專利名稱：高階數字相位環(huán)路濾波器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于恢復脈沖幅度調制PAM信號的電路，特別是用于這種系統(tǒng)的環(huán)路濾波器。
PAM信號例如出現(xiàn)在諸如正交幅度調制(QAM)、相移鍵控(PSK)、和正交相移鍵控(QPSK)若干種形式之中，PAM信號的信息是以代表固定數目的離散幅值的星座為特征的。所發(fā)送的信息的恢復要求恢復具有適當相位控制的信號調制的載波，以保證正確的星座取向。典型的PAM信號系統(tǒng)在BostonMa.的Kluwer Academic Pub.出版公司1992年出版的，作者為Lee和Messerschmitt的文章“DIGITAL COMMUNICATION”第14章中進行了描述，這種系統(tǒng)的一個例子表示在本說明書的

圖1中。
圖1的設備包括一個施加到混頻器11的PAM信號源(未示出)?；祛l器11可以是具有用于接收PAM信號的第一輸入端口和用于施加被恢復的載波信號的第二輸入端口的一個復數乘法器?；祛l器11提供一個基帶信號到包括限幅器12和判決電路13的一個相位電路。判決電路13確定接收信號的幅度與最可能的星座值的幅度之間的差，并作為誤差e輸出這個差。部件11、12和13的組合形成了多個交替的相位檢測器10之一。該相位檢測器的輸出被施加到環(huán)路濾波器14，該環(huán)路濾波器被組合以提供抗噪聲性的測量和建立系統(tǒng)定時截獲參數。環(huán)路濾波器的輸出是被耦合用于控制受控振蕩器15的一個控制信號C。如果混頻器11是由模擬形式實現(xiàn)的，振蕩器15可以是一個被安排為提供具有90度相位關系的兩個信號的模擬電壓控制的振蕩器。在另外一種情況下，如果該混頻器是以數字形式實現(xiàn)的(即，處理數字PAM信號)，該振蕩器可以是一個受控的離散時間振蕩器DTO。
圖2表示可以被實現(xiàn)用于圖1的濾波器14的一種已知的二階環(huán)路濾波器電路。這個濾波器被表示為利用數字部件實現(xiàn)的并且假設以取樣的數據方式操作。在圖2中，來自相位檢測器的誤差信號e被加到分別利用加權系數K1和K2加權誤差信號的第一和第二標定電路23和24。在部件23中被加權的誤差信號樣值在延遲部件22中延遲一個樣值周期和送到加法器20。在部件24中被標定的誤差信號樣值被加到一個積分器，它包括信號求和電路或加法器25和耦合在加法器25的輸出端口和它的輸入端口之一之間的一個樣值周期延遲部件26。來自積分器的輸出信號經限制器電路27施加到加法器20的第二輸入端口。
濾波器設計專業(yè)的技術人員應當認識到，在下電路通道提供一個較長期限信號趨勢響應的同時，上電路通道提供一個瞬態(tài)信號變化的響應。在穩(wěn)態(tài)下，相位誤差為零或非常小，圖2電路的轉移函數H(Z)可以由下列方程表示H(Z)＝K1(Z-1)＋K2/(1－Z-1)(1)其中K1和K2是固定加權系數。方程(1)假設積分器的輸出足夠小，不至于導致信號限幅。但中，如果在接收的信號中存在明顯的噪聲，這個噪聲將影響到誤差信號，和積分器的輸出可能被限幅。假設該限幅值是K3。當出現(xiàn)限幅時，該環(huán)路濾波器的轉移函數變?yōu)镠(Z)＝K1(Z-1)＋K3(2)限幅作用降低了由于信號噪聲引起的不希望的影響，諸如假鎖定。但是當系統(tǒng)在限幅模式操作時，項K3通常將占優(yōu)勢，導致不希望的慢響應時間。
本發(fā)明試圖包含包括環(huán)路濾波器中限幅器的影響的一些有益的方面，而不招致所不希望的一些方面。
本發(fā)明是一種高階相位環(huán)路濾波器，該濾波器包括由信號求和電路或加法器以及安排在這個加法器的輸出端和一個輸入端口之間的反饋環(huán)路中的延遲部件組成的積分器。待濾波的信號被饋送到該加法器的第二輸入端口。一個檢測器被耦合到該加法器的輸出端，檢測限幅值，當該值被檢測的時候，規(guī)定該檢測器復位在積分器的延遲部件中當前值為諸如零的一個固定值。復位該延遲部件瞬間地降低濾波器的階次和加速在噪聲的情況下系統(tǒng)的響應時間。
參照各附圖本發(fā)明將更為容易理解，其中圖1是現(xiàn)有技術的鎖相系統(tǒng)的方框圖；圖2是可以實施用于圖2的環(huán)路濾波器14的一種已知的環(huán)路濾波器的方框圖；圖3和5是實施本發(fā)明的環(huán)路濾波器的方框圖；和圖4是實施本發(fā)明的載波恢復相位校正系統(tǒng)的方框圖。
參照說明本發(fā)明的一個示例性實施例的圖3。在該圖中，來自例如圖1的相位檢測器10的一個誤差信號被施加到分別利用值K1和K2標定誤差信號的第一和第二標定電路23和24。K1和K2的示例性的值為1/4和1/32。來自標定電路23的由系數1/4加權的信號被耦合到延遲部件22。該誤差信號被假定為是一個取樣的數據信號并且延遲部件22延遲該信號一個取樣周期。經延遲部件22延遲的信號被耦合到加法器20的第一輸入端口。
來自標定電路24的由標定系數K2加權的信號被施加到包括信號求和電路或加法器25和延遲部件31的一個積分電路。延遲部件31將從加法器25輸出的信號和延遲一個樣值周期并施加該延遲的和到加法器25的一個輸入端口。來自加法器25的輸出和被耦合到加法器20的第二輸入口。來自加法器25的輸出和還被施加到檢測器30，每當由加法器25提供的和超過一個預定的限制值時，該檢測器提供一個復位信號。(對于16位加法器，該限制值可以是±4000十六進制)由檢測器30提供的復位信號被耦合，將延遲部件31中的值復位到諸如零的一個預定復位值。
對于小值的誤差信號，圖3的環(huán)路濾波器的轉移函數是由方程1來描述的。當信號噪聲使積分器產生一個超過該極限值的輸出值時，轉移函數由下式給出H(Z)＝K1(Z-1)＋K2(3)但是，應當注意，系數K1顯著地大于系數K2，因此該環(huán)路濾波器有效地、暫時恢復到一個第一階環(huán)路。也就是說，方程(3)的右側的第二項可以被忽略。當該環(huán)路濾波器恢復到第一階環(huán)路時，在存在噪聲的情況下，它將固有地具有一個較快的鎖定時間。此外，復位該積分器到一個小的值，減小由于信號噪聲引起的積累效應。
在圖3中，檢測器30被表示為一個限制器和事實上可以利用限制器電路的適當的一部分來實現(xiàn)。但是，檢測器30最好是以一個窗口比較器為特征的，該比較器對于出現(xiàn)在指定的極限和例如邏輯/狀態(tài)的第二輸出狀態(tài)之間的所有被施加的輸入值提供一個具有例如零的第一狀態(tài)的輸出信號。
圖1的系統(tǒng)是要校正頻率和相位誤差兩者的那種類型的系統(tǒng)。圖4表示僅用于校正相位誤差的系統(tǒng)。在圖4中以與圖1-3中相同的部件標號表示是類似的和執(zhí)行類似作用的。相位檢測器10A可以是類似于圖1的相位檢測器或可以采取任何其他已知的相位檢測器的形式。在混頻器11的輸出端的已相位校正的信號是可以利用的。環(huán)路濾波器類似于圖3所示的環(huán)路濾波器，除了第二標定電路244與第一標定電路23是級聯(lián)連接的，而不是如圖2和3所示的是并聯(lián)的。第二標定電路244的加權系數K7被安排為K1乘K7等于K2。
考慮到施加到混頻器11的輸入端的QAM信號和假設混頻器11是一個復數乘法器。QAM信號具有同相位I和正交相位Q分量。按照下面給出的關系可以得到經校正的各分量信號Ic和QcIc＝ICOS(θ)＋QSIN(θ) (4)Qc＝QC0S(θ)－ISIN(θ) (5)如果代表COS(θ)和SIN(θ)的復數乘法器的各值從環(huán)路濾波器施加到混頻器，則復數乘法器11將固有地產生相位校正的分量信號。值COS(θ)和SIN(θ)是已濾波的誤差信號ε的正交表示。
來自環(huán)路濾波器即來自加法器20的信號被耦合到減法器50的一個輸入端口。減法器的輸出經一個樣值周期延遲部件51耦合到它的另一個輸入端口。減法器50和延遲部件51的組合形成一個差分器，該差分器實際上是一個帶通濾波器，僅可以通過相位誤差的變化。該已帶通濾波(差分)的相位誤差被耦合到可由只讀存儲器或ROM實現(xiàn)的查找表52。該ROM提供了對應于COS(θ)和SIN(θ)值的值對，其中θ是由下式給出的
θ＝{1/(1＋Z-1)}{K1(Z-1)＋K2/(1－Z-1)}{ε} (6)圖5是使用相對圖3和4所說明和描述的相同的限制概念的較高階環(huán)路濾波器的例子。限制器/檢測器301和延遲部件312之間的虛線箭頭是要表示這種連接是任選的。
權利要求
1.在一種載波恢復電路中，該電路包括由信號求和電路(25)和耦合在所述信號求和電路的輸出端口和輸入端口之間的信號存儲部件(31)形成積分器所組成的環(huán)路濾波器(14)，一種改進包括耦合到所述信號求和電路的檢測裝置(30)，用于檢測何時從所述信號求和電路的和輸出超過預定的限制，和裝置(30、31)響應于超過這種限制的和的檢測，用于在所述存儲部件中復位信號到一個預定的值。
2.根據權利要求1所述的電路，其中響應和的檢測超過這個限制的所述裝置，在所述存儲部件中復位信號到零值。
3.一種用于鎖相環(huán)的環(huán)路濾波器，包括一個誤差信號源(10)；一個加法器(20)，具有第一和第二輸入端，和一個輸出端，用于提供經濾波的誤差信號；第一電路通道(22、23)，耦合在所述第一輸入端與所述源之間，并包括一個串聯(lián)連接的第一信號標定電路和延遲部件；第二電路通道(24、25、31)，耦合在所述第二輸入端和所述源之間，并包括一個信號積分器，所述積分器包括一個信號求和電路(25)，具有耦合在其輸入端口和輸出端口之間的另外一個信號延遲部件；一個檢測器(30)，用于檢測何時由所述信號求和電路提供的和超過預定值，和當所述和超過這個預定的值時用于復位所述另外一個延遲部件(31)到一個預定的值。
4.根據權利要求3所述的環(huán)路濾波器，其中所述檢測器復位所述另外一個延遲部件到零值。
5.一種包括一個環(huán)路濾波器的設備，包括包括載波分量的一個信號源；具有耦合到所述源的第一輸入端的一個乘法器，具有第二輸入端和輸出端；相位計算裝置，耦合到所述乘法器的輸出端，用于在其輸出端上提供一個指示所述載波分量與一個期望的載波相位的相位差的相位誤差信號；具有第一、第二輸入端和一個輸出端的一個加法器，用于提供已濾波的誤差信號；第一電路通道，耦合在所述相位計算裝置的所述第一輸入端和所述輸出端之間，包括串聯(lián)連接的第一信號標定電路和延遲部件；第二電路通道，耦合在所述相位計算裝置的所述第二輸入端和所述輸出端，并包括串聯(lián)連接的第二信號標定電路和信號積分器，所述積分器包括一個信號求和電路，具有耦合在其輸出端口和輸入端口之間的另外的信號延遲部件；一個檢測器，用于檢測何時由是信號求和電路提供的和超過了預定值，并且當所述和超過這個預定值時，復位所述另外的延遲部件到一個預定值；包括耦合在所述加法器的輸出端與所述乘法器的第二輸入端之間的差分器的裝置。
全文摘要
一種高階相位環(huán)路濾波器包括由加法器(25)和安排在這個加法器的輸出端口與其一個輸入端口之間的反饋環(huán)中的延遲部件(31)組成的一個積分器。待濾波的信號被送到該加法器的第二輸入端。一個檢測器(30)被耦合到該加法器的輸出端，檢測限制值，當檢測到該限制值時，使該檢測器將積分器的延遲部件中的當前值復位到諸如零的一個固定值。復位該延遲部件暫時降低了濾波器的階次并且在噪聲情況下加速系統(tǒng)的響應時間。
文檔編號H04L27/04GK1141703SQ94194823
公開日1997年1月29日 申請日期1994年1月12日 優(yōu)先權日1994年1月12日
發(fā)明者B·B·巴特 申請人:Rca·湯姆森許可公司