專利名稱：用于數(shù)字信號接收機的載頻控制環(huán)路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個用于數(shù)字信號接收機的載頻控制環(huán)路，該數(shù)字信號以使用正交調(diào)制的諸符號的形式被發(fā)送。這些發(fā)送方法的諸實例也可以被理解為下列的縮略語FSK(=頻移鍵控)，PSK(=相移鍵控)，BPSK(=雙相移鍵控)，QPSK(=四相移鍵控)，以及QAM(=正交幅度調(diào)制)。用于這些方法的接收機電路已為人們所熟知，并且在設(shè)計上通常是相似的。一個重要的組成部分是一個模擬的或者數(shù)字的載頻控制環(huán)路，它保證一個正交解調(diào)器以正確的相位和頻率進行工作。該正交解調(diào)器用以解調(diào)該正交調(diào)制信號，因此，借助于一個符號識別裝置，通過該分離的正交的諸信號分量，就能確定個別的諸符號，最后就能從這些符號重建所需的數(shù)據(jù)流。這就要求在該載頻控制環(huán)路中的該正交解調(diào)器以準確的相位和頻率進行工作，使得這兩個正交的信號分量得以可靠地分離。
對于數(shù)字信號接收機來說，全數(shù)字電路技術(shù)正在日益普遍地被使用。它在穩(wěn)定性、可重復(fù)性、免除干擾等方面的基本優(yōu)點是人所共知的。只有當信號頻率太高難以實現(xiàn)數(shù)字化時，才使用模擬級。用于數(shù)字化的相關(guān)的接口定位于何處，這取決于在所需諸特性以及有關(guān)電路的復(fù)雜性之間的一種折衷，一個重要的(物理)量就是所需的數(shù)字化頻率，它通常取決于該接收機所使用的系統(tǒng)時鐘，并且受到所使用的有關(guān)電路技術(shù)的限制。對于電路實現(xiàn)來說，若在該載頻控制環(huán)路之前，例如，在調(diào)諧器或中頻級，進行數(shù)字化，則這是有利的，因為這樣一來整個載頻控制環(huán)路的信號處理是全數(shù)字的。
該數(shù)字化的輸入信號的數(shù)字正交解調(diào)使用一對數(shù)字轉(zhuǎn)換信號，其數(shù)字數(shù)值曲線是正弦和余弦形狀的。具體的正弦和余弦數(shù)值是由一個使用一個溢出累加器以及一份正弦和余弦表的數(shù)字振蕩器來形成的。該數(shù)字振蕩器的溢出頻率跟該轉(zhuǎn)換信號對的頻率是一致的。該系統(tǒng)時鐘頻率對該轉(zhuǎn)換頻率的比值越高，該溢出累加器的頻率精確度就越好，其分辨率實質(zhì)上取決于待累加的數(shù)字數(shù)值的位數(shù)以及該累加器的相應(yīng)的位數(shù)。
為了保證在該正交解調(diào)器中的具體的混頻過程以正確的相位和頻率來進行，借助于一個反饋裝置來控制該可變頻率振蕩器的相位和頻率。為了完成這一步，一個誤差檢測器從該正交解調(diào)器以及后繼的各級測定相位與頻率的偏移數(shù)值，后者表明該轉(zhuǎn)換信號對的相位和頻率偏離所希望的相關(guān)的諸數(shù)值有多遠。最后，形成該可變頻率振蕩器的一個控制信號。沒有這個鎖相控制，后續(xù)的將一個符號分配到一個預(yù)定的相位位置或者相位范圍將是不可能的。由于該信號是帶寬有限的，并且有干擾或噪聲疊加于其上，在不利的條件下，該原始的離散的相位位置變得模糊，進入一個成片的相位和幅度范圍，并且該相位邊界互相重疊。這種數(shù)字編碼已知的優(yōu)點是，該原始的數(shù)據(jù)流在接收端可以很容易地被解碼，并且該數(shù)字編碼在發(fā)送路徑上或者在接收機內(nèi)對干擾相當不敏感。從這項已知的現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的一個目標就是使該接收端對干擾更加不敏感。
通過將該載頻控制環(huán)路連接到一個評估裝置，就能達到這個目標，該評估裝置針對該檢測器從該載頻控制裝置的諸信號中，特別是從該符號識別裝置的諸信號中，所測得相關(guān)的相位偏移數(shù)值和/或頻率偏移數(shù)值，確定一個可靠性數(shù)值，并且根據(jù)所確定的可靠性數(shù)值去控制該載頻控制環(huán)路。
基于以下認識對本發(fā)明進行描述在信號受到嚴重干擾的情況下，不僅符號識別的不確定性起到重要的作用，而且對不正確的識別的一個實質(zhì)性的貢獻受到該載頻控制環(huán)路本身控制動作的制約。在信號受到嚴重干擾的情況下，該控制對含有噪聲的相位和/或頻率偏移數(shù)值過于靈敏地、甚至不正確地作出響應(yīng)，并企圖持續(xù)不斷地重新調(diào)節(jié)該相位。其結(jié)果是，對于該評估的相位參考變得非常不可靠，并且對各個符號的正確識別受到嚴重的損害。通過引入一個可靠性數(shù)值，就能根據(jù)所測得的噪聲或干擾電平，對該載頻控制環(huán)路進行自適應(yīng)控制。為了完成這一步，在小的可靠性數(shù)值下，該載頻控制環(huán)路對整個的或者對相當高頻率的偽成分變得不敏感，或者調(diào)適它的控制時間常數(shù)。對各個偏移數(shù)值的個別處理是特別有效的在低的可靠性數(shù)值下，相關(guān)的相位或頻率偏移數(shù)值對該控制的貢獻甚微，甚至被阻斷，但在足夠高的可靠性數(shù)值下，它們對該控制作出正常的或者高的貢獻。特別是，這種加權(quán)或阻斷具有下列優(yōu)點，單個的或突發(fā)性的干擾將不擾亂當前的相位狀態(tài)，也不需要改變該控制斜率或者該控制速率。因此，假定諸信號能夠可靠地被識別，該載頻控制環(huán)路仍然能夠容易地跟蹤各種快速的變化。
為了確定該可靠性數(shù)值，對由于干擾引起的特征信號變化進行評估。如上所述，隨著干擾的增加，為該符號而規(guī)定的位置沿著相位與幅度兩個方向展寬。若以一種不相關(guān)的方式疊加在這兩個正交的信號分量上的、具有高斯分布的噪聲被當作一個干擾模型，則有可能計算該符號被識別為正確或錯誤的概率。根據(jù)用數(shù)學(xué)方法確定的概率分布，也可以對測得的相位與幅度偏移數(shù)值進行解析和評估，使得它們代表可靠性的一種量度。該偏移數(shù)值越小，則可靠性越高，并且導(dǎo)致該評估提供一個錯誤符號的不確定性越低。由于對該載頻控制環(huán)路的創(chuàng)造性的影響，在該可測量的諸偏移數(shù)值與該可計算的可靠性數(shù)值之間的聯(lián)系是否精確并不重要，這也依賴于各自的干擾模型，后者只能被認為是對實際情況的一種近似。因此，它在用相當粗略的方法去確定該可靠性數(shù)值方面作出了一種改進，例如，通過為該測量的偏移數(shù)值設(shè)置諸閾值。
當然，用更為復(fù)雜的電路或者用另一種方法去形成該可靠性數(shù)值也是可能的。例如，在該已解調(diào)信號以及該尚未解調(diào)的信號中，對噪聲引起的變化進行評估。借助于各種濾波器電路，可以將該測定限制在與該調(diào)制無關(guān)的那些頻率范圍之內(nèi)。
可靠性評估的另一個方面就是該偏移數(shù)值對該控制環(huán)路的各自的影響。該偏移數(shù)值會不會導(dǎo)致該控制環(huán)路改變其狀態(tài)或者保持其當前狀態(tài)？例如，通過對該概率數(shù)值進行加權(quán)，就能突出該當前狀態(tài)或者該改變了的狀態(tài)。這個加權(quán)過程可以這樣來完成，例如，將該概率數(shù)值乘以一個拉力數(shù)值，后者是由該測量的相位與各自的所希望的符號數(shù)值之間的距離來確定的。
若該偏移數(shù)值的測定可以針對相位與幅度單獨地進行，則這是特別有利的。為了做到這一步，一個分解器將該正交的諸信號分量的笛卡爾坐標變換為極坐標。對于數(shù)字系統(tǒng)來說，根據(jù)CORDIC技術(shù)的疊代式分解器是特別地適用的?？梢酝ㄟ^對適當?shù)闹T特性或諸特性族(它們向各個偏移數(shù)值分派用于該控制的新的數(shù)值)，對諸可靠性數(shù)值進行評估。諸特性或諸特性族可以存儲在一些表中。在最簡單的情況下，它們可以用一條彎曲的特性曲線，一個單或雙側(cè)限幅，或者一個單或雙側(cè)信號抑制來組成。這樣的特性可以容易地用閾值檢測器來實現(xiàn)，或者也可以被設(shè)計成窗口比較器，特別是在僅需對封鎖裝置進行控制的情況下。
對于該載頻控制環(huán)路來說，該反饋裝置代表著該環(huán)路濾波器，它將測量所得的相位與頻率偏移數(shù)值轉(zhuǎn)換為該振蕩器的一個控制信號。采用一個PID(=比例-積分-微分)控制器結(jié)構(gòu)可以得到良好的控制動作，該控制器使用該相位偏移數(shù)值以及該頻率偏移數(shù)值作為輸入信號。借助于由該可靠性數(shù)值控制的門控或封鎖裝置，可以中斷這些信號的處理。甚至還有可能在該反饋裝置中使用分離的諸濾波器電路，以便在處理之前對諸偏移數(shù)值進行平滑，或者使它們免除信號的漂移。移動時間平均(MTA)濾波器特別適用于這個目的，因為時鐘信號的一次中斷對各個偏移數(shù)值來說，具有相同于一個禁止門的效應(yīng)。若希望同時得到數(shù)據(jù)率的降低，則MTA濾波器是特別適用的。
一種變形的CORDIC技術(shù)被有利地用于坐標變換，其中，該正交的諸信號分量被映像到第一象限以便進行評估。通過適當?shù)氐怪弥T信號和/或交換該正交的諸信號分量，就能完成這一步。若諸符號不僅由不同的諸相位來定義，而且還由不同的諸幅度來定義，則可靠性數(shù)值的測定要求在分解器之前進行幅度的歸一化，該分解器涉及一種復(fù)數(shù)乘法運算，即將當前的正交的諸信號分量乘以該相關(guān)符號的所希望的數(shù)值。通過從該鏡像的相位數(shù)值減去依賴于調(diào)制方式的相位校正數(shù)值，就形成相關(guān)的相位偏移數(shù)值。例如，對QPSK調(diào)制來說，該相位校正數(shù)值為π/4。從在時間上互相跟隨的至少兩個相位數(shù)值中，借助于模減法形成一個頻率偏移數(shù)值。在2進制補碼系統(tǒng)中，通過忽略諸溢出與符號位來實現(xiàn)模減法。
現(xiàn)在參照諸附圖對本發(fā)明和一個實施例進行更詳細的說明，在附圖中

圖1是一部數(shù)字信號接收機的方框圖；圖2是載頻控制環(huán)路的諸子線路的一份簡圖；圖3至圖6是說明相位鏡像的諸矢量圖；圖7表示在一份I-Q圖中的概率分布；
圖8表示在一份幅度-相位圖中的概率分布；圖9表示一種QPSK調(diào)制的I-Q概率分布；圖10表示第一象限的相關(guān)的幅度-相位圖；圖11表示一種用拉力加權(quán)的概率分布；圖12表示建立在φd-b坐標系上的可靠性圖；圖13至圖15表示在不同信噪比數(shù)值下的可靠性圖；圖16至圖18表示該可靠性測定的臨界范圍。
圖1的方框圖實質(zhì)上表示數(shù)字信號接收機的一個載頻控制環(huán)路1的諸功能單元。用一個數(shù)字信號源2，例如，一個調(diào)諧器、一個變頻器、或者一個有線接收站來表示該輸入。它包括一個模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它借助于一個系統(tǒng)時鐘對所施加的信號進行數(shù)字化，并將這個數(shù)字化信號反饋到一個正交解調(diào)器3。后者的輸出是一個同相分量i1和一個正交分量q1。該正交的諸信號分量i1、q1被饋送到一個符號識別裝置4，該裝置含有下列形式的諸常規(guī)電路一個采樣內(nèi)插器5，一個奈奎斯特接收機濾波器6，一個符號判別級7，以及，作為一條規(guī)則，一個分解器8，后者被饋送以來自該符號識別裝置4的一個同相分量I以及一個正交分量Q。該分解器8的前面可以設(shè)置一個歸一化級，如上所述，它負責進行復(fù)數(shù)乘法運算。
該載頻控制環(huán)路1還包括一個檢測器9，用以形成一個相位偏移數(shù)值φd以及一個頻率偏移數(shù)值fd。在其輸入端，向該檢測器9輸送一個來自該分解器8的相位數(shù)值φ。在檢測器9的后面，跟隨著一個反饋裝置10，從該檢測器9向它饋送相位和頻率的偏移數(shù)值，并且它向一個可變頻率振蕩器11提供一個控制信號st。后者產(chǎn)生一對轉(zhuǎn)換信號cos、sin，它們被施加于該正交解調(diào)器3。這樣就完成了該載頻控制環(huán)路1。
迄今所描述的該載頻控制環(huán)路1對應(yīng)于諸常規(guī)電路。按照本發(fā)明，通過一個評估加權(quán)裝置12可以使載頻控制環(huán)路的工作得到改進，在圖1的實施例中，該評估加權(quán)裝置12被連接到該分解器8的輸入端，從該分解器的諸輸出信號測定可靠性諸數(shù)值，并用這些可靠性數(shù)值去控制該反饋裝置10。該評估裝置12以類似于該檢測器9的方式產(chǎn)生一個相位偏移數(shù)值φd，或者被送入這個數(shù)值。被映像到第一象限的該分解器8的該幅度值和/或該絕對值b被直接地傳送到該評估裝置12。通過兩個對稱的閾值φ1,φ2(見圖12)，就能以一種簡單的方法評估出該相位偏差數(shù)值φd。至于該絕對值b，諸閾值b1,b2關(guān)于具有數(shù)值1的所希望的幅度是不對稱的(見圖12)。甚至可以選擇一個較大的閾值b2，使得它很難被該絕對值b所超過，因此它能夠被分配。通過諸閾值的評估產(chǎn)生一個第一門控信號g1以及一個第二門控信號g2，用以控制在該反饋裝置10里面的諸封鎖裝置30、31，例如，諸門電路。一個系數(shù)存儲器13向該比例-積分-微分(PID)反饋裝置10提供諸濾波系數(shù)c1,c2,c3。
在圖1的方框圖中，該符號識別裝置4后面跟隨著一個轉(zhuǎn)換器14，它將已被識別的諸符號轉(zhuǎn)換回為一個串行的數(shù)據(jù)流dat。該采樣內(nèi)插器5確定應(yīng)當從該正交的諸信號分量i1、q1中抽取該符號數(shù)值的最佳瞬時。在該數(shù)字的實施方案中，該采樣內(nèi)插器從單純地用數(shù)學(xué)內(nèi)插方法給出的諸相鄰數(shù)值中形成正確的采樣瞬時。它的諸輸出信號是正交的諸信號分量i2,q2，這兩個輸出信號被饋送到該奈奎斯特接收機濾波器6，后者通常也進行從該系統(tǒng)時鐘到該符號頻率的采樣率轉(zhuǎn)換。在QPSK調(diào)制的情況下，在該奈奎斯特接收機濾波器6之后的正交的諸信號分量i3、q3可以很容易地在該符號識別裝置4中，通過諸信號分量i3、q3的正負號來進行解碼。在符號識別裝置4輸出端的正交的諸信號分量i4、q4中，僅包含用以定義諸個別符號的諸最高位。為了在該檢測器9中形成諸偏移數(shù)值φd、fd，以及在該評估裝置12中形成有關(guān)的可靠性數(shù)值，各對正交信號應(yīng)當包括盡可能多的有效位，因此，在較低符號頻率下仍然有效的正交的諸信號分量i3、q3也被用于評估。在下面的主要地涉及該可靠性數(shù)值的形成的敘述中，對該正交的諸信號分量僅使用更一般化的參考字符I、Q。
圖2以方框圖的形式，展現(xiàn)該反饋裝置10以及該評估裝置12的一個實施例。該反饋裝置10被設(shè)計成一個PID控制器，該PID控制器在比例環(huán)節(jié)P以及積分環(huán)節(jié)Ir中處理該相位偏移數(shù)值φd，并在該微分環(huán)節(jié)D中處理該頻率偏移數(shù)值fd。該評估裝置12在其輸入環(huán)節(jié)中包含一個用于檢測該絕對值b的閾值檢測器20，以及一個用于檢測該相位數(shù)值φ或相關(guān)的偏差數(shù)值φd的閾值檢測器21。相關(guān)的諸閾值分別是諸幅度閾值b1、b2，和諸相位閾值φ1、φ2。一個具有兩個閾值的閾值檢測器也被稱為一個窗口比較器。由于它們相互之間的交互作用，在圖2中將具體的諸功能單元在該評估裝置12或者該反饋裝置10中的分配是不重要的。
借助于一個延時單元22以及一個減法器23，可以從該相位偏移數(shù)值φd形成一個頻率偏移數(shù)值fd。例如，若該頻率偏移數(shù)值恒定地增加，則意味著由正交的諸信號分量I、Q所定義的矢量以恒定的頻率旋轉(zhuǎn)。于是在該減法器輸出端的差值保持恒定，并且它的數(shù)值是該頻率偏移的精確度量。若該可變頻率振蕩器11產(chǎn)生它的轉(zhuǎn)換信號對cos、sin，并且精確地具有該正交信號載頻的頻率，則該結(jié)果停止(旋轉(zhuǎn))，使得該頻率偏移數(shù)值恒為零。然而，良好的正交解調(diào)要求該結(jié)果不含有相位偏移數(shù)值φd，因為不這樣的話，該參考相位將是不正確的。在該反饋裝置10中，特別是借助于該積分環(huán)節(jié)Ir進行該相位的重新調(diào)節(jié)，以便使被延長了的諸相位偏移得以糾正。該積分環(huán)節(jié)Ir包括一個具有一個加法器24和一個延時單元25的累加器環(huán)路。正如眾所周知的那樣，該積分環(huán)節(jié)Ir的控制斜率不應(yīng)當是陡峭的，因為否則就可能產(chǎn)生振蕩。而對于相當短時間的相位偏移數(shù)值φd來說，希望得到一個更陡峭的控制斜率，這是由該PID控制器的比例環(huán)節(jié)P引起的，它的相當大的復(fù)位力或拉力正比于相關(guān)的相位偏移數(shù)值φd。具體的諸控制分量由該加法器24和一個加法器26加以組合，它們的和值形成該可變頻率振蕩器11的控制信號st。借助于三個乘法器27、28、29(諸系數(shù)c1、c2、c3被施加于其上)，可以改變該PID控制器的諸個別分量的貢獻。
該相位偏移數(shù)值φd以及該頻率偏移數(shù)值fd的信號路徑分別包括封鎖裝置30和31，它們被表示為諸開關(guān)，并且可以用它們來封鎖相應(yīng)的信號路徑。每當該評估裝置12測出該可靠性數(shù)值對相關(guān)的偏移數(shù)值φd、fd、來說顯得不夠時，該封鎖就發(fā)生作用。例如，若兩個閾值檢測器20、21當中的一個感知所施加的數(shù)值處于預(yù)置的諸閾值之外時，一個邏輯級32，例如一個或門，將封鎖該封鎖級30。由于該相位差的形成，該頻率偏移數(shù)值fd至少跟兩個相位偏移數(shù)值φd組合在一起。若這些相位偏移數(shù)值φd中至少有一個被發(fā)現(xiàn)為不可靠的，則一個邏輯級33將針對該頻率偏移數(shù)值fd阻斷該封鎖裝置31。借助于該閾值檢測器20從兩個暫時地相關(guān)的幅度數(shù)值中導(dǎo)出該可靠性數(shù)值。若一個或兩個數(shù)值處于諸預(yù)定閾值b1、b2之外，則該當前頻率偏移數(shù)值fd就是不可靠的，并將借助于該封鎖裝置31而被阻斷。該邏輯級33也可以用一個或門來實現(xiàn)。由該延時級34對該門33的諸輸入信號進行時間補償。
應(yīng)當指出，圖2所示的評估裝置12僅表示許多變種中的一個。它顯得特別簡單，因為它僅需要兩個閾值檢測器20、21，兩個簡單的邏輯級32、33，以及一個用于控制這兩個封鎖裝置33、31的延時級34，但十分有效，因為它使用該絕對值b以及該相位數(shù)值φ或該相位偏移數(shù)值φd來確定該可靠性數(shù)值；用一個使用該CORDIC技術(shù)的分解器8，使得該相位數(shù)值φ以及該絕對值b對這個用途來說都是可用的。若該評估裝置12僅使用這兩個數(shù)值b和φd當中的一個來形成該可靠性數(shù)值，則這將導(dǎo)致一種相對于諸常規(guī)電路而言的改進，但卻失去了一些容易得到的優(yōu)點。
圖3針對一份矢量圖的第一象限，說明作為當前相位數(shù)值φ的一個函數(shù)的該相位偏移數(shù)值φd的形成，在第一象限中，該當前相位數(shù)值等同于該鏡像的相位數(shù)值φm。圖4至圖6是說明從這三個象限Q2至Q4到該第一象限Q1的映像過程的矢量圖。為了簡化該映像過程或角度旋轉(zhuǎn)的表示，采用具有四個符號S1至S4的QPSK調(diào)制。對于一個較大數(shù)量的符號集，即，一個較大的字母表，該基本的映像過程不發(fā)生改變。被映像的該相位數(shù)值由兩個正交的信號分量I、Q來定義。通過形成該絕對值和/或適當?shù)鼗Q這兩個正交的信號分量I、Q，就完成了從該相位數(shù)值φ到該鏡像的相位數(shù)值φm的映像過程。借助于這種方法，若該相位數(shù)值處于相關(guān)的符號象限的范圍以內(nèi)，則被分配到各有關(guān)象限Q2、Q3、Q4的相位偏移數(shù)值φd被映像到第一象限Q1，并且準確地具有相同的幅度和相同的正負號。該鏡像的相位數(shù)值φm以及該鏡像的符號S2’、S3’、或S4’之間的角度關(guān)系也被保持。為了從該鏡像的相位數(shù)值φm得到該有關(guān)的相位偏移數(shù)值φd，要從該鏡像的相位數(shù)值φm中減去上述的相位校正數(shù)值φc,φc依賴于有關(guān)的調(diào)制方式并對應(yīng)于有關(guān)的符號的鏡像相位數(shù)值。在上述使用QPSK調(diào)制的例子中，對該第一符號S1以及諸鏡像符號S2’、S3’、S4’來說，該相位校正數(shù)值φc的數(shù)值為φc=π/4．現(xiàn)將在全部四個象限中，該鏡像的相位數(shù)值φm的形成規(guī)律表示如下第一象限Q1從φ=0到π/2
φm=arctan(Q/I)，第二象限Q2從φ=π/2到πφm=arctan(|I|/Q)，第三象限Q3從φ=π到3π/2φm=arctan(|Q|/|I|)，第四象限Q4從φ=3π/2到0φm=arctan(I/|Q|)．圖7表示正交的諸信號分量I、Q在笛卡爾坐標系I-Q平面上的概率分布η，并假定在它們之上疊加了具有高斯分布的不相關(guān)的噪聲。由于在該I和Q分量之間存在正交關(guān)系，若該矢量的長度被歸一化的話，則實際上該結(jié)果的矢量長度應(yīng)當取值為1。圖7表示這樣的情形該第一符號S1處于第一象限，相位數(shù)值為45°，用正交的諸信號分量I、Q把它表示出來。在沒有干擾的情況下，對這兩個分量I、Q來說，在符號S1的坐標I=0.701和Q=0.701處，該概率η應(yīng)當取值為1，而在任何其他坐標處，該概率應(yīng)當取值為0。圖7還表示另外一種情況，即該I和Q分量存在一種高斯分布，其最大值位于符號S1處。若信噪比S/N增加，則在符號S1處的概率分布變高變窄，若該信噪比減少，則在符號S1處的概率分布的最大值降低，并且該鐘形曲線相應(yīng)地變寬。
圖8表示對應(yīng)于圖7的概率分布，但它呈現(xiàn)在由該相位偏移數(shù)值φd和該絕對值b所定義的一個笛卡爾平面上。由該概率分布所形成的鐘形曲線不再像在圖7中那樣旋轉(zhuǎn)對稱。然而，這僅僅是該絕對值b以及該相位偏移數(shù)值φd的比例尺的一個問題，圖中所示的相位偏移數(shù)值φd是從-180°到+180°。
圖9以類似于圖7的方式，表示一個具有4個等概率符號S1、S2、S3、S4的QPSK調(diào)制信號在該I-Q平面上的概率分布。這4個符號數(shù)值處于4個象限之內(nèi)，這是由該正交的諸信號分量I、Q的正負號來決定的。由于在象限分界點(坐標原點)I=0和Q=0處，在相鄰諸符號之一出現(xiàn)時，該概率數(shù)值η是如此之大，以致于通過說明相關(guān)的諸象限來可靠地分離這4個符號成為不可能。從圖10看來，這一點也是很明顯的，該圖對應(yīng)于第一象限，并且除了含有該第一符號數(shù)值S1以外，還含有來自其他諸象限的所有的諸鏡像符號數(shù)值Si’。在圖10的空間表示中，在代表該相位偏移數(shù)值φd和該絕對值b的笛卡爾坐標系上表示該概率分布η。除了將相位偏移比例尺展寬以外，圖10跟圖8都是相符的，只有現(xiàn)在，所有4個符號都以相同的概率出現(xiàn)。
用概率分布η來確定在所使用的偏移數(shù)值中的可靠性結(jié)果，在圖10中那些被分配以最高概率范圍的情況下將受到限制。若相關(guān)的概率數(shù)值η跟來自該相位偏移數(shù)值φd的相關(guān)的拉力或復(fù)位力組合在一起，就能獲得關(guān)于該測量所得的相位偏移數(shù)值φd的可靠性的更為明確的信息。應(yīng)當考慮到這4個符號S1到S4當中的每一個的實際貢獻，而不是僅考慮該鏡像狀態(tài)。如圖10所示，通過將分配給有關(guān)符號的概率數(shù)值乘以該實際相位偏移數(shù)值φd，并將這4個乘積相加，就能完成這一步。其結(jié)果形成一個有用的概率數(shù)值z，后者在圖11中，在表示該相位偏移數(shù)值φd和該絕對值b的笛卡爾坐標系中，以空間表示的形式表現(xiàn)出來。通過用實際的相位偏移數(shù)值φd來加權(quán)全部4個概率數(shù)值η，就得到一個歸一化的可靠性數(shù)值z，現(xiàn)在它可以具有正的和負的數(shù)值。正的可靠性數(shù)值z對應(yīng)于一個正的拉力，而負的可靠性數(shù)值z對應(yīng)于一個負的拉力。在圖11的可靠性分布z中，人們可以清楚地區(qū)分出那些拉力符號與有關(guān)的相位偏移數(shù)值φd相類似的范圍。在圖11中，明亮的區(qū)域表示在可靠性數(shù)值z與拉力方向之間存在正確關(guān)系的諸范圍，黑色的區(qū)域表示具有錯誤的拉力方向的諸范圍，灰色區(qū)域表示具有中性拉力方向的諸范圍。適當?shù)目煽啃詳?shù)值z的確定包括下列事實只有那些導(dǎo)致正確的控制方向并因此符合于具有正確符號的該可靠性范圍的相位偏移數(shù)值φd，才被用于控制該載頻控制環(huán)路。反過來說，至少那些導(dǎo)致該環(huán)路相反的控制方向的相位偏移數(shù)值φd的范圍，應(yīng)當被排除用于載頻控制；從圖11的可靠性圖看來，這一點是很明顯的。
圖12以俯視圖的形式展現(xiàn)與圖11相對應(yīng)的一份可靠性圖，在該圖中灰色層次的意義已經(jīng)不同于圖11。所顯示的線條是具有相等可靠性z的線條，并符合于諸等高線的表示。該圖表明，對于小的諸絕對值b來說，該可靠性減少，并且不應(yīng)當用該測量的相位偏移數(shù)值φd來進行控制。在圖12中，一個0.7的閾值b1將大大地切除這些不可靠的范圍。大的絕對值b是不嚴格的，因此，一個第二切換閾值b2可以被取消，或者將被選擇得足夠高，例如b2≥3。對于該相位偏移數(shù)值φd來說，可靠性z的最大值并不處于理論上的符號數(shù)值+/-45°處，但正好低于這些數(shù)值，因為在那里相鄰諸符號的影響是較小的。從圖12看來，這也是很明顯的。例如，對于足夠的可靠性的可能的極限出現(xiàn)在相位偏移數(shù)值φ1=+35°和φ2=-35°處。
圖13至圖15表示在不同的信噪比S/N下該可靠性數(shù)值z的俯視圖。圖13表示S/N=9dB時的圖。圖14表示S/N=6dB時的圖。圖15表示S/N=3dB時的圖。當然，隨著信噪比的增加，可用的可靠性范圍也在擴大。可靠性數(shù)值z的最大值以及評估的可靠性也相應(yīng)地增加。在信噪比惡化的情況下，該可靠性的最大值明顯地向較大b值的方向移動。在圖15中，在S/N=3dB的情況下，顯示出不可靠的范圍實質(zhì)上大于可靠的范圍。在這里，不再可能通過該載頻控制環(huán)路來進行滿意的控制。應(yīng)當指出，圖13至圖15的諸灰色層次對應(yīng)于圖11的灰色層次，但不對應(yīng)于圖12的灰色層次。
從圖16至圖18可以看出，從個別概率的加權(quán)疊加來確定該可靠性數(shù)值是顯而易見的。特別是，可以看到(曲線)不連續(xù)的情形，這是由于將概率數(shù)值η跟相關(guān)的拉力相乘的結(jié)果。這里所使用的術(shù)語“拉力”意味著到該實際符號為止的相位偏移數(shù)值，并不僅是在該第一象限之內(nèi)的相位偏移數(shù)值。在圖16、17和18的每一份中，分別是在三種信噪比S/N，即S/N=9dB,S/N=6dB和S/N=3dB這三種情況下，繪出諸可靠性數(shù)值z對相位偏移數(shù)值φd的關(guān)系。圖16具有絕對值b=1.5，作為一個公共參數(shù)。在圖17的諸曲線中，該公共參數(shù)為b=1，而在圖18中，該公共參數(shù)為b=0.5。圖16在弱信號S/N=3dB的情況下，以絕對值b=1.5作為一個參數(shù)，其可靠性特性在0°處表現(xiàn)出小的不連續(xù)。參看圖17，在較小的絕對值b=1的情況下，這種不連續(xù)性在0°處略有增加。同時，全部的3-dB曲線位于不可靠的范圍之內(nèi)，這就意味著在那里該可靠性數(shù)值z具有錯誤的符號。參看圖18，在更小的絕對值b=0.5的情況下，對應(yīng)于S/N=3dB和S/N=6dB的諸曲線也處于不可靠的范圍之內(nèi)，這就是說，具有錯誤的符號。此外，S/N=6dB時的可靠性特性z也在0°處具有不連續(xù)點。S/N=3dB時曲線的不連續(xù)性，跟圖17相比，變得更大。該不連續(xù)性來源于上述的用以確定該可靠性數(shù)值z的加權(quán)疊加模型。實際上，若能保留在足夠大的可靠性(數(shù)值)的范圍之內(nèi)，則該模型給出跟實際情況的良好近似。
應(yīng)當指出，對該載頻控制環(huán)路的改進以及相關(guān)的方法可以容易地適應(yīng)于不同的電路技術(shù)。特別是，該環(huán)路適于以單片集成電路的形式來實現(xiàn)，后者可以在這樣的接收機中使用。至于那一部分功能或者甚至整個操作序列用一個可編程的微處理器來實現(xiàn)，這個問題可以交給專業(yè)人士自行決定。眾所周知，用微處理器來實現(xiàn)的優(yōu)點是線路變得更加靈活，因為借助于可編程的諸參數(shù)，它可以適應(yīng)于各種任務(wù)。此外，借助于一段適當?shù)某绦颍词乖诩芍?，仍然有可能對處理過程進行人工干預(yù)。
權(quán)利要求
1．一個用于數(shù)字信號接收機的載頻控制環(huán)路(1)，按照信號流程的方向，包括一個正交解調(diào)器(3)，一個符號識別裝置(4)，一個用于形成一個相位偏移數(shù)值(φd)和/或一個頻率偏移數(shù)值(fd)的檢測器(9)，一個反饋裝置(10)，以及一個連接于該正交解調(diào)器的可變頻率振蕩器(11)，其特征在于一個評估裝置(12)從該載頻控制環(huán)路(1)的諸信號中，針對在該檢測器(9)中測得的該相關(guān)的相位偏移數(shù)值(φd)和/或頻率偏移數(shù)值(fd)，確定一個可靠性數(shù)值(z)，并根據(jù)所確定的可靠性數(shù)值(z)，控制該載頻控制環(huán)路(1)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的載頻控制環(huán)路(1)，其特征在于該評估裝置(12)評估一個相位數(shù)值(φ)和/或一個絕對值(b)，它們是借助于一個分解器(8)，從該正交解調(diào)器(3)所產(chǎn)生的一個同相分量(I)和一個正交分量(Q)來形成的。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的載頻控制環(huán)路(1)，其特征在于該評估裝置(12)包括一個用于該相位數(shù)值(φ)或者該相位偏移數(shù)值(φd)的第一閾值檢測器(21)，和/或一個用于該絕對值(b)或者一個絕對偏移數(shù)值的第二閾值檢測器(20)。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的載頻控制環(huán)路(1)，其特征在于根據(jù)該第一閾值檢測器(21)的輸出，來控制一個第一封鎖裝置(30)，和/或根據(jù)該第二閾值檢測器(20)的輸出，來控制一個第二封鎖裝置(31)。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的載頻控制環(huán)路，其特征在于借助于該第一封鎖裝置(30)，阻止該相位偏移數(shù)值(φd)向該反饋裝置(10)傳送，還在于借助于該第二封鎖裝置(31)，阻止該頻率偏移數(shù)值(φd)向該反饋裝置(10)傳送。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的載頻控制環(huán)路(1)，其特征在于該反饋裝置(10)相當于一個PID控制器，其中該相位偏移數(shù)值(φd)被饋送到一個比例環(huán)節(jié)(P)和一個積分環(huán)節(jié)(Ir)，并且該頻率偏移數(shù)值(fd)被饋送到一個微分環(huán)節(jié)(D)。
7．根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一項所述的載頻控制環(huán)路(1)，其特征在于該反饋裝置(10)包括至少一組乘法器(27,28,29)，并且還在于一組系數(shù)(c1,c2,c3)，作為一組乘法因子，被施加到該乘法器。
8．根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一項所述的載頻控制環(huán)路(1)，其特征在于被饋送以該同相分量(I)和該正交分量(Q)的該分解器(8)，使用一種變形的CORDIC技術(shù)，其中，在該第一、第二、第三或第四象限的相位數(shù)值(φ)被映像到第一象限，形成一組鏡像相位數(shù)值(φm)，其關(guān)系如下對于范圍φ=0到π/2φm=arctan(Q/I)，對于范圍φ=π/2到πφm=arctan(|I|/Q)，對于范圍φ=π到3π/2φm=arctan(|Q|/|I|)，對于范圍φ=3π/2到0φm=arctan(I/|Q|)。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的載頻控制環(huán)路(1)，其特征在于通過從該鏡像相位數(shù)值(φm)中，減去一個依賴于調(diào)制方式的相位校正數(shù)值(φc)，來形成該相位偏移數(shù)值(φd)。
10．根據(jù)權(quán)利要求1至9中任何一項所述的載頻控制環(huán)路(1)，其特征在于該檢測器(9)通過模減法，從諸相位偏移數(shù)值(φd)或者諸相位數(shù)值(φ)形成該頻率偏移數(shù)值(fd)。
11．根據(jù)權(quán)利要求1至10中任何一項所述的載頻控制裝置(1)，其特征在于該反饋裝置(10)包括至少一個移動時間平均(MTA)濾波器，在一個足夠的可靠性數(shù)值(z)下，該濾波器的控制時鐘被激活，而在一個不足夠的可靠性數(shù)值(z)下，該濾波器的控制時鐘被禁止。
全文摘要
用于數(shù)字信號接收機的載頻控制環(huán)路,按照信號流程的方向,包括:一個正交解調(diào)器,一個符號識別裝置,一個用于形成一個相位偏移數(shù)值(φd)和/或一個頻率偏移數(shù)值(fd)的檢測器,一個反饋裝置,以及一個連接于該正交解調(diào)器的可變頻率振蕩器。一個評估裝置從該載頻控制環(huán)路的諸信號(I,Q),針對該測量的相位偏移數(shù)值(φd)和/或頻率偏移數(shù)值(fd),確定一個可靠性數(shù)值,并根據(jù)所確定的可靠性數(shù)值控制該載頻控制環(huán)路。
文檔編號H04L27/227GK1210398SQ9811667
公開日1999年3月10日 申請日期1998年7月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月31日
發(fā)明者米德雷格·特米那克, 弗朗茲－奧托·威特 申請人:麥克羅納斯中間金屬有限公司