用于使用軌線中點旋轉(zhuǎn)來檢測高階調(diào)制的符號定時誤差的位同步器及相關(guān)方法
【專利摘要】本申請案涉及一種用于使用軌線中點旋轉(zhuǎn)來檢測高階調(diào)制的符號定時誤差的位同步器及相關(guān)方法。通信裝置包含接收具有同相I及正交Q信號分量的通信信號的輸入。位同步電路檢測所述通信信號中的符號定時誤差且包含符號映射器電路，所述符號映射器電路經(jīng)配置以接收I及Q信號分量并確定信號群集內(nèi)的向量的轉(zhuǎn)變樣本。旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生器電路耦合到所述符號映射器電路且經(jīng)配置以使所述轉(zhuǎn)變樣本的軌線在其中點處旋轉(zhuǎn)，以確定所述符號定時誤差。
【專利說明】用于使用軌線中點旋轉(zhuǎn)來檢測高階調(diào)制的符號定時誤差的位同步器及相關(guān)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，且更明確地說，本發(fā)明涉及位同步及檢測所接收通信信號中的符號定時誤差。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字接收器需要確定符號定時誤差及載波相位或頻率誤差的電路。通常在數(shù)字通信系統(tǒng)中，每符號間隔對解調(diào)器的輸出大約進行一次周期性取樣以恢復(fù)所發(fā)射信息。由于從發(fā)射器到接收器的傳播延遲在接收器處是未知的，因此將符號定時從所接收信號導(dǎo)出以對解調(diào)器的輸出進行同步取樣。如果檢測器是相位相干的，那么所發(fā)射信號中的傳播延遲通常形成必須估計的載波偏移。經(jīng)由通信信道所發(fā)射的任何信號使那些信號延遲且通過添加高斯噪聲而使所述信號損壞。如果相干地檢測到所述信號，那么需要符號同步及載波恢復(fù)。
[0003]解調(diào)需要確定任何傳播延遲。使對此所接收信號進行解調(diào)在時間上同步所需的精確性通常取決于符號間隔，此還取決于時間延遲。應(yīng)用于解調(diào)中所使用的信號參數(shù)估計的不同準則包含最大似然(ML)準則及最大后驗概率(MAP)準則。借助ML估計，觀察間隔用作時間間隔內(nèi)的所接收信號且使用更新估計的追蹤回路而在連續(xù)基礎(chǔ)上執(zhí)行估計?？墒褂脤?dǎo)頻信號來估計載波相位，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所已知。鎖相回路(PLL)用于獲取及追蹤載波分量。在其它技術(shù)中，直接從經(jīng)調(diào)制信號導(dǎo)出載波相位估計。所述技術(shù)具有總發(fā)射器功率被分配到載信息的信號的發(fā)射的優(yōu)點。
[0004]決策引導(dǎo)的回路通常用于估計相位，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所已知。通?？杉僭O(shè)已使用決策引導(dǎo)的參數(shù)估計來估計觀察間隔內(nèi)的信息序列。還已知且使用非決策引導(dǎo)的回路。定時恢復(fù)通常使用平方律裝置及科斯塔斯(Costas)回路而實現(xiàn)，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所已知。
[0005]在這些數(shù)字通信系統(tǒng)中，在精確取樣時間時刻處對解調(diào)器輸出進行周期性取樣以獲得符號定時估計及確定接收器處的時鐘信號。提取時鐘信號稱為符號同步或定時恢復(fù)。在一項已知技術(shù)中，接收器電路確定對匹配濾波器或相關(guān)器的輸出進行取樣的頻率，但還確定在每一符號間隔內(nèi)在何處取得樣本。取樣時刻的選擇通常稱為定時相位。
[0006]可類似于林賽(Lindsey)的“數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變回路”(DDTL)而使用決策引導(dǎo)的定時檢測器(DDTD),如林賽的文章技術(shù)出版物TP-73-18 (Technical PublicationTP-73-18)(位同步系統(tǒng)性能表征、建模及折衷研究(Bit Synchronization SystemPerformance Characterization, Modeling, and Tradeoff Study)(空 中 任務(wù)A5355352-054E-3F09905003) ,ff.C.林賽，南加州大學(xué)，1973年9月4日)中所陳述，所述文章的揭示內(nèi)容特此以其全文引用的方式并入。當不存在轉(zhuǎn)變時，零被作為誤差而發(fā)送。當發(fā)生轉(zhuǎn)變時，使用轉(zhuǎn)變樣本來確定誤差項。此技術(shù)用于如BPSk及QPSK的低階調(diào)制且僅需要每符號兩個樣本。還可使用非決策引導(dǎo)的定時估計。通常，代替等效匹配濾波器而使用相關(guān)器，其中兩個相關(guān)器在符號間隔內(nèi)集成且誤差信號通過取得兩個相關(guān)器輸出的絕對值之間的差而形成。
[0007]眾所周知的技術(shù)及定時恢復(fù)回路為還包含加德納(Gardner)定時恢復(fù)算法的全數(shù)字定時恢復(fù)回路。其是廣泛使用的且使用每符號兩個樣本。加德納定時恢復(fù)電路使用加德納的方法來恢復(fù)輸入信號的符號定時相位。此電路實施獨立于載波相位恢復(fù)的無數(shù)據(jù)輔助的反饋方法。形成電路的算法的部分的定時誤差檢測器需要每符號至少兩個樣本，所述兩個樣本中的一者是在其處可做出決策的點。恢復(fù)方法估計每一傳入符號的符號定時相位偏移且輸出對應(yīng)于所估計符號取樣時刻的信號值。第二輸出返回每一符號的所估計定時相位恢復(fù)偏移，所述偏移為小于N的非負實數(shù)，其中N為每符號樣本的數(shù)目。誤差更新增益參數(shù)為用于更新連續(xù)相位估計的步驟大小。
[0008]不受載波偏移影響，定時恢復(fù)回路可首先鎖定，因此簡化載波恢復(fù)的任務(wù)。使用以下方程式來計算加德納算法的誤差:
[0009]en= (yn-yn_2) Yn^1
[0010]其中yn與yn_2之間的間距為T秒且yn與5^之間的間距為T / 2秒。
[0011]可使用加德納誤差的正負號來遲或早地確定取樣是否正確。加德納誤差對符號轉(zhuǎn)變是最有用的。以下文章中 給出加德納定時恢復(fù)算法的說明:加德納F.M.，“用于經(jīng)取樣接收器的 BPSK / QPSK 定時誤差檢測器(A BPSK / QPSK Timing-Error Detector forSampled Receivers) ”, IEEE 通信學(xué)報，第 C0M-34 卷，第 5 期，1986 年 5 月，423-429 頁，所述文章的揭示內(nèi)容特此以其全文引用的方式并入。
[0012]在具有較高階調(diào)制的一些例子中，從一個群集點到下一群集點的轉(zhuǎn)變可不與實數(shù)或虛數(shù)軸平行。因此，一些傳統(tǒng)符號追蹤檢測器依賴于高度過取樣信號的絕對值。通常，較低級調(diào)制將僅使用每符號兩個樣本，且期望利用現(xiàn)有信號處理及功能來提供較高階調(diào)制下的符號追蹤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]一種通信裝置包含接收具有同相(I)及正交(Q)信號分量的通信信號的輸入。位同步電路檢測所述通信信號中的符號定時誤差且包含符號映射器電路，所述符號映射器電路經(jīng)配置以接收I及Q信號分量并確定信號群集內(nèi)的向量的轉(zhuǎn)變樣本。旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生器電路耦合到所述符號映射器電路且經(jīng)配置以使所述轉(zhuǎn)變樣本的軌線在其中點處旋轉(zhuǎn)以確定所述符號定時誤差。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是展示全數(shù)字符號定時恢復(fù)電路的現(xiàn)有技術(shù)實例的框圖，所述全數(shù)字符號定時恢復(fù)電路使用線性內(nèi)插器及加德納定時誤差檢測器(TED)來恢復(fù)符號定時。
[0015]圖2A是與并入有決策引導(dǎo)的定時檢測器的位同步器系統(tǒng)(BSS) —起工作的現(xiàn)有技術(shù)數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變追蹤回路(DDTL)的框圖。
[0016]圖2B是作為圖2A中的DDTL的一部分的現(xiàn)有技術(shù)決策引導(dǎo)的定時檢測器(DDTD)的框圖。
[0017]圖3是展示如常用于一些BSS中的絕對值方法的轉(zhuǎn)變樣本的曲線圖。[0018]圖4是根據(jù)非限制性實例的展示二進制角度測量(BAM)及展示所發(fā)射相位位置及轉(zhuǎn)變樣本的8-PSK群集相位圖。
[0019]圖5A到5C是根據(jù)非限制性實例的展示轉(zhuǎn)變樣本旋轉(zhuǎn)的實例的群集相位圖。
[0020]圖6是根據(jù)非限制性實例的展示用于使用軌線中點旋轉(zhuǎn)來檢測較高階調(diào)制的符號定時誤差的電路的固定點二進制實施方案的框圖。
[0021]圖7是展示類似于圖6中所展示的電路的如用于檢測符號定時誤差的邏輯電路一樣由VHDL(VHSIC硬件密度語言)形成的電路的實例的框圖。
[0022]圖8A到8D是根據(jù)非限制性實例的針對具有不同旋轉(zhuǎn)的16-QAM群集的群集相位圖的實例，及圖8E展示轉(zhuǎn)變的曲線圖。
[0023]圖9A到9C是基于本發(fā)明的展示典型檢測器性能的曲線圖，且圖9A中展示BPSK符號定時檢測器結(jié)果，圖9B中展示QPSK符號定時檢測器結(jié)果，及圖9C中展示8-PSK符號定時檢測器結(jié)果。
[0024]圖10是根據(jù)非限制性實例的展示可使用的若干個通信裝置及其它通信組件的通信系統(tǒng)的實例的框圖。
【具體實施方式】
[0025]現(xiàn)在參考附圖將在下文中更全面地描述不同實施例，其中展示優(yōu)選實施例。可陳述許多不同形式且所描述實施例不應(yīng)解釋為限制于本文中所陳述的實施例。而是，提供這些實施例使得本發(fā)明將是透徹且完整的，且將向所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員全面?zhèn)鬟_本發(fā)明的范圍。
[0026]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，如所描述的系統(tǒng)、通信裝置、方法及技術(shù)不限于與任何特定通信標準(無線或其它)一起使用且可經(jīng)調(diào)試以用于與眾多無線(或有線)通信標準一起使用，例如增強型數(shù)據(jù)速率GSM演進(EDGE)、通用分組無線服務(wù)(GPRS)或增強型GPRS(EGPRS)、擴展數(shù)據(jù)速率藍牙、寬帶碼分多址(WCDMA)、無線LAN(WLAN)、超寬帶(UWB)、同軸電纜、雷達、光學(xué)器件等。此外，本發(fā)明不限于與特定PHY或無線電類型一起使用，但還適用于其它兼容技術(shù)。
[0027]貫穿本說明，將術(shù)語通信裝置定義為經(jīng)調(diào)適以經(jīng)由媒體發(fā)射、接收或發(fā)射及接收數(shù)據(jù)的任何設(shè)備或機構(gòu)。通信裝置可經(jīng)調(diào)適以經(jīng)由任何適合媒體通信，例如RF、無線、紅外線、光學(xué)、有線、微波等。在無線通信的情形中，通信裝置可包括RF發(fā)射器、RF接收器、RF收發(fā)器或其任何組合。無線通信涉及:射頻通信；微波通信，舉例來說經(jīng)由高度定向天線的遠程視線或短程通信；及/或紅外線(IR)短程通信及衛(wèi)星通信。應(yīng)用可涉及點對點通信、點對多點通信、廣播、蜂窩式網(wǎng)絡(luò)及其它無線網(wǎng)絡(luò)。
[0028]如所描述的技術(shù)使用軌線中點旋轉(zhuǎn)來提供用于高階調(diào)制的位同步器及符號定時誤差檢測器。此技術(shù)以每符號僅兩個樣本使用軌線中點旋轉(zhuǎn)來提供用于任何階調(diào)制的符號定時誤差的導(dǎo)出的精簡單一形式解決方案。所揭示技術(shù)為簡單設(shè)計且使用理想軌線或其它所導(dǎo)出軌線的中點來提供旋轉(zhuǎn)向量并形成用于任何高階調(diào)制的符號定時誤差測量。一個實例使用了使用門陣列的簡單且緊湊的基于邏輯的電路設(shè)計，所述電路設(shè)計可用于二進制相移鍵控(BPSK)到8-PSK(相移鍵控)且可易于擴展到較高階調(diào)制。
[0029]在當前技術(shù)水平中，用于較高階調(diào)制的通信系統(tǒng)對一符號進行超過兩個樣本的過取樣。所述技術(shù)已是現(xiàn)狀，但技術(shù)發(fā)展已產(chǎn)生在較新軍事調(diào)制解調(diào)器中使用較高階調(diào)制的更優(yōu)且更快的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，且必須解決此技術(shù)問題?，F(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)對于先前遺留設(shè)計通常是可接受的且目標為特定調(diào)制。
[0030]目前，需要一種基于軟件定義的無線電技術(shù)的通用現(xiàn)場可編程門陣列，所述通用現(xiàn)場可編程門陣列在同一設(shè)計內(nèi)覆蓋多個波形。較高階調(diào)制總是解調(diào)及處理時的問題，這是因為其需要過取樣或需要導(dǎo)致符號率及/或性能減小的均衡器。下文所闡釋的所揭示系統(tǒng)及方法允許在不增加取樣速率及改進性能的情況下的較高速率，同時減小大小及功率。同一設(shè)計可易于修整為適應(yīng)幾乎任何調(diào)制，同時針對一符號維持兩個樣本。當與遺留方法相比時，所述設(shè)計通常不受正規(guī)化影響。相位檢測器具有各種特性且可使用如經(jīng)調(diào)整以用于平均轉(zhuǎn)變密度的隨機數(shù)據(jù)而產(chǎn)生。峰值通常不是特別重要的，而是曲線的斜率接近零。如果復(fù)數(shù)旋轉(zhuǎn)向量及不同調(diào)制階數(shù)的斜率已較接近，那么可按比例縮放所述復(fù)數(shù)旋轉(zhuǎn)向量以匹配所述斜率。
[0031]應(yīng)理解，相干PSK解調(diào)器的兩個基本功能是載波相位及符號定時恢復(fù)，且如所描述的技術(shù)將通用載波相位誤差檢測電路與適用于任何較高階調(diào)制的新的符號定時誤差檢測器組合在一起。相同符號定時邏輯可用于BPSK、QPSK及8-PSK，但可經(jīng)擴展以包含任何較高階調(diào)制。其還可應(yīng)用于除PSK之外的其它調(diào)制。此軌線中點定時檢測器允許在每符號僅兩個樣本的情況下的較高階調(diào)制符號追蹤。
[0032]現(xiàn)在接著對接收器中的定時及載波恢復(fù)的基本元件的簡短說明，此通常包含接收器回路且提供自動增益控制(AGC)、定時恢復(fù)、載波恢復(fù)及信道均衡。定時恢復(fù)通常包含定時恢復(fù)回路，其中各種類型的定時恢復(fù)電路包含遲早門算法、米勒-穆勒(Mueller andMuller)算法以及加德納算法。載波恢復(fù)包含具有相位檢測器及回路濾波器的鎖相回路或科斯塔斯回路及載波恢復(fù)算法。
[0033]如所描述的技術(shù)是位同步的數(shù)據(jù)導(dǎo)出技術(shù)且不使用將把額外信號添加到頻域的導(dǎo)頻頻率。在數(shù)據(jù)導(dǎo)出技術(shù)中，接收器直接從所接收信號獲得位同步時鐘且不需要任何額外頻譜中的額外能量。接收器發(fā)現(xiàn)位(符號)的開始及結(jié)束且決定將符號的中部定位在何處以正確地檢測數(shù)據(jù)，這是因為符號的上升邊緣及下降邊緣是失真的。接收器產(chǎn)生以與發(fā)射器時鐘相同的頻率工作的局部同步時鐘，其中整個過程稱為位同步。
[0034]自動增益控制(AGC)按比例調(diào)整到已知功率水平且通常在模擬域中實現(xiàn)。如果所接收信號強度較高，那么發(fā)生削波，且如果所接收信號較低，那么因量化而發(fā)生失真。定時恢復(fù)回路獲得符號同步且需要估計符號周期的經(jīng)確定取樣頻率及取樣相位以確定在符號周期內(nèi)取得樣本的正確時間。通常，發(fā)射器振蕩器產(chǎn)生以已知載波頻率存在的正弦載波信號。在接收器處，將通帶信號乘以從本地振蕩器產(chǎn)生的正弦曲線。任何頻率偏移均可致使所接收信號群集旋轉(zhuǎn)。此旋轉(zhuǎn)應(yīng)在做出準確符號決策之前被移除。大多數(shù)接收器中采用的載波恢復(fù)回路移除頻率偏移且在基帶處處理信號。接收器通常包含作為自適應(yīng)濾波器的均衡器以通過校正信道的效應(yīng)移除符號間干擾。
[0035]接收器處的處理器必須確定樣本頻率及在每一符號間隔內(nèi)其取得樣本的位置，這是因為其最初不知道脈沖的精確到達時間。定時恢復(fù)包含用以使用標準算法來估計定時誤差的定時測量及調(diào)整電壓或數(shù)控振蕩器的定時相位或使用多相速率改變?yōu)V波器或調(diào)整所接收濾波的定時校正。[0036]圖1以20圖解說明使用加德納算法來檢測符號誤差的數(shù)字符號定時恢復(fù)電路，例如使用的接收器及解調(diào)器的部分。電路20包含線性內(nèi)插器22及加德納定時誤差檢測器(TED) 24，后跟數(shù)字回路濾波器26及數(shù)控振蕩器(NCO) 28。此電路20是類似于鎖相回路(PLL)而操作的反饋定時誤差同步器。線性內(nèi)插器22計算鄰近信號樣本之間的中間值且可在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器實際取樣的那些樣本之間產(chǎn)生樣本且因此內(nèi)插。使用這些中間樣本，內(nèi)插器22可借助所內(nèi)插信號將有效取樣頻率及相位調(diào)整為含有η倍多的樣本的原始信號的平穩(wěn)版本。線性內(nèi)插器22可使用有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器來設(shè)計。加德納TED24將所接收波形與每個符號中的本地所產(chǎn)生信號進行比較?？砂l(fā)生相位及頻率偏移，其中頻率偏移由發(fā)射器與接收器的取樣速率的差異導(dǎo)致。此還可由多普勒(Doppler)移位導(dǎo)致?；芈窞V波器可用于使用比例積分(PD配置來追蹤出相位及頻率誤差。閉合回路傳送功能可具有穩(wěn)定二級傳送功能且追蹤出相位及頻率偏移。數(shù)控振蕩器(NCO)控制回路的所估計定時。
[0037]與直接關(guān)于所接收濾波器進行取樣相比，匹配濾波可給接收器提供較強信號。標準二階回路濾波器可用作內(nèi)插器的控制信號?？墒褂靡恍┻t早門算法以及需要每符號一個樣本的米勒-穆勒算法。加德納算法是廣泛使用的且使用每符號兩個樣本。其通常不受載波偏移影響且允許定時恢復(fù)回路首先鎖定并簡化載波恢復(fù)。通常，加德納定時恢復(fù)電路恢復(fù)輸入信號的符號定時相位且并入有獨立于載波相位恢復(fù)的無數(shù)據(jù)輔助的反饋。定時誤差檢測器需要每符號至少兩個樣本，所述兩個樣本中的一者是在其處做出決策的點。此恢復(fù)技術(shù)估計每一傳入符號的符號定時相位偏移且輸出對應(yīng)于所估計符號取樣時刻的信號值。第二輸出返回每一符號的所估計定時相位恢復(fù)偏移，所述偏移為小于“η”的非負實數(shù)，其中“η”為每符號樣本的數(shù)目。誤差更新增益參數(shù)用于更新連續(xù)相位估計。
[0038]在另一類型的定時恢復(fù)中，發(fā)射器及接收器依相同時鐘而操作。作為替代方案，連同數(shù)據(jù)一起發(fā)射時鐘頻率。載波恢復(fù)通常包含估計作為載波頻率偏移的載波同步參數(shù)及作為相位不穩(wěn)定性及振蕩器的載波相位偏移。載波恢復(fù)回路可借助培訓(xùn)信號以及載波頻率及相位而使用鎖相回路。此外，可使用前饋數(shù)字載波恢復(fù)技術(shù)。將振蕩器電壓的輸出相位相位鎖定與參考電壓的相位對準。相位鎖定通過暫時改變振蕩器的頻率同時將振蕩器與參考信號的相位進行比較而實現(xiàn)。相位檢測器產(chǎn)生驅(qū)動鎖相回路的誤差信號且可為正弦或正交相位檢測器。
[0039]回路濾波器對相位誤差信號進行濾波以將較好信號提供到電壓或數(shù)控振蕩器。選擇用于回路濾波器的增益參數(shù)以控制鎖相回路的回路帶寬。在全數(shù)字接收器中，數(shù)字鎖相回路被使用且通常使用二階回路濾波器與VCO替換直接數(shù)字合成器(DDS)。使用反正切功能電路來實施相位檢測器。
[0040]在載波恢復(fù)過程的開始處，實現(xiàn)符號同步。在不知道載波相位或頻率變化/偏移的情況下確定符號定時。符號解碼器的輸出被反饋到比較電路且經(jīng)解碼符號與所接收信號之間的相位差/誤差管控本地振蕩器。決策引導(dǎo)的技術(shù)可用于使小于符號率的頻率差同步，這是因為以符號率或接近符號率對符號執(zhí)行比較。其它頻率恢復(fù)技術(shù)可實現(xiàn)初始頻率獲取。一種類型的決策引導(dǎo)的載波恢復(fù)以產(chǎn)生表示復(fù)數(shù)平面中的符號坐標的同相及正交信號的正交相位相關(guān)器開始。此點可對應(yīng)于調(diào)制群集圖中的位置。舉例來說，反正切電路計算所接收值與最近/經(jīng)解碼符號之間的相位誤差。作為消波器電路(或限制器)的限幅器將所接收符號量化到最近群集點。所述經(jīng)量化符號用作實際所發(fā)射符號的估計。因此，反正切發(fā)現(xiàn)樣本的所接收相位與限幅器的輸出的相位之間的差。通常，反正切查找表用于硬件中，但其它方法可用于避免在硬件中實施反正切查找表。
[0041]根據(jù)非限制性實例的所揭示技術(shù)解決相干PSK解調(diào)器的兩個基本功能，S卩，其載波相位及符號定時恢復(fù)。如之前所述的此技術(shù)將通用載波相位誤差檢測電路與新類型的符號定時誤差檢測器組合在一起且與任何較高階調(diào)制一起工作。在此技術(shù)中，相同符號定時邏輯用于BPSK、QPSK及8-PSK且可經(jīng)擴展以包含任何高階調(diào)制。其可應(yīng)用于除PSK之外的其它調(diào)制且描述為軌線中點導(dǎo)引的定時檢測器。其允許在每符號僅兩個樣本的情況下的較聞階調(diào)制符號追蹤。
[0042]圖2A圖解說明操作為數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變追蹤回路(DTTL)的位同步系統(tǒng)(BSS) 30。所述系統(tǒng)包含接收輸入信號的兩個并聯(lián)積分器電路32、決策電路34、轉(zhuǎn)變檢測器電路36、定時產(chǎn)生器電路38、數(shù)字濾波器40及延遲電路42。混合器44接收來自轉(zhuǎn)變檢測器電路及延遲電路的信號并將所述信號輸入到數(shù)字濾波器中。此數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變追蹤回路(DTTL)使用決策反饋及誤差信道，其中“窗”用于改進追蹤性能。所述參數(shù)用于調(diào)整窗寬度。
[0043]圖2B展示決策引導(dǎo)的符號定時檢測器50，其包含接收通信信號的匹配濾波器52及轉(zhuǎn)變檢測器54。圖解說明延遲電路56及二進制(2’s)補碼電路58。符號定時相位誤差經(jīng)由輸出60而輸出。
[0044]作為實例，此DDTD用于BPSK及QPSK。通常存在來自匹配濾波器52到符號定時回路的每符號兩個樣本。在此實例中，其為用于NRZ數(shù)據(jù)的通用決策引導(dǎo)的定時檢測器(DDTD)。眾所周知，NRZ(不歸零)線路代碼是二進制代碼，其中I由例如正電壓的有效條件表不且O由例如負電壓表不。
[0045]圖2B中所展示的DDTD50是由W.C.林賽在上文所識別技術(shù)出版物TP_73_18中所描述的技術(shù)的一部分。當不存在轉(zhuǎn)變時，O被作為誤差而發(fā)送。此需要在回路計算中考慮轉(zhuǎn)變密度。如果通過檢查軟決策(SD)的正負號，發(fā)生上升邊緣轉(zhuǎn)變，那么轉(zhuǎn)變(TR)樣本的值用作相位誤差。如果轉(zhuǎn)變基于軟決策的正負號位表示下降邊緣，那么轉(zhuǎn)變樣本經(jīng)二進制補碼以維持相位檢測器的斜率。對于BPSK或QPSK，轉(zhuǎn)變總是與實數(shù)或虛數(shù)軸有關(guān)。如果存在噪聲，那么軟決策的名義上經(jīng)正規(guī)化振幅為+ / -Α，相位檢測器增益(Dg)由相位檢測器曲線的斜率表示且在無噪聲環(huán)境中可大約為A / pi。在噪聲環(huán)境中，斜率(kd)減小。
[0046]圖3展示展現(xiàn)絕對值及展示具有SD的絕對值的軟決策的曲線圖。在此實例中，絕對值用于驅(qū)動回路直到A=B為止。此需要每符號較多樣本以得到關(guān)于A及B的良好解決且通?？捎糜谳^高階調(diào)制。
[0047]在較高階調(diào)制的情形中，從一個群集點到下一群集點的轉(zhuǎn)變可不與實數(shù)或虛數(shù)軸平行。因此，傳統(tǒng)符號追蹤檢測器依賴于高度過取樣信號的絕對值。
[0048]根據(jù)非限制性實例的新技術(shù)類似于較低級調(diào)制使用傳統(tǒng)每符號兩個(2個)樣本，同時利用現(xiàn)有信號處理功能來提供符號追蹤。即時技術(shù)使軌線旋轉(zhuǎn)使得其與實數(shù)軸平行。轉(zhuǎn)變樣本可用作定時誤差。圖4中展示實例8-PSK群集相位圖，其中疊加軌線向量的一些實例。
[0049]二進制角度測量(BAM)用于表示相對相位角度。對于此實例，在8-PSK圖上展示僅BAM角度的最高有效3個位。向量Vl及V2兩者具有將允許傳統(tǒng)DDTD如之前所闡釋地工作的軌線，但在向量3的情形中，軌線中點既不垂直于I軸又不垂直于Q軸。在傳統(tǒng)設(shè)計的情況下，其將被忽略。BAM角度或硬決策通常存在于基于所接收接通時間樣本的大多數(shù)解調(diào)器中。如所描述的技術(shù)使用基于特定調(diào)制而分組的二進制BAM角度/硬決策，此可或可不是載波相位檢測器的一部分，且確定什么理想軌線應(yīng)已用于特定轉(zhuǎn)變。
[0050]使用此技術(shù)的電路接著經(jīng)由復(fù)數(shù)權(quán)數(shù)的乘法將坐標軸旋轉(zhuǎn)到適當角度，使得軌線向量沿正方向平行于實數(shù)軸。在圖4中所展示的群集圖中，向量Vl將不需要旋轉(zhuǎn)，這是因為其從左到右且平行于實數(shù)軸行進。中間的轉(zhuǎn)變樣本將類似于DDTD中的BPSK轉(zhuǎn)變。如圖5A到5c中所展示，其它向量將需要被旋轉(zhuǎn)。V2的中間的轉(zhuǎn)變樣本將被順時針旋轉(zhuǎn)90°且將產(chǎn)生等同于Vl的決策引導(dǎo)的定時誤差項。在V3的情形中，轉(zhuǎn)變樣本將被順時針旋轉(zhuǎn)45°，使得V3’平行于實數(shù)軸且從左到右行進。將對每一轉(zhuǎn)變向量執(zhí)行此一般程序且向量的所得實數(shù)部分成為定時誤差。料(圖50將被逆順時針旋轉(zhuǎn)112.5°。增益項還可應(yīng)用于復(fù)數(shù)權(quán)數(shù)，使得相位檢測器增益將保持恒定。
[0051]通過使用用于較高階調(diào)制的此旋轉(zhuǎn)技術(shù)，僅需要兩次乘法，這是因為僅轉(zhuǎn)變樣本的實數(shù)部分需要提供所需定時誤差項。所述旋轉(zhuǎn)使得其總是顯得類似于BPSK上升邊緣轉(zhuǎn)變，所述BPSK上升邊緣轉(zhuǎn)變不需要進一步操縱以提供適當誤差項。如果應(yīng)用增益項，那么基于選定的旋轉(zhuǎn)，用于短向量(V4)及較長向量(V1、V2、V3)的檢測器增益的變化可被正規(guī)化。類似于標準DDTD，當不發(fā)生轉(zhuǎn)變時，將所應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)振幅設(shè)定為零以產(chǎn)生誤差項零。因此，追蹤回路方程式必須考慮轉(zhuǎn)變密度。
[0052]圖6圖解說明作為固定點二進制電路的位相位檢測器70的表示，所述固定點二進制電路具有作為通信裝置的接收器的一部分的相位檢測器功能70且包含眾多模塊/電路，包含反正切(ArcTan)電路72及檢測載波相位誤差的載波相位檢測器73。二進制角度測量(BAM)從ArcTan電路輸出到符號映射器76，接著為具有M個位的延遲78，所述延遲為饋送到復(fù)數(shù)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生器80的硬決策，所述復(fù)合旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生器為總體處理器81的一部分。M為調(diào)制階數(shù)的函數(shù)。旋轉(zhuǎn)計算可被實時地執(zhí)行或被預(yù)先計算且被放入查找表中。來自轉(zhuǎn)變檢測器85的I及Q轉(zhuǎn)變決策(TD)被饋送到I及Q混合器/乘法器82、84且接著經(jīng)組合86以產(chǎn)生提供符號定時誤差的復(fù)數(shù)乘法的實數(shù)部分。
[0053]在圖6中所展示的固定點二進制電路實例中，位置描述符僅需要信息的3個位以實現(xiàn)8-PSK。其可為群集硬決策或BAM最高有效位(MSB)。被構(gòu)建及測試的實際電路使用BAM角度的3個MSB，因此符號映射器電路76去除BAM角度的3個MSB。這些硬決策可通過眾多方法而提供，例如對數(shù)似然或線性限幅，但對于此非限制性實例，使用BAM角度的上部位。在此情形中，為在同一設(shè)計中從第一階(BPSK)行進到第三階(8-PSK)，復(fù)數(shù)旋轉(zhuǎn)可基于群集接通時間樣本的硬決策的調(diào)制階數(shù)及△位置而評估。在此應(yīng)用中，可使用經(jīng)格雷(gray)譯碼群集硬決策，但其通常將不提供此方法的任何優(yōu)點。在旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生器80中，基于群集定義而計算3個位硬決策與旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系。在實際硬件中，增益及旋轉(zhuǎn)是針對用于所有調(diào)制的全部64種可能組合而評估且放置于查找表(LUT)中。
[0054]I / Q相位表示復(fù)數(shù)平面中的符號坐標且對應(yīng)于調(diào)制群集圖中的位置。反正切電路計算相位誤差且具有用于載波追蹤回路的查找表。如圖6中所展示的圖式表示復(fù)數(shù)平面中的信號坐標。利用載波追蹤回路的現(xiàn)有設(shè)計。載波相位檢測器電路用于計算所接收值與最近常見經(jīng)解碼符號之間的相位誤差。
[0055]圖7展示根據(jù)非限制性實例的用于檢測器的仿真固定點模型90。此電路是經(jīng)由8-BPSK的具有用于連續(xù)波(CW)的嵌入式載波相位檢測器的轉(zhuǎn)變中點旋轉(zhuǎn)器定時檢測器。如所指示，與量值按比例縮放及符號映射一起處理各種接通時間樣本91及轉(zhuǎn)變樣本92。此電路減小ArcTan表所需的位的數(shù)目且存在關(guān)于I及Q兩者的相同量的向上移位，使得最大值僅具有一個正負號位。符號映射93包含Q / I的ArcTan。處理BAM中的ArcTan的上部三個位且符號追蹤旋轉(zhuǎn)是基于轉(zhuǎn)變方向及調(diào)制類型。存在轉(zhuǎn)變樣本旋轉(zhuǎn)94使得轉(zhuǎn)變向量圍繞虛數(shù)軸對稱。在減小邏輯的此特定實施方案中的啟用之間需要至少三個時鐘循環(huán)，但具有較多流水線的其它實施方案可經(jīng)制成以全速率運行。其仍僅使用每符號兩個樣本且因此在此實例中每符號六個時鐘循環(huán)。
[0056]對于CW，不需要旋轉(zhuǎn)，這是因為不存在定時信息，使得查找表(LUT)的整個部分用零來填充。對于BPSK，僅需要使用0°及180°旋轉(zhuǎn)，這是因為BPSK群集點已平行于實數(shù)軸。此相同技術(shù)可應(yīng)用于矩形QAM以及其它調(diào)制。實例在圖8A到8D中展示為16-QAM群集。
[0057]圖8A到8D是16QAM調(diào)制的實例的曲線圖，其將關(guān)于第N旋轉(zhuǎn)向量的接通時間(η-1)及接通時間(η)及轉(zhuǎn)變(η)展示為OT(n_l)、OT(η)及TR(η)的函數(shù)，所述16QAM調(diào)制僅需要每符號兩個樣本而不管調(diào)制階數(shù)如何。
[0058]由于V2向量距原點為徑向的且與原點不對稱，因此其將與不轉(zhuǎn)變相同地被加權(quán)且將不得不在回路方程式轉(zhuǎn)變密度中考慮。其它三個向量經(jīng)旋轉(zhuǎn)(圖8Β到8D)使得從原點到理想軌線的中點的向量(中點向量)位于虛數(shù)軸上且軌線是從左到右的。在V1、V3及V4中，所得向量的實數(shù)部分是定時誤差項所需的全部實數(shù)部分，這是因為其在實數(shù)軸上具有投影。此技術(shù)可應(yīng)用于所有其它可能軌線向量直到LUT可用適當復(fù)數(shù)旋轉(zhuǎn)值來填充為止。還可調(diào)整復(fù)數(shù)旋轉(zhuǎn)權(quán)數(shù)的增益使得定時誤差項被正規(guī)化。增益調(diào)整可或可不是可取的，這是因為較小軌線還具有決策方向誤差的較高發(fā)生率。圖8E是第N旋轉(zhuǎn)向量的轉(zhuǎn)變(η)及接通時間(η-1)及接通時間(η)函數(shù)的曲線圖。
[0059]如果轉(zhuǎn)變向量不關(guān)于原點對稱，那么TMDTD利用已現(xiàn)有解調(diào)器信息來確定用于任何數(shù)目個調(diào)制的符號追蹤回路的定時轉(zhuǎn)變誤差項。其類似于較低階調(diào)制僅需要每符號兩個樣本。首先針對8進制PSK進行開發(fā)及測試，其還可經(jīng)擴展以包含許多其它調(diào)制。一個限制是徑向向外或向內(nèi)(朝向原點)定向的不穿過原點對稱地交叉的轉(zhuǎn)變(例如16QAM情形中的V2)將需要比簡單旋轉(zhuǎn)及增益多的操縱。其可通過額外數(shù)學(xué)操縱而調(diào)節(jié)，但在此非限制性實例中，其與未轉(zhuǎn)變相同地對待。
[0060]圖9Α到9C中的曲線圖展示針對處于各種Es / No設(shè)定的基本PSK調(diào)制的典型檢測器性能。所述曲線基于軌線向量長度使用隨機數(shù)據(jù)及無特殊加權(quán)增益而產(chǎn)生，因此其已僅基于轉(zhuǎn)變密度而按比例縮放。
[0061]圖9Α展示BPSK符號定時檢測器的曲線圖，而圖9Β展示QPSK符號定時檢測器的曲線圖。圖9C展示8-PSK符號定時檢測器的曲線圖。
[0062]出于說明的目的，陳述關(guān)于包含特定能力且可經(jīng)修改以供使用的示范性無線移動無線電通信系統(tǒng)的一些背景信息?，F(xiàn)在關(guān)于圖10到12陳述可被使用且經(jīng)修改以供與本發(fā)明一起使用的通信系統(tǒng)的此實例。
[0063]可與此系統(tǒng)及方法一起使用的無線電的實例是由弗羅里達州墨爾本市的哈里斯公司(Harris Corporation)制造及銷售的軟件定義的FalconTM III Manpack無線電。此類型的無線電可支持從30MHz最高達2GHz的多個帶寬，包含L波段SATCOM及MANET。所述波形可提供安全IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接。應(yīng)理解，可使用不同無線電，包含通常可與相對標準處理器及硬件組件一起實施的軟件定義的無線電。一種特定類別的軟件無線電是聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電(JTR)，其包含相對標準無線電及處理硬件連同任何適當波形軟件模塊以實施無線電將使用的通信波形。JTR無線電還使用符合軟件通信架構(gòu)(SCA)規(guī)格的操作系統(tǒng)軟件。所述SCA是指定硬件及軟件組件如何交互操作使得不同制造商及開發(fā)商可易于將相應(yīng)組件集成到單個裝置中的開放式架構(gòu)框架。
[0064]僅出于說明目的，相對于圖10中所展示的實例而描述包含通信裝置的通信系統(tǒng)的實例的簡短說明。通信系統(tǒng)的此高級框圖包含基站段及可經(jīng)修改以供與本發(fā)明一起使用的無線消息終端。基站段包含將語音或數(shù)據(jù)經(jīng)由無線鏈路傳遞及發(fā)射到VHF網(wǎng)164或HF網(wǎng)166的VHF無線電160及HF無線電162，每一 VHF網(wǎng)164及HF網(wǎng)166包含若干個相應(yīng)VHF無線電168及HF無線電170，以及連接到無線電168、170的個人計算機工作站172。特定通信網(wǎng)絡(luò)173與如所圖解說明的各種組件互操作。整個網(wǎng)絡(luò)可是特定的且包含來源、目的地及鄰近移動節(jié)點。因此，應(yīng)理解，HF或VHF網(wǎng)絡(luò)包含無基礎(chǔ)設(shè)施且操作為特定通信網(wǎng)絡(luò)的HF或VHF網(wǎng)段。盡管未圖解說明UHF及較高頻率無線電及網(wǎng)段，但可包含UHF及較高頻率無線電及網(wǎng)段。
[0065]作為非限制性實例，無線電可包含解調(diào)器電路162a及適當卷積編碼器電路162b、塊交錯器162c、數(shù)據(jù)隨機函數(shù)發(fā)生器電路162d、數(shù)據(jù)及成幀電路162e、調(diào)制電路162f、匹配濾波器電路162g、具有適當箝位裝置的塊或符號均衡器電路162h、解交錯器及解碼器電路1621、調(diào)制解調(diào)器162j及功率調(diào)適電路162k。聲碼器電路1621可并入有解碼及編碼功能且轉(zhuǎn)換單元可為如所描述的各種電路的組合或單獨電路。時鐘電路162m可建立物理時鐘時間，及經(jīng)由如下文所描述的二階計算，建立虛擬時鐘時間。網(wǎng)絡(luò)可具有總體網(wǎng)絡(luò)時鐘時間。這些及其它電路操作以執(zhí)行本發(fā)明所需的任何功能以及所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員提出的其它功能。其它所圖解說明無線電(包含所有VHF(或UHF)及較高頻率移動無線電以及發(fā)射及接收站)可具有類似功能電路。作為非限制性實例，無線電可介于30MHz到大約2GHz的范圍內(nèi)。
[0066]基站段包含到公共交換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN) 180的陸上線路連接，所述PSTN連接到PABX182。衛(wèi)星接口 184(例如衛(wèi)星地面站)連接到PABX182，所述PABX連接到形成無線網(wǎng)關(guān)186a、186b的處理器。這些無線網(wǎng)關(guān)分別互連到VHF無線電160或HF無線電162。所述處理器經(jīng)由局域網(wǎng)絡(luò)連接到PABX182及電子郵件客戶端190。無線電包含適當信號產(chǎn)生器及調(diào)制器。
[0067]以太網(wǎng)/ TCP-1P局域網(wǎng)絡(luò)可操作為“無線電”郵件服務(wù)器。電子郵件消息可使用作為第二代協(xié)議/波形的STANAG-5066且當然優(yōu)選地借助第三代互操作性標準STANAG-4538經(jīng)由無線電鏈路及局域網(wǎng)絡(luò)而發(fā)送?；ゲ僮餍詷藴蔉ED-STD-1052可與遺留無線裝置一起使用。本發(fā)明中可使用的裝備的實例包含由弗羅里達州墨爾本市的哈里斯公司(Harris Corporation)制造的不同無線網(wǎng)關(guān)及無線電。作為非限制性實例，此裝備可包含RF5800、5022、7210、5710、5285 以及 PRCl 17 及 138 系列裝備及裝置。
[0068]這些系統(tǒng)可與RF-5710A高頻率(HF)調(diào)制解調(diào)器及與稱為STANAG4539的NATO標準一起操作，此提供以最高達9，600bps的速率的長距離無線電的發(fā)射。除調(diào)制解調(diào)器技術(shù)之外，那些系統(tǒng)可使用無線電子郵件產(chǎn)品，所述無線電子郵件產(chǎn)品使用經(jīng)設(shè)計且完美用于強調(diào)戰(zhàn)術(shù)信道的一系列數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議，例如STANAG4538或STANAG5066。還可能使用高達19，200bps或高于19，200bps的固定非自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率，其中無線電設(shè)定為ISB模式且HF調(diào)制解調(diào)器設(shè)定為固定數(shù)據(jù)速率。可能使用代碼組合技術(shù)及ARQ。
[0069]受益于前述說明及相關(guān)聯(lián)圖式中所呈現(xiàn)的教示的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將聯(lián)想到本發(fā)明的許多修改及其它實施例。因此，應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所揭示的特定實施例，且打算將所述修改及實施例包含于所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種通信裝置，其包括: 輸入，其經(jīng)配置以接收具有同相I及正交Q信號分量的通信信號； 位同步電路，其可操作以接收所述通信信號并檢測所述通信信號中的符號定時誤差，且其包括 符號映射器電路，其經(jīng)配置以接收I及Q信號分量并確定信號群集內(nèi)的向量的轉(zhuǎn)變樣本；以及 旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生器電路，其耦合到所述符號映射器電路且經(jīng)配置以使所述轉(zhuǎn)變樣本的軌線在其中點處旋轉(zhuǎn)，以確定所述符號定時誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信裝置，且其進一步包括硬決策電路，所述硬決策電路經(jīng)配置以確定所述位同步電路內(nèi)的硬決策且經(jīng)配置以接收所述通信信號并確定指示相位誤差的二進制角度測量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通信裝置，其中所述符號映射器電路耦合到所述硬決策電路以確定接通時間樣本的硬決策。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信裝置，其進一步包括取樣電路，所述取樣電路經(jīng)配置以對所述I及Q信號分量進行取樣并形成轉(zhuǎn)變樣本。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信裝置，其中所述旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生器電路經(jīng)配置以基于群集接通時間樣本的所述硬決策的調(diào)制階數(shù)及S位置而使所述轉(zhuǎn)變樣本的所述軌線旋轉(zhuǎn)。
6.一種檢測通信信號中的符號定時誤差的方法，其包括: 在位同步回路內(nèi)接收通信信號的同相I及正交Q分量； 確定信號群集內(nèi)的向量的轉(zhuǎn)變樣本；及 使所述轉(zhuǎn)變樣本的軌線在其中點處旋轉(zhuǎn)以確定所述符號定時誤差。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其包括在硬決策電路內(nèi)接收及處理通信信號的所述同相I及正交Q分量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其包括確定來自所述硬決策電路的信號的二進制角度測量。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其包括對所述I及Q信號分量進行取樣并形成轉(zhuǎn)變樣本。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其包括在使所述轉(zhuǎn)變樣本的所述軌線旋轉(zhuǎn)之后使用所得向量的實數(shù)部分來確定所述符號定時誤差。
【文檔編號】H04L7/00GK103944708SQ201410022842
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月17日
【發(fā)明者】丹尼爾·L·伯里茲奇 申請人:賀利實公司