相器係數a ( 1，鎖相環的實際有效帶寬只有設計帶寬^的a倍，信噪比越低，鑑相器係數a越小，實際帶寬越窄，從而，低信噪比下鎖相環無法準確跟蹤一定都卜勒頻偏的影響，信噪比門限明顯惡化；
[0012]將鑑相器的輸出結果除以鑑相器係數a，得到:
【權利要求】
1.一種鎖相環中鑑相器係數的修正方法，其特徵是， 將鑑相器在一定的鑑相範圍內近似為線性模型，則鑑相器輸出相位可表示為:
(J)0=Ct (J) j+n 其中，為鑑相器輸入信號的實際相位，a為鑑相器線性近似的係數，簡稱鑑相器係數，受輸入數據中的噪聲影響，a ≤ l，n是均值為零的鑑相噪聲，其方差記為將鑑相器的輸出結果除以鑑相器係數a，得到:
2.如權利要求1所述的鎖相環中鑑相器係數的修正方法，其特徵是，所述鑑相器係數a的計算方法如下: 1)根據調製方式，確定鑑相器近似為線性的鑑相範圍
3.如權利要求1所述的鎖相環中鑑相器係數的修正方法，其特徵是，步驟2)中，如果選擇的鑑相器對調製方式敏感，不能在鑑相的同時去除調製信息，則在鑑相之前需要去除調製信息。
4.如權利要求1所述的鎖相環中鑑相器係數的修正方法，其特徵是，所述的去除調製信息的方法為硬判決法:對於BPSK調製，若調製數據實部為正，則調製信息產生的相位為O，若為負，則調製信息產生的相位為，去除這部分相位後，數據相位就只包括初相位；對於QPSK調製，根據調製數據實部、虛部的正負和絕對值大小，確定調製信息產生的相位，然後去除該部分相位。
5.如權利要求1所述的鎖相環中鑑相器係數的修正方法，其特徵是，所述的去除調製信息的方法為:將調製數據進行M次方，則調製數據中的調製信息被去除。
6.如權利要求1所述的鎖相環中鑑相器係數的修正方法，其特徵是，步驟3)中求擬合直線斜率的方法為最小二乘法。
7.一種低信噪比下鎖相環跟蹤性能的改進方法，其特徵是， 用數控振蕩器反饋的信號與輸入信號做共軛相乘實現下變頻； 然後經鑑相器得到殘餘相位； 根據調製方式、調製數據信噪比和鑑相器類型，從預先算得的鑑相器係數a中選擇相應的值，將鑑相結果除以這個係數； 再經過低通性質的環路濾波器和數控振蕩器，產生跟蹤到的相位的正弦、餘弦值，反饋至鎖相環輸入端。
8.如權利要求7所述的改進方法，其特徵是，所述鑑相器係數a的計算方法如下: 1)根據調製方式，確定鑑相器近似為線性的鑑相範圍
9.一種低信噪比下鎖相環跟蹤性能的改進裝置，其特徵是，在傳統鎖相環的鑑相器後添加鑑相器係數修正裝置，該修正裝置將鑑相器的輸出結果除以鑑相器係數，然後把做完除法之後得到的結果輸出到環路濾波器。
【文檔編號】H03L7/085GK103762977SQ201410032019
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2014年1月23日
【發明者】蔣偉, 崔益霏, 夏雲, 潘榮燦, 夏海濤, 龍秋朦, 羅武 申請人:北京大學