專利名稱：數(shù)字qam接收器的載波恢復(fù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種應(yīng)用于集成電路或接收系統(tǒng)中的載波恢復(fù)裝置，特別是指一種應(yīng)用于正交調(diào)幅(quadrature amplitude modulation，QAM)接收器的載波恢復(fù)裝置。
背景技術(shù)：
在一通信系統(tǒng)中，位于發(fā)送端和接收端的各本機(jī)振蕩器間無可避免地總是存在有頻率偏差及相位偏差，針對正交調(diào)幅系統(tǒng)，這種偏差會造成信號方位圖的旋轉(zhuǎn)及偏斜，而嚴(yán)重地破壞了傳輸?shù)男盘枴?br> 請參閱圖1A至圖1C，這三張圖顯示了解調(diào)QAM-16信號的三種信號方位圖，其中圖1A是理想的信號方位圖，圖1B是因?yàn)榘l(fā)送端和接收端間的相位偏差造成信號方位圖偏斜，而圖1C則是因?yàn)榘l(fā)送端和接收端間的頻率偏差造成信號方位圖旋轉(zhuǎn)，如果解調(diào)信號的信號方位圖如圖1B或圖1C般失真，我們就無法正確地解碼這些解調(diào)信號以獲得原始的信息，因此，很多研究都朝向解決這些問題而努力。
請參閱圖2，這張圖是傳統(tǒng)正交調(diào)幅接收器的功能方塊圖，調(diào)諧器11先將接收到的RF信號轉(zhuǎn)換成中頻(intermediate frequency，IF)信號，然后利用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器12以取樣間隔T對其進(jìn)行取樣及數(shù)字化，然后電壓控制振蕩器(voltage controlled oscillator，VCO)13進(jìn)一步將已數(shù)字化的中頻取樣轉(zhuǎn)換成一基帶(baseband)信號，適當(dāng)?shù)剡^濾掉其中不需要的高頻部分，如此所得到就是解調(diào)信號，可是如果電壓控制振蕩器13的中心頻率與中頻載波不同時(shí)，基帶信號的同相波段和正交波段間會出現(xiàn)串音(cross talk)現(xiàn)象，載波恢復(fù)裝置14就是根據(jù)這些載波信息來估計(jì)Δθ[n]的值，讓電壓控制振蕩器13調(diào)整其相位，以改善基帶取樣的串音現(xiàn)象，美國專利號5,058,136、5,519,356、5,940,450公開了一些有關(guān)這類裝置的傳統(tǒng)載波恢復(fù)方法，其提供與相位偏差實(shí)質(zhì)相關(guān)的參數(shù)，用以修正接收端的本機(jī)振蕩器，好消除相位偏差，然而，如果另外同時(shí)存在有頻率偏差，要同時(shí)修正相位偏差和頻率偏差，就必須要用到更多的參數(shù)和修正步驟，來修正有關(guān)相位偏差的部分，因此為了修正系統(tǒng)并使系統(tǒng)收斂，要花掉很長的時(shí)間，再者，修正速率和結(jié)果精確度間的取舍也不易掌握。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種載波恢復(fù)裝置，可以同時(shí)改善相位偏差與頻率偏差的問題，并兼顧修正速率與結(jié)果精確度。
本發(fā)明有關(guān)一種應(yīng)用于通信系統(tǒng)解調(diào)端的載波恢復(fù)裝置，在一優(yōu)選實(shí)施例中，載波恢復(fù)裝置位于供接收載波之用的正交調(diào)幅接收器之中。
根據(jù)本發(fā)明的第一構(gòu)想，載波恢復(fù)裝置包括相位檢測器、鎖頻器、鎖控器。相位檢測器是用于檢測待解調(diào)信號的第一部份和第二部份，并根據(jù)第一部份和第二部份間的相互關(guān)系輸出一相位誤差參數(shù)；鎖頻器與相位檢測器電連接，用于響應(yīng)相位誤差參數(shù)而產(chǎn)生一頻率調(diào)整值和一頻率誤差估計(jì)值；鎖控器與鎖頻器電連接，根據(jù)頻率調(diào)整值及第一設(shè)定值的比較結(jié)果而輸出第一標(biāo)記狀態(tài)信號到鎖頻器，并響應(yīng)第一標(biāo)記狀態(tài)信號而控制頻率誤差估計(jì)值的改變狀態(tài)，頻率誤差估計(jì)值是根據(jù)改變狀態(tài)來進(jìn)行處理的，將提供到通信系統(tǒng)解調(diào)端的載波頻率產(chǎn)生器，以產(chǎn)生恢復(fù)載波。
最好，相位檢測器會響應(yīng)正交調(diào)幅信號的第一部份和第二部份而更進(jìn)一步輸出一功率參數(shù)到鎖控器，鎖控器并根據(jù)功率參數(shù)和第二設(shè)定值的比較結(jié)果而輸出第二標(biāo)記狀態(tài)信號，當(dāng)功率參數(shù)不小于第二設(shè)定值時(shí)，第二標(biāo)記狀態(tài)信號指示一有效狀態(tài)。
最好，在第二標(biāo)記信號指出有效狀態(tài)之前不會先比較頻率調(diào)整值和第一設(shè)定值。
最好，載波恢復(fù)裝置更進(jìn)一步包括相位環(huán)路濾波器，其與相位檢測器和鎖控器電連接，用于響應(yīng)相位誤差參數(shù)而輸出相位誤差估計(jì)值，并從鎖控器接收第三標(biāo)記狀態(tài)信號，根據(jù)頻率調(diào)整值及第三設(shè)定值的比較結(jié)果，控制相位誤差估計(jì)值的改變狀態(tài)。
同樣地，在第二標(biāo)記信號指出有效狀態(tài)之前不會先比較頻率調(diào)整值和第三設(shè)定值。
在一實(shí)施例中，第三設(shè)定值比第一設(shè)定值大，當(dāng)頻率調(diào)整值大于第一設(shè)定值時(shí)，第一標(biāo)記狀態(tài)信號指示鎖頻器位于作用狀態(tài)，而當(dāng)頻率調(diào)整值不大于第一設(shè)定值時(shí)，第一標(biāo)記狀態(tài)信號指示鎖頻器位于無作用狀態(tài)。當(dāng)頻率調(diào)整值不大于第三設(shè)定值時(shí)，第三標(biāo)記狀態(tài)信號指示相位環(huán)路濾波器位于作用狀態(tài)，而當(dāng)頻率調(diào)整值大于第三設(shè)定值時(shí)，第三標(biāo)記狀態(tài)信號指示相位環(huán)路濾波器位于無作用狀態(tài)。
當(dāng)?shù)谝粯?biāo)記狀態(tài)信號指示鎖頻器位于無作用狀態(tài)時(shí)，頻率誤差估計(jì)值的改變狀態(tài)指示保留頻率誤差估計(jì)值的原先值；相反地，當(dāng)?shù)谝粯?biāo)記狀態(tài)信號指示鎖頻器位于作用狀態(tài)時(shí)，則頻率誤差估計(jì)值的改變狀態(tài)表示要導(dǎo)入一個(gè)頻率調(diào)整值的因子來更新頻率誤差估計(jì)值。
最好，鎖頻器會根據(jù)相位誤差參數(shù)和第四設(shè)定值的比較結(jié)果而輸出一平均頻率誤差，鎖頻器包括計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到一預(yù)定值，鎖頻器會響應(yīng)頻率調(diào)整值和平均頻率誤差的正負(fù)值而產(chǎn)生頻率誤差估計(jì)值，當(dāng)相位檢測器輸出的連續(xù)三個(gè)平均頻率誤差有同樣的正負(fù)值，則將頻率調(diào)整值加倍，如果連續(xù)三個(gè)平均頻率誤差正負(fù)相間，則將頻率調(diào)整值減半。
另一方面，當(dāng)?shù)谌龢?biāo)記狀態(tài)信號指示相位環(huán)路濾波器位于無作用狀態(tài)時(shí)，相位誤差估計(jì)值的改變狀態(tài)表示保持相位誤差估算值為原先值；相反地，當(dāng)?shù)谌龢?biāo)記狀態(tài)信號指示相位環(huán)路濾波器位于作用狀態(tài)，則相位誤差估計(jì)值的改變狀態(tài)表示需更新相位誤差值，其通過導(dǎo)入輸入相位環(huán)路濾波器的搜索頻寬因子來達(dá)到。
最好，相位環(huán)路濾波器包括一次濾波器和多任務(wù)器。一次濾波器與相位檢測器電連接，用于接收相位誤差參數(shù)，并處理相位誤差參數(shù)和搜索頻寬，而得一更新的相位誤差估計(jì)值；多任務(wù)器與一次濾波器電連接，響應(yīng)第二和第三標(biāo)記狀態(tài)信號，從原先的相位誤差估計(jì)值和更新的相位誤差估計(jì)值兩者中擇一輸出。
最好，載波頻率產(chǎn)生器是一個(gè)數(shù)值控制振蕩器(numerically controlledoscillator，NCO)。
根據(jù)本發(fā)明的第二觀點(diǎn)，用于正交調(diào)幅接收器的載波恢復(fù)裝置包括一個(gè)相位檢測器，響應(yīng)正交調(diào)幅信號的同相和正交部份而輸出一相位誤差參數(shù)；一個(gè)鎖頻器，與相位檢測器電連接，用于響應(yīng)相位誤差參數(shù)而產(chǎn)生一頻率調(diào)整值和一頻率誤差估計(jì)值；一個(gè)相位環(huán)路濾波器，與相位檢測器電連接，用于響應(yīng)相位誤差參數(shù)而輸出一相位誤差估計(jì)值；以及一個(gè)鎖控器，與鎖頻器及相位環(huán)路濾波器電連接，根據(jù)頻率調(diào)整值及第一設(shè)定值的比較結(jié)果而輸出第一標(biāo)記狀態(tài)信號到鎖頻器，并根據(jù)頻率調(diào)整值及第二設(shè)定值的比較結(jié)果而輸出第二標(biāo)記狀態(tài)信號到相位環(huán)路濾波器，以響應(yīng)第一標(biāo)記信號而控制頻率誤差估計(jì)值的第一改變狀態(tài)，同時(shí)響應(yīng)第二標(biāo)記信號而控制相位誤差估計(jì)值的第二改變狀態(tài)，這里是分別根據(jù)第一改變狀態(tài)和第二改變狀態(tài)來處理頻率誤差估計(jì)值和相位誤差估計(jì)值，將其提供到通信系統(tǒng)解調(diào)端的載波頻率產(chǎn)生器，以產(chǎn)生一恢復(fù)載波。
最好，相位檢測器還會響應(yīng)正交調(diào)幅信號的同相及正交部份而輸出一功率參數(shù)到鎖控器，并根據(jù)功率參數(shù)及第三設(shè)定值的比較結(jié)果而輸出第三標(biāo)記狀態(tài)信號，如果功率參數(shù)不大于第三設(shè)定值，則第三標(biāo)記狀態(tài)信號指示一有效狀態(tài)，在第三標(biāo)記狀態(tài)信號指示為有效狀態(tài)之前不會先比較頻率調(diào)整值及第一設(shè)定值。


本發(fā)明通過下列附圖及優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明，得以更深入的了解圖1A至圖1C是解調(diào)QAM-16信號的三種信號方位圖；圖2是傳統(tǒng)正交調(diào)幅接收器的功能方塊圖；圖3是本發(fā)明正交調(diào)幅接收器的功能方塊圖；圖4是本發(fā)明載波恢復(fù)裝置的優(yōu)選實(shí)施例的運(yùn)算方塊圖；圖5A是圖4中相位檢測器的優(yōu)選實(shí)施例的運(yùn)算方塊圖；圖5B是圖4中相位檢測器的另一優(yōu)選實(shí)施例的運(yùn)算方塊圖；圖6是說明圖4中鎖控器32運(yùn)算原則的流程圖；圖7是64-AQM信號的方位圖，加上根據(jù)本發(fā)明所選擇的供信號能量檢測使用的預(yù)先設(shè)定值；圖8是256-AQM信號的方位圖，加上根據(jù)本發(fā)明所選擇的供信號能量檢測使用的預(yù)先設(shè)定值；圖9A和圖9B是說明圖4中鎖頻器33運(yùn)算原則的流程圖；圖10是圖4中相位環(huán)路濾波器的運(yùn)算方塊圖；以及第十一圖是說明圖10中相位環(huán)路濾波器34運(yùn)算原則的流程圖。
附圖中各組件標(biāo)號說明如下11、21調(diào)諧器 12、22模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器
13電壓控制振蕩器 14、24載波恢復(fù)裝置23數(shù)值控制振蕩器 31相位檢測器32鎖控器 33鎖頻器34相位環(huán)路濾波器 331計(jì)數(shù)器341一次濾波器 342多任務(wù)器具體實(shí)施方式
如上所述，如果在發(fā)送端和接收端的各本機(jī)振蕩器間存在有相位偏差或頻率偏差時(shí)，正交調(diào)幅信號的方位圖會有偏斜或旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，換句話說，只要其間有相位偏差或頻率偏差存在，由數(shù)字正交調(diào)幅接收器的I/Q抽取器所抽取出來的同相信號‘I’和正交信號‘Q’間會有串音現(xiàn)象，因而降低其性能，所以必須要用載波恢復(fù)裝置檢測位于發(fā)送端和接收端本機(jī)振蕩器間的頻率及相位偏差，以補(bǔ)償信號方位圖的偏斜及旋轉(zhuǎn)情況。
我們先解釋載波偏差的情形，請參閱圖3，這張圖是本發(fā)明正交調(diào)幅接收器的功能方塊圖，正交調(diào)幅接收器包括一個(gè)調(diào)諧器21，可以將接收到的RF信號降頻轉(zhuǎn)換成中頻信號，然后模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器22對這些信號進(jìn)行取樣及數(shù)字化，獲得取樣時(shí)間為T的不連續(xù)信號，每一個(gè)經(jīng)過數(shù)字化的取樣x[n]可以寫成x[n]=Re{(I[n]+jQ[n])·ej2πfcnT},]]>其中fc是中頻載波的中心頻率，數(shù)值控制振蕩器23會進(jìn)一步將數(shù)字化的中頻取樣降頻轉(zhuǎn)換成基帶信號，接著適當(dāng)?shù)貫V除掉不需要的高頻部份，根據(jù)系統(tǒng)的傳輸速率(符號k)，過濾后的信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換，會具有新的取樣速率，如此即解調(diào)完估計(jì)信號([k]， )。然而，如果數(shù)值控制振蕩器23和中頻載波的中心頻率間存在有頻率偏差Δf[n]及相位偏差Δθ[n]，則降頻轉(zhuǎn)換后的基帶信號內(nèi)同相波段和正交波段間會有串音現(xiàn)象發(fā)生，這種影響說明如下。
有載波偏差Δf[n]和Δθ[n]的數(shù)字化中頻取樣可以寫成x[n]=Re{(I[n]+jQ[n])·ej[2π(fc+Δf[n])nT+Δθ[n]]},]]>或另外寫成I[n]·cos[2π(fc+Δf[n])nT+Δθ[n]]-Q[n]·sin[2π(fc+Δf[n])nT+Δθ[n]]。
如果沒有使用任何的載波恢復(fù)裝置，信號會產(chǎn)生討厭的扭曲現(xiàn)象I′[n]＝I[n]·cos(2π·Δf[n]·nT+Δθ[n])-Q[n]·sin(2π·Δf[n]·nT+Δθ[n])Q′[n]＝Q[n]·cos(2π·Δf[n]·nT+Δθ[n])+I[n]·sin(2π·Δf[n]·nT+Δθ[n])。
我們必須要使用載波恢復(fù)裝置24來估計(jì)偏差Δf[n]和Δθ[n]，通過這些載波信息，數(shù)值控制振蕩器23可以調(diào)整其頻率及相位，以消除有害的旋轉(zhuǎn)及基帶取樣(I[n]，Q[n])的串音現(xiàn)象。
請參閱圖4，這張圖是本發(fā)明載波恢復(fù)裝置優(yōu)選實(shí)施例的功能方塊圖，載波恢復(fù)裝置包括相位檢測器31、鎖控器32、鎖頻器33、相位環(huán)路濾波器組件34。相位檢測器31從信號中抽取出的同相部份[k]和正交部份 中產(chǎn)生兩種信息，其中的一的抽取信號([k]， )檢測能量(I^[k]2+Q^[k]2]]>)被饋入鎖控器32，另一檢測相位誤差“cur_phase”則被送至鎖頻器33和相位環(huán)路濾波器34，鎖控器32利用控制信號“FL_out_flag”、“PLF_out_flag”和“valid_flag”主導(dǎo)鎖頻器33和相位環(huán)路濾波器34的狀態(tài)，藉以控制其搜索及追蹤模式，這部份我們將于稍后加以說明；同時(shí)，鎖頻器33反饋其工作狀態(tài)FSS到鎖控器32，然后，鎖頻器33和相位環(huán)路濾波器34分別輸出Δf[k]和Δθ[k]到數(shù)值控制振蕩器23(圖3)。
現(xiàn)在請參閱圖5A，這張圖是圖4中相位檢測器31的優(yōu)選實(shí)施例的運(yùn)算方塊圖，我們可以將[k]和 視為復(fù)數(shù)向量I^[k]+jQ^[k],]]>抽取信號在方位圖上的象限與另一復(fù)數(shù)向量sign(I^[k])+j·sign(Q^[k])]]>相同，就是利用抽取信號中同相部份和正交部份的正負(fù)號來決定其象限，我們可以利用下式導(dǎo)出這兩個(gè)復(fù)數(shù)向量間的相位關(guān)系(I^[k]+jQ^[k])/(sign(I^[k])+j·sign(Q^[k])]]>經(jīng)過正?；?normlization)及簡化，我們選擇虛數(shù)部份作為相位誤差信息，公式為Q^[k]·sign(I^[k])-I^[k]·sign(Q^[k])/2·(I^[k]2+Q^[k]2))]]>相位檢測器31將相位誤差信息cur_phase傳送到鎖頻器33和相位環(huán)路濾波器34，并將檢測信號能量I^[k]2+Q^[k]2]]>傳送到鎖控器32，以供進(jìn)一步的判斷是否接受此抽取信號。圖5B的相位檢測器比圖5A更為簡化，其中省略了一些數(shù)學(xué)預(yù)算，改以常數(shù)CV取代。
根據(jù)本發(fā)明，鎖頻器33和相位環(huán)路濾波器34不是一直都處在運(yùn)算狀態(tài)下，本發(fā)明的載波恢復(fù)裝置分成三個(gè)主要的運(yùn)算階段，第一是在搜索模式下、第二是在搜索及追蹤合并模式下、第三是在追蹤模式下。假設(shè)當(dāng)載波恢復(fù)裝置開始激活時(shí)，中頻的頻率偏差大到幾萬赫茲，這時(shí)同相和正交部份的信號方位圖會嚴(yán)重旋轉(zhuǎn)，而這時(shí)相位偏差的估計(jì)值Δθ[k]對補(bǔ)償載波偏差沒有什么幫助，所以在第一階段中，只有鎖頻器33是有作用的，以取得頻率偏差的信息，而鎖控器32則控制相位環(huán)路濾波器34處于無作用狀態(tài)。當(dāng)估計(jì)頻率的變化已經(jīng)被拉至較小的范圍，相位環(huán)路濾波器34開始加入運(yùn)算線，進(jìn)行快速搜索，換句話說，在第二階段中，鎖頻器33和相位環(huán)路濾波器34同時(shí)作用。經(jīng)過一段處理時(shí)間的后，當(dāng)鎖頻器33趨向穩(wěn)定，估計(jì)頻率的變化也變得很小，此時(shí)微調(diào)相位環(huán)路濾波器34以補(bǔ)償剩下的相位誤差，的后，鎖控器32關(guān)閉鎖頻器33，固定鎖頻器33的輸出值Δf[k]，避免載波恢復(fù)裝置產(chǎn)生不必要的震動，在第三階段中，只有相位環(huán)路濾波器34有作用。
圖6的流程圖說明鎖控器32的運(yùn)算原則，在本發(fā)明的載波恢復(fù)裝置中，不是所有的抽取信號([k]， )都會被用來搜索頻率和相位誤差信息，如果信號能量I^[k]2+Q^[k]2]]>比預(yù)定的設(shè)定值“PWR_THRES”小，載波恢復(fù)裝置會保留原有的Δf[k]和Δθ[k]值，本裝置聚集能量大于預(yù)先設(shè)定值的信號，可以加強(qiáng)系統(tǒng)免受新增噪聲的干擾。
有關(guān)選擇64-QAM和256-QAM的設(shè)定值“PWR_THRES”請參考圖7和圖8的例子，設(shè)定值“PWR_THRES”的選擇方式是要讓方位圖中位于角落的抽取正交調(diào)變信號I^[k]+jQ^[k]]]>中能有適當(dāng)?shù)臄?shù)量進(jìn)入載波恢復(fù)裝置，如果設(shè)定值“PWR_THRES”的選擇適當(dāng)，可以進(jìn)行相當(dāng)快速的搜索，本領(lǐng)域技術(shù)人員會知道快速搜索會在檢測相位誤差中加入噪聲，利用一連串檢測相位誤差的平均值可以濾除掉這些噪聲。
請?jiān)賲㈤唸D6，鎖控器32從相位檢測器31接收檢測信號能量，如果檢測信號能量大于設(shè)定值“PWR_THRES”，則將控制信號“valid_flag”設(shè)成“TRUE”，相反地，如果檢測信號能量沒有大于設(shè)定值“PWR_THRES”，則將控制信號“valid_flag”設(shè)成“FALSE”。當(dāng)控制信號“valid_flag”為“TRUE”時(shí)，執(zhí)行前面所敘述的三階段運(yùn)算，鎖控器32會監(jiān)測鎖頻器33的輸出“FSS”，并與設(shè)定值“PLF_THRES”和“FL_LOCK”比較，其中“PLF_THRES”的值大于“FL_LOCK”?！癋SS”大于預(yù)先設(shè)定值“PLF_THRES”表示在局部數(shù)值控制振蕩器和中頻載波頻率間仍存在有很大的頻率偏差，這時(shí)，鎖控器32會強(qiáng)制載波恢復(fù)裝置保持在搜索階段，將控制信號“FL_out_flag”設(shè)成”TRUE”，讓鎖頻器33作用，同時(shí)控制信號“PLF_out_flag”被設(shè)定為“FALSE”，使相位環(huán)路濾波器34沒有作用。當(dāng)“FSS”等于或小于設(shè)定值“PLF_THRES”，但是仍然大于另一設(shè)定值“FL_LOCK”(其定義小于“PLF_THRES”)時(shí)，鎖控器32命令載波恢復(fù)裝置進(jìn)入第二運(yùn)算階段，將控制信號“PLF_out_flag”設(shè)成“TRUE”，令相位環(huán)路濾波器34開始作用。如果“FSS”等于或小于這個(gè)第二設(shè)定值“FL_LOCK”，那就是要進(jìn)入第三運(yùn)算階段了，載波恢復(fù)裝置將控制信號“FL_out_flag”設(shè)成“FALSE”，強(qiáng)制關(guān)閉鎖頻器33。
圖9A和圖9B的流程圖說明鎖頻器33的運(yùn)算原則，當(dāng)載波恢復(fù)裝置激活后，一開始在步驟A中就先將鎖頻器33內(nèi)的所有控制標(biāo)記設(shè)成預(yù)定值，起始條件為count_pnt＝0over_flag＝“FALSE”AFE＝0pre_AFE＝0FSS＝FSS_INITsflag1＝0sflag2＝0Δf
＝0在步驟91中，鎖頻器33首先從鎖控器32檢測控制信號“FL_out_flag”，如果控制信號“FL_out_flag”是“FALSE”，表示載波恢復(fù)裝置處于第三運(yùn)算階段，要關(guān)閉鎖頻器33，接著在步驟92中，將頻率調(diào)整步數(shù)值“FSS”設(shè)定成預(yù)先設(shè)定值“FL_LOCK”，同時(shí)鎖頻器33固定輸出Δf[k]為前一估計(jì)值，再來進(jìn)行步驟B，輸出“FSS”到鎖控器32；在流程圖的另一邊，如果控制信號“FL_out_flag”是“TRUE”，表示載波恢復(fù)裝置正處在前述的第一或第二運(yùn)算階段，在步驟93中，鎖頻器33內(nèi)計(jì)數(shù)器331(圖4)的輸出“count_pnt”會加1，然后在步驟94中，鎖頻器33會檢查控制信號“valid_flag”的狀態(tài)，如果鎖頻器33檢測到控制信號“valid_flag”為“FALSE”，則進(jìn)行步驟C，這部份將在后面說明，否則，當(dāng)控制信號“valid_flag”是“TRUE”時(shí)，則激活檢測頻率誤差的功能。
在步驟96中，先從相位檢測器31加載檢測相位誤差“cur_phase”，檢測頻率偏差的步驟如下步驟97如果“cur_phase”的絕對值沒有小于預(yù)先設(shè)定值“THRES_PHASE”，則執(zhí)行步驟98，否則執(zhí)行步驟101。
步驟98檢查控制信號“over_flag”，這是用來說明“cur_phase”的絕對值是否大于“THRES_PHASE”，如果“over_flag”是“TRUE”，則執(zhí)行步驟99，如果“over_flag”是“FALSE”，則執(zhí)行步驟100。
步驟99將“AFE”加上“pre_FE”，作為“AFE”的更新值，然后到步驟C。
步驟100將“pre_FE”設(shè)成設(shè)定值“THRES_PHASE”，其正負(fù)號則與“cur_phase”相同，然后同樣將“AFE”加上“pre_FE”，以更新“AFE”，并將“over_flag”設(shè)成“TRUE”，進(jìn)到步驟C。
步驟101將“AFE”的值更新成“AFE”加上“cur_phase”的值，并將“over_flag”設(shè)成“FALSE”，進(jìn)到步驟C。
步驟C調(diào)整頻率步驟值“FSS”，輸出“FSS”和Δf[k]，其步驟將在后文說明。
在圖9B的步驟102中，鎖頻器33檢查“count_pnt”的值是否到了“CAL_PNT”，如果還沒，在步驟103中保留“FSS”和Δf[k]的原始值，如果“count_pnt”的值到了“CAL_PNT”，如下列步驟更新“FSS”和Δf[k]。
步驟104檢查“sflag1”和“sflag2”是否都為‘0’，如果不是，執(zhí)行步驟105；如果是，在步驟106中，將“sflag2”設(shè)定為‘1’，執(zhí)行步驟107。
步驟105加載“sflag1”的值到“sflag2”，并更新“sflag1”的值為“AFE”乘以“pre_AFE”的正負(fù)號，執(zhí)行步驟108。
步驟108檢查“sflag1”和“sflag2”是否都為‘1’，如果是，那表示連續(xù)三個(gè)“AFE”有相同的正負(fù)號，將“FSS”乘以2，然后執(zhí)行步驟107；如果不是，執(zhí)行步驟109。
步驟109檢查“sflag1”和“sflag2”是否都為‘-1’，如果是，那表示連續(xù)三個(gè)“AFE”是正負(fù)相間，在步驟111中，將“FSS”除以2；如果不是，則不改變“FSS”的值，執(zhí)行步驟107。
步驟107將“pre_AFE”設(shè)成“AFE”，將Δf[k]加上“FSS”乘以“AFE”的正負(fù)號，作為Δf[k]的更新值，然后將“count_pnt”和“AFE”的值都設(shè)成0。
在步驟112中，不管“FSS”和Δf[k]有沒有被更新，鎖頻器33都會分別將其輸出到鎖控器32和數(shù)值控制振蕩器23。
現(xiàn)在請參閱圖10，圖10是圖4中相位環(huán)路濾波器的電路方塊圖，相位環(huán)路濾波器34包括一次回路濾波器341和輸出多任務(wù)器342，多任務(wù)器342檢測從鎖控器32出來的控制信號“PLF_out_flag”和“valid_flag”，響應(yīng)這些控制信號決定相位環(huán)路濾波器是要輸出更新值或是原始值。請參閱第十一圖的流程圖，這張圖說明了相位環(huán)路濾波器34的運(yùn)算原則，參數(shù)“Cp”和“Ci”代表搜索頻寬，如果“Cp”和“Ci”的值越大，則搜索速率也越快，但是也會產(chǎn)生較大的震動；相反地，如果選擇較小的“Cp”和“Ci”，則震動較小，但是系統(tǒng)需要較長的時(shí)間收斂。我們可以在一開始的時(shí)候選擇較大的“Cp”和“Ci”，然后在經(jīng)過預(yù)設(shè)的處理時(shí)間后改成較小的“Cp”和“Ci”，這樣可以同時(shí)達(dá)到快速搜索和較好的追蹤效果。
第十一圖是說明相位環(huán)路濾波器34運(yùn)算原則的流程圖，流程圖從步驟D開始，起始條件為Δθ
＝0D_reg
＝0在步驟113中，相位環(huán)路濾波器34首先檢測從鎖控器32輸出的兩個(gè)控制信號“valid_flag”和“PLF_out_flag”，如前所述，控制信號“valid_flag”指出抽取信號是否有效，而控制信號“PLF_out_flag”指出是否應(yīng)該激活相位環(huán)路濾波器34，當(dāng)這兩個(gè)控制信號都是“TRUE”時(shí)，執(zhí)行步驟114和115，相位環(huán)路濾波器34會將相位誤差信息“cur_phase”傳到低通濾波器(沒有畫出)，經(jīng)過運(yùn)算后，以更新其輸出，這可以幫助避免新增噪聲；相反地，如果“valid_flag”或“PLF_out_flag”是“FALSE”，在步驟116中，相位環(huán)路濾波器34會保持原有的輸出值，然后在步驟117中，相位環(huán)路濾波器34輸出Δθ[k]到數(shù)值控制振蕩器23。
總結(jié)來說，即使數(shù)字正交調(diào)幅接收器有很大的頻率偏差和相位偏差([-π，π])，本發(fā)明的載波恢復(fù)裝置也有助于抽取未失真的信號([k]， )，本發(fā)明不只適用于寬廣的鎖定范圍，同時(shí)也有快速搜索的能力，但是因?yàn)樯鲜鱿辔画h(huán)路濾波器的收斂會導(dǎo)致0°、90°、180°、270°的相位不明確，所以需要額外的裝置，還好現(xiàn)有已知的信號對準(zhǔn)技術(shù)可以克服相位不明確的問題，或是另外可利用微分編碼方法，讓信號方位圖中的旋轉(zhuǎn)固定。
在不脫離權(quán)利要求所述的保護(hù)范圍的情況下，本發(fā)明可由本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種載波恢復(fù)裝置，應(yīng)用于通信系統(tǒng)的解調(diào)端，其包括一相位檢測器，用于檢測一待解調(diào)信號的第一分量及第二分量，并根據(jù)該第一分量及該第二分量間的相互關(guān)系而輸出一相位誤差參數(shù)；一鎖頻器，其電連接到該相位檢測器，用于響應(yīng)該相位誤差參數(shù)而產(chǎn)生一頻率調(diào)整值及一頻率誤差估計(jì)值；以及一鎖控器，其電連接到該鎖頻器，用于根據(jù)該頻率調(diào)整值及第一設(shè)定值間的比較結(jié)果而輸出第一標(biāo)記狀態(tài)信號，并響應(yīng)該第一標(biāo)記狀態(tài)信號而控制該頻率誤差估計(jì)值的改變狀態(tài)，該頻率誤差估計(jì)值根據(jù)該改變狀態(tài)進(jìn)行處理，并提供到該通信系統(tǒng)解調(diào)端的一載波頻率產(chǎn)生器，以生成一恢復(fù)載波。
2.如權(quán)利要求1所述的載波恢復(fù)裝置，其中該通信系統(tǒng)的解調(diào)端為一正交調(diào)幅接收器，該待解調(diào)信號為一正交調(diào)幅信號。
3.如權(quán)利要求2所述的載波恢復(fù)裝置，還包括一I-抽取器，用于抽取出該正交調(diào)幅信號的一同相部份，作為該第一分量，另外還包括一Q-抽取器，用于抽取出該正交調(diào)幅信號的一正交部份，作為該第二分量。
4.如權(quán)利要求3所述的載波恢復(fù)裝置，其中該相位檢測器響應(yīng)該正交調(diào)幅信號的該第一分量和第二分量而輸出一功率參數(shù)到該鎖控器，并根據(jù)該功率參數(shù)及第二設(shè)定值間的比較結(jié)果而輸出第二標(biāo)記狀態(tài)信號，當(dāng)該功率參數(shù)不小于該第二設(shè)定值時(shí)，該第二標(biāo)記狀態(tài)信號指示一有效狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的載波恢復(fù)裝置，其中在該第二標(biāo)記狀態(tài)信號指出該有效狀態(tài)之前，不先比較該頻率調(diào)整值及該第一設(shè)定值。
6.如權(quán)利要求5所述的載波恢復(fù)裝置，還包括一相位環(huán)路濾波器，其電連接到該相位檢測器及該鎖控器，用于響應(yīng)該相位誤差參數(shù)而輸出一相位誤差估計(jì)值，并根據(jù)該頻率調(diào)整值與第三設(shè)定值的比較結(jié)果而從該鎖控器接收第三標(biāo)記狀態(tài)信號，以控制該相位誤差估計(jì)值的改變狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述的載波恢復(fù)裝置，其中在該第二標(biāo)記狀態(tài)信號指出該有效狀態(tài)之前，不會先比較該頻率調(diào)整值及該第三設(shè)定值。
8.如權(quán)利要求7所述的載波恢復(fù)裝置，其中該第三設(shè)定值大于該第一設(shè)定值。
9.如權(quán)利要求8所述的載波恢復(fù)裝置，其中當(dāng)該頻率調(diào)整值大于該第一設(shè)定值時(shí)，該第一標(biāo)記狀態(tài)信號指出該鎖頻器位于一作用狀態(tài)，當(dāng)該頻率調(diào)整值不大于該第一設(shè)定值時(shí)，則該第一標(biāo)記狀態(tài)信號指出該鎖頻器位于無作用狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求9所述的載波恢復(fù)裝置，其中當(dāng)該頻率調(diào)整值不大于該第三設(shè)定值時(shí)，該第三標(biāo)記狀態(tài)信號指出該相位環(huán)路濾波器位于一作用狀態(tài)，當(dāng)該頻率調(diào)整值大于該第三設(shè)定值時(shí)，則該第三標(biāo)記狀態(tài)信號指出該相位環(huán)路濾波器位于一無作用狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求10所述的載波恢復(fù)裝置，其中當(dāng)該第一標(biāo)記狀態(tài)信號指出該鎖頻器位于該無作用狀態(tài)時(shí)，則該頻率誤差估計(jì)值的改變狀態(tài)表示將保留該頻率誤差估計(jì)值為先前值。
12.如權(quán)利要求11所述的載波恢復(fù)裝置，其中當(dāng)該第一標(biāo)記狀態(tài)信號指出該鎖頻器位于該作用狀態(tài)時(shí)，則該頻率誤差估計(jì)值的改變狀態(tài)表示通過加入該頻率調(diào)整值的因子更新該頻率誤差估計(jì)值。
13.如權(quán)利要求12所述的載波恢復(fù)裝置，其中該鎖頻器根據(jù)該相位誤差參數(shù)與第四設(shè)定值的比較結(jié)果而輸出一平均頻率誤差。
14.如權(quán)利要求13所述的載波恢復(fù)裝置，其中該鎖頻器包括一計(jì)數(shù)器，當(dāng)該計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到一預(yù)定值時(shí)，該鎖頻器響應(yīng)該頻率調(diào)整值及該平均頻率值的正負(fù)號而產(chǎn)生該頻率誤差估計(jì)值。
15.如權(quán)利要求13所述的載波恢復(fù)裝置，其中當(dāng)該相位檢測器所輸出的連續(xù)三個(gè)平均頻率誤差有相同的正負(fù)號，則將該頻率調(diào)整值加倍，而當(dāng)連續(xù)三個(gè)平均頻率誤差為正負(fù)相間時(shí)，將該頻率調(diào)整值減半。
16.如權(quán)利要求15所述的載波恢復(fù)裝置，其中當(dāng)該第三標(biāo)記狀態(tài)信號指出該相位環(huán)路濾波器位于該無作用狀態(tài)時(shí)，該相位誤差估計(jì)值的改變狀態(tài)表示保留該相位誤差估計(jì)值為先前值。
17.如權(quán)利要求13所述的載波恢復(fù)裝置，其中當(dāng)該第三標(biāo)記狀態(tài)信號指出該相位環(huán)路濾波器位于該作用狀態(tài)時(shí)，該相位誤差估計(jì)值的改變狀態(tài)即通過導(dǎo)入輸入該相位環(huán)路濾波器的一搜索頻寬因子來更新該相位誤差估計(jì)值。
18.如權(quán)利要求17所述的載波恢復(fù)裝置，其中該相位環(huán)路濾波器包括一一次濾波器，其與該相位檢測器電連接，用于接收該相位誤差參數(shù)，并處理該相位誤差參數(shù)及該搜索頻寬以獲得一更新的相位誤差估計(jì)值；以及一多任務(wù)器，其與該一次濾波器電連接，用于響應(yīng)該第二標(biāo)記狀態(tài)信號與該第三標(biāo)記狀態(tài)信號，從該保留的相位誤差估計(jì)值與該更新的相位誤差估計(jì)值中擇一輸出。
19.如權(quán)利要求1所述的載波恢復(fù)裝置，其中該載波頻率產(chǎn)生器為一數(shù)值控制振蕩器。
20.一種載波恢復(fù)裝置，應(yīng)用于一正交調(diào)幅接收器，其包括一相位檢測器，用于響應(yīng)一正交調(diào)幅信號的一同相分量及一正交分量而輸出一相位誤差參數(shù)；一鎖頻器，其與該相位檢測器電連接，用于響應(yīng)該相位誤差參數(shù)而產(chǎn)生一頻率調(diào)整值及一頻率誤差估計(jì)值；一相位環(huán)路濾波器，其與該相位檢測器電連接，用于響應(yīng)該相位誤差參數(shù)而輸出一相位誤差估計(jì)值；以及一鎖控器，其電連接到該鎖頻器及該相位環(huán)路濾波器，用于根據(jù)該頻率調(diào)整值及第一設(shè)定值間的比較結(jié)果而輸出第一標(biāo)記狀態(tài)信號到該鎖頻器，并根據(jù)該頻率調(diào)整值與第二設(shè)定值間的比較結(jié)果而輸出第二標(biāo)記狀態(tài)信號到該相位環(huán)路濾波器，以響應(yīng)該第一標(biāo)記狀態(tài)信號而控制該頻率誤差估計(jì)值的第一改變狀態(tài)，并響應(yīng)該第二標(biāo)記狀態(tài)信號而控制該相位誤差估計(jì)值的第二改變狀態(tài)，其中該頻率誤差估計(jì)值及該相位誤差估計(jì)值分別根據(jù)該第一改變狀態(tài)及該第二改變狀態(tài)進(jìn)行處理，并提供到該正交調(diào)幅接收器內(nèi)的一載波頻率產(chǎn)生器，以生成一恢復(fù)載波。
21.如權(quán)利要求20所述的載波恢復(fù)裝置，其中該相位檢測器響應(yīng)該正交調(diào)幅信號的該同相分量及該正交分量而輸出一功率參數(shù)到該鎖控器，并根據(jù)該功率參數(shù)及第三設(shè)定值間的比較結(jié)果而輸出第三標(biāo)記狀態(tài)信號，當(dāng)該功率參數(shù)不小于該第三設(shè)定值時(shí)，該第三標(biāo)記狀態(tài)信號指示一有效狀態(tài)，在該第三標(biāo)記狀態(tài)信號指出該有效狀態(tài)之前，不先比較該頻率調(diào)整值與該第一設(shè)定值。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于正交調(diào)幅(QAM)接收器的載波恢復(fù)裝置，載波恢復(fù)裝置包括一相位檢測器、一鎖控器、一鎖頻器、一相位環(huán)路濾波器，提供相位/頻率誤差信息到數(shù)值控制振蕩器(NCO)，以產(chǎn)生恢復(fù)載波，相位檢測器檢測由I/Q抽取器所得抽取信號的信號能量信息及相位誤差信息，鎖控器監(jiān)測從相位檢測器輸出的信號能量，并將抽取信號分成兩個(gè)部份有效部分及無效部分，輸出有效信號的控制標(biāo)記到鎖頻器和相位環(huán)路濾波器，可以達(dá)到大范圍的搜索及良好的追蹤效果，鎖控器在三個(gè)運(yùn)算階段中控制鎖頻器及相位環(huán)路濾波器的運(yùn)算，由鎖頻器和相位環(huán)路濾波器分別得到的檢測頻率偏差和相位偏差將被饋入數(shù)值控制振蕩器，以恢復(fù)載波偏差。
文檔編號H04L27/38GK1464708SQ02122280
公開日2003年12月31日 申請日期2002年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月3日
發(fā)明者邱榮樑 申請人:矽統(tǒng)科技股份有限公司